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Jul 14, 2023

Haben Sie schon einmal Trochoidenfräsen ausprobiert?

Von Joe Pizzoferrato, Heidenhain-Anwendungsingenieur Trochoidales Fräsen gibt es schon seit geraumer Zeit. Viele in der Branche haben direkte positive Auswirkungen auf die Werkzeuglebensdauer und höher festgestellt

Von Joe Pizzoferrato, Heidenhain-Anwendungsingenieur

Das Trochoidenfräsen gibt es schon seit geraumer Zeit. Viele in der Branche haben durch die Nutzung ihrer Grundlagen direkte positive Auswirkungen auf die Werkzeuglebensdauer und höhere Abtragsraten (MRR) festgestellt. Konventionelle Bearbeitungsmethoden sind in vielen Situationen veraltet.

Aufgrund der ständigen Verbesserungen bei der Maschinenbewegungssteuerung, bei CAM-Systemen und der Gestaltung einfacher, benutzerfreundlicher Trochoidenzyklen, die an vielen Steuerungen verfügbar sind, lohnt es sich, sich mit deren Vorgehensweisen für eine lange Schrupproutine oder für schwierige, schwer zu bearbeitende Arbeiten zu befassen -Maschinenmaterialien.

Das Trochoidenfräsen ist zu einer beliebten Technik geworden, die beim Schlitzen, Taschenfräsen, Schruppen und Bearbeiten harter Materialien in Luft- und Raumfahrtkomponenten wie Titan und Inconel eingesetzt wird, bei denen die Späne normalerweise schwer zu brechen sind.

Wie funktioniert es?

Stellen Sie sich einen Satelliten vor, der die Erde in konstanter Höhe umkreist. Wenn man senkrecht zu seiner Umlaufbahn eine Kraft anwenden würde, die groß genug wäre, um ihn zurück zur Erde zu zwingen, würde er eine Art Kreisbahn aufweisen. Bei jeder Umdrehung ist seine Bewegungsgeschwindigkeit oder Steigung auf dieser Umlaufbahn seine Trochoidenbewegung. Eine kreisförmige Bewegung mit geringem radialen Eingriff und konstanter Überschreitung (Vorschub pro Zahn) lässt sich am besten mit einer trochoidalen Bewegung beschreiben.

Eine weitere ähnliche Art der Werkzeugwegbewegung, die ebenfalls viele der von uns besprochenen Vorteile bietet, ist ein Schäl-Werkzeugweg. Diese Werkzeugwege haben typischerweise einen bogenförmigen Ein-Weg, gefolgt von einer geraden Linie oder eine Linie, die der Konturform folgt, gefolgt von einem bogenförmigen Aus-Weg. Es gibt bestimmte Parameter, die im Allgemeinen einen Schäl-Werkzeugweg beschreiben. Typischerweise liegt der Werkzeugeingriff bei maximal 10 % bei maximaler Z-Tiefe und höheren Vorschüben zwischen den Übergangsbewegungen. Beim Eintritt erfolgt außerdem eine reduzierte Vorschubgeschwindigkeit, um beim Eingriff das richtige Verhältnis des Vorschubs pro Zahn zwischen der Mitte des Fräsers und der äußeren Schneidkante aufrechtzuerhalten.

Möglichkeiten und Vorteile dieser Strategien?

Die Vorteile des geringen radialen Eingriffs beim Wirbelfräsen führen zu einer geringeren Spandicke, die die Belastung des Werkzeugs verringert, ein positives Nebenprodukt dieser Strategie. Eine verringerte Durchbiegung sorgt für eine Annäherung an das nominale Aufmaß in allen Bereichen der Kontur. Dadurch wird sichergestellt, dass das Werkzeug beim Schlichten der Oberflächen die gleiche Materialmenge abträgt, was eine gleichmäßige Qualität oder Integrität der Oberflächengüte gewährleistet. Der große Vorteil des geringen radialen Eingriffs senkt die Temperatur in der Schneidzone, was zu einer geringeren thermischen Belastung des Werkzeugs führt. Dies sorgt für eine bessere Vorhersagbarkeit eines Prozesses und sorgt gleichzeitig für eine längere Werkzeugstandzeit.

Trochoidalfrästechniken sorgen für eine hervorragende Spanabfuhr, insbesondere wenn M8 oder Luftstrahl damit einhergehen. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass Späne nachgeschnitten werden müssen. Ein gleichmäßiger Werkzeugeingriff sowohl radial als auch axial ist ebenfalls ein Vorteil dieser Strategien. Dies führt zu einem gleichmäßigen Verschleiß entlang der Schneidkanten und hält das Werkzeug aufgrund der kleinen radialen Eingriffsstrategien, die durch das Steuerungs- oder CAM-System erzeugt werden, länger scharf. Auch höhere Schnittparameter sind möglich. Dies liegt an den Prinzipien der Spandicke.

Die Prinzipien der Spandicke hängen von der Art des verwendeten Werkzeugs ab, z. B. 90-, 45- oder 10-Grad-Schnittwinkel, und davon, ob der Benutzer Umfangs- oder Planfräsen betreibt. Beim Umfangsfräsen oder Seitenfräsen für einen Schälvorgang mit einem Standard-Flachschaftfräser (90-Grad-Schneide) kann ein Faktor oder Koeffizient angewendet werden, der den Vorschub pro Zahn beeinflusst und erhöht und so die gleiche Spandicke wie bei a beibehält konventioneller Bearbeitungsprozess.

Dieser Faktor hängt von der Beziehung oder dem Verhältnis zwischen ae (dem Arbeitseingriff) und (Durchmesser des Fräsers) D ab. Dies kann zu einer Steigerung der MRR (Metallentfernungsrate) um 10–15 % für diesen bestimmten Vorgang im Vergleich zu herkömmlichen Methoden führen .

Geringere Schnittkräfte

Bei geringem Radialeingriff und größtmöglicher Ausnutzung der Nutlänge erzeugt der Bearbeitungsvorgang auch geringere Schnittkräfte. Dies unterstützt wiederum den Bearbeitungsprozess, indem weniger Vibrationen und Belastungen für die Spindellager entstehen und ein stabiler Betrieb gewährleistet wird. Hitze und Vibration sind zwei der größten Probleme beim Schneiden exotischer, schwer zu schneidender Materialien.

Mit Peel- oder Trochoidal-Operationen kann der Maschinenbediener anspruchsvollere Materialien wie Titan und Inconel schneiden, die häufig in Komponenten und Gussteilen für die Luft- und Raumfahrt zu finden sind. Beim Schneiden von hochfesten Legierungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie ist es sehr vorteilhaft, nach Möglichkeit solche Methoden zu verwenden, da es bei der typischen Bearbeitung dieser Legierungen oft schwierig ist, den Span zu brechen.

Einige andere Materialien, die von Bearbeitungsvorgängen im Trochoiden-Stil profitieren können, sind gehärteter Werkzeugstahl und alle Materialien, die kaltverfestigt oder einsatzgehärtet oder abrasiv sind, da diese Arten von Materialien häufig Absplitterungen entlang der Spannuten aufweisen.

Bei der Durchführung großer Schnitttiefen mit geringen Übergängen können Bediener, die das Wirbelfräsen verwenden, das gesamte Werkzeug über einen Großteil seiner Lebensdauer nutzen. Dies wiederum erzeugt geringere Schnittkräfte mit Spanverdünnungsprinzipien, die durch höhere Produktivität und Werkzeuglebensdauer zu besseren Ergebnissen führen.

HSM-Tools zum Portfolio hinzufügen

In den kommenden Jahren werden immer mehr Werkzeughersteller ihr Angebot um HSM- oder Hochgeschwindigkeitsbearbeitungswerkzeuge erweitern, die besonders bei Wirbelfräsvorgängen nützlich sind.

Ein Hersteller von Schneidwerkzeugen, der mir in den Sinn kommt, ist FRAISA in Minnesota. Mit ihren HX-RNVS- und XSpeed-H-Hochgeschwindigkeitswerkzeugen können sie ein breites Anwendungsspektrum von Formenstahl bis hin zu hochgehärtetem Stahl abdecken. Einige dieser Werkzeuge verfügen über mehr Schneidkanten (Z6 und Z8) und eine Schnitttiefe von bis zu 5XD (z. B. 10 mm Durchmesser, 50 mm Schnitttiefe). Dies liegt an der geringen Größe des erzeugten Spans und daher können diese Werkzeugtypen aufgrund einer Vergrößerung der Zähne noch höhere Vorschubgeschwindigkeiten erreichen.

Viele CAM-Unternehmen nutzen bereits seit vielen Jahren Schrupptechniken im Trochoiden-Stil, und dies wird sicher auch in den kleineren CAM-Paketen so bleiben. Es wird erwartet, dass immer mehr Steuerungsunternehmen ihre Zyklen um Werkzeugwege im Trochoidenstil erweitern. Daher kann für einfache Teile oder einfache Aufgaben in kurzer Zeit ein Programm auf der Steuerung erstellt werden, wenn kein 3D-Modell oder CAM-Paket verfügbar ist.

Heidenhains NC-Software

Mit der neuesten Generation der NC-Software von Heidenhain ist das Unternehmen nun in der Lage, ein Teil mit trochoidalen Bewegungen mithilfe seines neuesten OCM-Zyklus (Optimiertes Konturschruppen) zu schruppen. Dies ist eine Option für die TNC-Steuerungen. Mit diesen Zyklen kann ein Benutzer eine 2D-Kontur aufrauen und bei Bedarf Wände und Böden fertigstellen.

Unterschätzen Sie auch nicht die Bedeutung eines guten Bewegungssteuerungssystems oder Hochgeschwindigkeitsmodus Ihrer Werkzeugmaschine. Damit das Wirbelfräsen effektiv ist, muss die verwendete Maschine in der Lage sein, zu beschleunigen, schnell und ziemlich genau zu sein, um die entsprechende Toleranz auf dem Konturpfad einzuhalten.

Wenn die Maschine die Toleranz nicht einhalten kann, stellt der Benutzer möglicherweise fest, dass trochoidale Frästechniken Rillen in Teilecken verursachen, wo das Werkzeug mit hoher Geschwindigkeit Material aufnimmt und wo die Beschleunigung/Verzögerung am größten ist.

Um die Produktivität beim Wirbelfräsen weiter zu steigern, kann der Anwender die Spindelbelastung durch Überwachung der Vorschubgeschwindigkeit anpassen. Um dies zu überwachen, bietet Heidenhain die Steuerungsoption AFC (Adaptive Feed Control) an. Dadurch wird die Spindellast überwacht und der Benutzer kann die Vorschubgeschwindigkeit über Eingabeparameter steuern. Benutzer können auch die Empfindlichkeit dieser Vorschubgeschwindigkeit anpassen.

Daher kann AFC bei kleineren Werkzeugen dazu beitragen, Absplitterungen bei exotischen Metallen zu verhindern. Diese Anpassungen können dazu beitragen, eine Belastung der Zähne selbst für einige Sekundenbruchteile zu verhindern, was eine Verkürzung der Werkzeugstandzeit verhindern kann.

Zusammenfassung

Abschließend lässt sich sagen, dass Techniken im Trochoiden-/Schälmühlenstil nachweislich Zeit und Werkzeuglebensdauer bei Bearbeitungsvorgängen einsparen. Wenn Sie sie noch nicht verwenden, empfehle ich Ihnen, diese Möglichkeit bei Ihrem vorhandenen Gerät oder bei Ihrem nächsten Kauf zu prüfen, wenn es die Anforderungen schnell und genau erfüllen kann.

Wenn Sie eine neuere Maschine haben, suchen Sie nach den Arbeitsgängen, bei denen Sie diese Techniken ausprobieren können, suchen Sie sich dann das richtige Werkzeug aus, halten Sie es vorzugsweise in einem hydraulischen oder Schrumpfhalter und experimentieren Sie mit den Trochoidentechniken, die auf Ihrer Steuerung oder in Ihrem CAM verfügbar sind System.

Klicken Sie hier, um weitere Informationen zum Trochoidenfräsen und anderen Funktionen der Heidenhain TNC-Steuerung zu erhalten oder sich für Online- oder Präsenzkurse anzumelden.

Substanz zum Schleifen, Honen, Läppen, Superfinishen und Polieren. Beispiele hierfür sind Granat, Schmirgel, Korund, Siliziumkarbid, kubisches Bornitrid und Diamant in verschiedenen Körnungen.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Einsatz von Computern zur Steuerung von Bearbeitungs- und Herstellungsprozessen.

Am Schaft gehaltener Fräser, der am Umfang und bei entsprechender Konfiguration auch am freien Ende schneidet. Erhältlich in verschiedenen Formen (Einzel- und Doppelend, Schrupp-, Kugelkopf- und Becherende) und Größen (Stummel, Mittel, Lang und Extralang). Auch mit unterschiedlicher Anzahl an Flöten erhältlich.

Geschwindigkeit der Positionsänderung des Werkzeugs als Ganzes relativ zum Werkstück während des Schneidens.

Flache Oberfläche, die in den Schaft eines Schneidwerkzeugs eingearbeitet ist, um den Halt des Werkzeugs zu verbessern.

Rillen und Zwischenräume im Körper eines Werkzeugs, die die Entfernung von Spänen vom Schnittpunkt und das Auftragen von Schneidflüssigkeit auf diesen ermöglichen.

Bearbeitung mit mehreren auf einer Welle montierten Fräsern, im Allgemeinen zum gleichzeitigen Schneiden.

Bearbeitungsvorgang, bei dem Metall oder anderes Material durch Krafteinwirkung auf einen rotierenden Fräser entfernt wird. Beim Vertikalfräsen wird das Schneidwerkzeug vertikal auf der Spindel montiert. Beim Horizontalfräsen wird das Schneidwerkzeug horizontal montiert, entweder direkt auf der Spindel oder auf einem Dorn. Das Horizontalfräsen wird weiter in das konventionelle Fräsen unterteilt, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubrichtung oder „nach oben“ in das Werkstück hinein dreht. und Gleichlauffräsen, bei dem sich der Fräser in Vorschubrichtung oder „nach unten“ in das Werkstück dreht. Zu den Fräsvorgängen gehören Plan- oder Flächenfräsen, Schaftfräsen, Planfräsen, Winkelfräsen, Formfräsen und Profilfräsen.

Betreibt Schaftfräser und auf einem Dorn montierte Fräser. Zu den Merkmalen gehören ein Kopf mit einer Spindel, die die Fräser antreibt; eine Säule, ein Knie und ein Tisch, die für Bewegung in den drei kartesischen Achsen sorgen; und eine Basis, die die Komponenten trägt und die Schneidflüssigkeitspumpe und den Behälter beherbergt. Das Werkstück wird auf dem Tisch montiert und dem rotierenden Fräser oder Schaftfräser zugeführt, um die Frässchritte durchzuführen. Bei Vertikalfräsmaschinen werden Schaftfräser auch über eine auf einer Spindel montierte Pinole in das Werkstück eingezogen. Die Modelle reichen von kleinen manuellen Maschinen bis hin zu großen Bett- und Duplexmühlen. Alle haben eine von drei Grundformen: vertikal, horizontal oder umwandelbar horizontal/vertikal. Vertikale Maschinen können vom Knietyp sein (der Tisch ist auf einem Knie montiert, das angehoben werden kann) oder vom Betttyp (der Tisch ist sicher gestützt und bewegt sich nur horizontal). Im Allgemeinen sind horizontale Maschinen größer und leistungsstärker, während vertikale Maschinen leichter, aber vielseitiger und einfacher einzurichten und zu bedienen sind.

Jedes gesteuerte Gerät, das es einem Bediener ermöglicht, seine Bewegung durch Eingabe einer Reihe codierter Zahlen und Symbole zu programmieren. Siehe CNC, numerische Computersteuerung; DNC, direkte numerische Steuerung.

1. Bei einem Sägeblatt die Anzahl der Zähne pro Zoll. 2. Beim Gewindeschneiden die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll.

Bearbeitung, normalerweise Fräsen, die Schlitze, Nuten und ähnliche Aussparungen in Werkstücken erzeugt, einschließlich T-Nuten und Schwalbenschwänze.

Abstand zwischen den Durchgängen des Werkzeugwegs; der Pfadabstand. Die Entfernung, um die sich das Werkzeug beim nächsten Durchgang horizontal bewegt. Eine zu große Überstellung führt zu Schwierigkeiten bei der Bearbeitung, da zu viel Druck auf das Werkzeug ausgeübt wird, da es versucht, mit zu viel seiner Oberfläche zu schneiden.

Mindest- und Höchstbetrag, um den die Werkstückabmessungen von einem festgelegten Standard abweichen dürfen und dennoch akzeptabel sind.

2D- oder 3D-Pfad, der durch Programmcode oder ein CAM-System generiert wird und dem das Werkzeug bei der Bearbeitung eines Teils folgt.