Auswahl der Fräsbahn: Ein umfassender Leitfaden | MachineMFG

Auswahl der Fräsbahn: Ein umfassender Leitfaden

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Mit dem Fortschritt der modernen Fertigungstechnologie haben sich die NC-Bearbeitungsmaschinen und die sie unterstützenden CAM-Systeme weit verbreitet und entwickelt.

Das Herzstück der Steuerung des Bearbeitungsvorgangs der Anlage ist der vom CAM-System erzeugte Werkzeugweg (d. h. der Werkzeuglaufmodus).

Dies wirkt sich direkt auf die Genauigkeit des bearbeiteten Werkstücks, die Oberflächenrauhigkeit, die Gesamtbearbeitungszeit, die Lebensdauer der Werkzeugmaschinen und letztlich auf die Produktionseffizienz aus.

In diesem Beitrag werden die charakteristischen Merkmale der Werkzeugvorschubart und einige Faktoren, die ihre Auswahl beeinflussen, analysiert. Er bietet eine Referenzgrundlage für die Auswahl des geeigneten Werkzeugvorschubmodus auf der Grundlage eines Vergleichs von Prozessmethoden und Werkzeugvorschubmodi im Fräsprozess.

Wählen Sie den Werkzeugweg beim Fräsen

1. Modus der Werkzeugzuführung

Grundkonzept der Werkzeugzuführung

In der NC-Bearbeitung bezeichnet der Begriff "Werkzeugbahnplanungsmodus" den Modus, in dem die Bahn des Werkzeugs während der Bearbeitung des Werkstücks geplant wird.

Bei der Bearbeitung desselben Teils können verschiedene Schneidverfahren die Anforderungen an Größe und Genauigkeit erfüllen, aber ihre Bearbeitungseffizienz kann unterschiedlich sein.

Klassifizierung von Werkzeugzuführungsmethoden

Die Methoden der Werkzeugzuführung lassen sich in vier Gruppen einteilen: unidirektionales Messerwandern, hin- und hergehendes Messerwandern, ringschneidendes Messerwandern und zusammengesetztes Messerwandern. Die letzte Kategorie, das Verbundmesserschreiten, ist eine Mischung aus den ersten drei Methoden.

Bei diesen Verfahren werden entweder unidirektionale oder reziproke Werkzeugbewegungen eingesetzt, die als Linienbewegungen bezeichnet werden. Schneidewerkzeug Gehen in Bezug auf die Verarbeitungsstrategie.

Daher können die Werkzeugzuführungsmethoden auf der Grundlage verschiedener Bearbeitungsstrategien weiter in Linienschneiden, Ringschneiden und andere spezielle Methoden unterteilt werden.

Das Linienschneiden und das Ringschneiden sind die am häufigsten verwendeten Verfahren. Beim Linienschneiden kann die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine maximal genutzt werden, was zu einer besseren Qualität der Schnittfläche führt als beim Ringschneiden.

Bei der Bearbeitung komplexer ebener Kavitäten mit mehreren Vorsprüngen, die mehrere Innenkonturen bilden, können jedoch zusätzliche Hebevorgänge des Werkzeugs erforderlich sein. Dies ist notwendig, um eine Kollision zwischen dem Werkzeug und der Nabe zu vermeiden oder das Werkzeug in den unbearbeiteten Bereich zurückzubringen. Das Werkzeug muss auf eine bestimmte Höhe von der Bearbeitungsebene angehoben, an den Anfang einer anderen Werkzeugbahn versetzt und dann der Schneidprozess fortgesetzt werden.

Der Werkzeugweg beim Linienschneiden besteht hauptsächlich aus einer Reihe von Geraden, die parallel zu einer festen Richtung verlaufen, was die Berechnung vereinfacht. Diese Methode ist ideal für die einfache Schlichtbearbeitung von Hohlräumen oder die Schruppbearbeitung zum Entfernen von überschüssigem Material. Ein Beispiel hierfür ist in Abb. 1 - hin- und herlaufende Messerschiene - dargestellt.

Pendelschneidschiene

Abb. 1 Pendelschneidschiene

Beim kreisförmigen Schneiden bewegt sich das Werkzeug entlang einer Bahn, die eine ähnliche Grenzkontur hat, die aus einer Gruppe von geschlossenen Kurven besteht. Dies trägt dazu bei, dass bei der Bearbeitung von Teilen gleichbleibende Schnittbedingungen herrschen.

Die Berechnung des Ringschneidens ist jedoch komplex und zeitaufwendig, da das aktuelle Ringspurdiagramm konstruiert und kontinuierlich verschoben werden muss, um die nächste Ringspur zu berechnen. Trotzdem eignet sie sich gut für die Bearbeitung komplexer Kavitäten und Flächen, wie in Abbildung 2 - kreisförmige Messerschiene - gezeigt.

Kreisförmige Schneidschiene

Abb. 2 Kreisförmige Schneidschiene

2. Faktoren, die die Art der Werkzeugzuführung beeinflussen

Form und geometrische Elemente des Werkstücks selbst

Die Geometrie und Form des Werkstücks, einschließlich des Bearbeitungsbereichs und der Größe und Lage von Inseln, sind inhärente Merkmale des Werkstücks, die nicht verändert werden können. Diese Elemente spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Werkzeugvorschubs und sind grundlegende Faktoren, die berücksichtigt werden müssen.

Prozessweg

Die Prozessroute ist die direkte Methode zur Erreichung des Bearbeitungsziels und dient als primäre Überlegung für die Wahl des Schneidverfahrens.

Sie bestimmt die Reihenfolge der Bearbeitungsbereiche, die Kombination und Trennung der Inseln sowie die Aufteilung zwischen Schruppen, Halbschlichten und Schlichten.

Es gibt viele Arten von Prozessrouten, mit denen das gewünschte Ergebnis erzielt werden kann, und die Wahl des Werkzeuglaufmodus hängt von der gewählten Route ab.

Material des Werkstücks

Der Werkstoff des Werkstücks ist ebenfalls ein Faktor, der die Wahl des Werkzeuglaufs beeinflusst.

Das Werkstückmaterial selbst ist der direkte Gegenstand der Bearbeitung, hat aber keinen direkten Einfluss auf die Art der Werkzeugführung. Es kann sich jedoch auf die Auswahl der WerkzeugmaterialGröße und Bearbeitungsmodus, was sich wiederum indirekt auf den Werkzeuglaufmodus auswirken kann.

Die Form und Größe des Werkstückrohlings bestimmt die Verteilung der Bearbeitungszugaben auf verschiedene Teile des Werkstücks. Bei Werkstücken mit optionalen Rohlingen kann die Verwendung unterschiedlicher Rohlingsgrößen und -formen außerdem die Spannen Modus und die Verteilung der Bearbeitungsbereiche, was sich auf die Bearbeitungsstrategie auswirkt und zu unterschiedlichen Werkzeuglaufmodi führt.

Verfahren zum Einspannen und Befestigen von Werkstücken

Die Art und Weise, wie das Werkstück eingespannt und befestigt wird, kann sich auch indirekt auf die Laufweise des Werkzeugs auswirken. Dazu gehören die Bildung neuer "Inseln" durch die Pressplatte, Änderungen des Laufverhaltens des Werkzeugs durch die Einwirkung von Befestigungskräften auf Schnittparameterund der Einfluss von Vibrationen auf den Laufmodus des Werkzeugs.

Auswahl der Schneidwerkzeuge

Bei der Auswahl der Werkzeuge spielen Faktoren wie WerkzeugmaterialForm, Länge und Anzahl der Zähne.

Diese Parameter beeinflussen die Fläche und die Häufigkeit des Kontakts zwischen Werkzeug und Werkstück und damit die Menge des pro Zeiteinheit abgetragenen Materials und die Belastung der Maschine. Darüber hinaus bestimmen die Verschleißfestigkeit und die Standzeit des Werkzeugs die Einsatzdauer des Werkzeugs.

Die Werkzeuggröße bzw. der Durchmesser hat einen direkten Einfluss auf die Art der Werkzeugzuführung. Die Wahl von Werkzeugen mit unterschiedlichen Durchmessern verändert die Größe der Restfläche, ändert den Bearbeitungsweg und führt zu unterschiedlichen Methoden der Werkzeugführung.

Auswahl des Bearbeitungsbereichs

Beim Fräsen von komplexen ebenen Kavitäten mit mehreren Vorsprüngen, die mehrere Innenkonturen bilden, kommt es beim Linienschnitt häufig zu zusätzlichen Werkzeugabhebungen, und der Bearbeitungsweg wird beim Kreisschnitt länger. Diese Vorgänge verringern die Schnittleistung erheblich.

Um die Anzahl solcher Vorgänge zu minimieren, wird der Schneidbereich je nach Bearbeitungsbedarf in mehrere Teilbereiche unterteilt. Die Werkzeugabhebungen finden zwischen diesen Teilbereichen statt. Die Teilbereiche können kombiniert, geteilt oder sogar ignoriert werden, je nach dem, wie das Werkzeug läuft. Dies trägt dazu bei, die Anzahl der Werkzeughebevorgänge zu reduzieren und zu verhindern, dass der Bearbeitungsweg zu lang wird.

Darüber hinaus kann durch die Auswahl des am besten geeigneten Werkzeuglaufmodus für jeden Teilbereich die Bearbeitungseffizienz verbessert werden.

3. Vernünftige Auswahl des Werkzeugvorschubmodus

Grundlegendes Auswahlprinzip

Bei der Wahl des Werkzeugvorschubs müssen zwei Faktoren berücksichtigt werden: die Bearbeitungszeit und die Gleichmäßigkeit der Bearbeitungszugabe.

Im Allgemeinen wird das Kreisschneideverfahren wegen seines gleichmäßigen Bearbeitungsaufmaßes, das durch die Form des Werkstücks bestimmt wird, bevorzugt. Dagegen führt das Linienschnittverfahren zu einem ungleichmäßigen Bearbeitungsaufmaß. Um in diesem Fall Gleichmäßigkeit zu erreichen, muss der kreisförmige Werkzeugweg um die Begrenzung herum vergrößert werden.

Wenn man jedoch die Anforderung der Gleichmäßigkeit außer Acht lässt, hat die Linienschnittmethode eine relativ kurze Werkzeugweglänge. Andererseits kann die Vergrößerung des kreisförmigen Werkzeugweges, um das Problem der Ungleichmäßigkeit zu lösen, zu einer längeren Gesamtbearbeitungszeit führen, insbesondere bei langen Begrenzungen wie in Situationen mit mehreren Inseln.

Das Schneiden von Linien ist zwar einfacher zu berechnen und erfordert weniger Speicherplatz, erfordert aber auch mehr Werkzeugwechsel. Im Gegensatz dazu müssen beim kreisförmigen Schneiden die Ringgrenzen mehrfach verschoben und sich selbst schneidende Ringe entfernt werden.

Auswahl nach Formmerkmalen

Die Form des Werkstücks bestimmt die Werkzeugbahn bei der Bearbeitung.

Je nach Beschaffenheit des zu bearbeitenden Objekts kann das Werkstück grob in zwei Typen eingeteilt werden: ebene Hohlräume und Freiformflächen.

Planare Hohlräume werden in der Regel im Linienschnittverfahren bearbeitet. Dies liegt daran, dass die meisten Werkstücke dieser Art durch Schneiden und Fräsen hergestellt werden, wie z. B. Kästen, Böden und andere Teile, die große Bearbeitungsspielräume haben. Das Linienschneiden ermöglicht eine maximale Ausnutzung der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine, was zu einer verbesserten Bearbeitungseffizienz führt. Darüber hinaus ist die Oberflächenqualität, die beim Linienschneiden erzeugt wird, besser als beim Ringschneiden.

Andererseits werden Freiformflächen in der Regel im Ringschnittverfahren bearbeitet. Der Grund dafür ist, dass solche Oberflächen meist gegossen oder durch regelmäßige Prozesse geformt werden, was zu einer ungleichmäßigen Restverteilung und hohen Genauigkeitsanforderungen führt. Außerdem bietet das Ringschneiden im Vergleich zum Linienschneiden bessere Oberflächenbearbeitungseigenschaften und kann sich der tatsächlichen Form der Oberfläche besser annähern.

Auswahl nach Bearbeitungsstrategie

Die Bearbeitung von Teilen wird in der Regel in drei Stufen unterteilt: Schruppen, Halbschlichten und Schlichten. Diese Unterteilung ist wichtig, um die Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten.

Bei herkömmlichen Bearbeitungsmethoden sind die Grenzen zwischen den einzelnen Phasen klar definiert. Beim NC-Fräsen können diese Grenzen jedoch aufgrund der Fähigkeit der Werkzeugmaschine, mehrere Funktionen auszuführen, weniger klar sein. Außerdem kann es zu Überschneidungen zwischen den Stufen kommen, z. B. wenn die Feinbearbeitung während der Grobbearbeitung durchgeführt wird oder wenn nach der Feinbearbeitung noch Spuren der Grobbearbeitung verbleiben.

Trotzdem ist es notwendig, die Bearbeitungsschritte bei der NC-Bearbeitung aufzuteilen, um die Qualität zu sichern. Die Bestimmung des Bearbeitungsinhalts für jede Stufe kann sich jedoch von den traditionellen Methoden unterscheiden, da das Ziel darin besteht, die Spannzeit zu reduzieren und die Werkzeugbewegung zu vereinfachen.

Das Hauptziel der Schruppbearbeitung ist die Maximierung des Materialabtrags und die Vorbereitung der geometrischen Kontur des Werkstücks für die Halbfeinbearbeitung. Daher werden für das Schichtschneiden in der Regel Linien- oder Verbundverfahren eingesetzt.

Ziel des Vorschlichtens ist es, eine flache Kontur und ein gleichmäßiges Oberflächenaufmaß zu erzeugen. Für diese Stufe werden in der Regel kreisförmige Schneidverfahren verwendet.

Das Ziel der Schlichtbearbeitung ist die Herstellung eines Werkstücks, das den Anforderungen an Maßhaltigkeit, Formgenauigkeit und Oberflächenqualität entspricht. Ausgehend von den geometrischen Merkmalen des Werkstücks wird das Linienschneiden für den Innenbereich und das Ringschneiden für den Rand und die Fugen verwendet.

Wählen Sie nach der Programmierstrategie

Die wichtigsten Überlegungen zur Bestimmung des Werkzeugvorschubmodus während der Programmierung sind:

  • Einhaltung der Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit Anforderungen an die Teile;
  • Verkürzung des Bearbeitungsweges zur Minimierung von Leerlaufzeiten der Werkzeuge;
  • Einfache numerische Berechnung und Reduzierung der Anzahl der Programmsegmente, um den Programmieraufwand zu minimieren.

Bei ebenen Kavitäten wird das Linienschneiden verwendet, um den Bearbeitungsbereich zu unterteilen und die Anzahl der Werkzeugabhebungen zu minimieren. Freiformflächen hingegen werden in Form von tangentialen Ringen approximiert.

Die Wahl der Rohlingsform wirkt sich auch auf die Programmierung aus. Durch die Änderung der Rohlingsform kann die Bearbeitung von Formen, die sich nur schwer einspannen lassen, in eine lineare Bearbeitung von Hohlräumen umgewandelt werden, die sich leichter einspannen lässt. Alternativ kann die Freiformflächenbearbeitung in eine Linienbearbeitung umgewandelt werden, um größere Aufmaße zu entfernen und so die Bearbeitungseffizienz zu verbessern.

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