Parametri di taglio CNC: velocità, avanzamento e profondità di passata

A che giri faccio andare il mandrino? Quanto faccio avanzare l’utensile? Se la risposta è «come l’ultima volta», prima o poi arrivano utensili cotti, superfici brutte e tempi ciclo più lunghi del necessario. Se ti serve solo il numero, lo dà il calcolatore dei parametri di taglio; qui sotto c’è il ragionamento che sta dietro.

I parametri che contano

• vc, velocità di taglio (m/min): la velocità con cui il tagliente scorre sul materiale. Dipende soprattutto da materiale e utensile.
• n, giri al minuto: si ricava da vc e dal diametro.
• fz, avanzamento per dente (mm/dente), in fresatura. In tornitura si usa fn, avanzamento per giro (mm/giro).
• vf, avanzamento della tavola (mm/min): è il valore che imposti in macchina.
• ap, profondità di passata assiale, e ae, impegno radiale: quanto materiale togli a ogni passata.

Le formule, con due esempi

n  = (vc × 1000) / (π × D)[1][2]
vc = (n × π × D) / 1000
vf = fz × z × n        (fresatura, z = numero di denti)
vf = fn × n            (tornitura)

Alluminio 6061, fresa Ø 10 mm a 3 denti, vc 300 m/min, fz 0,10 mm: n = 300 × 1000 / (3,1416 × 10) ≈ 9.550 giri, vf = 0,10 × 3 × 9.550 ≈ 2.865 mm/min.

Inox AISI 304, fresa Ø 10 mm a 4 denti, vc 60 m/min, fz 0,04 mm: n ≈ 1.910 giri, vf = 0,04 × 4 × 1.910 ≈ 306 mm/min. Stessa fresa, un decimo dell’avanzamento: è per questo che l’inox richiede pazienza.

Fresatura: velocità di taglio per materiale

Valori di partenza per frese in metallo duro integrale rivestite TiAlN. Per il tuo utensile fa fede il catalogo del produttore.

Materiale	Durezza	vc sgrossatura (m/min)	vc finitura (m/min)	Refrigerazione
Acciaio C45	180–220 HB	120–180	150–220	Emulsione 6–8%
Acciaio 42CrMo4 bonificato	280–320 HB	50–90	80–120	Emulsione abbondante
Inox AISI 304	170–200 HB	40–70	60–90	Emulsione abbondante
Inox AISI 316L	160–190 HB	35–65	55–80	Emulsione abbondante
Duplex 2205	230–280 HB	25–50	40–65	Emulsione ad alta pressione
Alluminio 6061-T6	95 HB	400–700	500–800	MQL o a secco
Alluminio 7075-T6	150 HB	400–700	500–800	MQL o a secco
Ghisa grigia GG25	180–220 HB	120–180	150–220	A secco
Ottone CuZn39Pb2	80–100 HB	100–200	180–300	A secco o MQL
Titanio Ti-6Al-4V	320–370 HB	30–50	40–70	Emulsione ad alta pressione
Inconel 718	38–45 HRC	15–30	25–45	Emulsione ad alta pressione

L’alluminio sopporta velocità altissime perché smaltisce bene il calore. Il rischio vero è andare troppo piano: a velocità basse il materiale si incolla al tagliente e si forma il tagliente di riporto. Meglio frese lucidate o rivestite DLC e velocità alte.

L’inox è l’opposto. Conduce poco il calore, circa 16 W/m·K contro i 50 del C45, e incrudisce appena il tagliente striscia. Ogni sosta con l’utensile appoggiato indurisce lo strato che la passata successiva dovrà tagliare.

Quanto conta il rivestimento

Rivestimento	Temperatura massima	Dove si usa
Non rivestito, lucido	~400 °C	Alluminio ad alta velocità
TiN	~600 °C	Acciaio a bassa velocità
TiAlN	~800 °C	Acciaio, inox, leghe dure
AlTiN	~900 °C	Titanio, Inconel
DLC	~300 °C	Alluminio e non ferrosi

Fresatura: avanzamento per dente

fz è lo spessore del truciolo che ogni dente toglie a ogni giro. Troppo basso e il tagliente raschia, scalda e si consuma; troppo alto e si scheggia o si rompe. Un fz basso non è una scelta prudente: spesso è la causa del problema.

Materiale	fz sgrossatura	fz semifinitura	fz finitura	Da sapere
Acciaio C45	0,07–0,15	0,04–0,08	0,02–0,05	Buona formazione del truciolo
Inox 304/316	0,04–0,08	0,02–0,05	0,01–0,03	Con fz troppo basso incrudisce
Alluminio 6061/7075	0,08–0,25	0,05–0,12	0,03–0,08	Con fz basso si forma il tagliente di riporto
Ghisa GG25	0,05–0,12	0,03–0,07	0,02–0,04	Si lavora a secco
Titanio Ti-6Al-4V	0,02–0,06	0,01–0,03	0,008–0,02	Il calore si concentra sul tagliente
Ottone e bronzo	0,06–0,15	0,04–0,08	0,02–0,05	Ottima lavorabilità

Valori in mm/dente, per frese in metallo duro di diametro 6–16 mm.

Quanti denti?

• 2 denti: trucioli spessi e buona evacuazione. Vanno bene su alluminio e plastiche.
• 3 denti: il compromesso migliore per alluminio e non ferrosi.
• 4 denti: lo standard per l’acciaio.
• 6–8 denti: finitura su acciaio e inox, ma serve una macchina rigida.

Impegno radiale ridotto: il chip thinning

Quando la fresa lavora con poco impegno radiale, cioè ae sotto metà diametro, il truciolo reale è più sottile del fz impostato. Il dente striscia, e la soluzione è aumentare fz per riportare lo spessore al valore giusto:

fz corretto = spessore desiderato / (2 × √(ae/D × (1 − ae/D)))[2]

Esempio: fresa Ø 10, ae 1 mm (10% del diametro). Il fattore vale 2 × √(0,1 × 0,9) = 0,6, quindi per avere 0,05 mm di truciolo reale serve fz ≈ 0,083 mm. È il principio delle strategie trocoidali: ap su quasi tutta l’elica, ae basso, avanzamento alto.

Tornitura: velocità, avanzamento e passata

In tornitura gira il pezzo, non l’utensile. La velocità di taglio si calcola sul diametro che stai lavorando e l’avanzamento si misura per giro.

Materiale	vc (m/min)	fn sgrossatura (mm/giro)	fn finitura (mm/giro)	ap sgrossatura (mm)
Acciaio C45	200–280	0,25–0,45	0,06–0,15	2–4
Acciaio 42CrMo4	130–200	0,18–0,35	0,05–0,12	1,5–3
Inox AISI 304	100–160	0,12–0,25	0,04–0,10	0,8–2
Inox AISI 316L	80–140	0,10–0,22	0,03–0,08	0,6–1,8
Alluminio 6061/7075	400–800	0,15–0,45	0,05–0,18	1,5–6
Ghisa GG25	180–300	0,18–0,38	0,05–0,12	1,5–4
Titanio Ti-6Al-4V	50–80	0,08–0,18	0,03–0,08	0,4–1,5
Inconel 718	20–45	0,06–0,15	0,02–0,06	0,3–1,2

Esempio: C45 Ø 60 mm, vc 250 m/min, fn 0,25 mm/giro. n = 250 × 1000 / (3,1416 × 60) ≈ 1.326 giri, vf = 0,25 × 1.326 ≈ 332 mm/min.

Sui profili con diametro che cambia si lavora a velocità di taglio costante (G96): il controllo alza i giri man mano che il diametro scende. Con G97 i giri restano fissi, e si usa per forature al centro e filettature. Ricordati di limitare i giri massimi con G50 o G92, a seconda del controllo.

Raggio di punta e rugosità

La finitura dipende soprattutto da avanzamento e raggio di punta dell’inserto (rε). La teoria dà:

Rz teorica (µm) ≈ fn² × 1000 / (8 × rε)
Ra teorica (µm) ≈ fn² × 1000 / (32 × rε)[1]

Con rε 0,8 mm e fn 0,12 mm/giro vengono Rz ≈ 2,3 µm e Ra ≈ 0,6 µm. Sul pezzo vero il valore è quasi sempre più alto, per colpa di vibrazioni, usura e materiale: considera la formula un limite inferiore. Più dettagli nella pagina sulla rugosità Ra e Rz.

• rε 0,2–0,4 mm: poche forze radiali, adatto a pezzi sottili, finitura più ruvida.
• rε 0,4–0,8 mm: il compromesso per la maggior parte dei lavori.
• rε 0,8–1,6 mm: finitura migliore ma forze radiali alte, solo su pezzi corti e rigidi.

Da dove partire, passo per passo

1. Prendi vc dal catalogo dell’utensile, in base a materiale e operazione.
2. Calcola i giri: n = vc × 1000 / (π × D).
3. Scegli fz (o fn) in base a materiale, numero di denti e operazione.
4. Calcola l’avanzamento: vf = fz × z × n.
5. Imposta ap e ae in base al sovrametallo e alla potenza della macchina.
6. Parti e guarda: colore del truciolo, rumore, vibrazioni. Poi correggi.

Cosa ti dice il truciolo

• Corto e a ricciolo: i parametri sono giusti.
• Lungo e a nastro: fz troppo basso, oppure rompitruciolo dell’inserto non adatto alla passata.
• Blu scuro o nero: troppo calore, abbassa vc.
• Polvere: normale sulla ghisa.
• Alluminio che si incolla al tagliente: vc troppo bassa, alzala.

Vibrazioni: cosa provare e in che ordine

Il chatter lascia le classiche ondulazioni sulle pareti e un rumore che non si confonde. Prima di toccare i parametri controlla lo sbalzo della fresa e il serraggio: spesso il problema è lì. Poi, in quest’ordine:

1. cambia i giri del 10% circa, in su o in giù, per uscire dalla frequenza di risonanza;
2. riduci ae del 20–30%, e se non basta anche ap;
3. se la fresa striscia perché fz è troppo basso, alzare l’avanzamento stabilizza il taglio invece di peggiorarlo.

Abbassare la velocità di taglio è l’ultima cosa da provare, non la prima.

Sgrossatura e finitura

Parametro	Sgrossatura	Finitura
vc	un po’ più bassa (−10%)	più alta (+10–20%)
fz / fn	alto	basso
ap	alta	bassa, 0,1–0,5 mm
Obiettivo	togliere materiale in fretta	rugosità e tolleranza

Per approfondire: classificazione ISO dei materiali, lavorazione dell’inox, usura degli utensili e rivestimenti. Il quadro generale è nella pagina sull’utensileria da taglio.

Le stesse formule valgono al trapano a colonna: nella guida ai trapani a colonna c’è la tabella dei giri per diametro e materiale, con le velocità minime delle macchine da banco.

Domande frequenti

Che velocità di taglio uso per fresare il C45?

Con una fresa in metallo duro rivestita TiAlN si parte da 120–180 m/min in sgrossatura e 150–220 m/min in finitura. Su una fresa Ø 10 mm, 150 m/min corrispondono a circa 4.800 giri al minuto.

Come ricavo la velocità di taglio se conosco solo i giri?

vc = (n × π × D) / 1000. Per esempio 4.000 giri con una fresa Ø 12 mm danno circa 151 m/min.

Che differenza c’è tra fn e fz?

fn è l’avanzamento per giro e si usa in tornitura: è quanto avanza l’inserto a ogni giro del pezzo. fz è l’avanzamento per dente e si usa in fresatura: è lo spessore di truciolo che toglie ogni tagliente. Non si possono scambiare.

Perché con l’inox non conviene tenere l’avanzamento basso?

Perché il tagliente striscia invece di tagliare, scalda e incrudisce la superficie. La passata dopo trova materiale più duro e l’utensile si consuma prima. Meglio un fz deciso, refrigerante abbondante e nessuna sosta a contatto.

Con che avanzamento ottengo Ra 1,6 in tornitura?

In teoria, con un raggio di punta di 0,8 mm si arriva a Ra 1,6 con circa 0,2 mm/giro. In pratica vibrazioni e usura peggiorano la finitura, quindi conviene stare intorno a 0,12–0,15 mm/giro e controllare con il rugosimetro.

Fonti

1. General turning formulas and definitions – Sandvik Coromant
2. Milling formulas and definitions – Sandvik Coromant

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