Se ti sei mai trovato davanti a un tornio chiedendoti quanto velocemente impostare il mandrino per ottenere un taglio netto senza danneggiare l'utensile o il pezzo in lavorazione, Non sei solo. La risposta sta nel formula della velocità del mandrino per la tornitura-un calcolo semplice ma fondamentale che ogni macchinista, sia principiante che esperto, ha bisogno di padroneggiare. Andiamo prima al sodo: la formula fondamentale per la velocità del mandrino (SS) nel girare è SS = (1000 × Velocità di taglio) / (π × Diametro). Ma conoscere la formula è solo l’inizio. In questa guida, analizzeremo il significato di ciascuna parte, come utilizzarlo in scenari reali, evitare errori comuni, e condividi anche suggerimenti professionali per ottimizzare i tuoi risultati.
Comprensione della formula della velocità del mandrino per la tornitura: Le basi
Prima di tuffarci nei calcoli, assicuriamoci che tu capisca Perché la velocità del mandrino è importante. La velocità del mandrino è la velocità di rotazione del mandrino del tornio (e quindi il pezzo) misurato in rivoluzioni al minuto (giri al minuto). Sbagli, e potresti ritrovarti con una parte rovinata (Troppo lento, e otterrai una finitura superficiale ruvida), uno strumento da taglio rotto (troppo veloce, e lo strumento si surriscalda), o addirittura rischi per la sicurezza. La formula esiste per bilanciare tre fattori chiave: il materiale del tuo pezzo, il tipo di utensile da taglio che stai utilizzando, e la qualità di taglio desiderata.
Analizziamo la formula passo dopo passo:
Velocità del fuso (giri al minuto) = (1000 × Velocità di taglio) / (π × Diametro del pezzo)
Ecco cosa significa ogni termine in un linguaggio semplice:
- Velocità del fuso (SS): Il risultato per cui stai risolvendo, misurato in giri/min. Questo ti dice quante volte il pezzo dovrebbe ruotare al minuto.
- Velocità di taglio (V.C): La velocità con cui l'utensile da taglio si muove sulla superficie del pezzo, misurato in metri al minuto (m/mio) o piedi al minuto (fpm). Ciò è determinato da due cose: il materiale del pezzo (PER ESEMPIO., l'alluminio è più veloce dell'acciaio) e il materiale dell'utensile da taglio (PER ESEMPIO., gli utensili in metallo duro gestiscono velocità più elevate rispetto all'acciaio ad alta velocità, o HSS).
- Diametro del pezzo (D): Il diametro esterno della parte che stai girando, misurato in millimetri (mm) se si utilizza m/min per la velocità di taglio, o pollici (In) se si utilizza fpm.
- 1000: Un fattore di conversione per assicurarsi che le unità siano allineate (poiché usiamo millimetri e metri). Se lavori in unità imperiali (pollici e fpm), la formula cambia leggermente in SS = (Velocità di taglio × 12) / (π × Diametro) (IL 12 converte i pollici in piedi).
- P (Pi): Una costante matematica (circa 3.1416) utilizzato per calcolare la circonferenza del pezzo, poiché l'utensile entra in contatto con la circonferenza, questo garantisce che stiamo misurando la velocità rispetto alla superficie effettiva.
Esempio 1: Calcolo di base per l'acciaio
Diciamo che stai compiendo un 40Pezzo in acciaio a basso tenore di carbonio con diametro di mm con a utensile da taglio in carburo. Dalle tabelle dei produttori di utensili, la velocità di taglio consigliata (V.C) per il carburo su acciaio a basso tenore di carbonio è 150 m/mio.
Inserimento nella formula:
SS = (1000 × 150) / (3.1416 × 40)
SS = 150,000 / 125.664
SS ≈ 1194 giri al minuto
Quindi imposteresti il tuo tornio a circa 1200 giri al minuto (la maggior parte dei torni ha passi RPM preimpostati, quindi va bene arrotondare all'impostazione disponibile più vicina).
Fattori chiave che influenzano la velocità di taglio (V.C): IL “Perché” Dietro i numeri
La velocità di taglio (V.C) è la parte più variabile della formula e quella che spesso fa inciampare i nuovi macchinisti. Non è un numero casuale; si basa sull'interazione tra il materiale del pezzo e l'utensile da taglio. Analizziamo i due fattori principali, oltre ad esempi reali per aiutarti a scegliere il VC giusto.
1. Materiale del pezzo: Materiali più duri = velocità inferiori
Materiali più duri (come acciaio inossidabile o titanio) creare più attrito e calore durante il taglio, quindi richiedono velocità di taglio inferiori per proteggere l'utensile. Materiali più morbidi (come l'alluminio o l'ottone) tagliare più facilmente, consentendo velocità più elevate.
Di seguito è riportata una tabella dei materiali comuni del pezzo da lavorare e le relative velocità di taglio tipiche (V.C) per utensili in metallo duro (il materiale per utensili più utilizzato oggi):
| Materiale del pezzo | Velocità di taglio (V.C) – Strumento in carburo (m/mio) | Velocità di taglio (V.C) – Strumento HSS (m/mio) |
| Acciaio a basso contenuto di carbonio (1018) | 120 – 200 | 30 – 60 |
| Acciaio inossidabile (304) | 80 – 120 | 15 – 30 |
| Alluminio (6061-T6) | 300 – 600 | 100 – 200 |
| Ottone (C360) | 200 – 350 | 50 – 100 |
| Titanio (Ti-6al-4v) | 30 – 60 | 5 – 15 |
Fonte: Manuale del macchinista, 31I edizione (un'autorità fidata nel settore manifatturiero)
2. Materiale dell'utensile da taglio: Carburo vs. HSS contro. Ceramica
Il materiale del tuo strumento determina la quantità di calore che può gestire. Strumenti in carburo (realizzato in carburo di tungsteno misto a cobalto) sono lo standard del settore perché sono duri e resistenti al calore, quindi funzionano a velocità più elevate rispetto all'HSS. Strumenti HSS (realizzato in acciaio con tungsteno, cromo, e vanadio) sono più economici e più flessibili ma si consumano più velocemente alle alte velocità. Gli utensili in ceramica sono ancora più duri del metallo duro ma fragili, quindi sono usati per materiali molto duri (come l'acciaio temprato) a velocità estremamente elevate.
Esempio 2: Come il materiale dell'utensile cambia il risultato
Riutilizziamo il pezzo in acciaio a basso tenore di carbonio da 40 mm dell'esempio 1, ma questa volta usa un utensile HSS invece del metallo duro. Dalla tabella sopra, L'HSS per l'acciaio a basso tenore di carbonio ha un VC di 45 m/mio.
Calcolo:
SS = (1000 × 45) / (3.1416 × 40)
SS = 45,000 / 125.664
SS ≈ 358 giri al minuto
È una differenza enorme, quasi 800 Giri più bassi! Usare il VC sbagliato qui distruggerebbe lo strumento HSS (se hai usato 150 m/mio) o provocare un rallentamento, taglio grezzo (se hai usato 45 m/min con metallo duro).
Imperiale contro. Metrica: Conversione della formula della velocità del mandrino
Non tutti i negozi utilizzano le stesse unità. Se lavori negli Stati Uniti. o con torni più vecchi, potresti usare le unità imperiali (pollici, fpm) invece che metrico (mm, m/mio). La formula è simile, ma il fattore di conversione cambia. Chiariamo entrambi, con un esempio per ciascuno.
Formula metrica (mm, m/mio)
Come abbiamo già usato:
SS (giri al minuto) = (1000 ×VC) / (π×D)
- VC = Velocità di taglio (m/mio)
- D = Diametro del pezzo (mm)
Formula imperiale (In, fpm)
Per le unità imperiali, il fattore di conversione cambia da 1000 (per convertire mm in metri) A 12 (per convertire i pollici in piedi):
SS (giri al minuto) = (12 ×VC) / (π×D)
- VC = Velocità di taglio (fpm, piedi al minuto)
- D = Diametro del pezzo (In, pollici)
Esempio 3: Calcolo imperiale per l'alluminio
Diciamo che stai compiendo un 1.5-alluminio di diametro pollici (6061-T6) pezzo con uno strumento in metallo duro. Il VC consigliato per il metallo duro su alluminio in unità imperiali è 1000 fpm (questo corrisponde alla gamma metrica di 300–600 m/min, Da 1 fpm ≈ 0.3048 m/mio).
Calcolo:
SS = (12 × 1000) / (3.1416 × 1.5)
SS = 12,000 / 4.7124
SS ≈ 2546 giri al minuto
Questo ha senso: l'alluminio è morbido, quindi può gestire velocità del mandrino molto elevate.
Applicazioni del mondo reale: Adeguamento della formula per diversi scenari di svolta
La formula di base funziona per la maggior parte “tornitura esterna” Lavori (tagliare l'esterno di una parte cilindrica), ma i veri negozi si occupano di compiti più complessi. Let’s cover three common scenarios where you’ll need to tweak the formula, plus case studies from actual machining projects.
1. Tornitura interna (Noioso)
Internal turning (noioso) is when you cut the inside of a hole (PER ESEMPIO., 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). Tuttavia, 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.
Caso di studio: Foratura di un manicotto in acciaio inossidabile
A manufacturing shop needed to bore a 30mm internal diameter nell'a 304 stainless steel sleeve. They used a carbide boring tool. Normally, carbide on 304 stainless steel has a VC of 100 m/mio, but they lowered it by 15% (A 85 m/mio) for boring.
Calcolo:
SS = (1000 × 85) / (3.1416 × 30)
SS = 85,000 / 94.248
SS ≈ 902 giri al minuto
Risultato: The tool lasted 20% longer than if they’d used the full 100 m/mio, and the hole had a smooth finish (Ra 1.6 µm, well within the client’s specs).
2. Di fronte (Taglio dell'estremità di un pezzo)
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, choosing a speed based on the maximum diameter del pezzo. Ecco perché:
- The outer edge (largest D) is where the tool does most of the cutting, so using that D ensures the tool isn’t overloaded.
- Changing RPM mid-cut is impractical on most lathes and can cause vibrations.
Per la punta: Per faccette di precisione
If you need an ultra-smooth finish, Usa un “variable speed facing” tecnica: start at the maximum RPM (based on outer D), then gradually increase RPM as you move toward the center. This keeps the cutting speed (V.C) coerente. Per esempio, if you’re facing a 50mm diameter part, Inizia da 1000 giri al minuto (for D=50mm) and increase to 2000 RPM when you reach D=25mm.
3. Tornitura di pezzi a parete sottile
Parti a parete sottile (PER ESEMPIO., aluminum tubes with a wall thickness under 2mm) are prone to vibration (chatter) if the spindle speed is too high. Per sistemare questo, 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.
Esempio 4: Tornitura di un tubo di alluminio a parete sottile
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) dà:
SS = (1000 × 400) / (3.1416 × 25) = 400,000 / 78.54 ≈ 5093 giri al minuto
But thin walls vibrate at this speed. They lowered the speed by 20% (A 4074 giri al minuto) and added a soft jaw chuck (to reduce clamping pressure). Il risultato: no chatter, and the tube kept its round shape.
Errori comuni da evitare quando si utilizza la formula della velocità del mandrino
Even experienced machinists make mistakes with this formula. Let’s highlight four of the most common ones, why they happen, and how to fix them.
1. Usare il diametro sbagliato
Errore: Using the finale diameter of the workpiece (after cutting) invece di iniziale diametro (before you start turning). Per esempio, if you’re turning a 50mm diameter part down to 40mm, you should use 50mm in the formula—because the tool is cutting the outer 50mm surface first.
Aggiustare: Always measure the starting diameter of the workpiece before calculating RPM. If you’re doing multiple passes (PER ESEMPIO., roughing then finishing), use the starting diameter for each pass (since the diameter changes after each cut).
2. Ignorare il liquido di raffreddamento
Errore: Forgetting that coolant (or lubricant) lets you use higher cutting speeds. Coolant reduces heat and friction, so if you’re using a flood coolant system, you can increase VC by 10–30% (A seconda del materiale). Without coolant, devi inferiore VC by the same amount.
Aggiustare: Check your tool manufacturer’s recommendations for “Bagnato” (con refrigerante) contro. “Asciutto” (Nessun refrigerante) velocità di taglio. Per esempio, carbide on low-carbon steel might be 150 m/min dry, Ma 180 m/min wet.
3. Arrotondamento eccessivo del numero di giri
Errore: Rounding the calculated RPM to a number that’s too far from the ideal. Per esempio, if the formula gives 1194 giri al minuto, rounding to 1000 giri al minuto (a big jump) will slow down production, while rounding to 1500 RPM might overheat the tool.
Aggiustare: Most lathes have RPM settings in increments of 100 O 200 (PER ESEMPIO., 1000, 1200, 1400). Round to the nearest available setting—1194 RPM rounds to 1200 giri al minuto, which is safe. If your lathe has a variable speed dial, set it as close to the calculated RPM as possible.
4. Utilizzo di tabelle di velocità di taglio obsolete
Errore: Relying on old charts (da 10+ years ago) per tagliare le velocità. New tool materials (like coated carbide or ceramic) have higher speed ratings than older tools. Per esempio, a modern TiAlN-coated carbide tool can handle 20–30% higher VC than an uncoated carbide tool from 2010.
Aggiustare: Use cutting speed charts from current tool manufacturers (PER ESEMPIO., 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.
Come convalidare i tuoi calcoli: Strumenti e controlli di precisione
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. Utilizzare un calcolatore della velocità del mandrino (Strumenti gratuiti)
Most tool manufacturers offer free online calculators that do the math for you. Per esempio:
- Sandvik Coromant Machining Calculator: Inputs: materiale, tipo di strumento, diametro, unità. Outputs: giri al minuto, velocità di alimentazione (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. Fai un “Prova di taglio”
Before cutting your final workpiece, do a test cut on a scrap piece of the same material. Ecco come:
- Set the spindle speed to your calculated RPM.
- Make a small cut (1–2mm depth of cut) and observe:
- Abbigliamento per utensili: After the cut, check the tool tip—if it’s discolored (blue or black), the speed is too high (heat damage).
- Finitura superficiale: 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. Controllo incrociato con il manuale del macchinista
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. Per esempio, the 31st Edition has a section on “Lathe Spindle Speeds” with step-by-step examples for steel, alluminio, e ottone.