Drehzahlrechner für Bearbeitungsvorgänge

Ein Drehzahlrechner ermittelt die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (RPM), mit der die Spindel einer Werkzeugmaschine bei einer bestimmten Schnittgeschwindigkeit und einem bestimmten Werkzeugdurchmesser laufen muss. Zerspanungsmechaniker verwenden ihn zur Einrichtung von Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Bohrmaschinen und CNC-Maschinen vor dem Bearbeiten.

Was ist die Spindeldrehzahl?

Die Spindeldrehzahl gibt an, wie schnell sich die Spindel dreht, gemessen in RPM. Die Spindel ist die rotierende Welle, die beim Fräsen und Bohren das Schneidwerkzeug oder beim Drehen das Werkstück hält. Eine zu hohe oder zu niedrige Drehzahl kann das Werkzeug schnell verschleißen lassen, das Material verbrennen oder eine raue Oberfläche hinterlassen.

Die richtige Spindeldrehzahl hängt von zwei Faktoren ab: Wie schnell sich die Schneide relativ durch das Material bewegen soll (Schnittgeschwindigkeit) und wie groß der Durchmesser des Werkzeugs oder Werkstücks ist.

Formel für die Spindeldrehzahl

$\text{Spindle Speed (RPM)} = \frac{\text{Cutting Speed} \times 1000}{\pi \times \text{Tool Diameter}}$

• Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der Schneide relativ zum Material, angegeben in Metern pro Minute (m/min). Sie hängt vom zu bearbeitenden Material und vom Werkzeugmaterial ab.
• Werkzeugdurchmesser ist der Durchmesser des Schneidwerkzeugs in Millimetern (mm). Beim Drehen ist stattdessen der Durchmesser des Werkstücks gemeint.
• Der Faktor 1000 wandelt Meter in Millimeter um, damit die Einheiten übereinstimmen.
• π (Pi) ist ungefähr 3,14159. Der Wert erscheint, weil die Schneide des Werkzeugs bei jeder Umdrehung einen Kreis beschreibt und der Umfang dieses Kreises π mal dem Durchmesser entspricht.

Ein Werkzeug mit größerem Durchmesser legt pro Umdrehung eine längere Strecke zurück. Daher benötigt es weniger Umdrehungen pro Minute, um dieselbe Schnittgeschwindigkeit zu erreichen. Ein Werkzeug mit kleinerem Durchmesser benötigt mehr Umdrehungen pro Minute.

So wird die Spindeldrehzahl berechnet

1. Die empfohlene Schnittgeschwindigkeit für das verwendete Material und Werkzeug in m/min ermitteln. Werkzeug- und Materialhersteller veröffentlichen diese Werte.
2. Den Werkzeugdurchmesser in mm messen. Beim Drehen wird stattdessen der Werkstückdurchmesser gemessen.
3. Die Schnittgeschwindigkeit mit 1000 multiplizieren.
4. Den Werkzeugdurchmesser mit π (ungefähr 3,14159) multiplizieren.
5. Das erste Ergebnis durch das zweite teilen. Das Ergebnis ist die Spindeldrehzahl in RPM.

Beispiel

Ein Zerspanungsmechaniker fräst Baustahl mit einem Hartmetall-Schaftfräser mit 10 mm Durchmesser. Die empfohlene Schnittgeschwindigkeit für Baustahl beträgt ungefähr 25 m/min.

$\text{RPM} = \frac{25 \times 1000}{\pi \times 10} = \frac{25{,}000}{31.42} \approx 795.8 \text{ RPM}$

Der Zerspanungsmechaniker stellt die Spindel auf ungefähr 796 RPM ein.

Typische Spindeldrehzahlen nach Material

Diese Werte gelten für einen Werkzeugdurchmesser von 10 mm und übliche Schnittgeschwindigkeiten bei Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall. Sie dienen als Ausgangswerte und sind keine festen Regeln, da die genauen Werte vom Werkzeug und von der Maschine abhängen.

Weichere und wärmeleitfähigere Metalle wie Aluminium vertragen deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten als härtere oder wärmeempfindliche Metalle wie Titan.

Warum der Werkzeugdurchmesser eine Rolle spielt

Durchmesser und Spindeldrehzahl verhalten sich umgekehrt proportional. Wird der Werkzeugdurchmesser verdoppelt, halbiert sich die erforderliche RPM, weil die Schneide des größeren Werkzeugs pro Umdrehung bereits die doppelte Strecke zurücklegt. Deshalb dreht sich ein kleiner Bohrer bei gleicher Schnittgeschwindigkeit und demselben Material deutlich schneller als ein großer Bohrer.

Drehen im Vergleich zu Fräsen und Bohren

Beim Fräsen und Bohren wird in der Formel der Durchmesser des rotierenden Schneidwerkzeugs verwendet. Beim Drehen rotiert dagegen das Werkstück und nicht das Werkzeug, daher wird der Werkstückdurchmesser eingesetzt. Da ein Werkstück beim Abtragen von Material häufig dünner wird, verwenden einige Drehmaschinen eine Regelung mit konstanter Schnittgeschwindigkeit. Dadurch wird die RPM automatisch erhöht, wenn der Durchmesser kleiner wird, sodass die Schnittgeschwindigkeit konstant bleibt.

Anpassen der berechneten Drehzahl

Die Formel liefert einen Ausgangswert. Zerspanungsmechaniker passen ihn häufig aus folgenden Gründen an:

• Zustand des Werkzeugs. Ein verschlissenes oder stumpfes Werkzeug kann eine niedrigere Drehzahl erfordern.
• Steifigkeit der Maschine. Eine weniger steife Maschine oder Aufspannung kann bei der berechneten Drehzahl vibrieren und eine niedrigere Drehzahl erfordern.
• Kühlung. Beim Trockenschnitt ist häufig eine niedrigere Drehzahl erforderlich als beim Schneiden mit Kühlschmierstoff.
• Verfügbare Drehzahlen. Ältere Maschinen mit riemengetriebenen Riemenscheiben bieten nur wenige feste Drehzahlen. Daher wählt der Zerspanungsmechaniker die nächstgelegene Drehzahl, die dem berechneten Wert entspricht oder darunter liegt.

Eine zu hohe Spindeldrehzahl führt häufig zu schnellem Verschleiß oder Bruch des Werkzeugs und kann das Werkstück versengen. Eine zu niedrige Drehzahl erzeugt lange, fadenförmige Späne und eine schlechte Oberflächenqualität, da das Werkzeug eher reibt, als sauber zu schneiden.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Spindeldrehzahl bei der Zerspanung?
Die Spindeldrehzahl ist die Drehgeschwindigkeit der Spindel einer Werkzeugmaschine, angegeben in RPM. Sie legt fest, wie schnell sich das Schneidwerkzeug oder Werkstück während eines Schnitts dreht.

Wie berechne ich die Spindeldrehzahl?
Die Schnittgeschwindigkeit in m/min wird mit 1000 multipliziert. Anschließend wird durch π mal dem Werkzeugdurchmesser in mm geteilt. Das Ergebnis ist die Spindeldrehzahl in RPM.

Warum verändert der Werkzeugdurchmesser die Spindeldrehzahl?
Ein Werkzeug mit größerem Durchmesser legt bei einer Umdrehung eine längere Strecke zurück. Um dieselbe Schnittgeschwindigkeit an der Schneide beizubehalten, muss es langsamer drehen als ein Werkzeug mit kleinerem Durchmesser.

Was passiert, wenn die Spindeldrehzahl zu hoch oder zu niedrig eingestellt ist?
Eine zu hohe Drehzahl verursacht schnellen Werkzeugverschleiß, Werkzeugbruch sowie ein verbranntes oder verfärbtes Werkstück. Eine zu niedrige Drehzahl führt zu schlechter Spanbildung, einer rauen Oberfläche und langsamerem Schneiden.

Funktioniert dieselbe Formel beim Drehen, Fräsen und Bohren?
Ja. Die Formel ist für alle drei Verfahren gleich. Beim Fräsen und Bohren ist der Durchmesser der Durchmesser des Schneidwerkzeugs. Beim Drehen ist es der Werkstückdurchmesser an der Schnittstelle.

Kann ich Fuß pro Minute statt Meter pro Minute verwenden?
Die oben angegebene Formel verwendet Meter pro Minute. Um Fuß pro Minute in Meter pro Minute umzurechnen, wird mit 0,3048 multipliziert.