CNC-Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Vorschübe: Berechnen und Optimieren

Einführung

Drehzahlen und Vorschübe sind die beiden am häufigsten eingestellten Parameter bei jeder CNC-Bearbeitung. Richtig eingestellt, maximieren sie die Materialabtragsrate und schützen gleichzeitig die Werkzeugstandzeit. Bei falscher Einstellung verursachen sie Ratterer, schlechte Oberflächengüte oder gebrochene Werkzeuge.

Was sind Geschwindigkeiten und Vorschübe?

Zwei Variablen bestimmen den Schnittvorgang:

• Die Schnittgeschwindigkeit (Vc): Die Geschwindigkeit, mit der die Schneide in das Material eingreift. Sie wird in Metern pro Minute (m/min) oder Flächenfuß pro Minute (SFM) gemessen. Die Schnittgeschwindigkeit bestimmt die Wärmeentwicklung und die Verschleißrate des Werkzeugs.

• Vorschubgeschwindigkeit (F): Die Strecke, die das Werkzeug pro Zeiteinheit in das Werkstück eindringt. Normalerweise mm/min oder Zoll pro Minute (IPM). Die Vorschubgeschwindigkeit steuert die Spanbelastung und die Oberflächengüte.

Diese beiden Parameter arbeiten zusammen. Eine hohe Schnittgeschwindigkeit bei niedrigem Vorschub erzeugt Wärme, ohne dass der Schnitt effizient ist. Bei niedriger Geschwindigkeit und hohem Vorschub besteht die Gefahr, dass sich das Werkzeug verformt oder bricht.

Wie berechnet man Geschwindigkeiten und Vorschübe?

Die grundlegenden Formeln, die jeder CNC-Bediener benötigt:

Spindeldrehzahl (RPM): RPM = (Schnittgeschwindigkeit × 1000) / (π × Werkzeugdurchmesser)

Schnittgeschwindigkeit in m/min, Werkzeugdurchmesser in mm

Vorschubgeschwindigkeit (mm/min): Vorschub = U/min × Vorschub pro Zahn × Anzahl der Schneiden

Vorschub pro Zahn in mm (auch Spanlast genannt)

Beispiel: Fräsen von Aluminium mit einem 12-mm-Schaftfräser mit 4 Schneiden, mit einer Schnittgeschwindigkeit von 250 m/min und einem Vorschub von 0,1 mm/Zahn:

• U/MIN = (250 × 1000) / (3,14 × 12) = 6630 U/MIN

• Vorschub = 6630 × 0,1 × 4 = 2652 mm/min

Dies gibt Ihnen einen Ausgangspunkt. Die tatsächlichen Einstellungen hängen von der Steifigkeit der Einrichtung, dem Kühlmittel und der Schnitttiefe ab.

Empfohlene Drehzahlen und Vorschübe für gängige Materialien

Die nachstehende Tabelle zeigt typische Startbereiche für Hartmetallwerkzeuge. Es handelt sich dabei um Richtwerte, nicht um absolute Werte -die Empfehlungen des Werkzeugherstellerssollten immer Vorrang haben, sofern verfügbar.

Anpassungen für Werkzeugmaterial:

• Schnellarbeitsstahl (HSS): Reduzieren Sie die Drehzahlen um 50-70% gegenüber den Werten für Hartmetall

• Beschichtetes Hartmetall (TiAlN, AlTiN): Kann am oberen Ende der Bereiche gefahren werden, insbesondere bei härteren Materialien

Faktoren, die die optimalen Parameter beeinflussen

Materialhärte und -beschaffenheit

Ein und dieselbe Werkstoffsorte kann je nach Wärmebehandlung und Gefüge völlig unterschiedlich bearbeitet werden. 6061-T6 Aluminium schneidet anders als 6061-O. 304-Edelstahl mit hohem Schwefelgehalt (frei zerspanend) lässt sich schneller bearbeiten als Standard-304.

Werkzeuggeometrie und Beschichtung

Mehr Spannuten ermöglichen höhere Vorschubgeschwindigkeiten, verringern aber den Spanraum. Beschichtungen beeinflussen die Temperaturbeständigkeit und Schmierfähigkeit. Die Angaben der Werkzeughersteller sind zuverlässiger als allgemeine Tabellen, da sie diese Variablen berücksichtigen.

Maschine und Einrichtung

• Starre Maschinen mit guten Spindellagern können höhere Parameter fahren

• Lange Werkzeugauskragungen erfordern reduzierte Drehzahlen und Vorschübe, um Ratterer zu vermeiden.

• Dünnwandige Teile erfordern konservative Vorschübe, um eine Durchbiegung zu vermeiden.

Kühlmittel und Spanabfuhr

Flutkühlmittel ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten bei wärmeempfindlichen Werkstoffen. Kühlmittel durch das Werkzeug hilft bei tiefen Kavitäten. Schlechte Spanabfuhr erzwingt Vorschubreduzierungen.

Warum konsistentes Material für eine stabile Bearbeitung wichtig ist

Jeder, der schon einmal Produktionsaufträge ausgeführt hat, kennt das folgende Szenario:

Sie wählen einen neuen Auftrag ein. Sie verbringen Stunden damit, den optimalen Punkt zu finden - eine gute Oberflächengüte, eine akzeptable Werkzeugstandzeit und eine Zykluszeit, die den Anforderungen entspricht. Im nächsten Monat bestellen Sie mehr Material bei einem anderen Lieferanten. Dieselbe Sorte, dasselbe Datenblatt. Aber jetzt verschleißen die Werkzeuge schneller. Die Späne brechen nicht mehr auf die gleiche Weise. Die Oberflächengüte verschlechtert sich.

Der Schuldige: Materialinkonsistenz.

Bei den Empfehlungen für die Schnittgeschwindigkeit wird davon ausgegangen, dass sich das Material vorhersehbar verhält. Wenn die Härte über die Spezifikation hinaus schwankt, ist die berechnete Drehzahl für diese Charge falsch. Wenn das Korngefüge ungleichmäßig ist, entstehen mikroharte Stellen, die die Schneide des Werkzeugs beschädigen. Wenn innere Spannungen vorhanden sind, bewegen sich die Teile nach der Bearbeitung.

Hier besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Materialbeschaffung und den Drehzahlen und Vorschüben. Wenn Sie wissen, dass das Rohmaterial konsistent ist - d. h. eine gleichmäßige Härte, ein gleichmäßiges Gefüge und Spannungsarmut aufweist - können Sie Ihre Parameter festlegen und sie bei jedem Auftrag anwenden.

Praktische Tipps zum Einstellen von Geschwindigkeiten und Vorschüben

Beginnen Sie konservativ und steigern Sie dann

Programmieren Sie einen Testlauf mit 70-80% der berechneten Werte. Prüfen Sie:

• Farbe und Form der Späne (blaue Späne bedeuten zu heiß)

• Oberflächengüte

• Belastungsmesser der Maschine

• Rattern oder Vibrationen

Erhöhen Sie zuerst den Vorschub (zur Verbesserung der Effizienz) und dann die Geschwindigkeit (zur Verbesserung der Oberflächengüte). Gehen Sie bei Produktionsläufen 10-15 % vom Grenzwert ab.

Alles dokumentieren

Notieren Sie nicht nur die Parameter, sondern auch, mit welcher Materialcharge sie gearbeitet haben. Wenn Sie Einstellungen finden, die gut funktionieren, notieren Sie die Materialquelle und die Testdaten. So erhalten Sie eine Referenz, die bei künftigen Aufträgen mitgeführt wird.

Hören Sie auf die Maschine

Erfahrene Bediener können hören, wann ein Schnitt richtig ist. Ein hohes Quietschen bedeutet in der Regel Rattern - verringern Sie die Geschwindigkeit oder erhöhen Sie den Vorschub. Ein dumpfer Schlag kann auf Reibung hinweisen - erhöhen Sie die Geschwindigkeit oder überprüfen Sie den Zustand des Werkzeugs.

Zusammenfassung

Das Berechnen von Geschwindigkeiten und Vorschüben ist eine einfache Mathematik. Um sie für die Produktion zu optimieren, müssen Sie auf die Werkzeugbestückung, die Einrichtung und - ganz wichtig - auf die Materialkonsistenz achten.

Beginnen Sie mit den obigen Tabellen und Formeln, passen Sie sie an Ihre spezifischen Bedingungen an und dokumentieren Sie, was funktioniert. Wenn Sie durch inkonsistentes Material gezwungen sind, ständig neu zu optimieren, sollten Sie sich ansehen, was in die Maschine kommt. Kontaktieren Sie uns, um Ihre Materialanforderungen zu besprechen oder ein Angebot mit Ihren Spezifikationen anzufordern.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Vorschub bei der CNC-Bearbeitung?

Die Geschwindigkeit bezieht sich darauf, wie schnell sich das Schneidwerkzeug relativ zum Werkstück bewegt, während der Vorschub die Geschwindigkeit ist, mit der das Werkzeug in das Material eindringt.

Wie wirken sich die Materialeigenschaften auf Geschwindigkeiten und Vorschübe aus?

Härtere Werkstoffe erfordern in der Regel niedrigere Drehzahlen und Vorschübe, um Werkzeugverschleiß zu vermeiden und eine hochwertige Bearbeitung zu gewährleisten.

Können falsche Drehzahlen und Vorschübe zu Werkzeugschäden führen?

Ja, die Verwendung ungeeigneter Drehzahlen und Vorschübe kann zu übermäßigem Werkzeugverschleiß, Werkzeugbruch oder schlechter Oberflächengüte führen.

Wie hilft die CNC-Technologie bei der Berechnung von Drehzahlen und Vorschüben?

CNC-Maschinen arbeiten mit präzisen Steuerungssystemen, die eine genaue Berechnung und Einstellung der Drehzahlen und Vorschübe auf der Grundlage der programmierten Parameter ermöglichen.

Welche Werkzeuge sind für die Berechnung von Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Vorschüben unerlässlich?

Rechner für Bearbeitungsgeschwindigkeiten, Richtlinien der Werkzeughersteller und Software für CNC-Maschinen sind für genaue Berechnungen unerlässlich.