CNC-Bearbeitung, bekannt für seine hohe Genauigkeit und Präzision, ist eine weltweit verbreitete subtraktive Fertigungstechnik. Seinen Erfolg verdankt es der CNC-gesteuerten Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkstück Schneidewerkzeug. Diese Bewegung kann in Schnitt- und Vorschubbewegungen kategorisiert werden, wobei Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit als Maßeinheiten dienen.
Was genau sind Schnittgeschwindigkeit und Vorschub? Was ist der Unterschied zwischen Schnittgeschwindigkeit und Vorschub? Und wie wirken sich diese Parameter auf den Erfolg von Fertigungsprojekten aus? Folgen Sie uns, um mehr zu erfahren.
Was ist Schnittgeschwindigkeit?
Unter Schnittgeschwindigkeit versteht man im Allgemeinen die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug und die Werkstückoberfläche relativ zueinander bewegen. Es kann auch als die lineare Distanz definiert werden, gemessen in Metern pro Minute oder Fuß pro Minute, die das Schneidwerkzeugmaterial während eines Schneidvorgangs über die Oberfläche des Werkstücks bewegt.
Die Schnittgeschwindigkeit bestimmt maßgeblich verschiedene Schlüsselparameter in CNC-Bearbeitung, einschließlich Stromverbrauch, Schnitttemperatur und Werkzeuglebensdauer. Dieser Einfluss stellt einen wesentlichen Unterschied zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit dar. Die spezifischen Werte der Schnittgeschwindigkeit hängen vom zu bearbeitenden Material ab, z Aluminium, Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, oder Kunststoffe.
Zu berücksichtigende Faktoren für eine optimale Schnittgeschwindigkeit
Die Sicherstellung einer optimalen Schnittgeschwindigkeit ist für die Erzielung der gewünschten Leistung bei der CNC-Bearbeitung von entscheidender Bedeutung. Die ideale Schnittgeschwindigkeit für einen bestimmten CNC-Bearbeitungsprozess erfordert die Optimierung folgender Aspekte:
1. Material des Schneidwerkzeugs
Die CNC-Maschine verwendet verschiedene Schneidwerkzeuge, die entweder aus weichen oder harten Materialien bestehen können. Die optimale Schnittgeschwindigkeit hängt maßgeblich von der Stärke des Schneidwerkzeugs ab. Schneidwerkzeuge aus hochfesten Materialien wie Diamant und Kohlenstoffbornitrid eignen sich beispielsweise für das Schneiden mit hoher Geschwindigkeit, während Schneidwerkzeuge aus weicheren Materialien besser für das Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit geeignet sind.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit einigen gängigen Schneidwerkzeugmaterialien und dem empfohlenen Bereich zulässiger Schnittgeschwindigkeiten.
| Schneidwerkzeugmaterial | Schnittgeschwindigkeit (m/min) |
| Hochgeschwindigkeitsstahl | 30-50 |
| Hartmetall | 60-100 |
| Keramik | 300-600 |
| Kohlenstoffbornitrid | 300-600 |
| Diamant | > 800 |
2. Werkstückhärte
Die Härte eines Materials bezieht sich auf seine Fähigkeit, Verformungen durch Kratzer, Abrieb und Einkerbungen zu widerstehen. Beim Schneiden härterer Materialien müssen besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um eine Verschlechterung der Werkzeugleistung während des Bearbeitungsprozesses zu verhindern. Konkret sind Werkstücke härter, die Schnittgeschwindigkeiten sollten langsamer sein. Zur Veranschaulichung: Titan erfordert im Vergleich zu Aluminium eine deutlich geringere Schnittgeschwindigkeit.
Hier ist eine Tabelle mit den zulässigen Schnittgeschwindigkeitsbereichen für verschiedene Materialien in verschiedenen CNC-Bearbeitungsprozessen.
| Material | Drehen | Bohren | Reiben | Schaftfräsen (Schruppen) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminium | 400-1000 | 250-600 | 100-300 | 600 | |
| Messing | 225-300 | 150-300 | 130-200 | ||
| Bronze | 150-225 | 100-250 | 75-180 | Mittel: 250Schwer: 125 | |
| Gusseisen | Weich | 100-150 | 75-150 | 60-100 | 60 |
| Mittel | 75-120 | 70-110 | 35-65 | ||
| Hart | 50-90 | 60-100 | 20-55 | 50 | |
| Kupfer | 100-200 | 60-100 | 40-60 | ||
| Magnesium | 600-1200 | 300-650 | 150-350 | ||
| Rostfreier Stahl | Kostenlose Bearbeitung | 100-150 | 65-100 | 35-85 | 304: 5517-4PH: 35 |
| Andere Noten | 40-85 | 15-50 | 15-30 | ||
| Kohlenstoff- und legierter Stahl | Kostenlose Bearbeitung | 125-200 | 100-145 | 60-100 | Niedriges C: 754140: 504340: 50 |
| weniger als 0,31 TP3T C | 75-175 | 70-120 | 50-90 | ||
| 0,3% bis 0,6% C | 65-120 | 55-90 | 45-70 | ||
| mehr als 0,61 TP3T C | 60-80 | 40-60 | 40-50 | ||
| Titan | 25-55 | 30-60 | 10-20 | Ti-6AI-4V: 25 | |
Notiz:
- Diese Tabelle ist speziell für Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl. Wenn Sie einen Hartmetallschneider verwenden, denken Sie daran, die Schnittgeschwindigkeit an die Härte des Schneidwerkzeugs anzupassen. Beispielsweise müssen Sie möglicherweise die aufgeführten Geschwindigkeiten mit dem Faktor 2 bis 4 multiplizieren. Darüber hinaus sollte die Schnittgeschwindigkeit bei der Arbeit mit Werkzeugen aus Kohlenstoffstahl niedriger sein.
- Alle Geschwindigkeiten sind in Oberflächenfuß pro Minute angegeben (SFM).
3. Standzeit des Werkzeugs
Höhere Schnittgeschwindigkeiten können dazu führen, dass weichere Schneidmaterialien schnell verschleißen, was zu einer kürzeren Standzeit des Werkzeugs führt. Daher ist die Berücksichtigung der Standzeit ein weiterer entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Schnittgeschwindigkeit. Unter Werkzeugstandzeit versteht man den Zeitraum, in dem das Schneidwerkzeug wirksam bleibt und einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit des Werkstücks und die gewählte Schnittgeschwindigkeit hat.
Was ist die Vorschubgeschwindigkeit?
Als Vorschubgeschwindigkeit bezeichnet man den Weg, den das Schneidwerkzeug bei einer Spindelumdrehung zurücklegt. Sie kann auch als Eingriffsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs bezeichnet werden und wird bei Fräsvorgängen typischerweise in Einheiten wie Zoll pro Minute oder Millimeter pro Minute gemessen.
Bei Bohr- und Drehvorgängen kann die Vorschubgeschwindigkeit in Einheiten wie Zoll pro Umdrehung oder Millimeter pro Umdrehung gemessen werden. Die spezifischen Werte der Vorschübe variieren abhängig von Faktoren wie der Art des zu bearbeitenden Materials (Aluminium, Edelstahl, Stahl, Holz usw.), der Art des Schneidwerkzeugmaterials (HSS-Schneidwerkzeug, Keramik, Cermet usw.). .) und andere Schnittfaktoren wie Oberflächenfinish und die Leistung der CNC-Maschine.
Die ästhetische Qualität der bearbeiteten Produkte wird maßgeblich von der Vorschubgeschwindigkeit beeinflusst. Aus diesem Grund ist die Vorschubgeschwindigkeit ein entscheidender Aspekt bei CNC-Bearbeitungsprozessen.
Zu berücksichtigende Faktoren für eine optimale Vorschubgeschwindigkeit
Die Vorschubgeschwindigkeit bei der CNC-Bearbeitung hängt eng mit verschiedenen Aspekten des Prozesses zusammen, darunter Sicherheit, Produktqualität, Werkzeuglebensdauer und Produktivität. Um den idealen Vorschubwert zu ermitteln, müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:
1. Schnittbreite
Spanverdünnung gilt als Herstellungsfehler, der die Lieferzeit verlängern kann. Wenn die Schnittbreite weniger als die Hälfte des Durchmessers beträgt, kommt es zu einer Spanverdünnung, was zu einer Verringerung der Spanlast oder der Materialmenge führt, die das Werkzeug bei einer Umdrehung schneidet. Um die Auswirkungen der Spanverdünnung abzumildern, ist eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit ratsam, da dadurch die Produktivität gesteigert und die Werkzeugstandzeit verlängert werden kann.
2. Geometrie des Schneidwerkzeugs
Neben der Vorschubgeschwindigkeit kann auch die Werkzeuggeometrie einen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit der Produkte haben. Wenn es die Werkzeuggeometrie zulässt, kann die Wahl eines höheren Wertes von Vorteil sein.
3. Werkzeugmaschinenfähigkeit
Eine höhere Vorschubgeschwindigkeit kann zu einer erhöhten Schnittkraft und Vibrationen führen. Wählen Sie deshalb die passende Vorschubgeschwindigkeit WerkzeugmaschineDie Fähigkeit, diese höheren Kräfte und Vibrationen zu absorbieren und zu übertragen.
4. Oberflächenbeschaffenheit
Niedrigere Vorschübe können zu einer besseren Oberflächengüte führen. Für grobe Schnitte kann eine höhere Vorschubgeschwindigkeit verwendet werden. Beispielsweise kann für Schlichtbearbeitungen eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,01 bis 0,05 mm/Umdrehung in Betracht gezogen werden, während für Schruppbearbeitungen eine Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 bis 0,3 mm/Umdrehung geeignet sein kann.
5. Produktivität
Um höhere Produktivitätsraten zu erreichen, ist es möglich, die Vorschubgeschwindigkeit auf Kosten der Oberflächenqualität zu erhöhen. Alternativ ist es möglich, die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen, indem die Vorschubgeschwindigkeit stabil gehalten wird.
6. Vorschubgeschwindigkeitsbegrenzung
Werkzeugmaschinen verfügen typischerweise über eine Vorschubstange, die innerhalb bestimmter Mindest- und Höchstgrenzen arbeitet. Allerdings stehen für konventionelle Drehmaschinen innerhalb des angegebenen Bereichs nur begrenzte Vorschuboptionen zur Verfügung.
Schnittgeschwindigkeit vs. Vorschubgeschwindigkeit: Ihr Unterschied in der CNC-Bearbeitung
Obwohl sowohl die Vorschubgeschwindigkeit als auch die Schnittgeschwindigkeit einen großen Einfluss auf die Gesamtleistung einer Maschine haben, handelt es sich dabei um unterschiedliche Konzepte. Um optimale Ergebnisse mit einer CNC-Maschine zu erzielen, ist es notwendig, den Unterschied zwischen diesen beiden zu verstehen.
| Parameter | Schneidgeschwindigkeit | Vorschubgeschwindigkeit |
| Generatrix und Directrix | Die Schnittgeschwindigkeit erzeugt die Leitlinie. | Die Vorschubgeschwindigkeit erzeugt die Erzeugende. |
| Bewegungseinheiten | Wird in Metern pro Minute (m/min) oder Fuß pro Minute (ft/min) gemessen und mit Vc bezeichnet. | Wird in Metern pro Umdrehung (mpr) oder Zoll pro Umdrehung (ipr) gemessen und mit s oder f bezeichnet. |
| Spanrichtung | Keine Auswirkung auf Abweichungen von der orthogonale Spanrichtung. | Große Auswirkung auf die tatsächliche Spanflussrichtung. |
| Bewegung | Die Schnittbewegung erzeugt die Schnittgeschwindigkeit. | Vorschubbewegung erzeugt Vorschubgeschwindigkeit. |
| Schnittkraft und Stromverbrauch | Die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst diese Parameter in größerem Maßstab. | Die Vorschubgeschwindigkeit beeinflusst diese Parameter in geringerem Maße. |
| Oberflächenrauheit und Wellenmarkierungen | Steht in keinem direkten Zusammenhang mit den Wellen oder Markierungen auf der bearbeiteten Oberfläche. | Hängt deutlich mit den wellenförmigen Markierungen auf der fertigen Oberfläche zusammen. |
| Schnitttemperatur, Werkzeugstandzeit und Werkzeugverschleiß | Stark betroffen. | Weniger betroffen. |
1. Werkzeugbewegung
Der Vorschub bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug durch das Werkstück bewegt, während sich die Schnittgeschwindigkeit auf die Geschwindigkeit bezieht, mit der sich die Schneidkante des Werkzeugs bewegt. Vereinfacht ausgedrückt misst die Vorschubgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des Werkzeugs, während es sich durch das Material bewegt, während die Schnittgeschwindigkeit die tatsächliche Geschwindigkeit misst, mit der das Werkzeug schneidet.
2. Directrix und Generatrix
Die als Vc bezeichnete Schnittgeschwindigkeit stellt die Erzeugende dar und wird typischerweise in m/min oder ft/min gemessen. Die Vorschubgeschwindigkeit, mit s oder f bezeichnet, stellt die Leitlinie dar und wird im Allgemeinen in mm/U oder mm/min gemessen.
3. Spanrichtung
Die Schnittgeschwindigkeit führt nicht dazu, dass die Spanrichtung orthogonal ist. Allerdings hat die Vorschubgeschwindigkeit typischerweise einen Einfluss auf den Fluss und die Richtung des eigentlichen Spans.
4. Schnitttemperatur, Werkzeugverschleiß und Standzeit
Die Vorschubgeschwindigkeit hat einen minimalen Einfluss auf Faktoren wie Schnitttemperatur, Werkzeugverschleiß und Werkzeugstandzeit. Die Schnittgeschwindigkeit hat jedoch einen erheblichen Einfluss auf diese Faktoren.
5. Schnittkraft und Stromverbrauch
Die Schnittgeschwindigkeit hat einen erheblichen Einfluss sowohl auf die Schnittkraft als auch auf den Stromverbrauch während des Bearbeitungsprozesses. Umgekehrt hat die Vorschubgeschwindigkeit einen relativ geringen Einfluss auf diese Parameter.
6. Oberflächenrauheit und Wellenmarkierungen
Das Vorhandensein von Wellen oder Vorschubspuren auf der bearbeiteten Oberfläche steht in direktem Zusammenhang mit der Vorschubgeschwindigkeit und dient als Darstellung davon Oberflächenrauheit, während die Schnittgeschwindigkeit für diese Bearbeitungsspuren keine Rolle spielt.
Wie berechnet man Schnittgeschwindigkeit und Vorschub?
Das Bild unten zeigt die wesentlichen Parameter zur Berechnung der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubs. Zur Ermittlung dieser Werte dient die Spindeldrehzahl als Grundvoraussetzung. Die Vorschubgeschwindigkeit wird anhand von zwei Formeln ermittelt. Zunächst wird der Vorschub pro Zahn berechnet und aus diesem Wert dann der Vorschub des Schneidwerkzeugs ermittelt.
Welche Bedeutung haben Schnittgeschwindigkeit und Vorschub bei der CNC-Bearbeitung?
- Geschwindigkeiten und Vorschübe tragen zum Bearbeitungsprozess bei, da sie sowohl die Geschwindigkeit als auch die Menge des Materialabtrags bestimmen.
- Die Lebensdauer eines Werkzeugs kann maßgeblich durch die bei der Bearbeitung verwendeten Drehzahlen und Vorschübe beeinflusst werden.
- Die Schnittgeschwindigkeit hat einen direkten Einfluss auf die Schnitttemperatur. Höhere Schnitttemperaturen können sich negativ auf Faktoren wie die Werkzeugstandzeit usw. auswirken Oberflächenrauheit.
- Im Vergleich zur Verarbeitung weicherer Materialien wie Aluminium oder Harz werden die negativen Auswirkungen falscher Geschwindigkeiten und Vorschübe bei der Arbeit mit härteren Materialien wie Titan oder Inconel deutlicher sichtbar, wo die Fehlertoleranz geringer ist.
- Schon eine kleine Abweichung zwischen Drehzahl und Vorschub kann schnell zum Bruch des Schneidwerkzeugs führen.
- Um eine hervorragende Oberflächenrauheit zu erzielen, ist eine optimale Vorschubgeschwindigkeit erforderlich. Der Einsatz hoher Werkzeuggeschwindigkeiten und Spindelgeschwindigkeiten kann zur Bildung von Rattermarken auf der Materialoberfläche führen.
Weitere zu berücksichtigende Schlüsselfaktoren
Nichtlinearer Pfad
Typischerweise handelt es sich bei der Vorschubgeschwindigkeit um eine lineare Bewegung, also um die in einer Linie zurückgelegte Strecke. Es gibt jedoch Fälle, in denen Vorschubgeschwindigkeiten entlang eines bogenförmigen oder kreisförmigen Interpolationspfads berücksichtigt werden, beispielsweise für die Bearbeitung von Außendurchmessern oder Innendurchmessern.
Mit zunehmender Schnitttiefe vergrößert sich der Eingriffswinkel am Werkzeug, was zu einem nichtlinearen Pfad führt. Der Werkzeugeingriff ist bei der Bearbeitung von Innenecken höher als bei Außenecken.
Spindelgeschwindigkeitsbegrenzung
Um die Fräsergeschwindigkeit in U/min zu bestimmen, ist es notwendig, die Oberflächenfuß pro Minute (SFM) basierend auf dem Material und dem Fräserdurchmesser zu kennen. In manchen Fällen, insbesondere bei der Arbeit mit kleinen Werkzeugen oder bestimmten Materialien, kann die berechnete Geschwindigkeit unpraktisch sein.
In solchen Situationen kann sich der Maschinist dafür entscheiden, das Werkzeug mit der höchsten von der Maschine erreichbaren Geschwindigkeit laufen zu lassen und gleichzeitig die erforderliche Spanlast für den Durchmesser beizubehalten. Dieser Ansatz ermöglicht das Erreichen optimaler Parameter bei maximaler Geschwindigkeit der Maschine.
Zusammenspiel von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
Während des Bearbeitungsprozesses übt das Schneidwerkzeug Druck auf die Oberfläche des Werkstücks aus und entfernt eine dünne Materialschicht in Form eines Spans. Zur Übertragung der erforderlichen Druckkraft ist eine gewünschte Relativgeschwindigkeit zwischen Werkstück und Fräser erforderlich. Die Schnittgeschwindigkeit ist in erster Linie für die Erzeugung dieser Relativgeschwindigkeit verantwortlich und hilft dabei, den Materialabtrag vorherzusagen.
Um zu visualisieren, wie viel Material von der gesamten Oberfläche des Werkstücks abgetragen wird, gibt es eine zusätzliche synchronisierte Bewegung, die sogenannte Vorschubbewegung. Die konkrete Richtung und Art dieser Vorschubbewegung kann je nach ausgeführtem Fräsvorgang variieren. Diese gleichzeitigen Vorschubgeschwindigkeiten, Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubbewegungen erfüllen gemeinsam die grundlegenden Anforderungen der Bearbeitung.
Häufig gestellte Fragen
Fazit
Um verschiedene Aspekte der CNC-Bearbeitungsparameter wie Werkzeugstandzeit, Stromverbrauch, Zeit und Oberflächenrauheit zu optimieren, ist es wichtig, die optimalen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe zu bestimmen. Um präzise bearbeitete Teile zu erhalten, ist es wichtig zu verstehen, wie Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit miteinander interagieren.
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