Die Welt der CNC (Computer Numerical Control)-Bearbeitung ist umfangreich und komplex, und ein solides Verständnis der Kernprinzipien ist entscheidend für den Erfolg. Für diejenigen, die gerade in das Feld einsteigen, sind hier 29 technische Tipps und Einblicke, die darauf abzielen, Ihr Wissen zu erweitern und Ihnen zu helfen, häufige Herausforderungen zu meistern.
1. Die Beziehung zwischen Schnittbedingungen und Bearbeitungsergebnissen
Drei Hauptfaktoren beeinflussen die Schneidetemperatur: Schnittgeschwindigkeit, Vorschubrate und Schnitttiefe. Diese gleichen Faktoren beeinflussen auch die Schnittkraft und die Werkzeughaltbarkeit auf unterschiedliche Weise, wenn sie angepasst werden. Zum Beispiel erhöht eine Erhöhung der Schnitttiefe die Schnittkraft dramatischer als eine Erhöhung der Vorschubrate oder der Schnittgeschwindigkeit.
Die Schnittkraft ist proportional zur Schnitttiefe, was bedeutet, dass sich die Schnittkraft verdoppelt, wenn die Schnitttiefe verdoppelt wird. Im Gegensatz dazu neigt eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit dazu, die Schnittkraft allmählich zu reduzieren. Diese Prinzipien sind entscheidend, um zu verstehen, wie man Bearbeitungsparameter optimiert, um das beste Gleichgewicht zwischen Produktivität, Werkzeugverschleiß und Oberflächenqualität zu erreichen.
2. Spanüberwachung als Diagnosetool
Das Aussehen der Späne (Metallspäne), die während der Bearbeitung entstehen, bietet wichtige Hinweise auf den Bearbeitungsprozess. Wenn Späne brechen oder sich ihre Farbe abrupt ändert, könnte dies auf Probleme wie übermäßige Schnittkraft oder Überhitzung hinweisen. Bediener können die Spanbildung und -farbe nutzen, um zu überwachen, ob die Schnittbedingungen innerhalb normaler Grenzen liegen, und so potenzielle Schäden an Werkzeugen und Werkstücken vermeiden.
3. Proportionale Änderungen der Schnittkraft
In der Praxis ändern sich die Schnittkräfte auf vorhersehbare Weise:
- Eine Verdoppelung der Schnitttiefe führt zu einer Verdoppelung der Schnittkraft.
- Eine Verdoppelung der Vorschubrate erhöht die Schnittkraft um etwa 70%.
- Eine Verdoppelung der Schnittgeschwindigkeit reduziert die Schnittkraft, obwohl dieser Rückgang allmählich erfolgt.
Diese Beziehung erklärt, warum Bearbeitungsstrategien wie die Verwendung von G99 (Vorschub pro Umdrehung) bevorzugt werden, wenn die Schnittgeschwindigkeit erhöht wird, ohne die Schnittkraft signifikant zu beeinflussen.
4. Spanfarbe als Temperaturindikator
Verschiedene Spanfarben entsprechen unterschiedlichen Temperaturbereichen:
- Weiße Späne zeigen Temperaturen unter 200°C an.
- Gelbe Späne deuten auf Temperaturen zwischen 220–240°C hin.
- Dunkelblaue Späne treten bei etwa 290°C auf.
- Blaue Späne signalisieren Temperaturen zwischen 320–350°C.
- Violette oder schwarze Späne treten bei Temperaturen über 500°C auf.
- Rote Späne repräsentieren extreme Temperaturen über 800°C.
Diese Farbindikatoren helfen Maschinenbedienern, optimale Schneidetemperaturen aufrechtzuerhalten, die entscheidend für die Materialintegrität und die Vermeidung von Werkzeugverschleiß sind.
5. Präzision beim Drehen konkaver Bögen
Beim Drehen von konkaven Bögen können Probleme auftreten, wenn der tatsächlich gemessene Wert (X) erheblich vom beabsichtigten Durchmesser (Y) abweicht. Zum Beispiel, wenn X Y um mehr als 0,8 mm übersteigt, kann das Drehwerkzeug gegen den Startpunkt des Bogens reiben, was möglicherweise die Oberfläche beschädigt oder Maßfehler verursacht. Die Verwendung der richtigen Werkzeuggeometrie, wie z.B. eines Werkzeugs mit einem 52-Grad-Nebenschneidwinkel, kann helfen, dieses Problem zu vermeiden.
6. Häufige G-Codes in FANUC-Systemen
Das Verständnis der G-Codes in Ihrem CNC-System ist entscheidend für eine effiziente Bearbeitung. In FANUC-Systemen gehören zu den häufigen G-Codes:
- G21: Metrischer Eingabemodus.
- G54: Standard-Arbeitskoordinatensystem.
- G96/G97: Konstante Oberflächengeschwindigkeitsregelung.
- G99: Vorschub pro Umdrehung.
- G80: Abbrechen des Dosenzyklus.
- G40: Abbrechen der Werkzeugnasenradiuskompensation.
Jeder Code erfüllt eine spezifische Funktion und hilft den Bedienern, verschiedene Aspekte des Bearbeitungsprozesses zu steuern. Zum Beispiel kann die Verwendung von G96 zur Steuerung der Oberflächengeschwindigkeit ein gleichmäßiges Finish über das gesamte Werkstück hinweg gewährleisten, unabhängig von Durchmesservariationen.
7. Berechnung der Gewindeschneidgeschwindigkeit
Beim Gewindeschneiden ist eine allgemeine Formel zur Bestimmung der optimalen Spindeldrehzahl S = 1200 / Steigungs-Sicherheitsfaktor (mit einem typischen Sicherheitsfaktor von 0,8). Die richtige Spindeldrehzahl sorgt für saubere, präzise Gewindeprofile und minimiert den Werkzeugverschleiß, insbesondere bei hochpräzisen Anwendungen.
8. Gewindesteigungsstandards
Bei Außengewinden beträgt die Steigung typischerweise **1,3 mal die Nennsteigung (P)**, während Innengwinde eine Steigung von **1,08P** verwenden. Das Verständnis dieses Unterschieds ist entscheidend, um enge Toleranzen zu erreichen und sicherzustellen, dass Außen- und Innengwinde bei der Montage richtig zusammenpassen.
9. Manuelle Werkzeugnasenradiuskompensation beim Anfasen
Beim manuellen Anfasen ist die Berechnung der Werkzeugnasenradiuskompensation entscheidend für eine genaue Bearbeitung. Beim Anfasen von unten nach oben:
- Z = R * (1 - tan(a/2))
- X = R * (1 - tan(a/2)) * tan(a)
Beim Anfasen von oben nach unten ändert sich die Formel leicht, aber die Prinzipien bleiben gleich. Die korrekte Kompensation sorgt für präzise Winkel und sanfte Übergänge zwischen den Oberflächen.
10. Einfluss von Schnittgeschwindigkeit und -kraft auf die Werkzeuglebensdauer
Die Beziehung zwischen Schnittgeschwindigkeit und Schnittkraft ist entscheidend für die Werkzeuglebensdauer. Während die Schnittgeschwindigkeit erhöht wird und die Vorschubrate konstant bleibt, nimmt die Schnittkraft ab. Hohe Schnittgeschwindigkeiten können jedoch auch zu beschleunigtem Werkzeugverschleiß führen, da die erzeugte Wärme zunimmt. Wenn die Schnittkräfte und inneren Spannungen die Kapazität des Werkzeugs überschreiten, kann es zu einem katastrophalen Werkzeugversagen kommen.
11. Anpassung der Spindeldrehzahl zur Kompensation erhöhter Vorschübe
Für jede Erhöhung der Vorschubrate um 0,05 mm reduzieren Sie die Spindeldrehzahl um 50–80 U/min. Diese Reduzierung gleicht die erhöhte Schnittkraft und die durch den höheren Vorschub erzeugte Wärme aus, was zu einem ausgewogeneren Werkzeugverschleiß führt und Werkzeugversagen verhindert.
12. Besondere Überlegungen beim CNC-Drehen
Bei der Verwendung von CNC-Drehmaschinen sollten diese Faktoren berücksichtigt werden:
- Viele wirtschaftliche CNC-Drehmaschinen verwenden Frequenzumrichter (VFDs) für stufenlose Geschwindigkeitsregelung, was bei niedrigen Geschwindigkeiten zu Drehmomentproblemen führen kann.
- Stellen Sie sicher, dass Werkzeuge ihren gesamten Betrieb in einem einzigen Zyklus abschließen können, insbesondere bei Fertigbearbeitungen.
- Verwenden Sie G96, um die Oberflächengeschwindigkeit zu steuern und ein gleichmäßiges Finish über unterschiedliche Durchmesser hinweg zu gewährleisten.
Zusätzlich sollten beim Gewindeschneiden auf einer CNC-Drehmaschine höhere Geschwindigkeiten verwendet werden, um glatte, hochwertige Gewinde zu gewährleisten.
13. Vibrationen und Werkzeugbruch beim Nuten
Das Nuten verursacht oft Vibrationen und Werkzeugbruch, was auf übermäßige Schnittkräfte und unzureichende Werkzeugsteifigkeit zurückzuführen ist. Kürzere Werkzeugüberhänge, größere Freiwinkel und breitere Einsätze können die Werkzeugsteifigkeit verbessern und die Ausfallwahrscheinlichkeit verringern. Bei der Auswahl von Nutwerkzeugen sollte das Gleichgewicht zwischen Werkzeuggröße und den Schnittkräften, die sie aushalten können, berücksichtigt werden.
14. Ursachen von Vibrationen beim Nuten
Häufige Ursachen für Vibrationen sind:
- Werkzeugüberhang, der zu lang ist und die Steifigkeit verringert.
- Unzureichende Maschinensteifigkeit, die dazu führt, dass das Werkzeug mehr Schnittkraft bewältigen muss, als die Maschine handhaben kann.
- Langsame Vorschubgeschwindigkeiten, die die Schnittkraft pro Einheit erhöhen und Vibrationen verursachen.
Die Erhöhung der Spindeldrehzahl oder die Verwendung steiferer Maschinenaufbauten kann diese Probleme mildern.
15. Dimensionale Instabilität im Laufe der Zeit
Beim Bearbeiten einer Charge von Teilen können sich die Abmessungen nach mehreren Stunden aufgrund von Werkzeugverschleiß verschieben. Mit zunehmendem Werkzeugverschleiß steigen die Schnittkräfte, was dazu führen kann, dass sich das Werkstück im Spannfutter verschiebt, was zu instabilen Abmessungen führt. Die regelmäßige Überprüfung des Werkzeugzustands und die Anpassung der Spannkraft können dazu beitragen, die Maßgenauigkeit über längere Läufe aufrechtzuerhalten.
16. FANUC-Unterprogrammformate
In FANUC-Systemen können Unterprogramme auf zwei Arten formatiert werden:
- P0000000: Die ersten drei Ziffern geben die Anzahl der Zyklen an, während die letzten vier Ziffern die Programnummer angeben.
- P0000L000: Die ersten vier Ziffern geben die Programnummer an, gefolgt von der Zyklusanzahl.
Das Verständnis dieser Formate hilft, das Programmmanagement zu optimieren und Fehler zu vermeiden.
17. G71-Sequenznummerngrenzen
Bei der Verwendung von G71 für Schruppzyklen stellen Sie sicher, dass die P- und Q-Werte die Sequenznummern des Programms nicht überschreiten. Das Überschreiten dieser Grenzen in FANUC-Systemen führt zu einem Alarm, der auf eine fehlerhafte G71-G73-Formatierung hinweist.
18. Tiefbohren
Beim Bohren tiefer Löcher vermeiden Sie das Schleifen der Spanrillen, um die Effizienz der Spanabfuhr aufrechtzuerhalten. Eine ordnungsgemäße Spanabfuhr ist entscheidend, um Werkzeugbruch zu verhindern und saubere, präzise tiefe Löcher zu gewährleisten.
19. Bogenversatz in Z-Richtung
Wenn der Startpunkt des Bogens gleich bleibt, aber die Z-Richtung um "a" mm versetzt wird, verschiebt sich der Basisdurchmesser des Bogens um a/2. Dieses Prinzip hilft Maschinenbedienern, präzise Anpassungen an den Abmessungen von Teilen vorzunehmen, ohne die Gesamtgeometrie zu verändern.
20. Änderung des Lochdurchmessers
Durch das Drehen des Bohrers während der Bearbeitung können Maschinenbediener den Durchmesser des gebohrten Lochs anpassen. Diese Methode ist besonders nützlich in der kundenspezifischen Bearbeitung, bei der geringfügige Durchmesseranpassungen erforderlich sind, ohne die Werkzeuge zu wechseln.
21. Materialladeoptionen
Beim Zuführen von Material in CNC-Maschinen gibt es drei Hauptoptionen:
- Ein Teil pro Setup.
- Zwei Teile pro Setup.
- Vollstangenbeschickung.
Jede Methode hat ihre Vorteile, abhängig vom verwendeten Material und der Größe der Werkstücke.
22. Bohren von rostfreiem Stahl
Beim Bohren von rostfreiem Stahl verwenden Sie einen kleineren Zentrierbohrer, um eine ordnungsgemäße Schneidwirkung zu gewährleisten. Bei Kobaltbohrern vermeiden Sie das Schleifen von Spanrillen, um ein Glühen während des Bohrvorgangs zu verhindern.
23. Verwendung von Makroprogrammen anstelle von Unterprogrammen
Makroprogramme können in bestimmten Systemen Unterprogramme ersetzen, die Programmanzahl reduzieren und das Programmmanagement vereinfachen. Der Einsatz von Makros eliminiert auch viele häufige Fehler, die mit Unterprogrammaufrufen verbunden sind.
24. Umgang mit Ovalität in Gewinden
Wenn während des Gewindeschneidens Ovalität auftritt, kann sich das Werkstück im Spannfutter gelockert haben. In solchen Fällen können zusätzliche Gewindeschneidvorgänge mit dem Gewindeschneidwerkzeug helfen, das Problem zu beheben.
25. Minimierung von Durchmesserabweichungen auf einer Bohrmaschine
Beim direkten Bohren auf einer Bohrmaschine können Durchmesserabweichungen auftreten. Das Reiben des Lochs führt jedoch typischerweise zu
Durchmesserabweichungen innerhalb akzeptabler Toleranzen.
26. Erkennung von Problemen mit Werkzeugen
Ein häufiges Problem bei Außengewinden sind übermäßige Schnittkräfte, die zum Werkzeugbruch führen. Um dies zu vermeiden, sollten Maschinenbediener die Schnittkräfte genau überwachen und Werkzeuge bei Bedarf ersetzen, um Werkzeugausfälle zu vermeiden.
27. Umgang mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten
Beim Betrieb mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten kann die Reduzierung der Spindeldrehzahl helfen, die erhöhten Schnittkräfte auszugleichen, die durch den höheren Vorschub entstehen. Für jede Erhöhung des Vorschubs um 0,05 mm sollte die Spindeldrehzahl um 50–80 U/min reduziert werden.
28. Verständnis der Werkzeuglebensdauer beim Drehen
Während der Drehbearbeitung kann die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit die Schnittkräfte reduzieren, beschleunigt jedoch auch den Werkzeugverschleiß. Umgekehrt verlängern niedrigere Schnittgeschwindigkeiten die Werkzeuglebensdauer, können jedoch zu erhöhten Schnittkräften führen, wenn die Vorschubgeschwindigkeit zu hoch ist.
29. Oberflächenfinish und Werkzeuggeometrie
Die Werkzeuggeometrie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Oberflächenqualität von bearbeiteten Teilen. Der Einsatz von Werkzeugen mit den entsprechenden Spanwinkeln, Freiwinkeln und Kantenpräparationen hilft, Grate zu minimieren und sorgt für glatte Oberflächen, die in hochpräzisen Bearbeitungsprozessen entscheidend sind.
Durch das Verständnis dieser 29 CNC-Bearbeitungstipps können sowohl Anfänger als auch Profis tiefere Einblicke in das Handwerk gewinnen, die Effizienz verbessern und häufige Fallstricke vermeiden. Für alle, die in der CNC-Bearbeitung tätig sind, wird das Beherrschen dieser Prinzipien die Fähigkeiten erheblich verbessern, was letztendlich zu qualitativ besseren Produkten und effizienteren Arbeitsabläufen führt.
