Spanausdünnung-Rechner

Der Vorschub je Zahn, den Sie programmieren müssen, wenn der Fräser mit kleiner radialer Zustellung, mit kleinem Einstellwinkel oder mit der Flanke eines Kugelfräsers schneidet, damit der wirkliche Span der vom Hersteller empfohlenen Spanungsdicke entspricht. Mit wirksamem Durchmesser des Kugelfräsers, Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Rautiefe.

TorqueMath.com · Rechner Spanausdünnung
Werkzeug
mm
z
Einstellwinkel κr
°
mm
mm
Der Vorschub je Zahn, den der Hersteller für vollen Eingriff angibt. Das ist die gewünschte Spanungsdicke.
m/min
mm
mm
°
U/min
Methode und AnnahmenMethode: Geometrische Spanungsdicke einer Fräserschneide: radiale Spanausdünnung, Ausdünnung durch Einstellwinkel und Rundplatte, wirksamer Durchmesser beim Kugelfräser (Fräsformeln von Sandvik Coromant)Grundlage: Steifes Werkzeug ohne Rundlauffehler, konstanter radialer und axialer Eingriff, Spanungsdicke des Herstellers als maximale Spanungsdicke hexGrenzen: Ecken, Eintritte und Rundlauffehler ändern den wirklichen Span; beim Kugelfräser werden wirksamer Durchmesser und Ausdünnung durch den Zeilenabstand berücksichtigt, die Rautiefe gilt für einen ebenen Boden ohne Werkzeugneigung; den maximalen Vorschub je Zahn des Herstellers nie überschreitenNormen und Quellen: Sandvik Coromant milling formulas · Machinery's HandbookFormeln · So wurde dieser Rechner geprüft · TorqueMath v2.11

Vorschub je Zahn für jeden Eingriff

So wird gerechnet

Eine Schneide erzeugt ihren dicksten Span dort, wo ihre Bahn am weitesten von der Vorschubrichtung entfernt ist. Bei kleiner radialer Zustellung verlässt die Schneide das Material, bevor sie diesen Punkt erreicht; ein Einstellwinkel neigt die Schneide, und ein Kugelfräser schneidet auf einem kleineren Durchmesser als seinem Nenndurchmesser. In allen Fällen ist der wirkliche Span dünner als der Vorschub je Zahn, deshalb muss der Vorschub um den Spanausdünnungsfaktor steigen, damit der Span entsteht, für den das Werkzeug ausgelegt ist. Beim Kugelfräser dünnt ein Zeilenabstand unter dem halben wirksamen Durchmesser den Span ein zweites Mal aus, deshalb werden beide Faktoren multipliziert. Die Rautiefe ist die Rille auf einem ebenen Boden; Werkzeugneigung und gekrümmte Flächen verändern sie.

Drehzahl n = 1000 · Vc / (π · D) D = Dc, beim Kugelfräser De Vorschubgeschwindigkeit vf = fz · z · n Radiale Spanausdünnung hex = fz · √(1 − (1 − 2·ae/Dc)²) für ae < Dc/2, sonst hex = fz Eingriffswinkel φ = arccos(1 − 2·ae/Dc) Mittlere Spanungsdicke hm = fz · sin κr · (1 − cos φ) / φ φ im Bogenmaß Einstellwinkel hex = fz · sin κr · (radialer Faktor) Rundplatte: κr = arccos((iC − 2·ap)/iC) Kugelfräser De = Dc · sin(β + arccos((Dc − 2·ap)/Dc)) (De = Dc, sobald β + arccos(…) ≥ 90°) hex = fz · (De / Dc) · √(1 − (1 − 2·ae/De)²) Zeilenabstand ae < De/2, sonst hex = fz · De / Dc Rautiefe (Rille) h = R − √(R² − (ae/2)²) R = Dc/2, ae = Zeilenabstand; ebener Boden, Werkzeugneigung nicht berücksichtigt Zu programmieren fz = Spanungsdicke × Spanausdünnungsfaktor Zeitspanvolumen Q = ap · ae · vf / 1000 cm³/min

Die Formeln sind die von Sandvik Coromant veröffentlichten Fräsformeln und die des Machinery's Handbook zum Vorschub beim Fräsen. Sie beschreiben nur die Geometrie: Rundlauffehler, Abdrängung und die Schneidkantenpräparation verändern den wirklichen Span. Den vom Werkzeughersteller angegebenen maximalen Vorschub je Zahn nie überschreiten, egal was dieser Rechner ergibt.

Dieser Rechner liefert den Vorschub je Zahn, den Sie programmieren müssen, wenn ein Fräser nicht seinen vollen Span schneidet: bei kleiner radialer Zustellung an einer Wand, bei kleinem Einstellwinkel eines Plan- oder Hochvorschubfräsers, bei einer Rundplatte mit geringer Schnitttiefe oder bei einem Kugelfräser, der nahe seiner Spitze schneidet. In allen Fällen ist der wirkliche Span dünner als der Vorschub je Zahn; das Werkzeug reibt und verschleißt, wenn der Vorschub nicht steigt. CNC-Programmierer und Zerspaner nutzen ihn für das dynamische Fräsen (HPC), für Schlichtschnitte und für die 3D-Bearbeitung mit Kugelfräsern, und um die Drehzahl für den wirksamen Durchmesser der Kugel zu finden.

Rechenbeispiel: Schlichten einer Wand mit einem 4-schneidigen Schaftfräser Ø12 mm bei 10 % Zustellung

  1. Der Katalog nennt 0,05 mm Spanungsdicke je Zahn bei 200 m/min. Der Schlichtschnitt hat ae = 1,2 mm, also 10 % des Durchmessers von 12 mm.
  2. Radialer Spanausdünnungsfaktor: √(1 − (1 − 2 × 1,2 / 12)²) = √(1 − 0,8²) = 0,6; der Span hat also nur 60 % des Vorschubs je Zahn.
  3. Zu programmierender Vorschub je Zahn: fz = 0,05 / 0,6 = 0,0833 mm.
  4. Drehzahl: n = 1000 × 200 / (π × 12) = 5305 U/min.
  5. Vorschubgeschwindigkeit: vf = 0,0833 × 4 × 5305 = 1768 mm/min. Ohne Ausgleich wären es 1061 mm/min und jede Schneide schnitte nur einen Span von 0,030 mm.
  6. Der Eingriffswinkel ist arccos(0,8) = 36,9°: jede Schneide ist nur etwa eine Zehntelumdrehung im Schnitt, deshalb bleibt der Fräser beim höheren Vorschub kühl.

0,083 mm je Zahn programmieren, 1768 mm/min bei 5305 U/min. Dann hat der Span die 0,05 mm, für die der Fräser ausgelegt ist, und die Bearbeitung läuft 67 % schneller als mit dem Katalogvorschub.

Häufige Fragen

Was ist Spanausdünnung beim Fräsen?

Ist die radiale Schnitttiefe kleiner als der halbe Fräserdurchmesser, verlässt jede Schneide das Material, bevor sie den Punkt erreicht, an dem ihre Bahn am weitesten von der Vorschubrichtung entfernt ist. Der dickste Span ist dann kleiner als der Vorschub je Zahn. Dasselbe geschieht bei Einstellwinkeln unter 90° und bei Kugelfräsern mit kleiner Schnitttiefe. Ein zu dünner Span reibt, erhitzt die Schneide und verkürzt die Standzeit, deshalb wird der Vorschub je Zahn erhöht, bis der Span wieder dem empfohlenen Wert entspricht.

Wie berechnet man den Spanausdünnungsfaktor?

Bei einer radialen Zustellung ae unter dem halben Fräserdurchmesser Dc ist die maximale Spanungsdicke hex = fz × √(1 − (1 − 2·ae/Dc)²). Der Faktor ist fz / hex. Bei 10 % Zustellung beträgt er 1,67, bei 5 % 2,29 und bei 2 % 3,57. Ab 50 % ist der Faktor 1, ein Ausgleich ist nicht nötig. Das sind die von Sandvik Coromant veröffentlichten Formeln.

Was ist der wirksame Durchmesser eines Kugelfräsers?

Ein Kugelfräser schneidet auf dem Durchmesser, an dem die Oberfläche die Kugel schneidet, nicht auf seinem Nenndurchmesser. Ohne Neigung gilt De = 2 × √(ap × (Dc − ap)). Eine Kugel Ø10 mm schneidet bei 0,2 mm Tiefe nur auf 2,8 mm; die Drehzahl muss also etwa 3,6-mal höher sein, um die geplante Schnittgeschwindigkeit zu erreichen. Eine Neigung β vergrößert ihn: De = Dc × sin(β + arccos((Dc − 2·ap)/Dc)). Ist der Zeilenabstand kleiner als De/2, dünnt er den Span auf diesem Durchmesser noch einmal aus; der Rechner multipliziert deshalb mit dem radialen Faktor √(1 − (1 − 2·ae/De)²). Bei Ø10 mm, ap 0,2 mm und ae 0,3 mm wird so aus 0,06 mm Spanungsdicke ein Vorschub von 0,346 mm je Zahn.

Warum den Kugelfräser neigen?

Die Mitte der Kugel hat die Schnittgeschwindigkeit null. Ohne Neigung ist sie auf ebenen oder flachen Flächen immer im Schnitt, reibt dort und verschlechtert die Oberfläche. Eine Neigung um mehr als den Eingriffswinkel arccos((Dc − 2·ap)/Dc) bringt die Mitte aus dem Schnitt, vergrößert den wirksamen Durchmesser und verbessert Oberfläche und Standzeit. Üblich sind 10–15°.

Ändert der Einstellwinkel den Vorschub je Zahn?

Ja. Mit einem Einstellwinkel κr verteilt sich der Span auf eine längere Schneide und seine Dicke ist hex = fz × sin κr. Ein 45°-Planfräser braucht das 1,41-Fache der Spanungsdicke, ein 15°-Hochvorschubfräser das 3,86-Fache. Rundplatten verhalten sich wie ein Einstellwinkel, der sich mit der Tiefe ändert: κr = arccos((iC − 2·ap)/iC). Den maximalen Vorschub je Zahn des Herstellers nie überschreiten.

Gibt es eine Grenze für den Ausgleich der Spanausdünnung?

Ja. Die Formeln setzen einen gleichmäßigen Eingriff voraus. In Ecken und beim Eintritt mit voller Breite wächst der Eingriff plötzlich, und ein Vorschub vom 3- bis 4-Fachen der Spanungsdicke kann die Schneide brechen. Werkzeugwege mit konstantem Eingriff (dynamisches oder trochoidales Fräsen) verwenden, den Rundlauffehler klein halten und innerhalb des maximalen Vorschubs je Zahn des Herstellers bleiben.

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