Die computerunterstützte Bearbeitung (CNC) ist eine der am häufigsten verwendeten Produktionstechniken für Teile weltweit aufgrund ihrer hohen Präzision. Einer der Schlüssel zum Erfolg ist die relative Bewegung zwischen dem CNC-bearbeiteten Objekt und dem Werkzeug. Diese Bewegungen können wir als Schneid- und Vorschubbewegungen klassifizieren und sie mit der Schnittgeschwindigkeit und dem Vorschub messen. Was ist die Schnittgeschwindigkeit und wie unterscheidet sie sich vom Vorschub? Wie tragen diese Parameter zur erfolgreichen Umsetzung eines Produktionsprojekts bei? Dieser Artikel beantwortet all diese Fragen und mehr.
Unterschied zwischen Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
Um das Verständnis dieser beiden Begriffe zu erleichtern, betrachten wir eine einfache Analogie zu einem Auto, das sich mit einer linearen Geschwindigkeit von 60 km/h bewegt und dessen Räder sich mit einer Geschwindigkeit von 500 U/min drehen. Der Durchmesser des Rades und seine Drehung ermöglichen es dem Auto, sich auf befestigten Straßen zu bewegen. Aber wenn Sie die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beschreiben, erklären Sie dies in Kilometern pro Stunde. Die Schnittgeschwindigkeit kann mit der linearen Geschwindigkeit des Autos verglichen werden, die von Durchmesser und Anzahl der Radumdrehungen abhängt. Sie misst die lineare Entfernung, die das Werkzeug in einer bestimmten Zeit in Bezug auf das bearbeitete Objekt zurücklegt. Die Schnittgeschwindigkeit wird in Millimetern pro Minute (mm/min), Metern pro Minute (m/min) oder Fuß pro Minute (ft/min) gemessen. Der Vorschub kann wiederum mit der Drehung der Autoreifen verglichen werden. Es ist einfach die Entfernung, die das Werkzeug während einer Umdrehung des Teils zurücklegt. Wir messen es in Zoll pro Umdrehung (Zoll/Umdrehung) oder Millimeter pro Umdrehung (mm/Umdrehung). Unter Beibehaltung des Auto-Beispiels kann ein sich schneller drehendes Rad mehr Leistung verbrauchen und sich schneller abnutzen als ein sich langsamer drehendes Rad. Dieser Verschleiß wird durch Reibung und Wärme zwischen Reifen und Straßenoberfläche verursacht. Ebenso beeinflusst die Spindelgeschwindigkeit die Lebensdauer des Werkzeugs, die Schnitttemperatur und den Energieverbrauch. Der Vorschub beeinflusst auch die Lebensdauer des Werkzeugs und den Energieverbrauch während der Bearbeitung, aber ihre Wechselwirkung wird im Vergleich zu den Schnittkräften oft vernachlässigt. Der Vorschub hat jedoch einen größeren Einfluss auf die Bearbeitungszeit und das Finish der bearbeiteten Oberfläche. Dies ist wichtig, da die Auswahl der Schneidparameter die endgültige Produktqualität beeinflusst. Der Schneidprozess verläuft bei niedriger Schneidgeschwindigkeit anders als bei hoher. Daher ist die Auswahl der Bearbeitungsparameter so wichtig.
Auswahl der optimalen Schnittgeschwindigkeit
Um die optimale Schnittgeschwindigkeit für ein bestimmtes Bearbeitungsprojekt zu bestimmen, müssen die Härte des zu bearbeitenden Gegenstandes und die Festigkeit des Werkzeugs berücksichtigt werden. Die Härte bestimmt die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Verformungen durch Abrieb, Eindrücke oder Kratzer. Härtere Materialien erfordern bei der Bearbeitung besondere Aufmerksamkeit, da sie die Lebensdauer des Werkzeugs leicht verkürzen können. Im Allgemeinen gilt: Je härter das Material, desto geringer sollte die Schnittgeschwindigkeit sein. Beispielsweise erfordern Materialien wie Titan niedrigere Schnittgeschwindigkeiten als Stahl. Die Festigkeit des Schneidwerkzeugs spielt eine wichtige Rolle bei der zulässigen Schnittgeschwindigkeit für Schneidoperationen. Beispielsweise können bei der Bearbeitung von Werkzeugen aus hochfesten Materialien wie Diamant und Borazid, hohe Geschwindigkeiten verwendet werden, während Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl geringere erfordern.
Spanausdünnung und optimale Vorschübe
Die Ausdünnung der Späne ist ein Produktionsfehler, der auftritt, wenn die Bearbeitung eines Objekts mit einer Schnittbreite kleiner als die Hälfte des Werkzeugdurchmessers durchgeführt wird. Dies reduziert die Spanbelastung (die Menge an Material, die bei einer Umdrehung des Schneidwerkzeugs entfernt wird), was zu längeren Durchführungszeiten führt. Eine Möglichkeit, den Einfluss dünnerer Späne zu verringern, besteht darin, das zu bearbeitende Objekt mit großen Vorschüben zu bearbeiten. Dies hilft, die Produktivität und Lebensdauer des Werkzeugs zu erhöhen. Jetzt, da Sie den Unterschied zwischen Vorschub und Schnittgeschwindigkeit verstehen, stimmen Sie zu, dass diese beiden Bearbeitungsparameter wichtig sind in der CNC-Bearbeitung. Aber selbst wenn Sie die ideale Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub wählen, hängt der Erfolg Ihres Projekts von der Werkstatt ab, mit der Sie zusammenarbeiten. Die Späne beeinflussen die richtige Schnitttiefe.
Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit basierend auf der Härte des zu bearbeitenden Materials
Die Härte des Schneidwerkzeugs hat auch einen großen Einfluss auf die empfohlene Schnittgeschwindigkeit. Je härter der Bohrer, desto höher die Schnittgeschwindigkeit. Je weicher der Bohrer, desto langsamer die empfohlene Schnittgeschwindigkeit.
-Kohlenstoffstahl
-Schnellarbeitsstahl
-Sinterhartmetall
Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Härte des Schneidwerkzeugs
Schnittgeschwindigkeiten für Materialtypen:
- Niedriglegierter Stahl 40-140
- Mittlerer Kohlenstoffstahl 70-120
- Hochkohlenstoffstahl 65-100
- Freibearbeitungsstahl 100-150
- Edelstahl, C1 302, 304 60
- Edelstahl, C1 310, 316 70
- Edelstahl, C1 410 100
- Edelstahl, C1 416 140
- Edelstahl, C1 17-4, pH 50
- Legierter Stahl, SAE 4130, 4140 70
- Legierter Stahl, SAE 4030 90
- Werkzeugstahl 40-70
- Gusseisen - normal 80-120
- Hartes Gusseisen 5-30
- Grauguss 50-80
- Aluminiumlegierungen 300-400
- Nickellegierung, Monel 400 40-60
- Nickellegierung, Monel K500 30-60
- Nickellegierungen, Inconel 5-10
- Kobaltbasislegierungen 5-10
- Titanlegierung 20-60
- Reines Titan 35-55
- Kupfer 100-500
- Gewöhnliches Bronze 90-150
- Hartes Bronze 30-70
- Zirkon 70-90
- Messing und Aluminium 200-350
- Nichtmetallische Materialien ohne Silizium 100-300
- Nichtmetallische Materialien mit Silizium 30-70
Spindelgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit der Spindel)
Nach der Bestimmung des SFM für ein bestimmtes Material und Werkzeug kann die Spindeldrehzahl berechnet werden, da dieser Wert von der Schnittgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Werkzeugs abhängt:
RPM = (CS x 4) / D
Wo:
RPM = Umdrehungen pro Minute.
CS = Schnittgeschwindigkeit in SFM.
D = Durchmesser des Werkzeugs in Zoll.
Vorschub beim Fräsen
Die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs kann als die Entfernung in Zoll pro Minute definiert werden, bei der die Arbeit zur Fräse bewegt wird. Bei Fräsmaschinen ist die Vorschubgeschwindigkeit unabhängig von der Spindelgeschwindigkeit. Dies ist eine großartige Lösung für schnellere Vorschübe und für größere, langsam arbeitende Werkzeuge.
Vorschub pro Zahn
Der Vorschub pro Zahn ist die Menge an Material, die jeder Zahn des Werkzeugs entfernen sollte, wenn er sich dreht und sich auf das zu bearbeitende Objekt zubewegt. Wenn die Bearbeitung sich in Richtung des Werkzeugs bewegt, bewegt sich jeder Zahn des Werkzeugs gleichmäßig und erzeugt Späne gleicher Dicke. Die Dicke der Späne oder der Vorschub pro Schneide sowie die Anzahl der Zähne im Werkzeug sind die Grundlage für die Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit. Die ideale Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit wird in Zoll pro Minute (IPM) gemessen und wird nach folgender Formel berechnet:
IPM = F x N x RPM
Wo:
IPM = Vorschub in Zoll pro Minute
F = Vorschub pro Zahn
N = Anzahl der Zähne
RPM = Umdrehungen pro Minute
Zum Beispiel:
Die Vorschübe für Endfräser, die in Vertikalfräsmaschinen verwendet werden, reichen von 001 bis 002 Vorschub pro Zahn für Fräser mit sehr kleinem Durchmesser auf Stahlwerkstoffen bis zu 010 Vorschub pro Zahn für große Fräser auf Aluminiumwerkstoffen. Da die Schnittgeschwindigkeit für weichen Stahl 90 beträgt, ist die Drehzahl pro Minute für einen schnelllaufenden, zweigängigen 3/8″-Fräser:
RPM = CS x 4 / D = 90 x 4 / (3/8) = 360 /.375 = 960 RPM
Um den Vorschub zu berechnen, wählen wir .002 Zoll pro Zahn
IPM = F x N x RPM = .002 x 2 x 960 = 3.84 IPM
Maschinenvorschub
Die Bewegung der Maschine, die dazu führt, dass das Schneidwerkzeug in die Tiefe oder entlang der Oberfläche des zu bearbeitenden Gegenstandes schneidet, wird als Vorschub bezeichnet. Bei der Metallbearbeitung werden Vorschübe normalerweise in Tausendstel Zoll gemessen. Der Vorschub wird auf verschiedene Weisen in verschiedenen Maschinentypen dargestellt. Bohrmaschinen mit motorischem Vorschub sind dafür ausgelegt, den Bohrer bei jeder Spindelumdrehung um einen bestimmten Wert zu verschieben. Wenn der Vorschub auf 0,006″ eingestellt ist, bewegt sich die Maschine bei jeder Spindelumdrehung um 0,006″. Dies wird in Zoll pro Umdrehung (IPR) ausgedrückt.
Gewindebohrverfahren
Gewindebohrerführungen sind ein integraler Bestandteil des Prozesses zur Herstellung nützlicher gerader Gewinde. Bei der Verwendung einer Drehmaschine oder Fräsmaschine ist der Gewindebohrer bereits gerade und zentriert. Seien Sie vorsichtig beim manuellen Einstellen von Gewindebohrern, da eine Gewindebohrerführung unter einem Winkel von 90° wesentlich genauer ist als das menschliche Auge. Es ist sehr wichtig, beim Bohren und Gewindeschneiden Öl zu verwenden. Dadurch quietscht der Bohrer nicht, der Schnitt ist glatter, Späne werden entfernt und der Bohrer und das Material überhitzen nicht.
Bohren
Punktuelles Bohren verhindert Überhitzung und Bruch des Bohrers während des Bohrens oder Gewindeschneidens. Es beinhaltet das Bohren durch einen Teil des Werkstücks und dann das Zurückziehen des Bohrers, um die Späne zu entfernen und das Werkstück abkühlen zu lassen. Eine gängige Praxis ist es, den Griff um eine volle Umdrehung zu drehen und dann um eine halbe Umdrehung zurückzudrehen. Nach jedem Zurückziehen des Bohrers oder Gewindeschneiders sollten so viele Späne wie möglich entfernt und die Oberfläche zwischen Bohrer oder Gewindeschneider und dem bearbeiteten Gegenstand geölt werden.