Wie berechnet man die Drehzahlen und Vorschübe einer CNC-Fräsmaschine?

Zur Berechnung der Geschwindigkeiten der CNC-Fräsmaschine sind eine Reihe von Parametern zu beachten, die in der Regel vom Hersteller der Werkzeugmaschine vorgegeben werden; dabei sind Vorschubgeschwindigkeit, Schnittgeschwindigkeit, Drehzahl pro Minute, die Merkmale des zu bearbeitenden Werkstücks usw. zu berücksichtigen.

Bearbeitungsparameter von Werkzeugmaschinen

Bevor man die Geschwindigkeiten der Fräsmaschine für die Bearbeitung von Werkstücken aus Metall, Holz und anderen Werkstoffen berechnet, sollte man die verschiedenen Parameter kennen, um die Berechnungen korrekt durchzuführen. Die richtige Geschwindigkeit der Fräsmaschine hängt von den im Folgenden beschriebenen Parametern ab.

Vorschubgeschwindigkeit

Der Vorschubgeschwindigkeit (VF) ist ein Begriff bei Werkzeugmaschinen und bezeichnet die momentane Relativgeschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug (hier der Fräser) der Werkstoffoberfläche nähert, um Material abzutragen; es handelt sich um die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung (nicht zu verwechseln mit der Schnittgeschwindigkeit). Dieser Parameter wird aus dem Weg des Schneidwerkzeugs in Vorschubrichtung innerhalb einer Minute berechnet. 

Die Vorschubgeschwindigkeit wird angegeben in Metern pro Minute.

Schnittgeschwindigkeit

Der Schnittgeschwindigkeit (VC) ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Schneide des Fräsers über das zu bearbeitende Werkstück bewegt. Dieser Parameter wird in Metern pro Sekunde angegeben und bestimmt den Weg der Zahnspitze des Schneidwerkzeugs. Die Schnittgeschwindigkeit gibt in der Regel der Werkzeughersteller an; er legt die empfohlene Geschwindigkeit und die Maschinengrenze fest, die nicht überschritten werden darf. 

Diese Geschwindigkeit variiert je nach Werkstoff des Werkstücks und der geplanten Bearbeitung. Bei der Berechnung der Schnittgeschwindigkeit gilt: Je größer der Fräserdurchmesser, desto höher die Schnittgeschwindigkeit. Dasselbe gilt für die Drehzahl: Ist sie höher, steigt auch die Schnittgeschwindigkeit. 

Drehzahl pro Minute

Wert zur Angabe der Spindeldrehzahl, also wie schnell sich die Spindel dreht und wie viele vollständige Umdrehungen sie pro Minute macht. Die CNC-Fräsmaschine hat in der Regel zwischen 6.000 und 24.000 Umdrehungen pro Minute (RPM).

Spanbelastung

Auch Vorschub pro Zahn genannt, ist sie die Dicke des Materials, die jeder Zahn des Schneidwerkzeugs bei einer vollständigen Umdrehung von der Werkstückoberfläche abträgt. Die richtige Spanbelastung regelt die Temperatur des Fräsers und verhindert eine Überhitzung. Der Vorschub pro Zahn hängt von Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit ab. 

Axiale Schnitttiefe

Der axiale Schnitttiefe bzw. Zustelltiefe beeinflusst die Geschwindigkeiten der Fräsmaschine. Bei geringerer Tiefe ist das Fräsen sicherer, erfordert aber mehrere Durchgänge, was die Bearbeitungszeit verlängert. Soll die Tiefe erhöht werden, was die Späne vergrößert, muss die Vorschubgeschwindigkeit der Maschine reduziert werden.

Radiale Schnitttiefe

Der radiale Schnitttiefe bzw. Schnittbreite hängt von der Steifigkeit der CNC-Werkzeugmaschine ab. Für ein sauberes Umfangsfräsen sollte die Vorschubgeschwindigkeit um bis zu 25 % reduziert werden.

Bedeutung der Fräsgeschwindigkeiten

Die Geschwindigkeiten der Fräsmaschine sind entscheidend für gute Bearbeitungsergebnisse. Besteht ein Ungleichgewicht zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl, entstehen schlechte Oberflächen, und mitunter kann die Werkzeugmaschine instabil werden und einen Fräserbruch verursachen. Deshalb ist es wichtig, alle zuvor beschriebenen Schnittparameter an die Steifigkeit der Fräsmaschine sowie an ihre Leistung und Merkmale anzupassen.

Zu beachten ist auch, dass Fräser für CNC-Maschinen aus Schnellarbeitsstahl HSS, Wolframkarbid, PKD-Diamant (PCD) usw. bestehen können. Das bedeutet: Je härter das Schneidwerkzeug, desto höher die Schnittgeschwindigkeit; folglich kann jedoch die Vorschubgeschwindigkeit sinken. 

Die Geschwindigkeiten der Fräsmaschine hängen nicht nur von der Maschine und den verschiedenen Parametern ab, sondern auch von der Bearbeitung des Werkstoffs und den Merkmalen des Werkstücks (Werkstoff, Konstruktion, Form usw.). So variieren die Geschwindigkeiten der Fräsmaschine, je nachdem, ob gefräst, genutet usw. wird. Wie wirken sich die Geschwindigkeiten der Fräsmaschine auf die Arbeiten aus? Zum Beispiel gilt: Je höher die Vorschubgeschwindigkeit, desto besser die Kontrolle der Spanbildung, desto kürzer die Schnittzeit und desto geringer der Werkzeugverschleiß. Gleichzeitig steigt jedoch das Risiko eines Fräserbruchs und einer rauen Oberfläche. Andererseits: Wird die Vorschubgeschwindigkeit reduziert, werden die Späne länger und die Bearbeitungsqualität steigt; die Nachteile sind höherer Fräserverschleiß sowie längere Bearbeitungszeit und höhere Kosten.