Werkzeugdurchbiegung in der CNC-Bearbeitung

Haben Sie sich jemals gefragt, warum nach dem Fräsen eines Lochs oder einer Tasche diese oben im Schnitt größer ist als unten? Oder warum passt Ihr Messstift gut und fest in den Anfang des Lochs, schafft es aber nicht ganz durch? Die einfache Antwort ist die Werkzeugablenkung. Alles biegt sich. Und ich meine alles. Werkzeugdurchbiegung ist ein allgegenwärtiges, aber wenig verstandenes Problem. Machen Sie sich keine Sorgen, meine Kollegen, denn es ist nicht Ihre Schuld! Es gibt keine Beseitigung der Werkzeugdurchbiegung, sondern nur deren Kontrolle und Minimierung. Wissen ist Macht, und hoffentlich haben Sie am Ende dieses Beitrags ein funktionierendes Wissen über die Ursachen der Werkzeugabweichung und mögliche Lösungen.

Einfach ausgedrückt ist die Werkzeugdurchbiegung die Biegung des Werkzeugs. Wenn Sie ein Feature schneiden, sagen wir in diesem Beispiel eine tiefe Tasche. Beim Schneiden üben Sie Kräfte auf das Werkzeug und das Material aus. Das Material gibt nach, weshalb man Chips bekommt. Es geht jedoch nicht kampflos unter. Wenn das Material zurückdrückt, zwingt es das Ende des Werkzeugs in die entgegengesetzte Richtung der auf das Material ausgeübten Kräfte. Je weiter das Werkzeug herausragt, desto weiter bewegt sich das Ende des Werkzeugs.

Es ist möglich, die Werkzeugdurchbiegung zu berechnen, aber die damit verbundene Mathematik ist ziemlich kompliziert. Wenn Sie viel Zeit in einer Maschinenwerkstatt verbringen, wissen Sie, wie oft die Optimierung mit Ihren Augen und Ohren erreicht wird – ich halte diese beiden Dinge für die wichtigsten Werkzeuge, die ein guter Zerspaner haben kann. Wenn Sie jedoch einige Zahlen für die Werkzeugdurchbiegung berechnen möchten, stehen mehrere Rechner online zur Verfügung. Für die Zwecke des heutigen Beitrags verlassen wir uns auf unsere treuen Augen, Ohren und ein bisschen gesunden Menschenverstand.

Steifigkeit ist der wichtigste Faktor. Wenn Sie den Abstand vergrößern, den Ihr Werkzeug aus Ihrem Werkzeughalter herausragt, nimmt die Steifigkeit exponentiell ab. Es gibt Situationen, in denen Sie die Länge benötigen. In diesem Fall ist es am besten, den größten Durchmesser mit der geringsten Anzahl von Nuten zu verwenden. Wenn Sie den Durchmesser Ihres Werkzeugs verringern, verringern Sie auch die Kraft, die erforderlich ist, um es zu biegen. Außerdem verringert jede Spannut an Ihrem Fräser die Steifigkeit Ihres Werkzeugs. Wenn Sie ein tiefes Merkmal schneiden, sollten Sie sicherstellen, dass Sie den größten Durchmesser verwenden, den der Druck zulässt, um die Werkzeugleistung zu optimieren. Auch wenn Sie mit einem Werkzeug mit größerem Durchmesser schruppen und mit einem kleineren Werkzeug schlichten müssen, um die Spezifikation Ihrer Eckenradien zu erfüllen, ist das in Ordnung. Sie möchten auch ein Werkzeug mit der geringsten Anzahl von Spannuten und strecken Sie das Werkzeug nur so weit heraus, wie Sie wirklich müssen. Bei der Recherche nach Werkzeugen werden Sie feststellen, dass es Werkzeuge gibt, bei denen die Steifigkeit ein wichtiges Anliegen ist, und viele „Mikro“-Werkzeuge sind mit einem konischen Schaft ausgestattet, um die Steifigkeit zu erhöhen.

Hartmetallwerkzeuge vs. Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl zur Reduzierung der Werkzeugdurchbiegung

Wenn Sie der Meinung sind, dass die Werkzeugablenkung ein Problem darstellt, oder wenn Sie Schnitte so aggressiv ausführen, dass sie Ihnen Probleme bereiten, dann sollten Sie immer Hartmetallwerkzeuge in Betracht ziehen. Abgesehen von den Vorteilen wie höherer SFPM und besserer Standzeit ist Hartmetall etwa dreimal steifer als Schnellarbeitsstahl. Beachten Sie jedoch, dass Hartmetall extrem spröde ist – das ist keine gute Kombination, wenn es um die Durchbiegung des Werkzeugs geht. Es braucht mehr, um es abzulenken, aber wenn Sie genug Kraft aufwenden, ist das Werkzeug nicht so verzeihend und wird brechen, also seien Sie vorsichtig.

Wie in meinem Blogbeitrag „Gleichlauffräsen vs. konventionelles Fräsen“ besprochen, kann die Schneidstrategie die Werkzeugablenkung beeinflussen. Die Verwendung dynamischer Werkzeugwegstrategien (siehe meinen Blogbeitrag „Dynamisches Fräsen“) kann dazu beitragen, die Werkzeugablenkung aufgrund des leichten radialen Schnitts zu minimieren. Wenn Sie das Feature mit einem dynamischen Werkzeugweg schruppen und sicherstellen, dass Sie im Gleichlauf fräsen, sollten Sie mit Ihren Ergebnissen zufrieden sein. Wie in diesen anderen Beiträgen besprochen, haben Sie für das Finish ein paar Optionen – entweder das Finish im Gleichlauf fräsen oder einen Federdurchlauf konventionell fräsen oder einen leichten Finishdurchlauf konventionell fräsen mit Schmierung, und Sie werden mit Ihren Ergebnissen sehr zufrieden sein.