Calcolatore della velocità del mandrino

Un calcolatore della velocità del mandrino determina la velocità di rotazione, espressa in giri al minuto (RPM), alla quale deve funzionare il mandrino di una macchina utensile per una determinata velocità di taglio e un dato diametro dell'utensile. Gli operatori utilizzano questo strumento per configurare fresatrici, torni, trapani a colonna e macchine CNC prima del taglio.

Che cos'è la velocità del mandrino?

La velocità del mandrino indica quanto rapidamente ruota il mandrino e si misura in RPM. Il mandrino è l'albero rotante che sostiene l'utensile da taglio nelle operazioni di fresatura e foratura, oppure il pezzo nelle operazioni di tornitura. Far ruotare il mandrino a una velocità eccessiva o insufficiente può usurare rapidamente l'utensile, bruciare il materiale o lasciare una superficie ruvida.

La velocità corretta del mandrino dipende da due fattori: la rapidità con cui il tagliente deve muoversi attraverso il materiale, cioè la velocità di taglio, e la larghezza dell'utensile o del pezzo, cioè il diametro.

Formula della velocità del mandrino

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

• La velocità di taglio è la velocità del tagliente rispetto al materiale, espressa in metri al minuto (m/min). Dipende dal materiale lavorato e dal materiale dell'utensile.
• Il diametro dell'utensile è il diametro dell'utensile da taglio, espresso in millimetri (mm). Nella tornitura, invece, è il diametro del pezzo.
• Il fattore 1000 converte i metri in millimetri, in modo che le unità coincidano.
• π (pi greco) vale circa 3.14159. Compare perché il tagliente dell'utensile traccia un cerchio a ogni giro e la circonferenza di quel cerchio è π volte il diametro.

Un utensile più largo copre una distanza maggiore a ogni giro, quindi richiede meno giri al minuto per raggiungere la stessa velocità di taglio. Un utensile più stretto richiede più giri al minuto.

Come calcolare la velocità del mandrino

1. Individuare la velocità di taglio consigliata per il materiale e l'utensile utilizzati, espressa in m/min. Questi valori sono pubblicati dai fornitori di utensili e materiali.
2. Misurare il diametro dell'utensile, oppure il diametro del pezzo nella tornitura, in mm.
3. Moltiplicare la velocità di taglio per 1000.
4. Moltiplicare il diametro dell'utensile per π, circa 3.14159.
5. Dividere il primo risultato per il secondo. Il risultato è la velocità del mandrino in RPM.

Esempio

Un operatore esegue la fresatura di acciaio dolce con una fresa a candela in metallo duro da 10 mm. La velocità di taglio consigliata per l'acciaio dolce è di circa 25 m/min.

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

L'operatore imposta il mandrino a circa 796 RPM.

Velocità tipiche del mandrino in base al materiale

Questi valori utilizzano un diametro dell'utensile di 10 mm e velocità di taglio comuni per utensili in acciaio rapido o metallo duro. Sono valori iniziali, non regole fisse, poiché i valori esatti dipendono dall'utensile e dalla macchina.

I metalli più teneri e con maggiore conducibilità termica, come l'alluminio, tollerano velocità di taglio molto più elevate rispetto ai metalli più duri o sensibili al calore, come il titanio.

Perché il diametro dell'utensile è importante

Diametro e velocità del mandrino sono inversamente proporzionali. Se il diametro dell'utensile raddoppia, gli RPM necessari si dimezzano, perché il tagliente dell'utensile più grande copre già il doppio della distanza a ogni giro. Per questo una punta piccola ruota molto più rapidamente di una punta grande per lavorare lo stesso materiale alla stessa velocità di taglio.

Differenze tra tornitura, fresatura e foratura

Nella fresatura e nella foratura, il diametro utilizzato nella formula è quello dell'utensile da taglio rotante. Nella tornitura ruota invece il pezzo, quindi si utilizza il diametro del pezzo. Poiché il pezzo spesso diventa più stretto durante la rimozione del materiale, alcuni torni utilizzano il controllo della velocità periferica costante per aumentare automaticamente gli RPM quando il diametro si riduce, mantenendo costante la velocità di taglio.

Come regolare la velocità calcolata

La formula fornisce un valore iniziale. Gli operatori spesso lo regolano per i seguenti motivi:

• Condizioni dell'utensile. Un utensile usurato o smussato può richiedere una velocità inferiore.
• Rigidità della macchina. Una macchina o una configurazione meno rigida possono vibrare alla velocità calcolata e richiedere una velocità più bassa.
• Raffreddamento. Il taglio a secco richiede spesso una velocità inferiore rispetto al taglio con refrigerante.
• Velocità disponibili. Le macchine più vecchie con pulegge azionate da cinghia offrono soltanto alcune velocità fisse; l'operatore sceglie quindi la velocità più vicina, pari o inferiore al valore calcolato.

Far funzionare il mandrino a una velocità eccessiva tende a usurare o rompere l'utensile e può bruciare il pezzo. Una velocità troppo bassa produce trucioli lunghi e filamentosi e una finitura superficiale scadente, poiché l'utensile sfrega invece di tagliare in modo pulito.

Domande frequenti

Che cos'è la velocità del mandrino nella lavorazione meccanica?
La velocità del mandrino è la velocità di rotazione del mandrino di una macchina utensile, espressa in RPM. Indica quanto rapidamente ruota l'utensile da taglio o il pezzo durante il taglio.

Come si calcola la velocità del mandrino?
Si moltiplica la velocità di taglio, espressa in m/min, per 1000 e si divide il risultato per π moltiplicato per il diametro dell'utensile, espresso in mm. Il risultato è la velocità del mandrino in RPM.

Perché il diametro dell'utensile modifica la velocità del mandrino?
Un utensile di diametro maggiore copre una distanza più lunga a ogni giro. Per mantenere la stessa velocità di taglio sul bordo, deve ruotare più lentamente di un utensile più piccolo.

Che cosa succede se la velocità del mandrino è impostata troppo alta o troppo bassa?
Una velocità troppo alta causa una rapida usura dell'utensile, la rottura dell'utensile e la bruciatura o lo scolorimento del pezzo. Una velocità troppo bassa causa una formazione inadeguata dei trucioli, una finitura superficiale ruvida e un taglio più lento.

La stessa formula funziona per tornitura, fresatura e foratura?
Sì. La formula è la stessa per tutte e tre le lavorazioni. Nella fresatura e nella foratura, il diametro è quello dell'utensile da taglio. Nella tornitura, è il diametro del pezzo nel punto di taglio.

È possibile usare piedi al minuto invece di metri al minuto?
La formula precedente utilizza i metri al minuto. Per convertire i piedi al minuto in metri al minuto, si moltiplica per 0,3048.