Bei der maschinellen Bearbeitung treten häufig Probleme auf wie langsamer Fortschritt, steigende Kosten und verschlissene Werkzeuge. Viele Ingenieure und Betriebsleiter versuchen, die Dinge zu beschleunigen, befürchten aber, dass die Qualität der Teile darunter leidet. Vielleicht sind Sie in einer Besprechung oder beim Durchblättern eines Maschinenhandbuchs schon einmal auf den Begriff "SFM" gestoßen. Sie haben ihm nicht viel Aufmerksamkeit geschenkt. Vielleicht fragen Sie sich sogar, ob das etwas ist, das Sie wissen müssen.
Die Wahrheit ist: Wenn Sie nicht verstehen, was SFM bedeutet, wird es viel schwieriger, das Beste aus Ihren Maschinen herauszuholen. Wenn Sie wissen, wie es funktioniert, können Sie schneller schneiden, Ihre Werkzeuge schützen und die Kosten unter Kontrolle halten. Hier finden Sie eine klare Einführung in SFM und wie es mit den Grundlagen der Bearbeitung zusammenhängt.
Was ist SFM in der Zerspanung?
SFM bedeutet "Surface Feet per Minute". Damit wird gemessen, wie schnell sich die Schneidkante des Werkzeugs über die Materialoberfläche bewegt. Diese Geschwindigkeit hängt davon ab, wie schnell sich das Werkzeug dreht und wie groß es ist.
Stellen Sie sich das so vor: Wenn sich ein Schneidwerkzeug zu langsam dreht, ist der Schnitt möglicherweise nicht sauber. Wenn es sich zu schnell dreht, kann das Werkzeug überhitzen oder schnell verschleißen. SFM gibt eine Zahl an, die dabei hilft, die richtige Drehzahl zu finden.
Diese Zahl ist hilfreich bei der Auswahl von Drehzahlen für Fräsmaschinen, Drehbänke oder Bohrer. Sie gilt sowohl für das Werkzeug als auch für das Material. Verschiedene Materialien benötigen unterschiedliche SFM, um gut zu schneiden und Probleme zu vermeiden.
Warum SFM für die Bearbeitung wichtig ist？
Das richtige SFM hält die Werkzeuge länger scharf und sorgt für glattere Oberflächen. Außerdem hilft es, Überhitzung, Vibrationen und minderwertige Teile zu vermeiden. Mit dem falschen SFM kann man Zeit verlieren, Teile beschädigen und Werkzeuge schnell verschleißen.
Für jede Material- und Werkzeugkombination gibt es einen empfohlenen SFM-Bereich. Die Einhaltung dieses Bereichs trägt zur Konsistenz bei. Es senkt auch die Kosten für die Produktion und den Austausch von Werkzeugen.
Zerspanungsmechaniker verwenden SFM, um die richtige Spindeldrehzahl (RPM) einzustellen. Sie passen sie je nach Größe des Werkzeugs und der Art des Materials an. Das macht die Bearbeitung sicherer und zuverlässiger.
Die Grundlagen von Surface Feet per Minute
SFM hilft Maschinenführern bei der Entscheidung, wie schnell sich ein Werkzeug über das Material bewegen soll. In diesem Abschnitt wird erläutert, was es bedeutet und wie es in der Werkstatt eingesetzt wird.
Definition von SFM in der Praxis
SFM gibt an, wie weit sich die Schneide des Werkzeugs in einer Minute über die Oberfläche bewegt. Die Einheit ist in Fuß pro Minute. Sie basiert darauf, wie schnell sich das Werkzeug dreht und wie groß es ist.
Wenn Sie z. B. ein Werkzeug mit großem Durchmesser verwenden, deckt es bei der gleichen Drehzahl mehr Fläche ab als ein kleines Werkzeug. SFM hilft Ihnen, die Bewegung des Werkzeugs an die Aufgabe und das Material anzupassen.
Es ist eine Möglichkeit, die Schnittgeschwindigkeit mit realen Zahlen zu steuern. Zerspanungsmechaniker verwenden SFM-Tabellen oder -Formeln, um die richtige Geschwindigkeit für jedes Werkzeug und jedes Material zu ermitteln.
Wie SFM mit der Schnittgeschwindigkeit zusammenhängt？
Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der das Material auf das Schneidwerkzeug trifft. SFM ist eine Möglichkeit, diese Geschwindigkeit zu messen. Sie konzentriert sich auf den Oberflächenkontaktpunkt, an dem das Werkzeug das Teil berührt.
Ist der SFM-Wert zu hoch, kann das Werkzeug verschleißen oder ausfallen. Ist sie zu niedrig, kann der Schnitt rau oder langsam sein. Ein guter SFM-Wert bedeutet eine bessere Spankontrolle, eine bessere Oberflächengüte und eine längere Lebensdauer des Werkzeugs.
Die Schnittgeschwindigkeit ist sowohl bei Drehen und fräsen. SFM erleichtert den Vergleich von Schnittgeschwindigkeiten zwischen verschiedenen Maschinen und Aufträgen.
Unterschiede zwischen SFM und RPM
SFM und RPM sind miteinander verbunden, aber sie sind nicht dasselbe. SFM misst, wie schnell sich das Werkzeug entlang der Materialoberfläche bewegt. RPM gibt an, wie schnell sich das Werkzeug in einer Minute dreht.
SFM hängt sowohl von der Drehzahl als auch vom Durchmesser des Werkzeugs ab. Ein größeres Werkzeug benötigt weniger Drehzahlen, um die gleiche SFM zu erreichen. Ein kleineres Werkzeug benötigt mehr Drehzahlen, um diese Geschwindigkeit zu erreichen.
Wenn Sie also das Werkzeug wechseln, müssen Sie die Drehzahl anpassen, um das gleiche SFM zu erhalten. Deshalb berechnen Zerspaner beides, bevor sie einen Schnitt beginnen.
Wie berechnet man SFM？?
Um die SFM in der Praxis anzuwenden, müssen Sie wissen, wie man sie berechnet. In diesem Teil werden die Formel und die erforderlichen Eingaben erläutert und es wird erklärt, wie Sie sicherstellen können, dass Ihre Zahlen korrekt sind.
Formel für SFM
Die Standardformel für SFM lautet:
SFM = (π × Werkzeugdurchmesser × Drehzahl) ÷ 12
Dies ergibt die Oberflächengeschwindigkeit in Fuß pro Minute. Sie verwenden π (etwa 3,1416), weil es sich um eine kreisförmige Bewegung des Werkzeugs handelt.
Mit dieser Formel können Sie herausfinden, wie schnell sich die Schneide an der Außenfläche des Werkzeugs bewegt.
Schlüsselvariablen: Durchmesser und Drehzahl
In der SFM-Formel gibt es zwei Hauptvariablen: den Werkzeugdurchmesser und die Spindeldrehzahl (RPM).
- Durchmesser ist die Größe des Werkzeugs an seiner Schneide, normalerweise in Zoll.
- RPM ist die Anzahl der Umdrehungen des Werkzeugs in einer Minute.
Beide Werte wirken zusammen. Ein größerer Durchmesser bedeutet mehr Oberflächenbewegung pro Umdrehung. Eine höhere Drehzahl erhöht die Anzahl der Umdrehungen pro Minute. Die Änderung eines der beiden Werte wirkt sich auf die SFM aus.
Maßeinheiten
SFM wird gemessen in Fuß pro Minute.
Damit die Formel funktioniert:
- Der Werkzeugdurchmesser muss in Zoll angegeben werden.
- RPM ist immer Umdrehungen pro Minute
- Teilen Sie durch 12, um Zoll in Fuß umzuwandeln (da ein Fuß 12 Zoll hat).
Vergewissern Sie sich vor dem Rechnen, dass alle Einheiten korrekt sind. Wenn Sie Zoll und Millimeter mischen, wird das Ergebnis falsch sein. Überprüfen Sie Ihre Eingaben immer doppelt.
Wie konvertiert man SFM in RPM?
Manchmal kennen Sie die gewünschte SFM, müssen aber die richtige Drehzahl für Ihre Maschine ermitteln. Dieser Abschnitt zeigt, wie Sie die SFM-Formel umkehren und die richtige Spindeldrehzahl ermitteln können.
Um SFM in RPM umzurechnen, verwenden Sie diese Formel:
RPM = (SFM × 12) ÷ (π × Werkzeugdurchmesser)
Hier wird die Spindeldrehzahl in Umdrehungen pro Minute angegeben.
Sie brauchen zwei Dinge:
- Die Ziel-SFM für das Material, das Sie schneiden
- Der Durchmesser Ihres Werkzeugs in Zoll
Diese Formel hilft Ihnen, die Maschine richtig einzustellen. Sie verhindert, dass Sie eine falsche Geschwindigkeit verwenden, die Werkzeuge verschleißen oder das Werkstück beschädigen kann.
Nehmen wir an, die empfohlene SFM beträgt 300 und Ihr Werkzeug hat einen Durchmesser von 1 Zoll. Dann:
DREHZAHL = (300 × 12) ÷ (3,1416 × 1)
DREHZAHL ≈ 1146
Sie würden Ihre Spindel also auf etwa 1146 RPM einstellen. Verwenden Sie einen Taschenrechner oder eine SFM-Tabelle, um Zeit zu sparen, wenn Sie dies häufig tun.
SFM nach Werkstückmaterial
Unterschiedliche Materialien erfordern unterschiedliche Schnittgeschwindigkeiten. Dieser Abschnitt zeigt gängige SFM-Werte für gängige Materialien und wie die Härte die Zahlen beeinflusst.
Ideales SFM für Aluminium, Stahl, Titan und Kunststoffe
Für jedes Material gibt es einen empfohlenen SFM-Bereich. Diese Werte tragen zu einem ausgewogenen Verhältnis zwischen Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugstandzeit und Werkstückoberfläche bei.
- Aluminium: 300 bis 1.000 SFM
Aluminium ist weich und schneidet leicht. Sie können hohe Geschwindigkeiten verwenden, ohne das Werkzeug zu beschädigen.
- Baustahl: 100 bis 300 SFM
Stahl ist steifer als Aluminium. Er benötigt langsamere Geschwindigkeiten, um Wärmestau und Werkzeugverschleiß zu vermeiden.
- Rostfreier Stahl: 50 bis 200 SFM
Rostfrei ist robust und härtet schnell aus. Ein niedrigerer SFM-Wert trägt zur Verringerung der Belastung und zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer bei.
- Titan: 30 bis 70 SFM
Titan ist stark, aber schwierig zu schneiden. Es braucht langsame Geschwindigkeiten, um die Hitze zu kontrollieren und Werkzeugausfälle zu vermeiden.
- Kunststoffe: 500 bis 1500 SFM
Kunststoffe sind sehr unterschiedlich. Weichere Kunststoffe vertragen hohe Geschwindigkeiten, während harte oder gefüllte Kunststoffe unter Umständen langsamere Geschwindigkeiten benötigen, um nicht zu schmelzen oder abzubrechen.
Dies sind allgemeine Bereiche. Prüfen Sie immer die Werkzeug- und Materialspezifikationen, um genauere Zahlen zu erhalten.
Anpassen der SFM auf der Grundlage der Materialhärte
Härtere Materialien benötigen ein langsameres SFM. Weichere Materialien können höhere SFM verwenden. Diese Regel hilft, Werkzeugschäden und Wärmestau zu vermeiden.
Beispielsweise kann das Schneiden von gehärtetem Stahl mit hohem SFM das Werkzeug schnell abstumpfen lassen. Das Schneiden von weichem Aluminium mit niedrigem SFM kann zu einer schlechten Oberfläche und langen Zykluszeiten führen.
Auch die Werkzeugbeschichtung und der Werkstofftyp spielen eine Rolle. Werkzeuge aus Hartmetall erlauben höhere SFM. Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl benötigen bei gleichem Material möglicherweise eine geringere SFM.
Passen Sie die SFM auf der Grundlage von:
- Härte des Materials
- Material der Werkzeuge
- Maschinenfähigkeit
Beginnen Sie mit dem unteren Ende des Bereichs und erhöhen Sie dann, wenn der Schnitt sauber ist und das Werkzeug kühl bleibt.
SFM vs. Vorschubgeschwindigkeit
SFM und Vorschubgeschwindigkeit arbeiten beim Schneiden zusammen. In diesem Abschnitt wird erklärt, wie sie zusammenwirken und wie man sie für bessere Bearbeitungsergebnisse ausbalancieren kann.
Verstehen des Verhältnisses zwischen Geschwindigkeit und Vorschub
SFM steuert die Geschwindigkeit, mit der sich die Werkzeugschneide durch das Material bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich das Werkzeug in das Material bewegt.
Wenn die SFM zu hoch, der Vorschub aber zu niedrig ist, kann das Werkzeug reiben, anstatt zu schneiden. Wenn der Vorschub zu hoch, aber der SFM zu niedrig ist, kann das Werkzeug ausbrechen oder überlastet werden.
Beide müssen übereinstimmen, um saubere Schnitte und einen guten Spanfluss zu erzielen. Eine Fehlanpassung kann zu Werkzeugverschleiß, schlechter Oberflächengüte oder Maschinenbelastung führen.
Auswuchten von SFM mit Vorschub pro Zahn oder Umdrehung
Die Vorschubgeschwindigkeit wird oft angegeben als:
- Vorschub pro Zahn (FPT) zum Fräsen
- Vorschub pro Umdrehung (IPR) zum Drehen
Zur Berechnung der vollen Vorschubgeschwindigkeit:
Vorschubgeschwindigkeit = U/min × Anzahl der Zähne × FPT
Zum Drehen:
Vorschubgeschwindigkeit = RPM × IPR
Sobald Sie SFM kennen und daraus die Drehzahl ermitteln, können Sie den Vorschub berechnen. Das Ziel ist es, den Vorschub an die SFM anzupassen, damit das Werkzeug schneidet und nicht reibt oder überlastet.
Ein höheres SFM bedeutet in der Regel einen höheren Vorschub. Der Vorschub muss jedoch innerhalb der Grenzen des Werkzeugs und der Maschine bleiben.
Wann man dem einen den Vorzug vor dem anderen gibt？
Wenn die Oberflächengüte entscheidend ist, beginnen Sie mit dem Einstellen des SFM. Ein geringerer Vorschub bei korrektem SFM ergibt eine glattere Oberfläche.
Wenn die Produktionsgeschwindigkeit wichtiger ist, sollten Sie sich auf die Vorschubgeschwindigkeit konzentrieren. Verwenden Sie den höchsten Vorschub, den Ihr Werkzeug und das Werkstück bewältigen können, und passen Sie dann den SFM entsprechend an.
Überwachen Sie ständig den Werkzeugverschleiß und die Spanform. Wenn die Späne zu fein oder pulverförmig sind, ist der Vorschub möglicherweise zu niedrig. Wenn die Späne dick sind und das Werkzeug spaltet, ist der Vorschub möglicherweise zu hoch.
Auswirkungen von SFM auf die Zerspanungsleistung
SFM wirkt sich direkt auf die Leistung Ihrer Werkzeuge, Teile und Maschinen aus. Dieser Abschnitt befasst sich mit den Auswirkungen auf Werkzeugstandzeit, Oberflächengüte, Wärme und Spankontrolle.
Auswirkungen auf die Lebensdauer der Werkzeuge
SFM hat einen erheblichen Einfluss darauf, wie lange Ihre Werkzeuge halten. Wenn der SFM-Wert zu hoch ist, wird die Werkzeugschneide zu heiß und verschleißt schneller. Ist sie zu niedrig, kann das Werkzeug reiben, anstatt zu schneiden, was ebenfalls zu Verschleiß führt.
Das Einhalten des richtigen SFM-Bereichs hilft den Werkzeugen, sauber zu schneiden. Es verringert die Gefahr von Ausbrüchen oder Brüchen. Außerdem muss das Werkzeug nicht ständig gewechselt werden, was sowohl Zeit als auch Geld spart.
Verwenden Sie beschichtete Werkzeuge? Sie ermöglichen oft eine höhere SFM, aber nur, wenn Spanabfuhr und Kühlung unter Kontrolle sind.
Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit
Die richtige SFM trägt zur Erzeugung glatter Oberflächen bei. Ist der SFM-Wert zu hoch, kann der Schnitt aufgrund von Vibrationen oder Werkzeugverformung rau werden. Ist sie zu niedrig, kann das Werkzeug Spuren oder ungleichmäßige Kanten hinterlassen.
Ein stabiles SFM hält das Werkzeug richtig im Eingriff. Es schneidet, statt zu schleifen. Dadurch wird die Oberfläche sauberer und gleichmäßiger, insbesondere bei feinen Arbeiten.
In den meisten Fällen führt ein höheres SFM bei geringerem Vorschub zu besseren Oberflächenergebnissen, aber Sie müssen trotzdem innerhalb sicherer Grenzen bleiben.
Rolle bei der Wärmeerzeugung und Chipkontrolle
Ein höheres SFM erhöht die Hitze an der Schneidkante. Durch die Hitze werden das Werkzeug und das Material weicher, was zu Werkzeugversagen oder schlechten Schnitten führen kann. Sie können dies durch die Verwendung von Kühlmitteln oder die Wahl besserer Werkzeugbeschichtungen verringern.
SFM verändert auch, wie Späne brechen und fließen. Bei der richtigen SFM sind die Späne klein und rollen sich sauber ab. Bei der falschen SFM können Späne haften bleiben, verstopfen oder lange Stränge bilden, die das Teil beschädigen.
SFM und Maschinenbeschränkungen
Selbst wenn die Berechnungen richtig aussehen, kann es sein, dass Ihre Maschine nicht in der Lage ist, die Zahlen auszuführen. In diesem Abschnitt wird erläutert, wie sich die Grenzen der Maschine auf die Wahl des SFM auswirken und was zu tun ist, wenn Theorie und Realität nicht übereinstimmen.
Maximale Drehzahl- und Spindelleistungsbeschränkungen
Jede Maschine hat eine maximale Drehzahl- und Spindelleistungsgrenze. Wenn die von Ihnen berechnete Drehzahl für die gewünschte SFM zu hoch ist, kann es sein, dass Ihre Maschine diese nicht erreicht.
Kleine Werkzeuge brauchen zum Beispiel hohe Drehzahlen, um die richtige SFM zu erreichen. Einige Maschinen erreichen jedoch erst bei 6.000 oder 8.000 U/min ihr Maximum. Dies kann dazu führen, dass Sie unterhalb der idealen SFM arbeiten.
Auch die Spindelleistung spielt eine Rolle. Hohe SFM bei großen Werkzeugen oder harten Materialien erfordern möglicherweise mehr Drehmoment, als Ihre Maschine liefern kann. Zu schnelles Arbeiten ohne ausreichende Leistung kann die Spindel zum Stillstand bringen oder den Motor beschädigen.
Wann die SFM aus Sicherheitsgründen gesenkt werden sollte？
Eine Senkung der SFM kann Werkzeugverschleiß, Hitze und Vibrationen reduzieren. Es ist eine kluge Entscheidung, wenn:
- Sie hören Klappern oder sehen Werkzeugspuren
- Das Material ist kompliziert oder uneinheitlich
- Das Werkzeug ist lang oder dünn und kann sich verbiegen
- Der Aufbau ist instabil, oder die Klemmung der Teile ist schwach.
Sicherheit steht an erster Stelle. Wenn Sie unsicher sind, beginnen Sie mit einer niedrigeren SFM und erhöhen Sie diese schrittweise. Halten Sie die Späne kurz, die Kanten sauber und das Werkzeug kühl.
Leistungsfähigkeit von Werkzeugmaschinen im Vergleich zu theoretischen Berechnungen
Die Formeln für SFM und RPM ergeben ideale Werte. Aber Maschinen haben Grenzen - Drehzahlgrenzen, Leistungsabfall bei hohen Geschwindigkeiten und Steifigkeitsprobleme.
Theoretische Zahlen helfen bei der Planung, aber der tatsächliche Schnitt sollte den Stärken der Maschine entsprechen. Testen Sie immer kleinere Schnitte, hören Sie auf die Maschine und prüfen Sie Spanform und Werkzeugverschleiß.
Außerdem können ältere Maschinen bei hohen Geschwindigkeiten keine engen Toleranzen einhalten. In diesen Fällen kann eine leichte Reduzierung der SFM zu stabileren, wiederholbaren Ergebnissen führen.
SFM in CNC-Bearbeitung
Bei CNC-Arbeiten ist SFM mehr als nur eine Zahl - es wird Teil des Programms. In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie SFM in den G-Code passt und wie die Software Sie bei der korrekten Einstellung unterstützen kann.
Programmierung von SFM in G-Code
CNC-Maschinen lesen SFM nicht direkt. Sie verwenden die Drehzahl, die anhand des Werkzeugdurchmessers aus dem SFM berechnet wird. Die meisten Programmierer führen die Umrechnung von SFM auf Drehzahl durch, bevor sie den Code schreiben.
Sie geben die Spindeldrehzahl mit G97 (konstante Drehzahl) oder G96 (konstante Schnittgeschwindigkeit) in Ihrem G-Code ein.
- G96 stellt die Maschine so ein, dass sie eine feste SFM einhält. Sie passt die Drehzahl automatisch an die Werkzeugposition und den Durchmesser an.
- G97 stellt eine feste Drehzahl ein. Sie ändert sich während des Schnitts nicht, auch wenn sich der Durchmesser ändert.
Beispiel:
G96 S250 M03 (Satz 250 SFM, Spindel ein)
Dies ist nützlich für Dreharbeiten, bei denen sich der Durchmesser ändert. Die Maschine passt die Drehzahl an, um die Oberflächengeschwindigkeit konstant zu halten.
Zum Fräsen verwenden die meisten Anwender G97, berechnen die Drehzahl manuell und geben sie in das Programm ein.
Software-Tools für die SFM-Optimierung
Viele CAM-Systeme und Kalkulatoren helfen bei der Festlegung des richtigen SFM. Sie geben Werkzeuggröße, Material und Maschinenspezifikationen ein. Die Software schlägt Geschwindigkeiten und Vorschübe auf der Grundlage von Standardschnittdaten vor.
Beliebte Werkzeuge sind:
- Anwendungen von Werkzeugherstellern (z. B. Kennametal, Sandvik)
- CAM-Software wie Fusion 360, Mastercam oder SolidCAM
- Online-SFM-Rechner
Diese Werkzeuge helfen, Vermutungen zu vermeiden. Sie verbessern die Genauigkeit und verringern die Anzahl der Versuche und Fehler in der Werkstatt. Einige aktualisieren die Vorschübe sogar in Echtzeit auf der Grundlage von Werkzeugverschleiß oder Teilegeometrie.
Schlussfolgerung
SFM, oder Surface Feet per Minute, ist ein wichtiger Bestandteil der Bearbeitung. Sie gibt an, wie schnell sich das Schneidwerkzeug über die Materialoberfläche bewegt. SFM trägt zum Gleichgewicht zwischen Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugstandzeit, Oberflächengüte und Wärme bei. Die richtige SFM hängt von der Werkzeuggröße, dem Materialtyp und den Maschinengrenzen ab. Sie wird zur Berechnung von Drehzahl und Vorschub verwendet und spielt eine wichtige Rolle bei der CNC-Programmierung und Spankontrolle.
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In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
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Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
