Materialabtragsrate nach Spindelleistung
Leistungsbegrenzte Materialabtragsraten für acht CNC-Legierungen auf 10- und 20-kW-Spindeln, mit der Einheitsleistungstabelle, veröffentlichten Benchmarks und einem durchgerechneten Beispiel.
Schrupp-MRR-Kapazität bei 10 und 20 kW Spindelleistung (leistungsbegrenzt, berechnet)
| Material und Zustand | verwendetes K_p (kW je cm³/s) | 10 kW Drehen (cm³/min) | 10 kW Fräsen, Zyklusmittel (cm³/min) | 20 kW Drehen (cm³/min) | 20 kW Fräsen, Zyklusmittel (cm³/min) |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061-T6 (wrought, ~95 HB) | 0.76–0.90 | 425–505 | 340–405 | 850–1,010 | 680–810 |
| Aluminum 7075-T6 (wrought, ~150 HB) | 0.76–0.90 | 425–505 | 340–405 | 850–1,010 | 680–810 |
| Carbon steel 1045 (190–220 HB) | 1.70–2.32 | 165–225 | 130–180 | 330–450 | 260–360 |
| Alloy steel 4140 (Q&T, 280–320 HB) | 2.18–3.29 | 115–175 | 90–140 | 230–350 | 180–280 |
| Stainless 304 (annealed, 150–180 HB) | 1.64–2.94 | 130–235 | 105–190 | 260–470 | 210–380 |
| Stainless 316 (annealed, 150–180 HB) | 1.64–2.94 | 130–235 | 105–190 | 260–470 | 210–380 |
| Titanium Ti-6Al-4V (annealed, 330–350 HB) | 1.65–1.77 | 215–230 | 170–185 | 430–460 | 340–370 |
| Brass C36000 (free-cutting, 90–120 HB) | 0.82–1.90 | 200–465 | 160–370 | 400–930 | 320–740 |
Welche Materialabtragsrate erreicht eine 10-kW-CNC-Maschine in Aluminium?
Eine 10-kW-Spindel kann bei der hier angenommenen 75-%-Last in 6061-T6-Schruppen 425–505 cm³/min treiben; eine VMC mit 40er-Kegel hält in Aluminium mit HSM-Bahnen üblicherweise 245–410 cm³/min. Der Unterschied zwischen beiden kommt von Schnittwerkzeug- und Spanabfuhr-Grenzen, nicht von der Spindelleistung.
| Quelle | Maschine / Fall | Material | MRR (cm³/min) | Anmerkung |
|---|---|---|---|---|
| S5 | 40-taper VMC, stable roughing | Carbon steel | 50–100 | In der Quelle 3–6 in³/min |
| S5 | 40-taper VMC, HSM strategy | Aluminum | 245–410 | In der Quelle 15–25 in³/min |
| S5 | 50-taper / horizontal | Steel | 100–200 | Etwa das Doppelte des 40-Kegel-Werts |
| S6 | 120 kW, 27,000 rpm (DST Ecospeed) | Aluminum 7050 | 5,160 | Wettbewerbs-PCD-Werkzeug, Fall 1 |
| S6 | 120 kW, 27,000 rpm | Aluminum 7050 | 7,465 | RAL90-Beschichtung, derselbe Fall |
| S6 | 120 kW, 33,000 rpm (Makino MAG 3.W) | Aluminum (cutter diameter 50 mm) | 7,000 | 420,000 cm³ in 60 min entfernt |
| S8 | Bridgeport 2 hp / HAAS 30 hp comparison | Aluminum | 165 | 10.1 in³/min bei 1.1–3.0 kW Schnittleistung |
Wie viel langsamer ist 304-Edelstahl als 6061 auf derselben 10-kW-Spitze?
Etwa 2–4-fach langsamer: 130–235 cm³/min für 304 gegenüber 425–505 cm³/min für 6061, weil austenitischer Edelstahl 1.64–2.94 kW je cm³/s gegen 0.76–0.90 für Aluminium braucht. Beim selben 86-cm³/min-Schnitt, der eine 10-kW-Spindel in 6061 auf 15 % lastet, zieht 304 50 %.
| Material | Zustand | ISO | Härte (HB) | K_p (kW je cm³/s) | Quelle (niedrig / hoch) |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061-T6 | wrought, T6 | N | ~95 | 0.76–0.90 | S4 / S3 |
| Aluminum 7075-T6 | wrought, T6 | N | ~150 | 0.76–0.90 | S4 / S3 — take the upper end for 7075 |
| Carbon steel 1045 | hot-rolled / normalized | P | 190–220 | 1.70–2.32 | S2 (190 HB) / S3 (200–220 HB) |
| Alloy steel 4140 | quenched and tempered, 28–32 HRC | P | 280–320 | 2.18–3.29 | S3 (280–320 HB) / S4 (220–420 HB upper bound) |
| Stainless 304 | annealed | M | 150–180 | 1.64–2.94 | S3 (150–175 HB) / S4 (austenitic 150–275 HB) |
| Stainless 316 | annealed | M | 150–180 | 1.64–2.94 | S3 (150–175 HB) / S4 (austenitic 150–275 HB) |
| Titanium Ti-6Al-4V | annealed | S | 330–350 | 1.65–1.77 | S4 (300–360 HB) / S3 (Ti-150 A, 340 HB) |
| Brass C36000 | leaded free-machining | N | 90–120 | 0.82–1.90 | S3 / S4 — see the conflict register |
Welche MRR sollte ich für 4140-Stahl auf einer 10-kW-Maschine planen?
Plane 115–175 cm³/min im Drehen und 90–140 cm³/min als Fräszyklus-Mittelwert für 4140 mit 280–320 HB und setze das Angebot vom unteren Ende an. Die Leistungsübersicht unten zeigt warum: der gleiche 86-cm³/min-Schnitt, der eine 10-kW-Spindel in 6061 auf 15 % lastet, lastet sie in 4140 auf 55 %. Parameter, die in Aluminium 86 cm³/min ergeben, übertragen sich nicht auf Stahl — jedes Material fällt zuerst auf seine eigene Schnittgeschwindigkeit, daher vergleicht die Übersicht nur die Leistungskosten.
| Material | K_p (kW je cm³/s) | P_c am Werkzeug (kW) | Spindeleingang P_spindle (kW) | Last auf einer 10-kW-Spindel (%) |
|---|---|---|---|---|
| Aluminum 6061-T6 | 0.90 | 1.29 | 1.5 | 15 |
| Carbon steel 1045 | 2.32 | 3.33 | 3.9 | 39 |
| Alloy steel 4140 | 3.29 | 4.72 | 5.6 | 55 |
| Stainless 304 | 2.94 | 4.21 | 5.0 | 50 |
| Titanium Ti-6Al-4V | 1.77 | 2.54 | 3.0 | 30 |
| Brass C36000 | 1.90 | 2.72 | 3.2 | 32 |
Ist Titan-Schruppen durch die Spindelleistung begrenzt?
Nein: Ti-6Al-4V braucht nur 1.65–1.77 kW je cm³/s, daher hat eine 10-kW-Spindel eine Leistungs-Decke von 215–230 cm³/min — Hitze und Werkzeugstandzeit begrenzen den echten Schnitt weit vor der Spindel. Die Titan-Zeile nur als Obergrenzen-Check betrachten, nie als Zielwert, und das Hochdruck-Kühlmittel aus der cutting-parameters-Tabelle als zwingend beibehalten.
| Posten | Wert | Wie zu lesen |
|---|---|---|
| K_p (unit power) | 1.65–1.77 kW per cm³/s | Unter 4140 — die Spindel ist nicht der Flaschenhals |
| 10 kW turning ceiling | 215–230 cm³/min | Leistung erlaubt mehr, als Werkstätten üblicherweise fahren |
| 10 kW milling ceiling, cycle avg | 170–185 cm³/min | Zyklusmittel beim 80 %-im-Schnitt-Faktor |
| 20 kW turning ceiling | 430–460 cm³/min | Verdoppelt die Decke, nicht den zulässigen Schnitt |
| Actual limiter | Heat and tool life | Die cutting-parameters-Geschwindigkeiten mit Hochdruck-Kühlmittel fahren — Kühlung ist Voraussetzung, keine Option |
Verdoppelt eine 20-kW-Spitze meine Abtragsrate?
Sie verdoppelt die Leistungs-Decke — 850–1,010 cm³/min in 6061 — aber nur, wenn Werkzeug und Spannvorrichtung das aufnehmen können. In einer 50 × 50 mm Tasche mit einem Ø12-Werkzeug ändert eine 20 kW-Spitze nichts: die Schnittzeit bleibt 17.5 s, weil das Werkzeug, nicht die Spindel, der Engpass ist.
| Parameter | Ø12-Werkzeug (durchgerechnet) | Ø20-Werkzeug (illustrativ) |
|---|---|---|
| Tool | Ø12 mm, 3-flute carbide end mill | Ø20 mm — an example, not a recommendation |
| Radial width a_e (mm) | 6 | 10 |
| Axial depth a_p (mm) | 6 | 10 |
| Feed speed V_f (mm/min) | 2,388 | 2,000 |
| MRR (cm³/min) | 86 | 200 |
| Cutting time for 25 cm³ | 17.5 s | 7.5 s |
Warum ist die Fräs-MRR auf derselben Maschine niedriger als beim Drehen?
Der Schnitt ist unterbrochen und das Werkzeug verbringt etwa 20 % des Zyklus außerhalb des Schnitts, daher ist die zyklusmittelere Fräsrate 0.8-fach der Drehrate: 340–405 gegenüber 425–505 cm³/min in 6061 auf 10 kW. Die momentane Abtragsrate im Schnitt kann dennoch den Drehwert erreichen.
| Schritt | Regel | 6061-T6, 10 kW |
|---|---|---|
| 1 | Turning ceiling: Q_max = 60 × 10 × 0.6375 / K_p, rounded to 5 cm³/min | 425–505 |
| 2 | Milling column = 0.8 × the rounded turning column, rounded to 5 cm³/min | 340–405 |
| 3 | 20 kW columns = 2 × the 10 kW columns (exact doubling) | 850–1,010 turning / 680–810 milling |
Welche Spindellast sollte ich beim Schruppen anstreben?
70–85 % der Nennleistung; diese Tabelle verwendet 75 %, was Spielraum für Werkzeugverschleiß und Härteschwankung lässt. Die festen Annahmen unten sind Planungswerte — berechnet, nicht gemessen — wenn Ihre Werkstatt den Antriebswirkungsgrad bei 0.80 oder 0.90 misst, skalieren Sie die ganze Tabelle proportional.
| Parameter | Wert | Basis |
|---|---|---|
| Rated spindle power P_rated | 10 / 20 kW | Die zwei gängigen VMC-Leistungsklassen |
| Drive efficiency η | 0.85 | Planungsannahme, keine Messung — gegen Maschinenbauerdaten bestätigen |
| Roughing load factor L | 0.75 | Mittelpunkt des 70–85 %-Zielbands (S5) |
| Usable cutting-power factor | 0.85 × 0.75 = 0.6375 ≈ 0.64 | Nur 0.64 kW jeder Nennleistungs-kW erreichen den Span |
| Tool condition | Sharp carbide | Die K_p-Tabellen sind für scharfe Schnittwerkzeuge erstellt |
| Milling in-cut factor | 0.80 | S5-Beispiel: 80 % des Zyklus im Schnitt |
| Coolant and setup | Stable, no chatter | Stahl und Edelstahl überflutet emulgieren; Titan Hochdruck-Kühlung; Aluminium überfluten oder MQL |
Welche MRR-Formel gilt für Fräsen und Drehen?
Fräsen: Q = a_e × a_p × V_f / 1,000. Drehen: Q = V_c × f × a_p. Durchgerechnet: ein 12-mm-Werkzeug mit 6 × 6 mm Eingriff und 2,388 mm/min entfernt 86 cm³/min. Die Parameter sind bewusst konservativ — 0.10 mm je Zahn gegen 0.15–0.19 für ein Ø12-Werkzeug in der cutting-parameters-Tabelle — damit jeder Schritt nachvollziehbar bleibt.
| Schritt | Größe | Wert |
|---|---|---|
| 1 | Removal volume V | 50 × 50 × 10 mm pocket = 25 cm³ |
| 2 | Tool and engagement | Ø12 mm, 3-flute carbide end mill; V_c 300 m/min; f_z 0.10 mm/tooth; a_e = a_p = 6 mm |
| 3 | Spindle speed n = 1,000 × V_c / (π × D) | 7,958 → take 7,960 rpm |
| 4 | Feed speed V_f = n × z × f_z | 7,960 × 3 × 0.10 = 2,388 mm/min |
| 5 | MRR Q = a_e × a_p × V_f / 1,000 | 6 × 6 × 2,388 / 1,000 = 85.97 → 86 cm³/min |
| 6 | Cutting time T = V / Q | 25 / 86 = 0.291 min = 17.5 s (21.8 s with 20% non-cutting) |
| 7 | Power check P_c = K_p × Q, spindle input P_c / 0.85 | 0.90 × 1.433 = 1.29 kW → 1.52 kW → 15.2% of 10 kW |
| 8 | Reading | Spindle only 15% loaded — the Ø12 cutter in a 50 mm pocket is tool-limited; the 425 cm³/min ceiling would need V_f 11,806 mm/min, five times beyond this cutter |
Wie rechne ich MRR in Bearbeitungszeit um?
T = V / Q. Eine 50 × 50 × 10-mm-Tasche hat 25 cm³, also ist bei den 86 cm³/min des Beispiels die Schnittzeit 17.5 s — etwa 22 s, sobald 20 % Nicht-Schnittzeit (Zustellen, Zurückziehen, Schichtwechsel) dazu kommt. Werkzeugwechsel- und Prüfzugaben kommen obendrauf. Die Zeiten unten sind T = 25 / Q für dieselbe Tasche, auf eine Dezimale gerundet — berechnet, nicht gemessen.
| Ratenfall | Q (cm³/min) | Zeit für 25 cm³ (s) |
|---|---|---|
| Worked example toolpath (Ø12 in 6061) | 86 | 17.5 |
| Ø20 cutter example | 200 | 7.5 |
| 6061 10 kW turning ceiling | 425 | 3.5 |
| 304 planning low end | 130 | 11.5 |
| 4140 milling planning low end | 90 | 16.7 |
Wie genau sind diese MRR-Werte für Angebote?
Behandle sie als ±25 %-Planungsband, nicht als Garantie: sie setzen scharfe Hartmetalle, 85 % Antriebswirkungsgrad und eine stabile Einrichtung voraus. Veröffentlichte 120-kW-Aluminiumfälle erreichen 5,160–7,465 cm³/min — 43–62 cm³/min je kW — konsistent mit der linearen Skalierung, die diese Tabelle annimmt. Wo Quellen abweichen, bleiben die Konflikte registriert und ungelöst statt gemittelt.
| Konflikt | Quelle A | Quelle B | Behandlung auf dieser Seite |
|---|---|---|---|
| 304 / 316 unit power | S3 handbook band 1.64–1.97 (150–200 HB, sharp tools) | S4 energy-study value 2.94 (austenitic 150–275 HB) | Das volle 1.64–2.94-Band bleibt in den Tabellen; vom 130 cm³/min-Unterende ausbieten, außer Härte und Werkzeug sind am günstigen Ende bestätigt |
| C36000 unit power | S3 leaded brass 0.82 | S4 leaded brass 1.90 | 0.82 passt zur Kupferphysik (K_p ≈ k_c / 1,000, k_c ≈ 800 N/mm²), daher das 0.82-Ende bevorzugen; das 200–465-Band bleibt als registrierte Hülle |
| 1045 / 4140 ranges | S3 by 20 HB steps | S4 220–420 HB envelope | Kein Konflikt — das Band folgt der Härte; nicht als streitende Quellen darstellen |
So verwenden Sie diese Zahlen
- Diese Spalten sind leistungsbegrenzte Kapazität, keine typische MRR: veröffentlichte 40-Kegel-Benchmarks laufen bei 50–100 cm³/min in Kohlenstoffstahl gegen die 165–225 cm³/min-Decke der 1045, daher überschätzt das Anbieten der Decke als typische Rate die Kapazität um 2–4×.
- Titan und die austenitischen Edelstahl-Zeilen sind standzeitbegrenzt, nicht leistungsbegrenzt: 215–230 cm³/min für Ti-6Al-4V ist eine Obergrenzen-Check, während das erreichbare Band durch Wärme und Werkzeugstandzeit bei den cutting-parameters-Geschwindigkeiten gesetzt wird.
- Rundungskonvention: 10-kW-Spalten auf 5 cm³/min gerundet, Frässpalten 0.8 × die gerundete Drehspalte (wieder auf 5 gerundet), und 20-kW-Spalten exakt doppelt die 10-kW-Spalten — die Verdoppelung in der Tabelle ist präzise.
- Der 0.85-Antriebswirkungsgrad, die 0.75-Schrupplast und der daraus folgende 0.64-Nutzleistungs-Faktor sind berechnete Planungsannahmen, keine Messungen — misst Ihre Werkstatt andere Werte, skaliert die Tabelle proportional.
- Jedes K_p-Band spannt veröffentlichte Quellen: das untere Ende ist der sparsamste Wert, das obere der konservative. Kapazität vom unteren Ende — Härte am oberen Ende des Bandes, verschlissene Kanten und dünne Späne treiben K_p alle nach oben.
- K_p (kW je cm³/s) ist zahlenmäßig k_c / 1,000; Sandvik-Tabellen veröffentlichen k_c, Spindel-Handbücher K_p, diese Seite einheitlich K_p.
Häufig gestellte Fragen
425–505 cm³/min in 6061-T6 bei der angenommenen 75 %-Last; eine 40-Kegel-VMC hält üblicherweise 245–410 cm³/min mit HSM-Wegen.
Etwa 2–4-fach langsamer: 130–235 cm³/min für 304 gegen 425–505 cm³/min für 6061, weil 304 1.64–2.94 kW je cm³/s gegen 0.76–0.90 für Aluminium braucht.
115–175 cm³/min im Drehen und 90–140 cm³/min als Fräs-Zyklusmittel für 280–320-HB-4140; vom unteren Ende ansetzen.
Nein — Ti-6Al-4V braucht nur 1.65–1.77 kW je cm³/s, daher ist die 10-kW-Leistungsdecke 215–230 cm³/min; Wärme und Standzeit begrenzen den echten Schnitt zuerst.
Sie verdoppelt die Leistungsdecke (850–1,010 cm³/min in 6061), aber nur wenn Werkzeug und Spannvorrichtung rein das aufnehmen; ein Ø12-Werkzeug in einer 50 × 50-mm-Tasche gewinnt nichts.
Das Werkzeug verbringt etwa 20 % des Zyklus außerhalb des Schnitts, daher ist die Frässpalte 0.8× die Drehspalte: 340–405 gegenüber 425–505 cm³/min in 6061 auf 10 kW.
70–85 % der Nennleistung; diese Tabelle nutzt 75 %, um Spielraum für Werkzeugverschleiß und Härteschwankung zu lassen.
Fräsen Q = a_e × a_p × V_f / 1,000; Drehen Q = V_c × f × a_p — ein 12-mm-Werkzeug bei 6 × 6 mm und 2,388 mm/min ergibt 86 cm³/min.
T = V / Q: eine 50 × 50 × 10-mm-Tasche hat 25 cm³, also schneidet 86 cm³/min sie in 17.5 s (etwa 22 s mit 20 % Nicht-Schnittzeit).
Nutze sie als ±25 %-Planungsband: sie setzen scharfe Hartmetall, 85 % Antriebswirkungsgrad und eine stabile Einrichtung voraus; veröffentlichte 120-kW-Aluminiumfälle erreichen 5,160–7,465 cm³/min, passend zur linearen Skalierung.
Normen und Quellen
- S1 — Sandvik Coromant, Spezifische Schnittkraft: k_c1-Definition, Span-Dickenkorrektur und die Leistungsformel
- S2 — Sandvik Coromant, Werkstück-Materialien (MC-Code-Tabellen): k_c1-Werte für P-Gruppe Stahl und der m_c-Exponent
- S3 — DynoSpindles, Application Engineering Data Part Two (Book of Spindles), Tabellen 5/9/10/11/12: K_p-Einheitsleistungswerte für scharfe Hartmetall
- S4 — Kellens et al. (2012), UPLCI-CO2PE! Anhang II, Tabelle MR1.2(a), Int. J. Life Cycle Assess. 17: 242–251: unabhängiger Einheitsschnittenergie-Gegencheck
- S5 — MFG Calcs, Materialabtragsrate ohne Verbrennen der Spindeln treiben: 40/50-Keg-Werkstatt-Benchmarks, das 70–85 %-Spanlast-Ziel und das 80 %-im-Schnitt-Beispiel
- S6 — Sandvik Coromant aerospace case C-1040-169: 120 kW Aluminiumbearbeitung bei 5,160 / 7,465 / 7,000 cm³/min
- S7 — Rough Logic spindle-MRR-Rechner (Einheitsleistungswerte nach Machinery's Handbook): Drittanbieter-Gegencheck
- S8 — MIT OCW 2.008 Lecture 7 (Cutting): spezifische Schnittenergie und ein 165 cm³/min, 1.1–3.0 kW Fräsbeispiel
- S9 — Sinbo cutting-parameters-Tabelle: dieselben acht Materialien, Schnittdaten und Vorschübe, in die diese Leistungsdecken eingreifen
- K_p (kW je cm³/s) ist zahlenmäßig gleich k_c / 1,000; beide Notationen werden mit eigenen Quellen geführt
- Alle Q_max-Werte sind aus den K_p-Bändern plus den festen Annahmen berechnet — berechnet, nicht gemessen; die drei Werkstatt-Bestätigungsposten der Quellenstudie (Antriebswirkungsgrad je Maschine, vorhandenes 4140-Härteband, eine eigene 7075-K_p-Zeile) stehen aus, sind keine veröffentlichten Werte
Verwandte Seiten
- /de/wiki/reference/cutting-parameters/ — Sibling quick table: the speeds and feeds that turn these power ceilings into actual parameters
- /de/wiki/reference/material-density/ — Sibling quick table: density for the same eight materials
- /de/wiki/reference/thermal-expansion-coefficients/ — Sibling quick table: thermal expansion coefficients for the same materials