Bei der CNC-Bearbeitung sind Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit entscheidend für optimale Bearbeitungseffizienz . Diese beiden wichtigen Bearbeitungsparameter bilden die Grundlage für die Fertigung präziser Teile und steigern die Produktivität. In diesem Leitfaden erkläre ich, was sie sind, warum sie wichtig sind und wie sie zusammenwirken. Durch die Verbesserung dieser Parameter möchte ich meine CNC-Kenntnisse erweitern und konstant hochwertige Ergebnisse erzielen.
Was ist die Vorschubgeschwindigkeit?
Die Vorschubgeschwindigkeit zeigt, wie schnell sich ein Schneidwerkzeug während der Bearbeitung durch das Material bewegt. Maschinenbediener messen sie in Millimetern pro Minute (mm/min) oder Zoll pro Minute (IPM). Diese Geschwindigkeit beeinflusst auch die Qualität der fertigen Oberfläche und die Materialabtragsrate.
Was ist Schnittgeschwindigkeit?
Die Schnittgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich Werkstück und Werkzeug während der Bearbeitung relativ zueinander bewegen. Sie wird in Fuß pro Minute (ft/min) oder Metern pro Minute (m/min) gemessen. Sie beeinflusst, wie heiß der Prozess wird, wie lange Werkzeuge halten und wie glatt die endgültige Oberfläche wird.
Hauptfaktoren für Maschinisten bei der Bestimmung der besten Vorschubgeschwindigkeit:
Bei der Auswahl der richtigen Vorschubgeschwindigkeit müssen mehrere wichtige Faktoren berücksichtigt werden.
1. Oberflächenbeschaffenheit
Die von Ihnen gewählte Vorschubgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf die Glätte Ihrer endgültigen Oberfläche aus. Langsamere Vorschubgeschwindigkeiten zwischen 0.01 und 0.05 mm/U erzeugen glattere Oberflächen, die sich perfekt für die Endbearbeitung eignen. Schnellere Geschwindigkeiten hinterlassen sichtbarere Spuren auf der Oberfläche.
2 Produktivität
Höhere Vorschubgeschwindigkeiten erhöhen die Leistung und entfernen Material schneller. Für normales Schruppschneiden sind Vorschubgeschwindigkeiten von 0.05 bis 0.5 mm/U am besten geeignet, um die Leistung zu steigern und die Werkzeuge in gutem Zustand zu halten. Denken Sie jedoch daran, dass höhere Geschwindigkeiten nicht immer besser sind, da Sie die Geschwindigkeit mit dem Werkzeugverschleiß und der Oberflächenqualität in Einklang bringen müssen.
3. Vorschubbegrenzung
Jede Maschine hat ihre Geschwindigkeitsgrenze. Aus diesem Grund bieten einfache Drehmaschinen weniger Geschwindigkeitsoptionen. CNC-Maschinen hingegen haben einstellbare Geschwindigkeiten zwischen 20 und 200 m/min, je nachdem, was Sie herstellen.
4. Schnittbreite
Wenn sich die Vorschubgeschwindigkeit ändert, ändert sich auch die Breite Ihres Schnitts. Sie können die Vorschubgeschwindigkeit erhöhen, wenn Sie das Werkstück weniger als den halben Werkzeugdurchmesser schneiden müssen. Schnitte mit größerer Breite benötigen geringere Vorschubgeschwindigkeiten, um Ihre Werkzeuge zu schonen und Material vollständig zu entfernen.
5. Werkzeugmaschinenfähigkeit
Höhere Vorschubgeschwindigkeiten führen zu stärkeren Vibrationen beim Schneiden. Jede Maschine hat bestimmte Grenzen, was die Vibrationsbelastung angeht. Um Probleme zu vermeiden, müssen Sie Ihre Vorschubgeschwindigkeit an die Belastungsgrenze Ihrer Maschine anpassen.
6. Schneidwerkzeuggeometrie
Design und Form des Schneidwerkzeugs beeinflussen die Vorschubgeschwindigkeit. Werkzeuge aus härteren Materialien wie Hartmetall können höhere Vorschubgeschwindigkeiten bewältigen. Auch die Anzahl der Schneidkanten ist wichtig, da sie die Materialmenge bestimmt, die Sie problemlos entfernen können.
Wie bestimmt man die optimale Schnittgeschwindigkeit?
Die Wahl der richtigen Schnittgeschwindigkeit ist bei Zerspanungsvorgängen wichtig. Viele Aspekte wirken zusammen, um die beste Schnittgeschwindigkeit für Ihr spezielles Werkstück zu finden
Stärke des Schneidwerkzeugs
Die Materialfestigkeit Ihres Schneidwerkzeugs bestimmt die maximale Drehzahl für einen sicheren Betrieb. Moderne Werkzeuge wie kubisches Bornitrid (CBN) und polykristalliner Diamant (PCD) arbeiten bis zu fünfmal schneller als Schnellarbeitsstahl (HSS). Hartmetallwerkzeuge sind sogar dreimal schneller als HSS-Werkzeuge. Ihre Werkzeuge benötigen außergewöhnliche Hitzebeständigkeit und Härte für eine lange Lebensdauer, da hohe Drehzahlen zu mehr Wärme und Vibrationen führen.
Werkstückhärte
Die Härte des Materials Ihres Werkstücks beeinflusst auch die Geschwindigkeitsauswahl. Sie müssen harte Materialien wie Titan mit geringeren Geschwindigkeiten schneiden, normalerweise unter 60 m/min. Weiche Materialien wie Aluminium können Geschwindigkeiten von bis zu 500 m/min bewältigen. Dies bedeutet, dass harte Materialien langsame Schnittgeschwindigkeiten benötigen, um Ihre Werkzeuge vor zu schnellem Verschleiß zu schützen.
Werkzeuglebensdauer
Die Wahl der Schnittgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf die Lebensdauer des Werkzeugs aus. Bei hoher Geschwindigkeit baut sich die Hitze schneller auf, was zu schnellerem Werkzeugverschleiß führt. Zu langsames Schneiden kann auch Werkzeuge beschädigen oder den Schneidprozess weniger produktiv machen. Der beste Ansatz besteht darin, eine Geschwindigkeit zu finden, die Ihnen eine gute Produktivität bietet und Ihre Werkzeuge länger halten lässt.
Schneidwerkzeug Material
Verschiedene Werkzeugmaterialien können unterschiedliche Höchstgeschwindigkeiten bewältigen. HSS-Werkzeuge arbeiten am besten zwischen 20 und 40 m/min, während Hartmetallwerkzeuge viel schneller arbeiten können, d. h. bis zu 200 m/min. Für die Produktion im großen Maßstab sind moderne Materialien wie Diamantwerkzeuge und kubisches Bor nützlich, da sie Geschwindigkeiten von etwa 500 m/min bewältigen können.
Unterschiede zwischen Vorschub und Schnittgeschwindigkeit
Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit werden für unterschiedliche Zwecke verwendet und beeinflussen Bearbeitungsvorgänge auf unterschiedliche Weise.
- Messeinheiten: Die Einheiten für die Vorschubgeschwindigkeit sind Millimeter pro Minute (mm/min) oder Zoll pro Minute (IPM) und für die Schnittgeschwindigkeit sind es Meter pro Minute (m/min) oder Oberflächenfuß pro Minute (SFM).
- Bewegungstyp: Die Drehbewegung des Werkzeugs bestimmt die Schnittgeschwindigkeit. Die Vorschubgeschwindigkeit hingegen ist die geradlinige Bewegung des Werkstücks.
- Auswirkungen auf das Material: Die Vorschubgeschwindigkeit beeinflusst die Qualität der fertigen Oberfläche und die Spanbildung. Die Schnittgeschwindigkeit führt aufgrund der Wärmeentwicklung zum Verschleiß der Werkzeuge.
- Operationstyp: Beim Drehen ändert sich die Vorschubgeschwindigkeit je nachdem, in welcher Bearbeitungsphase Sie sich befinden, die Schnittgeschwindigkeit bleibt jedoch gleich
- Oberflächenqualität: Die Vorschubgeschwindigkeit erzeugt bestimmte Muster auf der fertigen Oberfläche. Die Hitze durch die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst dagegen, wie glatt die Oberfläche wird.
- Prozesssteuerung: Vorschubgeschwindigkeit legt fest, wie viel Material das Werkzeug bei jedem Durchgang abträgt. Und die Geschwindigkeit, mit der Material entfernt wird, hängt ab von Schneidgeschwindigkeit.
- Parameteranpassung: Die Vorschubgeschwindigkeit wird durch Änderung der Achsenbewegung gesteuert. Die Schnittgeschwindigkeit wird durch die Spindeldrehzahl geregelt.
- Standzeit: Bei zu hohen Vorschubgeschwindigkeiten kann es durch mechanische Beanspruchung zum Werkzeugbruch kommen. Schnelle Schnittgeschwindigkeiten führen zu Hitzeschäden im Werkzeug.
- Produktivitätsbilanz: Die Vorschubgeschwindigkeit steuert die Menge des entfernten Materials und die Schnittgeschwindigkeit entscheidet, wie schnell die Maschine arbeitet.
- Maschinenbeschränkungen: Die Fähigkeit der Maschine, sich entlang ihrer Achse zu bewegen, begrenzt die Vorschubgeschwindigkeit. Und die Leistung der Spindel begrenzt die Schnittgeschwindigkeit.
| Parameter | Vorschubgeschwindigkeit | Schneidgeschwindigkeit |
|---|---|---|
| Messeinheiten | IPM oder mm/min | SFM oder m/min |
| Bewegungsart | Lineare Werkstückbewegung | Drehbewegung des Werkzeugs |
| Operationstyp | Variiert je nach Stadium | Bleibt konstant |
| Einfluss des Materials | Beeinflusst die Oberflächenbeschaffenheit | Erzeugt Werkzeugverschleiß |
| Oberflächenqualität | Erzeugt Oberflächenmuster | Beeinflusst die Oberflächenglätte |
| Steuerung & | Material pro Durchgang | Materialabtragsrate |
| Parametereinstellung | Achsenbewegungssteuerung | Spindeldrehzahleinstellung |
| Werkzeuglebensdauer | Schäden durch mechanische Beanspruchung | Hitzebedingter Verschleiß |
| Produktivitätsbilanz | Materialmengenregelung | Produktivität der Bearbeitung |
| Maschineneinschränkungen | Achsenbewegungskapazität | Spindelleistungsgrenze |
Wie berechnet man den Vorschub bei Bearbeitungsvorgängen?
Die Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit erfolgt nach einer einfachen Formel: Vorschubgeschwindigkeit = (Spindeldrehzahl × Anzahl der Schneiden) / 1000. Bei Drehoperationen messen wir die Vorschubgeschwindigkeit in Millimetern pro Umdrehung oder Zoll pro Umdrehung. Ihre endgültige Berechnung muss drei Hauptaspekte berücksichtigen, nämlich Werkzeugtyp, Werkstückmaterial und gewünschte Oberflächengüte.
Wie lautet die Formel zur Berechnung der Schnittgeschwindigkeit?
Die Berechnung der Schnittgeschwindigkeit hängt von Ihrem Messsystem ab. Verwenden Sie für metrische Einheiten:
Vc = (π × D × N) / 1000
Dabei gilt: Vc = Schnittgeschwindigkeit (m/min),
π = Pi (ungefähr 3.14159),
D = Werkstückdurchmesser (mm),
N = Spindeldrehzahl (U/min)
Bei imperialen Maßeinheiten ändert sich diese Formel wie folgt:
Vc = (π × D × N) / 12
Dabei gilt: Vc = Schnittgeschwindigkeit (SFM),
D = Werkstückdurchmesser (Zoll)
Hinweis: Verwenden Sie für diese Berechnungen beim Fräsen den Werkzeugdurchmesser und nicht den Werkstückdurchmesser.
Bestimmen der Schnittgeschwindigkeit im Vergleich zur Vorschubgeschwindigkeit
Die richtige Balance zwischen Schnittgeschwindigkeit und Vorschub beginnt mit der Auswahl der geeigneten Schnitttiefe. Diese Wahl hängt von den Eigenschaften und dem Material Ihres Werkzeugs ab. Stellen Sie Ihren Vorschub basierend auf der Stabilität Ihrer Maschine und der gewünschten Oberflächengüte ein. Die Schnittgeschwindigkeit sollte danach geändert werden, damit das Material optimal entfernt und die Lebensdauer des Werkzeugs maximiert werden kann. Denken Sie daran, dass harte Materialien niedrige Einstellungen für diese Parameter benötigen und weiche Materialien höhere Werte vertragen. Diese Änderungen helfen, die Hitze zu kontrollieren und die richtige Spanbildung zu gewährleisten.
Wechselwirkung zwischen Vorschub und Schnittgeschwindigkeit
Beim Schneidvorgang gibt es zwei Hauptbewegungen. Die Schnittgeschwindigkeit leitet die Hauptbewegung ein, bei der durch Druckkraft Material entfernt wird. Die Vorschubgeschwindigkeit steuert die Bewegung des Werkzeugs auf der Werkstückoberfläche. Diese Bewegungen vereinen sich zu fortlaufenden Spänen. Jede Art von Bearbeitungsvorgang erfordert unterschiedliche Vorschubbewegungsintensitäten, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Nichtlinearer Pfad
Die Vorschubgeschwindigkeiten verlaufen beim Bearbeiten normalerweise geradlinig, bei Kreis- oder Bogenschnitten folgt das Werkzeug jedoch stattdessen gekrümmten Bahnen. Diese Änderung der Bahnkurve nimmt mit zunehmender Schnitttiefe zu. Der Kontaktwinkel des Werkzeugs mit dem Material wird größer, insbesondere beim Schneiden von Innenecken. Das Werkzeug kommt hier stärker mit dem Material in Kontakt als bei Außenecken. Diese Abweichungen wirken sich direkt auf die Oberflächenqualität und die Schnittpräzision aus.
Fazit
Das richtige Gleichgewicht zwischen Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit führt zu einer erfolgreichen Bearbeitung. Sie sollten viele Aspekte kennen, wie das Werkstückmaterial, das Design des Schneidwerkzeugs und die Fähigkeit Ihrer Maschine, Material zu verarbeiten. Sie können die beste Bearbeitung erzielen, wenn Sie wirklich wissen, wie diese beiden zusammenwirken.
Häufig gestellte Fragen
Welchen Einfluss haben Schnittgeschwindigkeit und Vorschub auf die Qualität und Produktivität der CNC-Bearbeitung?
Die Kombination aus Schnittgeschwindigkeit und Vorschub bestimmt, wie schnell Sie Material entfernen können und welche Art von Oberflächenbeschaffenheit Sie erhalten. Eine hohe Geschwindigkeit kann die Produktionsraten steigern, kann jedoch zu schnellerem Werkzeugverschleiß führen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, wählen Sie Vorschubgeschwindigkeiten, die Oberflächenqualität und Geschwindigkeit im Rahmen der Möglichkeiten Ihrer Maschine ausbalancieren.
Wie wirken sich Änderungen der Vorschubgeschwindigkeit auf die Spandicke aus?
Die Vorschubgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf die Spandicke aus, da schnelle Vorschubgeschwindigkeiten starrere und dickere Späne erzeugen, die leichter brechen. Späne werden elastischer und dünner, wenn Sie die Vorschubgeschwindigkeit verringern. Dadurch wird es schwieriger, sie sauber zu brechen. Diese Änderungen wirken sich auf die endgültige Oberflächenqualität und die Abtragsrate aus.
Welches Material ermöglicht die schnellste Schnittgeschwindigkeit für das beste Bearbeitungsergebnis?
Aluminium ermöglicht unter den gängigen Materialien die schnellsten Schnittgeschwindigkeiten. Sie können es mit 100 bis 500 SFM bearbeiten, da es leicht zu schneiden und weich ist.
Welche Folgen hat eine sehr hohe Schnittgeschwindigkeit?
Wenn Ihre Maschine zu schnell läuft, kann es zu übermäßiger Hitze kommen. Dies kann viele Probleme verursachen, z. B. kann Ihr Werkstück durch Hitze beschädigt werden, Ihre Werkzeuge können schnell verschleißen und auch die Oberflächengüte kann leiden. Dies erhöht Ihre Kosten.
