Calcolatore della velocità del mandrino

Un calcolatore della velocità del mandrino trova la velocità di rotazione, in giri al minuto (RPM), a cui deve girare il mandrino di una macchina utensile per una data velocità di taglio e un dato diametro dell'utensile. Gli operatori lo usano per impostare fresatrici, torni, trapani a colonna e macchine CNC prima del taglio.

Che cos'è la velocità del mandrino?

La velocità del mandrino indica quanto velocemente gira il mandrino, misurata in RPM. Il mandrino è l'albero rotante che regge l'utensile da taglio (nella fresatura e nella foratura) o il pezzo (nella tornitura). Far girare il mandrino troppo veloce o troppo lento può consumare rapidamente l'utensile, bruciare il materiale o lasciare una superficie ruvida.

La velocità giusta del mandrino dipende da due fattori: la velocità con cui il tagliente deve muoversi nel materiale (la velocità di taglio) e la larghezza dell'utensile o del pezzo (il diametro).

Formula della velocità del mandrino

$\text{Velocità del mandrino (RPM)} = \frac{\text{Velocità di taglio} \times 1000}{\pi \times \text{Diametro dell'utensile}}$

• La velocità di taglio è la velocità del tagliente rispetto al materiale, 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 in millimetri (mm). Per la tornitura è invece il diametro del pezzo.
• Il fattore 1000 converte i metri in millimetri in modo che le unità coincidano. In unità anglosassoni la stessa regola si scrive N = 12 V ÷ (π D), con V in piedi al minuto (SFM) e D in pollici.
• 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 percorre più distanza 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. Trovare la velocità di taglio consigliata per il materiale e l'utensile usati, in m/min. I fornitori di utensili e di materiali pubblicano questi valori.
2. Misurare il diametro dell'utensile (o il diametro del pezzo per la 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. La risposta è la velocità del mandrino in RPM.

Esempio

Un operatore fresa acciaio dolce con una fresa a candela in acciaio super rapido (HSS) da 10 mm. Una velocità di taglio di circa 30 m/min (100 piedi al minuto) è una scelta prudente per questa combinazione.

$\text{RPM} = \frac{30 \times 1000}{\pi \times 10} = \frac{30{,}000}{31.42} \approx 954.9 \text{ RPM}$

L'operatore imposta il mandrino a circa 955 RPM.

Velocità tipiche del mandrino per materiale

Le velocità di taglio riportate di seguito provengono dalle velocità di superficie consigliate per utensili HSS dell'Università della Florida, convertite da piedi al minuto a metri al minuto. L'università definisce prudenti questi valori, scelti per un'officina didattica. Suggerisce di moltiplicarli per 2,5 per gli utensili in metallo duro. La colonna RPM usa un diametro dell'utensile di 10 mm.

I metalli più morbidi e più buoni conduttori di calore, come l'alluminio, tollerano velocità di taglio molto più alte rispetto a 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 percorre già il doppio della distanza a ogni giro. Per questo una piccola punta da trapano gira molto più veloce di una grande per tagliare lo stesso materiale alla stessa velocità di taglio.

Tornitura, fresatura e foratura a confronto

Nella fresatura e nella foratura, il diametro usato nella formula è quello dell'utensile da taglio in rotazione. Nella tornitura ruota il pezzo e non l'utensile, quindi si usa il diametro del pezzo. Poiché il pezzo spesso si restringe man mano che si asporta materiale, alcuni torni usano il controllo a velocità di taglio costante per aumentare automaticamente gli RPM al diminuire del diametro, mantenendo costante la velocità di taglio.

Regolare la velocità calcolata

La formula fornisce un valore di partenza. Gli operatori spesso lo regolano in base a:

• Condizione dell'utensile. Un utensile usurato o smussato può richiedere una velocità inferiore.
• Rigidità della macchina. Una macchina o un'attrezzatura meno rigida può vibrare alla velocità calcolata e richiedere una velocità inferiore.
• Raffreddamento. Una lubrificazione minore richiede una velocità inferiore. La guida dell'officina dell'Università della Florida, ad esempio, riduce velocità e avanzamento al 60% quando l'olio viene applicato a mano anziché con refrigerante a getto abbondante.
• Velocità disponibili. Le macchine più vecchie con pulegge a cinghia offrono solo poche velocità fisse, quindi l'operatore sceglie la velocità più vicina, pari o inferiore al valore calcolato.

Far girare il mandrino troppo veloce tende a consumare o rompere l'utensile e può bruciare il pezzo. Farlo girare troppo lento produce trucioli lunghi e filamentosi e una finitura superficiale scadente, perché l'utensile struscia invece di tagliare in modo netto.

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, in RPM. Stabilisce quanto velocemente girano l'utensile da taglio o il pezzo durante un taglio.

Come si calcola la velocità del mandrino? Moltiplicare la velocità di taglio (in m/min) per 1000, poi dividere per il prodotto di π e del diametro dell'utensile (in mm). Il risultato è la velocità del mandrino in RPM.

Perché il diametro dell'utensile cambia la velocità del mandrino? Un utensile di diametro maggiore percorre più distanza in un giro. Per mantenere la stessa velocità di taglio sul tagliente, deve girare più lentamente di un utensile più piccolo.

Che cosa succede se la velocità del mandrino è troppo alta o troppo bassa? Una velocità troppo alta causa una rapida usura dell'utensile, la rottura dell'utensile e un pezzo bruciato o scolorito. Una velocità troppo bassa causa una cattiva formazione del truciolo, una finitura superficiale ruvida e un taglio più lento.

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

Posso usare i piedi al minuto anziché i metri al minuto? La formula qui sopra usa i metri al minuto. Per convertire i piedi al minuto in metri al minuto, moltiplicare per 0,3048, poiché 1 piede (0,3 m) = 0,3048 metri.

Riferimenti

1. University of Florida, Department of Mechanical and Aerospace Engineering. Speeds and Feeds. Laboratorio di progettazione e produzione dell'UF — N = 12 V/(πD); velocità di superficie consigliate per HSS per materiale; ×2,5 per il metallo duro; 60% quando l'olio è applicato manualmente.
2. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.9: Factors for units listed by kind of quantity or field of science. NIST SP 811, Appendice B.9 — 1 ft = 0,3048 m esattamente.