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Jul 01, 2023

Bewältigung schräger Taschen

Kreissegment-Schaftfräser zeichnen sich durch eine einzigartige Designform mit großen Radien aus, die eine wesentlich größere axiale Schnitttiefe beim Vor- und Endbearbeiten ermöglichen. Ein Formkern oder Hohlraum mit steilen ebenen Wänden passt sich an

Kreissegment-Schaftfräser zeichnen sich durch eine einzigartige Designform mit großen Radien aus, die eine wesentlich größere axiale Schnitttiefe beim Vor- und Endbearbeiten ermöglichen. Ein Formkern oder Hohlraum mit steilen, ebenen Wänden passt sich einem schönen, fließenden Kreissegment-Werkzeugweg an. EMUGE-FRANKEN USA

Das Taschenfräsen kann ein zeitaufwändiger und oft unvermeidbarer Vorgang sein. Das Arbeiten mit geschlossenen oder abgewinkelten Taschen erhöht die Komplexität. Diese Art von Taschen kann aufgrund der vielen Faktoren, die bei der Durchführung dieser Operationen berücksichtigt werden müssen, schwierig sein.

Das Fräsen geschlossener oder abgewinkelter Taschen ist im Formen- und Formenbau weit verbreitet, insbesondere in tiefen Spritzgusskavitäten, die in fast jedem Teil zu sehen sind. Elektronikgehäuse und Chassis sind ein weiterer Bereich, in dem viele tiefe Taschen hergestellt werden. Und natürlich weisen Strukturbauteile in der Luft- und Raumfahrt auch Geometrien mit großen Taschen mit kleinen Eckenradien auf, die tendenziell tiefer sind, als ein durchschnittliches Werkzeug erreichen kann.

Werkzeug- und Formenbaubetriebe haben häufig mit vielen Verjüngungen oder schrägen Wänden zu kämpfen, die das Auswerfen von Kunststoffteilen aus einer Form erleichtern. Formen können auch mit konischen Taschen und konischen Kernen konstruiert werden, die typischerweise als Verriegelungsmechanismus verwendet werden, um beim endgültigen Schließen beider Formhälften während des Einspritzens des Materials eine genaue Ausrichtung zu ermöglichen. Hebertaschen sind auch ein häufiges Merkmal, wenn zusätzliche Teiledetails benötigt werden. Zum Beispiel vielleicht eine Snap-Clip-Funktion, die bei der Endmontage ineinandergreifender Teile verwendet wird. Heber werden auch verwendet, um das Auswerfen des Teils aus der Form zu unterstützen. Die Taschen müssen sehr enge Toleranzen einhalten, um zu verhindern, dass das Material in offene Lücken eindringt/austritt.

Alle diese Taschenfunktionen können problematisch sein und ihre effektive Herstellung hängt von den Spezifikationen ab. Wie tief sind die Taschen? Welche Toleranzen sind erforderlich? Welche Art von Maschine wird verwendet und wie viel Drehmoment hat sie? Welche Schneidwerkzeuge werden benötigt und welche Schneidstrategie funktioniert am besten? Unterstützt Ihre CAM-Software die unterschiedlichen Schnittstrategien?

Nicht alle Fräsmaschinen sind gleich. Einige sind als kostengünstige Optionen für Werkstätten konzipiert, die nach etwas suchen, das einen bestimmten Vorgang außerordentlich gut erledigt, während andere mit zahlreichen Funktionen und Spezifikationen ausgestattet sind, die die Möglichkeiten eines Geschäfts erweitern.

„Es besteht die falsche Vorstellung, dass, wenn man abgewinkelte Taschen auf einer Maschine fräsen kann, dies auch auf jeder anderen möglich sein sollte“, sagte Jason Rudbal, Anwendungsmanager bei Megatel CNC Solutions, Mississauga, Ontario. „Aber das stimmt einfach nicht. Nicht alle Maschinen sind für die Durchführung dieser Art von Vorgängen ausgelegt. Und obwohl viele Maschinen das können, sind nicht alle sinnvoll. Wie wurde die Maschine gebaut? Was ist mit der Spindel? Was sind die Drehmomenteinstellungen?“

Eine Maschine muss über bestimmte Spezifikationen verfügen, um abgewinkelte Taschen effektiv herstellen zu können, und abhängig von den Eigenschaften der Maschine muss sie möglicherweise für diese Anwendung angepasst und kalibriert werden. Es gibt keine Einheitsmaschine, die für alle passt.

„Es ist wichtig, Ihre Strategie basierend auf der Leistung der Spindel sowie der Steifigkeit und Steifigkeit Ihrer Maschine anzupassen“, sagte John Donald, Betriebsleiter bei Megatel CNC Solutions. „Außerdem kann man eine 5-Achsen-Maschine nicht auf die gleiche Weise verwenden wie eine 3-Achsen-Maschine. Je mehr Achsen, desto größer das Fehlerpotenzial. Es ist wichtig, das im Hinterkopf zu behalten.“

Rudbal fügte hinzu, dass bei abgewinkelten Taschen einige Taschen an einer abgewinkelten Spitze auf einer 3-Achsen-Maschine gefräst werden können. Wenn Sie jedoch Winkel zusammensetzen, wechseln Sie sofort zu einer 5-Achsen-Maschine.

„Mit 5-Achsen-Werkzeugmaschinen und der entsprechenden Software zum Programmieren können Sie den Kopf neigen, um zu vermeiden, dass der Werkzeughalter hängen bleibt, wenn Sie tiefer in die Tasche vordringen“, sagte Ernie Dickieson, Vertriebsingenieur bei OPEN MIND Technologies, Boston, Massachusetts „Das bedeutet auch, dass Sie den Werkzeughalter kurz halten können, wenn Sie tiefer in die Tasche greifen. Diese Dinge sind entscheidend, wenn es um die Bearbeitung solcher Geometrien geht. Es ist von entscheidender Bedeutung, in diese Geometrien automatisch oder kontrolliert neigen zu können.“

Die automatische Kippfunktion im Bearbeitungszyklus hyperMILL Tangent Plane ermöglicht dem konischen Tonnenfräser die Bearbeitung der planen Wände sowie der kleineren Eckverrundung. OPEN MIND-Technologien.

Unabhängig vom Maschinentyp müssen Sie jedoch Probleme mit der Spanabfuhr berücksichtigen. Je höher das Drehmoment und die Leistung, desto mehr Spanabfuhr ist erforderlich. Wenn Sie zu stark drücken, entstehen große Späne, die nicht aus der Tasche entfernt werden können, was problematisch sein kann. Der Einsatz von Hochdruckkühlmittel, insbesondere beim Schneiden geschlossener Taschen, erleichtert das Fräsen der Tasche erheblich, insbesondere auf 5-Achsen-Maschinen.

„Nicht alle Maschinen verfügen über die Möglichkeit einer durchgehenden Kühlung und es kann schwierig sein, Taschen auszufräsen, wie man es in einem Bohrwerk sieht“, sagte Rudbal. „Aber wenn man über 5-Achsen in schräge Taschen vordringt, ist neben der Spanabfuhr auch die Auswahl des Fräsers wichtig.“

Es geht darum, intelligenter und nicht härter zu arbeiten. Die Experten sind sich einig, dass es wichtig ist, eine Überlastung der Maschine zu vermeiden. Ein Betrieb bei 60 bis 70 Prozent ist ein guter Maßstab.

„Einige Betriebe möchten große Schneidwerkzeuge nehmen und große, langsame Schnitte ausführen, aber die neue Art von Schneidwerkzeugen bedeutet, dass man ein kleineres Schneidwerkzeug nehmen und es schneller bearbeiten kann“, sagte Rudbal. „Das bedeutet, dass die Maschine schneller und effizienter läuft. Und wenn Sie rechnen, entfernen Sie mehr Material, wenn Sie es auf diese Weise tun, statt mit der anderen Option.“

Das richtige Werkzeug für die richtige Aufgabe zu haben, ist immer die beste Strategie. Nehmen Sie sich Zeit, um sicherzustellen, dass das Werkzeug richtig ist. Recherchieren Sie, sprechen Sie mit Herstellern von Schneidwerkzeugen und Werkzeugmaschinen, um Erkenntnisse zu gewinnen und den Prozess so reibungslos wie möglich zu gestalten.

Beim Fräsen von Winkeltaschen gibt es zwei gängige Arbeitsweisen. Die traditionellere Option ist eine kleine, schichtweise, flache Schnitttiefe mit einem Bull-Nose-/Torus-Schaftfräser, gefolgt von einem Kugelfräser, um die konischen Wände fertigzustellen.

„Das von Ihnen ausgewählte Werkzeug sollte die Geometrie haben, die es ihm ermöglicht, sich spiralförmig in das Material einzuarbeiten“, sagte Dan Doiron, Fräsproduktmanager, EMUGE-FRANKEN USA, West Boylston, Massachusetts. „Wenn das nicht möglich ist, bohren Sie ein.“ Bohren Sie eine Pilotbohrung in die konische Tasche als Eintrittspunkt für das Werkzeug, das darin eingesetzt werden soll, und dann kann der Bearbeitungsprozess von dort aus beginnen.“

Die Tiefe der Tasche beeinflusst die Art des benötigten Werkzeugs. Die Verwendung eines langen Werkzeugs mit langer Spannut ist nicht immer eine gute Idee, insbesondere bei einer 3-Achsen-Maschine, wenn es um die Standzeit beim Fräsen tiefer Taschen geht. Die meisten Werkzeuge mit langen Spannutenschnittlängen sind speziell für modernere Werkzeugwegstrategien konzipiert, wie z. B. ein trochoidales Steigschnitt-Schälverfahren, bei dem die gesamte Eingriffslänge mit einer radialen Abstufung von fünf bis zehn Prozent für Stabilität genutzt wird. Die Kombination eines Werkzeugs mit einer langen Spanlänge, die ebenso lange Späne in einer geschlossenen, tiefen Tasche erzeugt, ist letztendlich katastrophal und führt zu einer Spanverhedderung, die schließlich zum Bruch der Schneidkanten des Werkzeugs führt, da die langen Späne nicht ausgespült werden können Chips.

„Suchen Sie nach etwas, das eine große Reichweite und kurze Spannutenlängen mit einer Hochvorschubgeometrie an der Unterseite des Werkzeugs bietet“, sagte Doiron. Beispielsweise ist ein Duplex-Tool eine gute Option, das zwei Schlüsselfunktionen unterstützt. Die geringere Schnitttiefe der Nut führt zu kleineren Spänen, die besser mit Kühlmittel oder Luft entfernt werden können.

Je tiefer die Tasche, desto länger wird das Werkzeug benötigt. Allerdings erfordern längere Werkzeuge einen langsameren, weniger aggressiven Schnitt, um die Ablenkung zu begrenzen, und die Spanabfuhr ist noch wichtiger, da die Späne dazu neigen, in die Tasche zurückzufallen.

Emuge JET-CUT Duplex ist ein Werkzeug mit zwei Funktionen. Bei der Schneidflächengeometrie handelt es sich um ein Design mit hohem Vorschub, das Schnitte mit geringer Tiefe zur Formung eines Kerns oder Hohlraums mit sehr hoher Vorschubgeschwindigkeit ermöglicht. Er kann auch als herkömmlicher Schaftfräser fungieren und Schlitz- und Trochoidenfräsen durchführen. EMUGE-FRANKEN USA

Ein Werkzeug, das Bearbeitungsmethoden mit hohem Vorschub unterstützt, ermöglicht eine geringe Schnitttiefe, die zum Hinzufügen der abgeschrägten Wände der Tasche verwendet werden könnte.

„So etwas wie eine Mühle mit hoher Futtermenge kann eine gute Leistung erbringen“, sagte Doiron. „Wenn es sich um eine tiefe Tasche handelt, suchen Sie auf jeden Fall nach etwas mit durchgehender Kühlung. Wenn das Werkzeug keine durchgehende Kühlung hat, suchen Sie nach einem Werkzeughalter mit Kühlmittelzufuhr durch die Spannzange. Das Ziel besteht darin, eine Werkzeugreichweite zu finden, die möglichst nahe an der Tiefe der Tasche liegt. Dadurch wird die Fräseffizienz beim Schruppen sowie beim Vorschlichten und Schlichten erhöht. Für eine anspruchsvollere Endbearbeitung und wenn eine 5-Achsen-Maschine verfügbar ist, könnte die Einführung von Kreissegmentwerkzeugen die Zykluszeit weiter verkürzen.“

Es wird eine Mischung aus vertikalen und horizontalen Flächen mit einem herkömmlichen Ansatz zum Schneiden mit Kugelkopf geben, daher ist die Überblendung zwischen diesen beiden Bereichen von entscheidender Bedeutung.

„Mit der richtigen CAM-Technologie kann die Programmierung Oberflächen automatisch erweitern und eine reibungslose Überlappung zwischen ihnen herstellen“, sagte Dickieson. „Mit dieser Erweiterung gibt es einen allmählichen Übergang im Werkzeugweg zwischen den beiden Bereichen. Das ist sehr kritisch. Wenn Sie in der Ecke arbeiten, müssen Sie zurückgehen und einen zweiten Arbeitsgang durchführen, um das restliche Material in der Ecke zu entfernen, wo der größere Fräser nicht hineinpasst. Der Unterschied besteht darin, dass es sich nicht nur um eine 5-Achsen-Simultanmaschine mit mehreren Achsen handelt, sondern auch um Steuerungen wie die automatische Indexierung, die automatisch auf die Ecke schaut und das Werkzeug automatisch indexiert. Es wählt den richtigen Winkel aus, in den das Werkzeug vom oberen Ende der Ecke bis zum unteren Ende passt, minimiert die tatsächliche gleichzeitige Bewegung und hält es grundsätzlich in einer festen Ausrichtung.“

Abhängig von der CAM-Software können Werkzeugwegtechniken das Fräsen von Winkeltaschen erheblich erleichtern. Beispielsweise erkennt die 5-Achsen-Restbearbeitung automatisch Ecken, in die eine größere Kugelfräse oder ein Kugelfräser nicht passt, und erstellt in diesem bestimmten Bereich einen Werkzeugweg. Oder eine sekundäre Routine, wie die 5-Achsen-Eckenrestbearbeitung, kann die Ecken auswählen und bei vertikalen Flächen oder einfacher Geometrie Werkzeugwege für grundlegende Verrundungen erstellen.

„In einer 3-Achsen-Situation wäre es wahrscheinlich eher schwierig, das Problem zu lösen“, sagte Doiron. „Sie können Ihr Teil bei Bedarf entsprechend kippen, aber der Großteil der Schruppbearbeitung wird wahrscheinlich in der 3-Achsen-Maschine erfolgen. Und wenn es dann darum geht, die Seitenwände fertigzustellen, können Sie eines von zwei Dingen tun. Sie könnten einen Schaftfräser oder einen Einsteckfräser mit hohem Vorschub verwenden und dann damit beginnen, diese Wände auf der Verjüngung einzubringen, oder Sie können ihn mit einem Kreissegmentwerkzeug (konischer Trommelfräser) ergänzen, um die Seitenwandbearbeitung vorzunehmen.“

Das Werkzeug dringt spiralförmig in das Material ein, erreicht beim Absinken eine bestimmte Tiefe und nimmt dann spiralförmig die im CAD-Modell angegebene Form an. Das Werkzeug geht abschnittsweise oder stufenweise nach unten und führt kleine Schnitte mit Z-Tiefe in der konischen Form aus. Es kann mit hoher Vorschubgeschwindigkeit verwendet werden, um die endgültige konische Form zu erzeugen und die Wand zu glätten.

Anstatt mit einem herkömmlichen Schaftfräser zu arbeiten, entscheiden sich einige Werkstätten für die Strategie eines konischen Schaftfräsers, der die Möglichkeit bietet, Seitenwände zu bearbeiten und dann die kleinere Spitze des konischen Schafts automatisch in die Ecke zu kippen.

„Bei dieser Schneidwerkzeugstrategie wird der größere Laufradius des Fräsers zur Bearbeitung der ebenen Oberfläche verwendet, und dann hilft die automatische Neigung der kleineren Spitze des Fräsers in die Ecke, diesen kleineren Eckenradius zu erreichen“, sagte Dickieson. „Die Fünf-Achsen-Tangentialebenenbearbeitung ist ein Zyklus, der die Wände schneidet und dann automatisch die kleinere Spitze des konischen Tonnenschneiders in die Ecke kippt. Oder bei der 5-Achsen-Prismenbearbeitung von Kehlkehlen wird jetzt der konische Tonnenfräser verwendet, um die Kehle automatisch auszufräsen. Dabei wird entweder die Spitze des Fräsers verwendet und die Kehle über einen langen Weg nach oben und unten gestrichen, oder es wird dazu der Tonnenradius verwendet.“

Die Geometrie der Tasche bestimmt die erforderliche Strategie. Konische Tonnenschneider sind nicht immer die richtige Wahl. In jeder Situation, in der Sie ein größeres Werkzeug zur Bearbeitung der Seitenwände benötigen, die Eckverrundung jedoch kleiner als das Werkzeug ist, kann ein konischer Tonnenfräser die richtige Wahl sein.

„Wenn Sie einen größeren Fräser für die Bearbeitung der Seitenwände einsetzen können, dieser Fräserradius aber auch in die Ecke passt, ist kein konischer Tonnenfräser erforderlich“, sagte Dickieson. „Die Verwendung eines herkömmlichen Ansatzes, bei dem die Seitenwände mit Spänen geschnitten werden und das Werkzeug dann den Kehlungsradius formen lässt, ist wahrscheinlich der effizientere Ansatz.“

Die Wahl des richtigen Werkzeugs und der richtigen Strategie für die abgewinkelte Tasche kann den Unterschied zwischen Erfolg und Ausschuss ausmachen. Es ist jedoch auch wichtig sicherzustellen, dass alle anderen Faktoren, einschließlich Werkzeughaltung, Werkstückspannung, Kühlmittel sowie Geschwindigkeiten und Vorschub, richtig eingestellt sind.

„Bei einem 5-Achsen-Ansatz nutzen Sie die Lasten auf allen Achsen, nicht nur auf der Spindel“, sagte Rudbal. „Sie wollen die Maschine nicht überlasten und die Z-Achse nicht kalibrieren. Bei 5-Achsen-Maschinen treten Fehler häufiger auf, daher ist es wichtig, die Werkzeugmaschine zu kalibrieren und zu warten und die Belastungen der Achsen zu überwachen. Wenn Sie eine Tasche fräsen, möchten Sie diesen Vorgang Tag für Tag mit den gleichen Ergebnissen und mit Präzision und Genauigkeit wiederholen können.“

Mitherausgeberin Lindsay Luminoso ist unter [email protected] erreichbar.

EMUGE-FRANKEN USA, www.emuge.com

Megatel CNC Solutions, www.megatelcnc.com

OPEN MIND Technologies, www.openmind-tech.com