Bei der CNC-Programmierung muss der Programmierer die Schnittparameter für jeden Arbeitsgang ermitteln und diese in Form von Anweisungen in das Programm einbauen. Zu diesen Schnittparametern gehören unter anderem Schnittgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Vorschubgeschwindigkeit. Unterschiedliche Bearbeitungsmethoden erfordern die Auswahl spezifischer, auf den jeweiligen Prozess abgestimmter Schnittparameter.
1. Grundsätze zur Auswahl der Schnittparameter
Bei der Grobbearbeitung geht es in der Regel vorrangig darum, die Produktivität zu maximieren; Allerdings müssen auch Wirtschaftlichkeit und Bearbeitungskosten berücksichtigt werden. Bei der Semi--Finish- und Finish-Bearbeitung liegt der Schwerpunkt auf der Balance zwischen Schnitteffizienz, Wirtschaftlichkeit und Bearbeitungskosten bei gleichzeitiger Sicherstellung der erforderlichen Bearbeitungsqualität. Die spezifischen Zahlenwerte für diese Parameter sollten auf der Grundlage der technischen Spezifikationen der Werkzeugmaschine und der Schnittparameterhandbücher, ergänzt durch praktische Erfahrungen, ermittelt werden.
Unter dem Gesichtspunkt der Standzeit und Haltbarkeit des Werkzeugs ist die empfohlene Reihenfolge für die Auswahl der Schnittparameter wie folgt: Bestimmen Sie zunächst die Schnitttiefe, dann die Vorschubgeschwindigkeit und schließlich die Schnittgeschwindigkeit.
2. Bestimmen der Schnitttiefe
Die Schnitttiefe wird durch die Steifigkeit der Werkzeugmaschine, des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs bestimmt. Sofern die Steifigkeit des Systems dies zulässt, sollte die Schnitttiefe idealerweise gleich der gesamten Bearbeitungszugabe (Abtrag) des Werkstücks eingestellt werden; Dieser Ansatz minimiert die Anzahl der erforderlichen Durchgänge und steigert so die Produktionseffizienz.
Grundsätze zur Bestimmung der Schnitttiefe:
(1) Wenn die erforderliche Oberflächenrauheit des Werkstücks im Bereich von Ra 12,5 μm bis 25 μm liegt und die Bearbeitungszugabe weniger als 5 mm bis 6 mm beträgt, kann der Grobbearbeitungsprozess typischerweise in einem einzigen Durchgang abgeschlossen werden, um die Spezifikationen zu erfüllen. Wenn jedoch die Bearbeitungszugabe erheblich ist, die Steifigkeit des Prozesssystems nicht ausreicht oder die Werkzeugmaschine nicht über ausreichend Leistung verfügt, kann der Vorgang in mehrere Durchgänge unterteilt werden.
(2) Wenn die erforderliche Oberflächenrauheit im Bereich von Ra 3,2 μm bis 12,5 μm liegt, sollte der Prozess in zwei Phasen unterteilt werden: Grobbearbeitung und Halbendbearbeitung. Die Wahl der Schnitttiefe für die Grobbearbeitung erfolgt nach den oben dargelegten Grundsätzen. Nach der Grobbearbeitung sollte ein Restaufmaß von 0,5 mm bis 1,0 mm auf der Werkstückoberfläche verbleiben, das anschließend bei der Halbendbearbeitung entfernt wird.
(3) Wenn die erforderliche Oberflächenrauheit im Bereich von Ra 0,8 μm bis 3,2 μm liegt, sollte der Prozess in drei Phasen unterteilt werden: Grobbearbeitung, Halbfertigbearbeitung und Fertigbearbeitung. Für die Halbendbearbeitung sollte die Schnitttiefe zwischen 1,5 mm und 2 mm eingestellt werden. Beim Schlichten sollte die Schnitttiefe zwischen 0,3 mm und 0,5 mm eingestellt werden.
3. Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit
Die Vorschubgeschwindigkeit wird in erster Linie anhand der erforderlichen Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauheit des Teils sowie der Materialien des Schneidwerkzeugs und des Werkstücks ausgewählt. Die maximale Vorschubgeschwindigkeit wird durch die Steifigkeit der Werkzeugmaschine und die Leistungsfähigkeit ihres Vorschubsystems begrenzt.
Grundsätze zur Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit:
1) Wenn die Qualitätsanforderungen des Werkstücks gewährleistet werden können, kann eine höhere Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden, um die Produktionseffizienz zu steigern. Im Allgemeinen wird ein Wert im Bereich von 100 bis 200 m/min gewählt.
2) Wenn Sie Trennvorgänge durchführen, tiefe Löcher bearbeiten oder Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl verwenden, ist es ratsam, eine niedrigere Vorschubgeschwindigkeit zu wählen; Typischerweise wird ein Wert im Bereich von 20 bis 50 m/min gewählt.
3) Wenn hohe Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauheit gestellt werden, sollte eine niedrigere Vorschubgeschwindigkeit gewählt werden; Im Allgemeinen wird ein Wert im Bereich von 20 bis 50 m/min gewählt.
4) Bei nicht-schneidenden Werkzeugbewegungen-insbesondere bei der Rückkehr zum „Nullpunkt“ über eine lange Strecke-kann die maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgewählt werden, die im CNC-System der Werkzeugmaschine konfiguriert ist.
4. Ermittlung der Spindeldrehzahl
Die Spindeldrehzahl sollte anhand der zulässigen Schnittgeschwindigkeit und des Durchmessers des Werkstücks (bzw. des Schneidwerkzeugs) ausgewählt werden. Die Berechnungsformel lautet wie folgt:
n = 1000v / πD
v - Schnittgeschwindigkeit (in m/min), bestimmt durch die Haltbarkeit des Schneidwerkzeugs;
n - Spindelgeschwindigkeit (in U/min);
D - Durchmesser des Werkstücks oder Schneidwerkzeugs (in mm).
Die berechnete Spindeldrehzahl *n* muss letztendlich so angepasst werden, dass sie einer der verfügbaren Drehzahlen entspricht, die in den Spezifikationen der Werkzeugmaschine aufgeführt sind, oder der nächstgelegenen verfügbaren Drehzahl. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die spezifischen Werte für Schnittparameter auf der Grundlage der Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschine und relevanter technischer Handbücher, kombiniert mit praktischen Erfahrungen, häufig unter Verwendung eines analogen Ansatzes, ermittelt werden sollten. Darüber hinaus sollten Spindeldrehzahl, Schnitttiefe und Vorschubgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt sein, um eine gegenseitige Kompatibilität zu gewährleisten und so die optimalen Schnittparameter festzulegen.
Referenzformel:
(I) Schnitttiefe (ap): Der senkrechte Abstand zwischen der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks und der noch zu bearbeitenden Oberfläche wird als Schnitttiefe definiert. Die *Schnitttiefe* ($a_p$) ist die abgetragene Materialmenge, gemessen von einem Referenzpunkt auf der Schneidkante in einer Richtung senkrecht zur Arbeitsebene. Sie stellt die Tiefe dar, bis zu der der Drehmeißel bei jedem Vorschubdurchgang in das Werkstück eindringt; daher wird sie auch als *Schnitttiefe* bezeichnet. Basierend auf dieser Definition kann beim Längsdrehen einer zylindrischen Außenfläche die Schnitttiefe anhand der folgenden Formel berechnet werden:
$a_p = (d_w - d_m) / 2$
Wobei: $a_p$ - Schnitttiefe (mm); $d_w$ - Durchmesser der Werkstückoberfläche *vor* der Bearbeitung (mm);
$d_m$ - Durchmesser der Werkstückoberfläche *nach* der Bearbeitung (mm).
**Beispiel 1:** Berechnen Sie die Schnitttiefe eines Werkstücks mit einem anfänglichen Oberflächendurchmesser von $\\Phi 95$ mm, wenn es in einem einzigen Durchgang auf einen Durchmesser von $\\Phi 90$ mm gedreht wird.
**Lösung:** $a_p=(d_w - d_m) / 2=(95 - 90) / 2=2.5$ mm.
**(II) Vorschubgeschwindigkeit ($f$)**
Dies bezieht sich auf die relative Verschiebung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück-gemessen in Richtung der Vorschubbewegung-für jede volle Umdrehung des Werkstücks oder Werkzeugs. Je nach Vorschubrichtung wird zwischen *Längsvorschub* und *Quervorschub* unterschieden. Unter Längsvorschub versteht man die entlang der Führungsschienen des Drehmaschinenbetts gerichtete Vorschubbewegung, während sich unter Quervorschub die senkrecht zu den Führungsschienen des Drehmaschinenbetts gerichtete Vorschubbewegung versteht. (Hinweis: *Vorschubgeschwindigkeit* ($v_f$) bezieht sich auf die momentane Geschwindigkeit eines ausgewählten Punktes auf der Schneidkante relativ zum Werkstück während der Vorschubbewegung.)
$v_f=f \\cdot n$
Wobei: $v_f$ - Vorschubgeschwindigkeit (mm/s);
$n$ - Spindeldrehzahl (U/s);
$f$ - Vorschubgeschwindigkeit (mm/U).
**(III) Schnittgeschwindigkeit ($v_c$)**
Dies bezieht sich auf die momentane Geschwindigkeit eines ausgewählten Punktes auf der Schneidkante relativ zum Werkstück während der *Primärbewegung* (Rotation). Die Berechnungsformel lautet wie folgt:
$v_c=(\\pi \\cdot d_w \\cdot n) / 1000$
Wobei: $v_c$ - Schnittgeschwindigkeit (m/min);
$d_w$ - Durchmesser der Werkstückoberfläche *vor* der Bearbeitung (mm);
$n$ - Werkstückrotationsgeschwindigkeit (U/min). Bei der Berechnung sollte die maximale Schnittgeschwindigkeit als Bezugspunkt verwendet werden; Beispielsweise sollten bei Dreharbeiten Berechnungen auf dem Durchmesser der zu bearbeitenden Oberfläche basieren, da dort die Geschwindigkeit am höchsten ist und der Werkzeugverschleiß am schnellsten auftritt. Beispiel 2: Drehen des Außendurchmessers eines Werkstücks mit einem Durchmesser von Φ60 mm. Die gewählte Spindeldrehzahl der Drehmaschine beträgt 600 U/min. Berechnen Sie *v*c. Lösung: *v*c=(π * d*w * n) / 1000=3.14 × 60 × 600 / 1000=113 m/min. In der tatsächlichen Produktion ist der Werkstückdurchmesser typischerweise eine bekannte Größe. Basierend auf Faktoren wie Werkstückmaterial, Werkzeugmaterial und Bearbeitungsanforderungen wird eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit ausgewählt; Diese Schnittgeschwindigkeit wird dann in die entsprechende Drehzahl der Drehmaschinenspindel umgewandelt, um die richtige Einstellung der Werkzeugmaschine zu erleichtern. Diese Konvertierung ergibt die folgende Formel: n=(1000 * *v*c) / (π * d*w). Beispiel 3: Drehen des Außendurchmessers einer Riemenscheibe mit Φ260 mm auf einer horizontalen Drehmaschine CA6140. Es wird eine Schnittgeschwindigkeit (*v*c) von 90 m/min gewählt. Berechnen Sie *n*. Lösung: n=(1000 * *v*c) / (π * d*w)=(1000 × 90) / (3,14 × 260)=110 U/min. Nachdem die Spindeldrehzahl der Drehmaschine berechnet wurde, sollte man einen Wert vom Typenschild der Maschine auswählen, der dem berechneten Ergebnis am nächsten kommt; Als tatsächliche Betriebsgeschwindigkeit der Drehmaschine wird in diesem Fall n=100 U/min gewählt. III. Zusammenfassung: Schnittparameter 1. Schnitttiefe (*a*p) (mm): *a*p=(*d*w - *d*m) / 2 (mm) 2. Vorschubgeschwindigkeit (*f*) (mm/U) 3. Schnittgeschwindigkeit (*v*c) (m/min): *v*c=π * d * n / 1000 (m/min); n=1000 * *v*c / (π * d) (U/min)
