Gewindebearbeitungsmethoden für CNC-Bearbeitungszentren
Die Gewindebearbeitung ist eine der kritischsten Funktionen von CNC (Computer Numerical Control) Bearbeitungszentren. Die Effizienz und Qualität der Gewindebearbeitung wirken sich direkt auf die Bearbeitungsqualität der Teile und die gesamte Produktionseffizienz des Bearbeitungszentrums aus. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Leistung von Bearbeitungszentren und dem Fortschritt der Schneidwerkzeuge entwickeln sich auch die Gewindebearbeitungsmethoden weiter. Dies führt zu schrittweisen Verbesserungen sowohl in der Präzision als auch in der Effizienz der Gewindebearbeitung. Um Herstellern zu ermöglichen, Gewindebearbeitungsmethoden auf Bearbeitungszentren vernünftig auszuwählen, die Produktqualität und Produktionseffizienz zu verbessern und Qualitätsunfälle zu vermeiden, haben wir mehrere Methoden zur Gewindebearbeitung mit CNC-Bearbeitungszentren zusammengefasst. Lassen Sie uns diese Methoden im Detail erkunden:
Gewindebohrbearbeitungsmethode
Die Gewindebohrbearbeitung, oder das Gewindebohren, ist eine traditionelle und weit verbreitete Methode zur Herstellung von Innengewinden. Diese Methode ist unerlässlich, um genaue und zuverlässige Gewinde in verschiedenen Materialien zu erzielen.
Bestimmung des Gewindegrundlochs vor dem Gewindebohren
Die Bearbeitung des Gewindegrundlochs beeinflusst die Lebensdauer des Gewindebohrers und die Qualität der Gewindebearbeitung erheblich. Der Durchmesser des Bohrers, der zur Erstellung des Gewindegrundlochs verwendet wird, sollte nahe am oberen Grenzwert der Toleranz des Gewindegrundlochdurchmessers liegen. Beispielsweise beträgt der Grundlochdurchmesser eines M8-Gewindelochs Ф6.7+0.27mm, daher wird ein Bohrerdurchmesser von Ф6.9mm ausgewählt. Dieser Ansatz reduziert den Bearbeitungsaufwand des Gewindebohrers, senkt die Belastung des Gewindebohrers und verlängert seine Lebensdauer. Eine ordnungsgemäße Vorbereitung des Grundlochs ist entscheidend, da sie das Risiko eines Gewindebohrerbruchs minimiert und die Genauigkeit des resultierenden Gewindes gewährleistet.
Klassifizierung und Eigenschaften der Gewindebohrbearbeitung
Die Verwendung von Gewindebohrern zur Bearbeitung von Gewindelöchern ist die gebräuchlichste Methode und hauptsächlich für Gewindelöcher mit kleineren Durchmessern (D<30) und geringen Positionsgenauigkeitsanforderungen geeignet. In den 1980er Jahren wurden Gewindelöcher mit flexiblem Gewindebohren bearbeitet, das flexible Gewindebohrfutter verwendete, die axiale Vorschubfehler ausgleichen konnten, die durch nicht synchronisierten Vorschub und Spindeldrehzahl verursacht wurden. Diese Methode war zwar effektiv, hatte jedoch ihre Nachteile, einschließlich der Komplexität und Kosten der flexiblen Gewindebohrfutter. Im Laufe der Jahre hat sich die Leistung von CNC-Bearbeitungszentren verbessert, und das starre Gewindebohren ist zu einer grundlegenden Funktion geworden. Beim starren Gewindebohren wird ein starres Spannfutter verwendet, um den Gewindebohrer zu halten, wodurch die Synchronisation von Spindelvorschub und -drehzahl gewährleistet wird, was den Prozess vereinfacht und die Effizienz erhöht.
Das starre Gewindebohren hat mehrere Vorteile gegenüber dem flexiblen Gewindebohren. Es ermöglicht Hochgeschneidetes Schneiden, verbessert die Gesamteffizienz des Bearbeitungszentrums und senkt die Herstellungskosten. Das Spannfutter, verglichen mit dem flexiblen Gewindebohrfutter, ist einfacher in der Struktur, kostengünstiger und vielseitig. Es kann auch Fräser, Bohrer und andere Schneidwerkzeuge halten, was die Werkzeugkosten weiter reduziert.
CNC-Programmierung für die Gewindebohrbearbeitung
Die Programmierung für die Gewindebohrbearbeitung ist relativ einfach. Moderne Bearbeitungszentren beinhalten typischerweise vorgefertigte Gewindebohrzyklen, die nur eine Parameterzuweisung erfordern. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass verschiedene CNC-Systeme unterschiedliche Unterprogrammformate und Parameterbedeutungen haben. Zum Beispiel lautet das Format des SIEMEN840C-Steuerungssystems G84X_Y_R2_R3_R4_R5_R6_R7_R8_R9_R10_R13_, mit 12 zuzuweisenden Parametern während der Programmierung. Die korrekte Einstellung der Parameter gemäß dem spezifischen CNC-System ist entscheidend für erfolgreiche Gewindebohrvorgänge.
Auswahl der Gewindebohrer
Die Auswahl der Gewindebohrer muss das zu bearbeitende Material berücksichtigen. Gewindebohrerhersteller produzieren verschiedene Modelle für unterschiedliche Materialien, und die Verwendung eines ungeeigneten Gewindebohrers kann zu Problemen wie gebrochenen Gewinden oder Gewindebohrerbruch führen, was zu Ausschusswerkstücken führt. Darüber hinaus ist es wichtig, zwischen Durchgangsloch-Gewindebohrern und Sackloch-Gewindebohrern zu unterscheiden, da sie unterschiedliche Anschnittlängen und Spanabfuhrmethoden haben. Die Abstimmung des Schaftdurchmessers des Gewindebohrers mit dem Spannfutterdurchmesser ist entscheidend für eine reibungslose Bearbeitung. Beispielsweise kann die Verwendung eines für Gusseisen ausgelegten Gewindebohrers auf Aluminium zu Gewindeproblemen und sogar zum Werkzeugversagen führen. Daher ist die Auswahl des richtigen Gewindebohrers für das Material entscheidend, um qualitativ hochwertige Gewinde und eine lange Werkzeuglebensdauer zu gewährleisten.
CNC-Bearbeitungszentrum
Einpunkt-Gewindeschneidverfahren
Das Einpunkt-Gewindeschneiden, auch als Einpunkt-Gewindeschneiden oder Gewindedrehen bekannt, ist eine weitere wesentliche Methode zur Herstellung von Innen- und Außengewinden auf CNC-Maschinen. Diese Methode ist besonders nützlich für große Gewindelöcher oder wenn spezialisierte Gewindefräser nicht verfügbar sind.
Vorsichtsmaßnahmen für das Einpunkt-Gewindeschneiden
Spindeldrehzahl und Verzögerung: Stellen Sie sicher, dass die Spindel die Nenndrehzahl erreicht, bevor Sie mit der Gewindebearbeitung beginnen. Eine Verzögerung stellt sicher, dass die Spindel mit einer konstanten und stabilen Drehzahl arbeitet, was für eine genaue Gewindebearbeitung entscheidend ist.
Werkzeugrückzug: Bei manuell geschliffenen Gewindewerkzeugen vermeiden Sie den Rückzug in umgekehrter Richtung. Verwenden Sie stattdessen die Spindelorientierung und die radiale Werkzeugbewegung, um das Werkzeug zurückzuziehen. Dies verhindert Schäden am Werkzeug und am Werkstück.
Genauigkeit der Werkzeughalterherstellung: Eine genaue Werkzeughalterherstellung ist unerlässlich, insbesondere für konsistente Werkzeugschlitzpositionen. Inkonsistente Werkzeugschlitzpositionen können zu Gewindeungenauigkeiten und Qualitätsproblemen führen.
Mehrere Durchgänge: Führen Sie das Gewindeschneiden nicht in einem einzigen Durchgang durch. Mehrere Durchgänge sind notwendig, um Zahnbruch und schlechte Oberflächenrauheit zu verhindern. Dieser Ansatz gewährleistet eine höhere Gewindequalität und verringert das Risiko eines Werkzeugbruchs.
Effizienzüberlegungen: Das Einpunkt-Gewindeschneiden hat eine geringe Verarbeitungseffizienz, was es für Einzelstücke, Kleinserien oder einzigartige Gewindesteigungen ohne entsprechende Werkzeuge geeignet macht. Es ist aufgrund seiner zeitaufwändigen Natur nicht ideal für die Massenproduktion.
Merkmale des Einpunkt-Gewindeschneidens
Das Einpunkt-Gewindeschneiden wird für große Gewindebohrungen verwendet, wenn Gewindebohrer oder Gewindefräser nicht verfügbar sind. Diese Methode umfasst die Verwendung eines Einpunktwerkzeugs zum Schneiden des Gewindeprofils in mehreren Durchgängen. Beispielsweise kann die Bearbeitung eines M52x1.5-Gewindes mit einer Positionstoleranz von 0,1 mm durch Einpunkt-Gewindeschneiden in Abwesenheit von Gewindebohrern oder Gewindefräsern nach dem Testen die Anforderungen erfüllen. Die Präzision und Kontrolle, die CNC-Maschinen bieten, machen das Einpunkt-Gewindeschneiden zu einer praktikablen Option zur Herstellung hochwertiger Gewinde, selbst in schwierigen Materialien.
Beispielprogramm für das Einpunkt-Gewindeschneiden
N5 G90 G54 G0 X0 Y0
N10 Z15
N15 S100 M3 M8
N20 G04 X5 (Verzögerung, um die Nenndrehzahl zu erreichen)
N25 G33 Z-50 K1.5 (Gewindeschneiden)
N30 M19 (Spindelorientierung)
N35 G0 X-2 (Werkzeugrückzug)
N40 G0 Z15 (Werkzeugrückzug)
Dieses Beispielprogramm skizziert die grundlegenden Schritte zur Durchführung des Einpunkt-Gewindeschneidens auf einem CNC-Bearbeitungszentrum. Das Programm enthält Befehle zum Einstellen der Ausgangsposition, Starten der Spindel und Ausführen des Gewindeschneidvorgangs. Es enthält auch Befehle zum Zurückziehen und Abziehen des Werkzeugs, um eine reibungslose und genaue Gewindeproduktion zu gewährleisten.
Gewindefräsmethode
Gewindefräsen ist eine fortschrittliche und vielseitige Methode zur Herstellung von Gewinden mit CNC-Maschinen. Diese Methode umfasst die Verwendung eines rotierenden Schneidwerkzeugs zum Fräsen des Gewindeprofils und bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichem Gewindebohren und Einpunkt-Gewindeschneiden.
Klassifizierung der Gewindefräswerkzeuge
Gewindefräswerkzeuge werden in zwei Typen unterteilt: Wendeschneidplattenfräser aus Hartmetall und Vollhartmetallfräser. Wendeschneidwerkzeuge haben ein breites Anwendungsspektrum und eignen sich für Gewindetiefen, die sowohl kleiner als auch größer als die Einsatzlänge sind, während Vollhartmetallfräser typischerweise für Gewindetiefen verwendet werden, die kleiner als die Werkzeuglänge sind. Die Wahl des Werkzeugs hängt von den spezifischen Gewindeanforderungen ab, einschließlich der Gewindegröße, -tiefe und des Materials.
Merkmale des Gewindefräsens
Das Gewindefräsen umfasst die Verwendung eines Gewindefräswerkzeugs und eine dreiachsige gleichzeitige Bewegung (X-, Y- und Z-Achsen-Linearvorschub) zur Bearbeitung von Gewinden. Es ist besonders nützlich für große Gewindebohrungen und schwer zu bearbeitende Materialien. Die wichtigsten Merkmale des Gewindefräsens umfassen:
Verarbeitungsgeschwindigkeit und Effizienz: Das Gewindefräsen bietet schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeiten und hohe Effizienz, was es für die Massenproduktion geeignet macht. Die Verwendung von Hartmetallwerkzeugen ermöglicht hohe Schnittgeschwindigkeiten und schnellen Materialabtrag.
Hohe Präzision: Gewindefräsen bietet hohe Präzision und Genauigkeit, was zu hochwertigen Gewinden führt. Der Fräsprozess ermöglicht eine präzise Kontrolle des Gewindeprofils und der Tiefe, was eine konsistente und genaue Gewindeproduktion gewährleistet.
Verbesserte Spanabfuhr und Kühlung: Das Gewindefräsen erleichtert eine bessere Spanabfuhr und Kühlung im Vergleich zum herkömmlichen Gewindebohren. Dies ist besonders vorteilhaft beim Bearbeiten von Materialien wie Aluminium, Kupfer und rostfreiem Stahl, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu gewinden sind.
Vielseitigkeit und Kosteneffizienz: Gewindefräswerkzeuge sind vielseitig und können sowohl für Links- als auch für Rechtsgewinde mit demselben Werkzeug verwendet werden, sofern die Gewindesteigung gleich ist. Dies reduziert den Werkzeugbestand und die Kosten. Darüber hinaus ist das Gewindefräsen ideal zur Herstellung von Gewinden in großen oder teuren Bauteilen, da es das Risiko von Werkstückschäden minimiert.
Anpassungsfähigkeit an verschiedene Gewindetypen: Das Gewindefräsen eignet sich für eine Vielzahl von Gewindetypen, einschließlich Standardgewinden, Sondergewinden und Mehrfachgewinden. Diese Anpassungsfähigkeit macht es zu einer wertvollen Methode zur Herstellung spezialisierter und komplexer Gewinde.
CNC-Programmierung für das Gewindefräsen
Die Programmierung für das Gewindefräsen unterscheidet sich von anderen Werkzeugen. Falsche Programmierung kann das Werkzeug beschädigen oder fehlerhafte Gewinde erzeugen. Wichtige Punkte umfassen:
Bodenlochvorbereitung: Stellen Sie sicher, dass das Gewindebodenloch ordnungsgemäß vorbereitet ist. Für Löcher mit kleinem Durchmesser verwenden Sie einen Bohrer, und für größere Löcher verwenden Sie eine Bohrung, um die Genauigkeit des Gewindebodenlochs zu gewährleisten.
Werkzeugein- und -austritt: Verwenden Sie eine Bogenbahn für den Werkzeugein- und -austritt, typischerweise einen halben Kreis, während Sie in der Z-Achse um eine halbe Steigung vorrücken. Dies gewährleistet ein sanftes Werkzeugengagement und -disengagement, reduziert das Risiko von Werkzeugschäden und sorgt für ein sauberes Gewindeprofil.
Achssynchronisation: Stellen Sie sicher, dass die Bogeninterpolation der X- und Y-Achse pro Spindelumdrehung um eine Gewindesteigung voranschreitet, um Gewindefehler zu vermeiden. Eine ordnungsgemäße Synchronisation der Maschinenachsen ist entscheidend für eine genaue Gewindeproduktion.
Beispielprogramm für Gewindefräsen
G0 G90 G54 X0 Y0
G0 Z10 M3 S1400 M8
G0 Z-14.75 (Bewegung zur Gewindetiefe)
G01 G41 X-16 Y0 F2000 (Bewegung zur Eintrittsposition, Radiuskompensation anwenden)
G03 X24 Y0 Z-14 I20 J0 F500 (Bogeneintritt)
G03 X24 Y0 Z0 I-24 J0 F400 (Gewindefräsen)
G03 X-16 Y0 Z0.75 I-20 J0 F500 (Bogenaustritt)
G01 G40 X0 Y0 (Rückkehr zum Zentrum, Radiuskompensation aufheben)
G0 Z100
M30
Dieses Beispielprogramm demonstriert den Prozess des Gewindefräsens mit einem CNC-Bearbeitungszentrum. Das Programm enthält Befehle zum Einstellen der Ausgangsposition, zum Starten der Spindel und zur Durchführung des Gewindefräsens. Es enthält auch Befehle für den Werkzeug-Ein- und Austritt sowie zur Synchronisation, um eine präzise und genaue Gewindeproduktion zu gewährleisten.
Zusätzliche Überlegungen zur CNC-Gewindeverarbeitung
Bei der Auswahl einer Gewindeverarbeitungsmethode für CNC-Bearbeitungszentren sollten mehrere zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden:
1. Materialeigenschaften: Die Materialeigenschaften des Werkstücks spielen eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung der geeigneten Gewindeverarbeitungsmethode. Materialien mit hoher Härte oder Zähigkeit können spezielle Werkzeuge und Techniken erfordern, um genaue Gewinde zu erzielen.
2. Gewindespezifikationen: Die Spezifikationen des Gewindes, einschließlich Gewindegröße, Steigung und Toleranz, beeinflussen die Wahl der Verarbeitungsmethode. Beispielsweise können Feingewinde andere Werkzeuge und Techniken erfordern als Grobgewinde.
3. Produktionsvolumen: Das Produktionsvolumen und die Losgröße beeinflussen die Wahl der Gewindeverarbeitungsmethode. Bei der Massenproduktion kann das Gewindefräsen aufgrund seiner Effizienz von Vorteil sein, während das Einpunkt-Gewindeschneiden für Kleinserien oder kundenspezifische Gewinde geeignet sein kann.
4. Werkzeuglebensdauer und Kosten: Die Lebensdauer und die Kosten der Gewindewerkzeuge sollten berücksichtigt werden. Hochwertige Werkzeuge mit längerer Lebensdauer können die Gesamtkosten der Produktion senken und die Effizienz verbessern. Allerdings sollten auch die anfänglichen Werkzeugkosten und die Wartung in den Entscheidungsprozess einfließen.
5. Maschinenfähigkeiten: Die Fähigkeiten und Merkmale des CNC-Bearbeitungszentrums, wie die Verfügbarkeit von starrem Gewindeschneiden, Spindeldrehzahl und Achssynchronisation, beeinflussen die Wahl der Gewindeverarbeitungsmethode. Es ist entscheidend sicherzustellen, dass die Maschine die gewählte Methode unterstützen kann, um eine erfolgreiche Gewindeproduktion zu gewährleisten.
6. Qualitätsanforderungen: Die Qualitätsanforderungen des Endprodukts, einschließlich Gewindegenauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und Positionstoleranz, bestimmen die Eignung der Verarbeitungsmethode. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die gewählte Methode die Qualitätsstandards erfüllt, um hochwertige Gewinde zu produzieren.
Durch die sorgfältige Berücksichtigung dieser Faktoren und die Auswahl der geeigneten Gewindeverarbeitungsmethode können Hersteller ihre CNC-Bearbeitungsprozesse optimieren, die Produktqualität verbessern und die Produktionseffizienz steigern. Ob traditionelles Gewindeschneiden, Einpunkt-Gewindeschneiden oder fortschrittliches Gewindefräsen, das Verständnis der Stärken und Grenzen jeder Methode ist der Schlüssel zum Erreichen einer erfolgreichen und zuverlässigen Gewindeproduktion.
Schlussfolgerung
CNC-Bearbeitungszentren bieten eine Reihe von Gewindeverarbeitungsmethoden, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Anwendungen haben. Gewindeschneiden, Einpunkt-Gewindeschneiden und Gewindefräsen bieten vielseitige und effiziente Lösungen zur Herstellung hochwertiger Gewinde in verschiedenen Materialien und Anwendungen. Durch die Nutzung der Fähigkeiten moderner CNC-Maschinen und die Auswahl der geeigneten Gewindeverarbeitungsmethode können Hersteller präzise, zuverlässige und effiziente Gewinde produzieren, die den Anforderungen des heutigen wettbewerbsintensiven Fertigungsumfelds gerecht werden.
