What Is the Spindle Speed Formula for Turning? Ein vollständiger Leitfaden

Wenn Sie jemals vor einer Drehmaschine gestanden haben und sich gefragt haben, wie schnell Sie die Spindel einstellen müssen, um einen sauberen Schnitt zu erzielen, ohne Ihr Werkzeug oder Werkstück zu beschädigen, Du bist nicht allein. Die Antwort liegt in der Formel für die Spindeldrehzahl beim Drehen– eine einfache, aber wichtige Berechnung, die jeder Maschinist durchführen muss, egal ob Anfänger oder Fortgeschrittener, muss meistern. Kommen wir zunächst zur Sache: die Kernformel für die Spindeldrehzahl (SS) im Drehen ist SS = (1000 × Schnittgeschwindigkeit) / (π × Durchmesser). Aber die Kenntnis der Formel ist nur der Anfang. In diesem Leitfaden, Wir werden die Bedeutung jedes Teils aufschlüsseln, wie man es in realen Szenarien verwendet, Vermeiden Sie häufige Fehler, Und geben Sie sogar Profi-Tipps weiter, um Ihre Ergebnisse zu optimieren.

Verstehen der Spindelgeschwindigkeitsformel für das Drehen: Die Grundlagen

Bevor wir in die Berechnungen eintauchen, Stellen wir sicher, dass Sie es verstehen Warum Spindelgeschwindigkeit ist wichtig. Die Spindeldrehzahl ist die Drehzahl der Spindel der Drehmaschine (und damit das Werkstück) gemessen in Revolutionen pro Minute (Drehzahl). Verstehen Sie es falsch, und Sie könnten am Ende ein kaputtes Teil haben (Zu langsam, und Sie erhalten eine raue Oberfläche), ein kaputtes Schneidwerkzeug (zu schnell, und das Werkzeug überhitzt), oder sogar Sicherheitsrisiken. Die Formel dient dazu, drei Schlüsselfaktoren auszugleichen: das Material Ihres Werkstücks, die Art des Schneidwerkzeugs, das Sie verwenden, und die gewünschte Schnittqualität.

Lassen Sie uns die Formel Schritt für Schritt aufschlüsseln:

Spindelgeschwindigkeit (Drehzahl) = (1000 × Schnittgeschwindigkeit) / (π × Werkstückdurchmesser)

Hier erfahren Sie, was jeder Begriff im Klartext bedeutet:

• Spindelgeschwindigkeit (SS): Das Ergebnis, nach dem Sie suchen, gemessen in U/min. Hier erfahren Sie, wie oft sich das Werkstück pro Minute drehen soll.
• Schnittgeschwindigkeit (VC): Die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug über die Oberfläche des Werkstücks bewegt, gemessen in Metern pro Minute (m/my) oder Fuß pro Minute (fpm). Dies wird durch zwei Dinge bestimmt: dem Werkstückmaterial (Z.B., Aluminium ist schneller als Stahl) und das Schneidwerkzeugmaterial (Z.B., Hartmetallwerkzeuge bewältigen höhere Geschwindigkeiten als Schnellarbeitsstahl, oder HSS).
• Werkstückdurchmesser (D): Der Außendurchmesser des Teils, das Sie drehen, gemessen in Millimetern (mm) wenn m/min als Schnittgeschwindigkeit verwendet wird, oder Zoll (In) wenn fpm verwendet wird.
• 1000: Ein Umrechnungsfaktor, um sicherzustellen, dass die Einheiten übereinstimmen (da wir Millimeter und Meter verwenden). Wenn Sie in imperialen Einheiten arbeiten (Zoll und fpm), Die Formel ändert sich geringfügig zu SS = (Schnittgeschwindigkeit × 12) / (π × Durchmesser) (Die 12 wandelt Zoll in Fuß um).
• P (Pi): Eine mathematische Konstante (etwa 3.1416) Wird zur Berechnung des Umfangs des Werkstücks verwendet, da das Werkzeug den Umfang berührt, Dadurch wird sichergestellt, dass wir die Geschwindigkeit relativ zur tatsächlichen Oberfläche messen.

Beispiel 1: Grundberechnung für Stahl

Nehmen wir an, Sie werden ein 40Werkstück aus kohlenstoffarmem Stahl mit einem Durchmesser von mm mit a Hartmetall-Schneidwerkzeug. Aus Werkzeugherstellertabellen, die empfohlene Schnittgeschwindigkeit (VC) für Hartmetall auf kohlenstoffarmem Stahl ist 150 m/my.

Einstecken in die Formel:

SS = (1000 × 150) / (3.1416 × 40)

SS = 150,000 / 125.664

SS ≈ 1194 Drehzahl

Sie würden Ihre Drehmaschine also auf ungefähr einstellen 1200 Drehzahl (Die meisten Drehmaschinen verfügen über voreingestellte Drehzahlschritte, Daher ist es in Ordnung, auf die nächste verfügbare Einstellung zu runden).

Schlüsselfaktoren, die die Schnittgeschwindigkeit beeinflussen (VC): Der “Warum” Hinter den Zahlen

Die Schnittgeschwindigkeit (VC) ist der variabelste Teil der Formel – und derjenige, der neue Maschinisten oft zum Stolpern bringt. Es ist keine Zufallszahl; Es basiert auf dem Zusammenspiel zwischen Ihrem Werkstückmaterial und Ihrem Schneidwerkzeug. Lassen Sie uns die beiden Hauptfaktoren aufschlüsseln, Plus Beispiele aus der Praxis, die Ihnen bei der Auswahl des richtigen VC helfen.

1. Werkstückmaterial: Härtere Materialien = langsamere Geschwindigkeiten

Härtere Materialien (wie Edelstahl oder Titan) beim Schneiden mehr Reibung und Hitze erzeugen, Sie erfordern daher niedrigere Schnittgeschwindigkeiten, um das Werkzeug zu schonen. Weichere Materialien (wie Aluminium oder Messing) lässt sich leichter schneiden, höhere Geschwindigkeiten ermöglichen.

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle gängiger Werkstückmaterialien und ihrer typischen Schnittgeschwindigkeiten (VC) für Hartmetallwerkzeuge (das heute am häufigsten verwendete Werkzeugmaterial):

Quelle: Handbuch für Maschinisten, 311. Auflage (eine vertrauenswürdige Autorität in der Fertigung)

2. Schneidwerkzeugmaterial: Hartmetall vs. HSS vs. Keramik

Das Material Ihres Werkzeugs bestimmt, wie viel Hitze es verarbeiten kann. Carbid -Werkzeuge (Hergestellt aus Wolframcarbid gemischt mit Kobalt) sind der Industriestandard, weil sie hart und hitzebeständig sind und daher mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten als HSS. HSS -Werkzeuge (aus Stahl mit Wolfram, Chrom, und Vanadium) sind günstiger und flexibler, verschleißen aber bei hohen Geschwindigkeiten schneller. Keramikwerkzeuge sind noch härter als Hartmetall, aber spröde, Daher werden sie für sehr harte Materialien verwendet (wie gehärteter Stahl) bei extrem hohen Geschwindigkeiten.

Beispiel 2: Wie Werkzeugmaterial das Ergebnis verändert

Lassen Sie uns das 40-mm-Werkstück aus kohlenstoffarmem Stahl aus Beispiel wiederverwenden 1, Verwenden Sie dieses Mal jedoch ein HSS-Werkzeug anstelle von Hartmetall. Aus der Tabelle oben, HSS für kohlenstoffarmen Stahl hat einen VC von 45 m/my.

Berechnung:

SS = (1000 × 45) / (3.1416 × 40)

SS = 45,000 / 125.664

SS ≈ 358 Drehzahl

Das ist ein riesiger Unterschied – fast 800 Drehzahl niedriger! Die Verwendung des falschen VC würde entweder das HSS-Werkzeug zerstören (wenn du benutzt hast 150 m/my) oder zu einer Verlangsamung führen, Rohschnitt (wenn du benutzt hast 45 m/min mit Hartmetall).

Imperial vs. Metrisch: Umrechnung der Spindelgeschwindigkeitsformel

Nicht alle Geschäfte verwenden die gleichen Einheiten. Wenn Sie in den USA arbeiten. oder mit älteren Drehmaschinen, Sie könnten imperiale Einheiten verwenden (Zoll, fpm) statt metrisch (mm, m/my). Die Formel ist ähnlich, aber der Umrechnungsfaktor ändert sich. Let’s clarify both, with an example for each.

Metrische Formel (mm, m/my)

As we’ve used already:

SS (Drehzahl) = (1000 × VC) / (π × D)

• VC = Cutting Speed (m/my)
• D = Workpiece Diameter (mm)

Imperiale Formel (In, fpm)

For imperial units, the conversion factor switches from 1000 (to convert mm to meters) Zu 12 (to convert inches to feet):

SS (Drehzahl) = (12 × VC) / (π × D)

• VC = Cutting Speed (fpm, feet per minute)
• D = Workpiece Diameter (In, Zoll)

Beispiel 3: Imperiale Berechnung für Aluminium

Nehmen wir an, Sie werden ein 1.5-inch diameter aluminum (6061-T6) Werkstück with a carbide tool. The recommended VC for carbide on aluminum in imperial units is 1000 fpm (this matches the metric range of 300–600 m/min, since 1 fpm ≈ 0.3048 m/my).

Berechnung:

SS = (12 × 1000) / (3.1416 × 1.5)

SS = 12,000 / 4.7124

SS ≈ 2546 Drehzahl

This makes sense—aluminum is soft, so it can handle very high spindle speeds.

Anwendungen in der Praxis: Anpassen der Formel für verschiedene Abbiegeszenarien

The basic formula works for most “Außendrehen” Jobs (cutting the outside of a cylindrical part), but real shops deal with more complex tasks. Let’s cover three common scenarios where you’ll need to tweak the formula, plus case studies from actual machining projects.

1. Innendrehen (Langweilig)

Internal turning (langweilig) is when you cut the inside of a hole (Z.B., making a cylinder with a hollow center). The formula stays the same, but you use the internal diameter of the hole (not the external diameter of the workpiece). Jedoch, you’ll often need to lower the cutting speed by 10–20% for boring because:

• The cutting tool is more fragile (thinner shank to fit inside the hole).
• There’s less room for coolant to reach the tool, so heat builds up faster.

Fallstudie: Bohren einer Edelstahlhülse

A manufacturing shop needed to bore a 30mm internal diameter in a 304 stainless steel sleeve. They used a carbide boring tool. Normally, carbide on 304 stainless steel has a VC of 100 m/my, but they lowered it by 15% (Zu 85 m/my) for boring.

Berechnung:

SS = (1000 × 85) / (3.1416 × 30)

SS = 85,000 / 94.248

SS ≈ 902 Drehzahl

Ergebnis: The tool lasted 20% longer than if they’d used the full 100 m/my, and the hole had a smooth finish (Ra 1.6 μm, well within the client’s specs).

2. Gegenüber (Schneiden des Endes eines Werkstücks)

Facing is when you cut the flat end of a workpiece to make it square. For facing, the diameter changes as you cut (you start at the outer edge and move toward the center). This means the spindle speed theoretically should change too (since D is smaller at the center). But most machinists use a constant RPM for facing, Wählen Sie eine Geschwindigkeit basierend auf der maximaler Durchmesser des Werkstücks. Hier ist der Grund:

• Der äußere Rand (größtes D) Hier erledigt das Werkzeug den größten Teil des Schnitts, Durch die Verwendung von D wird also sichergestellt, dass das Werkzeug nicht überlastet wird.
• Das Ändern der Drehzahl während des Schnitts ist auf den meisten Drehmaschinen unpraktisch und kann zu Vibrationen führen.

Für die Spitze: Für Präzisionsplanen

Wenn Sie ein ultra-glattes Finish benötigen, Verwenden Sie a “variabler Geschwindigkeitsbelag” Technik: Beginnen Sie mit der maximalen Drehzahl (basierend auf äußerem D), Erhöhen Sie dann schrittweise die Drehzahl, während Sie sich der Mitte nähern. Dadurch bleibt die Schnittgeschwindigkeit erhalten (VC) konsistent. Zum Beispiel, wenn Sie es mit einem Teil mit 50 mm Durchmesser zu tun haben, fangen Sie an 1000 Drehzahl (für D=50mm) und erhöhen auf 2000 Drehzahl, wenn D=25 mm erreicht ist.

3. Drehen dünnwandiger Teile

Dünnwandige Teile (Z.B., aluminum tubes with a wall thickness under 2mm) are prone to vibration (chatter) if the spindle speed is too high. Um dies zu beheben, lower the spindle speed by 15–25% from the basic formula. You can also use a “chatter frequency calculator” (many tool manufacturers offer free ones online) to find the optimal speed, but a simple reduction works for most cases.

Beispiel 4: Drehen eines dünnwandigen Aluminiumrohrs

A hobbyist wanted to turn a 25mm diameter aluminum tube with a 1mm wall thickness. Using the basic formula, carbide on aluminum (VC=400 m/min) gibt:

SS = (1000 × 400) / (3.1416 × 25) = 400,000 / 78.54 ≈ 5093 Drehzahl

But thin walls vibrate at this speed. Sie verringerten die Geschwindigkeit um 20% (Zu 4074 Drehzahl) und fügte ein weiches Backenfutter hinzu (um den Spanndruck zu reduzieren). Das Ergebnis: kein Geschwätz, und die Röhre behielt ihre runde Form.

Häufige Fehler, die Sie bei der Verwendung der Spindelgeschwindigkeitsformel vermeiden sollten

Selbst erfahrene Maschinenbauer machen mit dieser Formel Fehler. Lassen Sie uns vier der häufigsten hervorheben, warum sie passieren, und wie man sie repariert.

1. Verwendung des falschen Durchmessers

Fehler: Mit der Finale Durchmesser des Werkstücks (nach dem Schneiden) statt der anfänglich Durchmesser (bevor Sie mit dem Abbiegen beginnen). Zum Beispiel, wenn Sie ein Teil mit 50 mm Durchmesser auf 40 mm verkleinern, Sie sollten in der Formel 50 mm verwenden, da das Werkzeug zuerst die äußere 50-mm-Fläche schneidet.

Fix: Messen Sie immer die Anfangsdurchmesser des Werkstücks vor der Berechnung der Drehzahl. Wenn Sie mehrere Durchgänge machen (Z.B., Schruppen und dann Schlichten), Verwenden Sie für jeden Durchgang den Startdurchmesser (da sich der Durchmesser nach jedem Schnitt ändert).

2. Kühlmittel ignorieren

Fehler: Das Kühlmittel vergessen (oder Gleitmittel) ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten. Kühlmittel reduziert Hitze und Reibung, wenn Sie also ein Flutkühlsystem verwenden, Sie können VC um 10–30 % erhöhen (Abhängig vom Material). Ohne Kühlmittel, Sie müssen untere VC um den gleichen Betrag.

Fix: Überprüfen Sie die Empfehlungen Ihres Werkzeugherstellers “nass” (mit Kühlmittel) vs. “trocken” (Kein Kühlmittel) Schneidgeschwindigkeiten. Zum Beispiel, Karbid auf kohlenstoffarmem Stahl könnte sein 150 m/min trocken, Aber 180 m/min nass.

3. Drehzahl zu stark gerundet

Fehler: Rounding the calculated RPM to a number that’s too far from the ideal. Zum Beispiel, if the formula gives 1194 Drehzahl, rounding to 1000 Drehzahl (a big jump) will slow down production, while rounding to 1500 RPM might overheat the tool.

Fix: Most lathes have RPM settings in increments of 100 oder 200 (Z.B., 1000, 1200, 1400). Round to the nearest available setting—1194 RPM rounds to 1200 Drehzahl, which is safe. If your lathe has a variable speed dial, set it as close to the calculated RPM as possible.

4. Verwendung veralteter Schnittgeschwindigkeitstabellen

Fehler: Relying on old charts (aus 10+ years ago) zum Schneiden von Geschwindigkeiten. New tool materials (like coated carbide or ceramic) have higher speed ratings than older tools. Zum Beispiel, a modern TiAlN-coated carbide tool can handle 20–30% higher VC than an uncoated carbide tool from 2010.

Fix: Use cutting speed charts from current tool manufacturers (Z.B., Sandvik Coromant, Kennametal, or Walter Tools) or the latest edition of the Machinist’s Handbook. Most manufacturers offer free apps or online calculators that update with new tool releases.

So validieren Sie Ihre Berechnungen: Werkzeuge und Überprüfungen auf Genauigkeit

Once you’ve calculated the spindle speed, it’s smart to double-check before hitting “start.” Here are three easy ways to validate your numbers, plus tools that make this process faster.

1. Verwenden Sie einen Spindelgeschwindigkeitsrechner (Kostenlose Tools)

Most tool manufacturers offer free online calculators that do the math for you. Zum Beispiel:

• Sandvik Coromant Machining Calculator: Inputs: Material, tool type, Durchmesser, Einheiten. Outputs: Drehzahl, Futterrate (another important setting), and cutting time.
• Kennametal Lathe Calculator: Includes options for internal/external turning, facing, and threading.

These calculators are great because they use the latest cutting speed data, so you don’t have to memorize charts. They also reduce human error (no more miscalculating π × D).

2. Mach ein “Testschnitt”

Before cutting your final workpiece, do a test cut on a scrap piece of the same material. So wie:

1. Set the spindle speed to your calculated RPM.
2. Make a small cut (1–2mm depth of cut) and observe:

• Werkzeugkleidung: After the cut, check the tool tip—if it’s discolored (blue or black), the speed is too high (heat damage).
• Oberflächenbeschaffung: If the cut is rough or has chatter marks, adjust the speed (lower for chatter, higher for roughness, if the tool can handle it).
• Sound: A smooth cut should have a steady “humming” sound. A high-pitched squeal means too much speed; a dull “thud” means too little.

3. Vergleichen Sie es mit dem Maschinistenhandbuch

The Machinist’s Handbook is the “bible” of manufacturing—if your calculation matches the handbook’s examples for similar materials/tools, you’re on the right track. Zum Beispiel, the 31st Edition has a section on “Lathe Spindle Speeds” with step-by-step examples for steel, Aluminium, und Messing.