Auswahl von CNC-Schneidwerkzeugen für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Superhart Hartmetall-Schaftfräser haben einen einzigartigen Vorteil im Bereich des Hochgeschwindigkeitsschneidens und ihre praktischen Anwendungen nehmen von Tag zu Tag zu. Unter diesen Werkzeugen sind PCD-Werkzeuge (polykristalliner Diamant) die beste Wahl für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Aluminiumlegierungen und nichtmetallischen Materialien, während diamantbeschichtete Werkzeuge nicht nur praktisch sind, sondern auch eine starke Wachstumsdynamik aufweisen. PCBN-Werkzeuge (kubisches Bornitrid, polykristallines Produkt) eignen sich zum Schneiden von Gusseisen, gehärteter Stahlund anderen Materialien bei höheren Geschwindigkeiten, und auch bei mit CBN (kubisches Bornitrid) beschichteten Werkzeugen wird in naher Zukunft mit bedeutenden technologischen Durchbrüchen gerechnet.

Um sicherzustellen, dass Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge eine ausreichende Lebensdauer und geringe Schnittkraft haben, sollte die beste Werkzeuggeometrie entsprechend den unterschiedlichen Werkstückmaterialien ausgewählt werden. Im Vergleich zum normalen Schneiden ist der Spanwinkel von Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeugen im Allgemeinen kleiner oder sogar negativ, der Rückwinkel ist etwas größer, und das Abrunden oder Abfasen der Werkzeugspitze wird häufig verwendet, um den Werkzeugspanwinkel zu erhöhen und thermischen Verschleiß an der Werkzeugspitze zu verhindern. Da das rotierende Werkzeug für das Hochgeschwindigkeitsschneiden mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten muss, ist das Problem der Zentrifugalkraft sehr ausgeprägt, daher sollten die Struktur des Werkzeugkörpers und die Struktur der Klingenklemmung sehr zuverlässig sein und müssen auf dem dynamischen Ausgleich genau ausbalanciert werden. Am besten wird zusätzlich ein dynamischer Ausgleich an der Werkzeugmaschine und der Spindelbaugruppe installiert.

Die 7:24-Kegelverbindung wird häufig zwischen Werkzeug und Spindel bei normaler Geschwindigkeit verwendet. Bei hoher Drehzahl kann der feste Kegelschaft nicht wie die Spindelbohrung durch die Zentrifugalkraft „ausgedehnt“ werden. Der Spalt zwischen den beiden führt dazu, dass das Werkzeug in der Kegelbohrung schwingt, wodurch der axiale Positionierungsfehler des Werkzeugs verursacht und das dynamische Gleichgewicht der Struktur zerstört wird. Um den Nachteil der schlechten Hochgeschwindigkeitsleistung dieser Verbindung zu überwinden, wurden nacheinander einige für Hochgeschwindigkeitsschneiden geeignete Verbindungsmethoden entwickelt.

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Um Hochgeschwindigkeitsschneiden zu erreichen, ist das Werkzeugmaterial der Schlüssel. Zu den Hochgeschwindigkeitsschneidmaterialien gehören hauptsächlich Hartmetall, beschichtete Werkzeuge, Metallkeramik, Keramik, kubisches Bornitrid und Diamantwerkzeuge. Sie haben jeweils ihre eigenen Vorteile und eignen sich für unterschiedliche Werkstückmaterialien und unterschiedliche Schnittgeschwindigkeitsbereiche. Es muss beachtet werden, dass zwischen dem Werkzeugmaterial und dem Werkstückmaterialpaar ein Kompatibilitätsproblem besteht, d. h. ein Werkzeugmaterial weist eine gute Leistung mit dem Werkstückmaterial auf, ist jedoch bei der Bearbeitung eines anderen Werkstückmaterials nicht ideal. Mit anderen Worten, es gibt kein universelles Werkzeugmaterial, das für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung aller Werkstückmaterialien verwendet werden kann.

Die Materialien für Hochgeschwindigkeitsschneidwerkzeuge müssen entsprechend dem Werkstückmaterial und den Verarbeitungseigenschaften ausgewählt werden. Im Allgemeinen eignen sich Keramikwerkzeuge, beschichtete Werkzeuge und CBN-Werkzeuge für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung von Eisenmetallen wie Stahl. PCD-Werkzeuge eignen sich für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung von Nichteisenmetallen wie Aluminium, Magnesium und Kupfer.

Mit Keramikwerkzeugen werden verschiedene Gusseisensorten, Stahlteile, thermische Spritz- und Schweißmaterialien, hochtemperaturbeständige Legierungen auf Nickelbasis usw. bearbeitet.

Diamantfräser eignen sich zur Bearbeitung von nichtmetallischen Werkstoffen, Nichteisenmetallen und deren Legierungen. Aufgrund der schlechten thermischen Stabilität des Diamanten verliert er seine Härte, wenn die Schnitttemperatur 800 °C erreicht. Da Diamant und Eisen eine starke chemische Affinität haben, interagieren Eisenatome bei hohen Temperaturen leicht mit Kohlenstoffatomen, um sie in Graphitstrukturen umzuwandeln, und das Werkzeug ist äußerst leicht zu beschädigen. Daher sind Diamantwerkzeuge nicht zur Bearbeitung von Stahlwerkstoffen geeignet. Beim Schneiden von Nichteisenmetallen ist die Lebensdauer von PCD-Werkzeugen Dutzende oder sogar Hunderte Male höher als die von Hartmetallwerkzeugen.

Fräser aus kubischem Borkarbid eignen sich nicht nur zum Grob- und Feindrehen von gehärtetem Stahl, Lagerstahl, Schnellarbeitsstahl und Hartguss, sondern auch zum Hochgeschwindigkeitsschneiden von Hochtemperaturlegierungen, thermischen Spritzmaterialien, Hartmetall und anderen schwer zu verarbeitenden Materialien. CBN-Werkzeuge sind eines der besten Werkzeuge zum Drehen anstelle des Schleifens.

Häufig verwendete CNC-Werkzeuge

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Beim Planfräsen sind aufgrund der Beziehung zwischen Fräser und Werkstück Größe und Position wichtige Faktoren. Bei der Auswahl eines Werkzeugs bestimmt die Breite des Werkstücks den Durchmesser des Fräsers. Für die Bearbeitung kleiner Teile ist es im Allgemeinen ideal, wenn der Werkzeugdurchmesser 30% größer als der des Werkstücks ist, aber in vielen Fällen spielen die Leistung und Stabilität der Werkzeugmaschine eine entscheidende Rolle. Beim Planfräsen sind oft mehrere Durchgänge erforderlich.

Die Anzahl der Schneiden des Fräsers ist ein weiterer wichtiger Faktor zur Optimierung der Fräsergebnisse. Es ist von Vorteil, wenn mehrere Schneiden gleichzeitig schneiden, aber es ist von Nachteil, wenn zu viele Schneiden gleichzeitig schneiden. Es ist nicht möglich, alle Schneiden gleichzeitig zu schneiden, und die erforderliche Leistung hängt von der Anzahl der beteiligten Schneiden ab. Die Position des Fräsers relativ zum Werkstück spielt eine wichtige Rolle für den Spanbildungsprozess, die Schneidkantenbelastung und die Bearbeitungsergebnisse. Wenn Sie beim Planfräsen einen Fräser verwenden, der etwa 30% größer als die Schnittbreite ist, und den Fräser nahe der Mitte des Werkstücks positionieren, variiert die Spandicke nicht stark. Die Spandicke am Ein- und Austritt ist etwas dünner als beim Schneiden in der Mitte.

Um sicherzustellen, dass eine ausreichend hohe durchschnittliche Spandicke/Vorschub pro Zahn verwendet wird, muss die Anzahl der Zähne des Fräsers für den Vorgang richtig bestimmt werden. Die Teilung des Fräsers ist der Abstand zwischen den effektiven Schneidkanten. Nach diesem Wert können Fräser in drei Typen unterteilt werden – Fräser mit enger Teilung, Fräser mit geringer Teilung und Fräser mit besonders enger Teilung.

Auch der Hauptspanwinkel des Planfräsers hängt mit der Spandicke beim Fräsen zusammen. Der Hauptablenkungswinkel ist der Winkel zwischen der Hauptschneide der Klinge und der Oberfläche des Werkstücks. Es gibt hauptsächlich 45-Grad-, 90-Grad- und runde Klingen. Die Richtung der Schnittkraft ändert sich mit den unterschiedlichen Hauptablenkungswinkeln stark: Der Fräser mit einem Hauptablenkungswinkel von 90 Grad erzeugt hauptsächlich eine radiale Kraft, die in Vorschubrichtung wirkt, was bedeutet, dass die bearbeitete Oberfläche keinem übermäßigen Druck ausgesetzt wird, was beim Fräsen von Werkstücken mit schwächeren Strukturen zuverlässiger ist.

Die radiale Schnittkraft und die axiale Kraft des Fräsers mit einem Hauptablenkwinkel von 45 Grad sind ungefähr gleich, so dass der erzeugte Druck relativ ausgeglichen ist und der Leistungsbedarf der Werkzeugmaschine relativ gering ist. Es eignet sich besonders zum Fräsen von Werkstücken aus kurzspanigen Materialien, bei denen gebrochene Späne entstehen.

Bei Fräsern mit runder Klinge ändert sich der Hauptablenkwinkel kontinuierlich von 0 Grad bis 90 Grad, was hauptsächlich von der Schnitttiefe abhängt. Diese Art von Klinge hat eine sehr hohe Schneidkantenfestigkeit. Da die entlang der langen Schneidkante erzeugten Späne relativ dünn sind, eignet sie sich für große Vorschübe. Die Richtung der Schnittkraft entlang der radialen Richtung der Klinge ändert sich ständig, und der während der Verarbeitung erzeugte Druck hängt von der Schnitttiefe ab. Die Entwicklung moderner Klingengeometrie hat runden Klingen die Vorteile eines gleichmäßigen Schneideffekts, eines geringen Maschinenleistungsbedarfs und einer guten Stabilität verliehen. Es ist kein effektiver Schruppfräser mehr und wird häufig sowohl beim Planfräsen als auch beim Schaftfräsen verwendet.

Es gibt zwei Möglichkeiten in Bezug auf die Vorschubrichtung des Werkstücks und die Drehrichtung des Fräsers. Die erste ist das Gleichlauffräsen, bei dem die Drehrichtung des Fräsers mit der Vorschubrichtung des Schnitts übereinstimmt. Wenn der Schnitt beginnt, beißt der Fräser in das Werkstück und schneidet den letzten Span ab. Die zweite ist das Rückwärtsfräsen, bei dem die Drehrichtung des Fräsers der Vorschubrichtung des Schnitts entgegengesetzt ist. Der Fräser muss eine Zeit lang auf dem Werkstück gleiten, bevor er mit dem Schneiden beginnt, beginnend mit einer Schnittdicke von Null und die maximale Schnittdicke am Ende des Schneidens erreichend.

Bei Dreiflächenfräsern, einigen Stirnfräsern oder Planfräsern, hat die Schnittkraft unterschiedliche Richtungen. Beim Planfräsen befindet sich der Fräser knapp außerhalb des Werkstücks, und die Richtung der Schnittkraft sollte besonders beachtet werden. Beim Gleichlauffräsen drückt die Schnittkraft das Werkstück gegen den Arbeitstisch, und beim Rückwärtsfräsen bewirkt die Schnittkraft, dass das Werkstück den Arbeitstisch verlässt.

Das Gleichlauffräsen ist normalerweise die erste Wahl, da es die beste Schneidwirkung hat. Gleichlauffräsen wird nur dann in Betracht gezogen, wenn die Werkzeugmaschine Probleme mit dem Gewindespiel hat oder wenn es Probleme gibt, die durch Gleichlauffräsen nicht gelöst werden können.

Idealerweise sollte der Durchmesser des Fräsers größer sein als die Breite des Werkstücks und die Achse des Fräsers sollte immer leicht von der Mittellinie des Werkstücks entfernt sein. Wenn das Werkzeug direkt gegenüber der Schneidmitte platziert wird, entstehen sehr wahrscheinlich Grate. Die Richtung der radialen Schnittkraft ändert sich kontinuierlich, wenn die Schneide in den Schnitt eintritt und ihn verlässt. Die Spindel der Werkzeugmaschine kann vibrieren und beschädigt werden, die Klinge kann brechen und die bearbeitete Oberfläche wird sehr rau. Wenn der Fräser leicht von der Mitte abweicht, schwankt die Richtung der Schnittkraft nicht mehr und der Fräser erhält eine Vorspannung. Wir können das Mittenfräsen mit dem Fahren in der Straßenmitte vergleichen.

Jedes Mal, wenn die Fräserklinge in den Schnitt eintritt, wird die Schneide einer Stoßbelastung ausgesetzt, und die Belastungsgröße hängt vom Querschnitt des Spans, dem Werkstückmaterial und der Schnittart ab. Ob die Schneide und das Werkstück beim Ein- und Ausschneiden richtig beißen können, ist eine wichtige Richtung.

Wenn die Fräserachse vollständig außerhalb der Breite des Werkstücks liegt, wird die Aufprallkraft beim Schneiden von der äußersten Spitze des Einsatzes getragen, was bedeutet, dass die anfängliche Aufpralllast vom empfindlichsten Teil des Werkzeugs getragen wird. Der Fräser verlässt das Werkstück auch mit der Spitze am Ende, d. h. die Schnittkraft wirkt vom Beginn des Schneidens bis zum Ende des Schneidens auf die äußerste Spitze, bis die Aufprallkraft entladen ist. Wenn die Mittellinie des Fräsers genau auf der Kante des Werkstücks liegt, verlässt der Einsatz den Schnitt, wenn die Spandicke das Maximum erreicht, und die Aufpralllast erreicht beim Ein- und Ausschneiden das Maximum. Wenn die Fräserachse innerhalb der Breite des Werkstücks liegt, wird die anfängliche Aufpralllast beim Schneiden entlang der Schneide in einem Abstand von der empfindlichsten Spitze getragen, und der Einsatz verlässt den Schnitt beim Zurückziehen sanfter.

Bei jedem Einsatz ist es wichtig, wie die Schneide das Werkstück verlässt, wenn sie den Schnitt verlässt. Das verbleibende Material kurz vor dem Rückzug kann den Klingenabstand bis zu einem gewissen Grad verringern. Wenn der Span das Werkstück verlässt, wird eine sofortige Zugkraft entlang der Vorderseite des Einsatzes erzeugt und es bilden sich häufig Grate am Werkstück. Diese Zugkraft gefährdet die Sicherheit der Spankante in gefährlichen Situationen.

Die Situation wird ernst, wenn die Achse des Fräsers mit der Kante des Werkstücks zusammenfällt oder sich dieser nähert. Erzielen Sie eine Zusammenfassung des guten Fräsens.

• Überprüfen Sie die Leistung und Steifigkeit der Werkzeugmaschine, um sicherzustellen, dass der benötigte Fräserdurchmesser auf der Werkzeugmaschine verwendet werden kann.
• Der Überhang des Werkzeugs auf der Spindel ist möglichst kurz, um die Stoßbelastung durch die Lage der Fräserachse und des Werkstücks zu reduzieren.
• Stellen Sie durch die richtige, für den jeweiligen Prozess geeignete Fräserteilung sicher, dass beim Schneiden nicht zu viele Schneiden gleichzeitig mit dem Werkstück in Eingriff sind und es dadurch zu Vibrationen kommt. Stellen Sie andererseits sicher, dass beim Fräsen schmaler Werkstücke oder beim Fräsen von Hohlräumen genügend Schneiden mit dem Werkstück in Eingriff sind.
• Stellen Sie den Vorschub pro Schneide so ein, dass der richtige Schnitteffekt erzielt wird, wenn der Span dick genug ist, um den Werkzeugverschleiß zu verringern. Verwenden Sie Wendeschneidplatten mit positiven Spannuten, um gleichmäßige Schnitteffekte und minimale Leistung zu erzielen.
• Wählen Sie einen zur Breite des Werkstücks passenden Fräserdurchmesser.
• Wählen Sie den richtigen Hauptablenkwinkel.
• Platzieren Sie den Fräser richtig.
• Verwenden Sie Schneidflüssigkeit nur, wenn es unbedingt nötig ist.
• Befolgen Sie die Regeln zur Werkzeugwartung und -reparatur und überwachen Sie den Werkzeugverschleiß.

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Bohrer sind die am häufigsten verwendeten Werkzeuge in der Lochbearbeitung, insbesondere beim Bohren von Löchern unter φ30 mm. Bohrer werden hinsichtlich ihrer Struktur in integrierte und Wendeschneidplattenbohrer unterteilt. Aufgrund des Strebens nach hoher Produktionseffizienz in der Automobilindustrie wird die Anwendung von Schulter- und Fasenverbundbohrern immer umfangreicher.

Viele Werkstücke müssen ein oder mehrere Löcher bohren, und die meisten dieser Löcher werden heute auf CNC-Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren bearbeitet. Grundsätzlich gibt es viele verschiedene Arten von Löchern, und der häufigste Unterschied zwischen diesen Löchern ist das Passungsspiel. Zu diesen Löchern gehören Gewindelöcher, Löcher mit hervorragenden Passungsanforderungen, Rohrlöcher und Löcher, die zur Gewichtsreduzierung bearbeitet wurden. Diese Löcher sind Durchgangslöcher oder gerade Löcher und stellen unterschiedliche Anforderungen an Schneidwerkzeuge und -methoden.

Um beim Bohrvorgang auf effektive Weise zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, müssen vier Hauptfaktoren berücksichtigt werden.

• Das Verhältnis von Durchmesser zu Lochtiefe.
• Die für das bearbeitete Loch erforderliche Genauigkeit und Oberflächenrauheit.
• Art, Qualität und Härte des Werkstückmaterials.
• Die Werkzeugmaschine, insbesondere die Bearbeitungsbedingungen und Spindeldrehzahl.

Diese Faktoren wirken sich auf die Auswahl und Anwendung von Bohrertypen aus. Bei allen Bearbeitungsprozessen ist die Stabilität des Werkstücks, der Werkzeugmaschine und des Prozesssystems am wichtigsten. Bei der Überlegung, welcher Bohrertyp für den Bearbeitungsprozess geeignet ist, spielt der Bohrprozess eine gewisse einschränkende Rolle. Der kleinste Durchmesser einer Wendeschneidplatte beträgt 12,7 mm.

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Bohrwerkzeuge werden je nach ihrer Struktur in integrierte, Klemm- und einstellbare Typen unterteilt. Einstellbare Typen werden weiter in Feineinstellungs- und Differentialtypen unterteilt. Einschneidige Feineinstellungsbohrwerkzeuge und zweischneidige Schruppbohrwerkzeuge werden häufig bei der Bearbeitung von Getriebegehäusen für Kraftfahrzeuge verwendet.

Schruppbohrwerkzeuge verwenden axiale Einstellmechanismen, um die Höhen der beiden Kanten vollständig konsistent zu machen, einen idealen Gleichgewichtszustand zu erreichen und Vibrationen zu verhindern. Das Vorschubgewinde ist das Lebenselixier des Präzisionsbohrkopfes. Einige Hersteller verwenden ein gepaartes Produktionsverfahren, um den Zahnabstand zwischen Schraube und Mutter auf ein Minimum zu beschränken und höchste Zuverlässigkeit zu erzielen. Beim Bohren des Lochs auf der Rückseite ist es häufig erforderlich, das Werkstück umzudrehen oder den Arbeitstisch zu drehen, was nicht nur Zeit verschwendet, sondern auch die Gewährleistung der Koaxialität erschwert.

Der Präzisionsbohrkopf muss nur den Einsatz umkehren, um eine Rückwärtsbohrbearbeitung durchzuführen, was Genauigkeit gewährleistet und die Produktionseffizienz verbessert. Für Löcher mit hohen Präzisionsanforderungen muss die Symbolleiste einen hohen dynamischen Ausgleichseffekt aufweisen. Der hergestellte Hochgeschwindigkeits-Präzisionsbohrkopf für kleine Löcher weist eine schlechte bewegliche Balance auf. Der eingebaute Ausgleichsblock bewegt sich. Gemäß den relevanten Daten im Handbuch kann der Ausgleichsring in die entsprechende Position gedreht werden, um den Bohrkopf auszubalancieren.

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Es gibt zwei Arten des Gewindeschneidens auf dem Bearbeitungszentrum: hochpräzises automatisches Rückwärtsgewindeschneiden mit einer Höchstgeschwindigkeit von 6000 U/min und starres Gewindeschneiden ohne jegliche Kompensation. Diese beiden Gewindeschneidemethoden haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und werden daher entsprechend den Verarbeitungsanforderungen ausgewählt. In der Massenproduktion ist das automatische Rückwärtsgewindeschneiden aufgrund des Strebens nach hoher Effizienz für die Produktion von Vorteil, weist jedoch eine komplexe Struktur, viele Zubehörteile, eine schwierige Wartung und hohe Kosten auf. Gegenwärtig wird das starre Gewindeschneiden mit der zunehmenden Verwendung von CNC-Bearbeitungszentren immer beliebter.