Das Umrechnen von SFM in U/min und IPM bietet eine wiederholbare Möglichkeit, Vorschübe und Geschwindigkeiten für CNC-Fräsen basierend auf Fräser, Material und Spanlast zu erstellen. Die zentrale Abfolge ist:
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Oberflächengeschwindigkeit in Spindeldrehzahl umrechnen.
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Spindeldrehzahl, Schneidenanzahl und Spanlast zur Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit verwenden.
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Das Ergebnis reduzieren oder begrenzen, wenn die Maschine, der Fräser, die Werkstückspannung oder die Schnittbedingungen es nicht zulassen.
Die Formeln sind einfach. Wichtig ist, Fräserdurchmesser, Zähnezahl und Spandicke miteinander zu verbinden, anstatt Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit unabhängig voneinander zu wählen.
Was SFM, U/min und IPM bedeuten
SFM, oder Oberflächenfuß pro Minute, beschreibt, wie schnell die Schneide über das Material fährt. Es bezieht sich auf die Geschwindigkeit am Außenumfang des Fräsers, nicht auf die lineare Bewegung der CNC-Achsen.
U/min, oder Umdrehungen pro Minute, beschreibt, wie schnell die Spindel rotiert. Ein kleinerer Fräser muss schneller rotieren als ein größerer Fräser, um die gleiche SFM zu erzeugen, da sein Umfang kürzer ist.
IPM, oder Zoll pro Minute, beschreibt die programmierte Vorschubgeschwindigkeit. Es ist die Strecke, die der Fräser pro Minute durch das Werkstück bewegt. Metrische CAM-Software kann stattdessen Millimeter pro Minute oder mm/min verwenden.
Diese Werte sind verwandt, aber nicht austauschbar:
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SFM ist die Oberflächengeschwindigkeit der Schneide.
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U/min ist die Spindeldrehung.
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IPM ist die Maschinenbewegung.
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Spanlast ist die Dicke des Materials, das pro Zahn pro Schneidenkontakt entfernt wird.
Eine korrekte U/min mit einem übermäßig niedrigen IPM kann dazu führen, dass der Fräser reibt, anstatt zu schneiden. Ein korrektes IPM mit übermäßiger U/min kann eine Spanlast erzeugen, die für das Werkzeug oder die Maschine zu groß ist.
Die SFM-zu-U/min-Formel
Für einen Fräserdurchmesser in Zoll verwenden Sie:
In dieser Formel gilt:
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SFM ist die Soll-Oberflächengeschwindigkeit in Oberflächenfuß pro Minute.
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D ist der Fräserdurchmesser in Zoll.
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3.82 ist die Umrechnungskonstante, die aus dem Verhältnis zwischen Fuß, Zoll und dem Fräserumfang abgeleitet wird.
Beispiel mit einem 1/4-Zoll-Fräser
Angenommen, ein illustratives Ziel von 800 SFM und ein 1/4-Zoll-Fräser:
Die berechnete Spindeldrehzahl beträgt etwa 12.224 U/min. Wenn die Maschine diese Geschwindigkeit nicht erreichen kann, verwenden Sie die nächstverfügbare Einstellung und berechnen Sie die Vorschubgeschwindigkeit anhand der tatsächlichen U/min neu. Betrachten Sie den berechneten Wert nicht als Erlaubnis, die Nennleistung der Spindel zu überschreiten.
Warum der Fräserdurchmesser die U/min ändert
Der Fräserdurchmesser erscheint im Nenner, daher sinkt die U/min, wenn der Durchmesser zunimmt.
Für das gleiche illustrative 800 SFM-Ziel:
Ein 1/8-Zoll-Fräser würde die doppelte U/min eines 1/4-Zoll-Fräsers bei gleicher SFM erfordern. Ein 1/2-Zoll-Fräser würde die halbe U/min erfordern.
Dieses umgekehrte Verhältnis ist der Grund, warum eine statische Spindeleinstellung nicht für jeden Fräserdurchmesser geeignet ist. Das Belassen der Spindel in einer hohen Einstellung beim Wechsel zu einem größeren Werkzeug erhöht die tatsächliche SFM und kann Hitze, Kantenverschleiß oder Werkstückbeschädigungen verstärken.
Von Spanlast zu IPM
Sobald die U/min festgelegt ist, berechnen Sie die Vorschubgeschwindigkeit mit:
Wobei:
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U/min ist die tatsächliche Spindeldrehzahl.
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Z ist die Anzahl der Schneiden.
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FPT ist der Vorschub pro Zahn, auch Spanlast genannt, gemessen in Zoll pro Zahn.
Beispiel mit einem zweischneidigen Fräser
Unter Verwendung der vorherigen illustrativen U/min von 12.224, eines zweischneidigen Fräsers und einer Spanlast von 0,004 Zoll:
Die berechnete Vorschubgeschwindigkeit beträgt etwa 97,8 IPM.
Für metrische Programmierung:
Die gleiche Vorschubgeschwindigkeit beträgt etwa 2.484 mm/min.
Dies ist ein mathematisches Beispiel, keine universelle Einstellung. Der nutzbare Wert hängt immer noch von der Fräsergeometrie, dem Material, der Schnitttiefe, der Maschinensteifigkeit, der Werkstückspannung und der maximalen Vorschubgeschwindigkeit der Maschine ab.
Warum die Spanlast die Schnittqualität beeinflusst
Die Spanlast ist die Materialmenge, die von einem Zahn bei einem Eingriff abgetragen wird. Der Span führt Wärme von der Schneidkante ab. Ist die Spanlast zu gering, kann der Zahn über das Material reiben, anstatt einen erheblichen Span abzutragen.
Dieses Reiben kann Folgendes verursachen:
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Wärmeentwicklung an der Schneidkante.
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Brandflecken in Holz.
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Schmelzen oder Wiederverschweißen um Kunststoffnuten.
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Schnelleres Abstumpfen von Hartmetallschneiden.
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Rattern durch instabile Schnittbedingungen.
Eine zu hohe Spanlast führt zu anderen Problemen:
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Übermäßige Schnittkraft.
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Ablenkung des Werkzeugs oder Werkstücks.
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Rattern und schlechte Oberflächengüte.
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Spindelüberlastung.
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Gebrochenes oder abgesplittertes Hartmetall.
Die Vorschubgeschwindigkeitsformel zeigt den Zusammenhang direkt auf. Wenn die Drehzahl steigt, während die Anzahl der Schneiden und die Spanlast unverändert bleiben, muss die Vorschubgeschwindigkeit proportional ansteigen, um die gleiche Spanlast beizubehalten.
Wenn zum Beispiel die Spindeldrehzahl um 20 Prozent erhöht wird, während die Vorschubgeschwindigkeit unverändert bleibt, reduziert sich das pro Zahn entfernte Material. Das Werkzeug kann mehr Zeit mit Reiben verbringen, obwohl die programmierte Vorschubgeschwindigkeit unverändert geblieben ist.
Materialspezifische Startbereiche
SFM (Schnittgeschwindigkeit) und Spanlast sollten aus einer zuverlässigen Fräser- oder Werkzeugreferenz stammen, die zum Material, Werkzeugdurchmesser, der Schneidengeometrie und der Maschine passt. Die folgenden Grenzen beschreiben, wie die Berechnung für gängige Desktop-Fräsermaterialien verwendet wird, ohne eine Zahl als universell zu behandeln.
| Material | Vor der Berechnung festzulegen | Hauptrisiko bei falscher Beziehung |
|---|---|---|
| Hartholz, wie Ahorn oder Eiche | Ein holzspezifisches SFM-Ziel und eine für den Fräser geeignete Spanlast | Hohe Drehzahl in Kombination mit geringem Vorschub kann Reibungsbrand verursachen |
| Weichholz | Ein Wert, der weichere, weniger gleichmäßige Fasern und die gewünschte Oberfläche berücksichtigt | Übermäßige Spanbildung kann Fasern zerreißen, während Reiben harzhaltige Bereiche versengen kann |
| Acryl und andere Kunststoffe | Eine kunststoffspezifische SFM und Spanlast, abgestimmt auf Spanform und Spanabfuhr | Kleine Späne können um die Nuten herum wiederverschweißen oder schmelzen |
| Messing | Eine Referenz für Nichteisenmetalle, die zur Legierung und zum Fräser passt | Übermäßiger Eingriff kann die Schnittkraft erhöhen und ein kleines Werkzeug beschädigen |
| 6061 Aluminium | Eine aluminiumspezifische SFM und konservative Spanlast für die Maschine |
