Vorschubgeschwindigkeit vs. Schnittgeschwindigkeit: Wichtige Unterschiede für den CNC-Bearbeitungserfolg

Die CNC-Bearbeitung (Computerized Numerical Control) ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem programmierte Codes die Bewegung der Werkzeugachse steuern. Diese Codes umfassen alle notwendigen Schnittparameter wie Werkzeugbewegung, Spindeldrehzahlen, Vorschübe, Drehzahlen (RPM) usw.

Bei der Konstruktion von Produkten für CNC-Bearbeitungsvorgänge ist es unerlässlich, diese Parameter zu berücksichtigen. Die Optimierung verschiedener Aspekte des CNC-Bearbeitungsprozesses wird durch diese Parameter gewährleistet. Die Werkzeugstandzeit und der Energieverbrauch werden durch die Schnittgeschwindigkeit optimiert. Die Bearbeitungszeit und die Oberflächenrauheit der fertigen Produkte werden durch die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt.

Daher müssen Ingenieure und Zerspaner über Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit Bescheid wissen, den Unterschied zwischen ihnen verstehen und wissen, wie man sie berechnet. Lesen Sie weiter.

Was ist die Vorschubgeschwindigkeit?

Die während einer Spindeldrehung vom Schneidwerkzeug zurückgelegte Strecke wird als Vorschubgeschwindigkeit bezeichnet. Sie kann auch als Eingriffsgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs bezeichnet werden und wird bei Fräsoperationen in der Regel in Zoll/Minute oder Millimeter/Minute gemessen.

Bei Bohren und Drehen wird sie in Zoll/Umdrehung oder Millimeter/Umdrehung gemessen. Die Variation der Vorschubgeschwindigkeiten hängt vom Werkstückmaterial (Stahl, Holz, Aluminium, Edelstahl usw.), dem Werkzeugmaterial (HSS-Schneidwerkzeug, Keramik, Cermet usw.) und anderen Schnittfaktoren wie Oberflächenbeschaffenheit und CNC-Maschineneigenschaften ab.

Die Ästhetik der bearbeiteten Produkte hängt von der Vorschubgeschwindigkeit ab, daher ist deren Optimierung in CNC-Bearbeitungsprozessen entscheidend.

Auswahl der optimalen Vorschubgeschwindigkeit

Jeder Aspekt des CNC-Bearbeitungsprozesses steht in direktem Zusammenhang mit der Vorschubgeschwindigkeit – von der Sicherheit über die Produktivität bis hin zur Werkzeugstandzeit und Produktqualität. Bei der Wahl der Vorschubgeschwindigkeit sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:

Produktivität

Für höhere Produktivitätsraten kann die Vorschubgeschwindigkeit auf Kosten der Oberflächenqualität erhöht werden. Alternativ kann bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit die Schnittgeschwindigkeit erhöht werden.

Oberflächenbeschaffenheit

Eine bessere Oberflächenqualität wird durch niedrigere Vorschubgeschwindigkeiten erreicht. Für Schruppschnitte kann ein groberer Vorschub in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann die Vorschubgeschwindigkeit für Schlichtoperationen bei 0,01–0,05 mm/Umdrehung und für Schruppdrehoperationen bei 0,1–0,3 mm/Umdrehung liegen.

Vorschubbegrenzung

Verfügbare Werkzeugmaschinen verfügen über einen Vorschubstangenbereich mit minimalen und maximalen Grenzwerten. Für diese Maschinen sind Werte außerhalb dieses Bereichs nicht zulässig, bei konventionellen Drehmaschinen stehen jedoch nur wenige Vorschuboptionen innerhalb des Bereichs zur Verfügung.

Schneidwerkzeuggeometrie

Die Oberflächenbeschaffenheit der Produkte kann neben der Vorschubgeschwindigkeit auch durch die Werkzeuggeometrie beeinflusst werden. Wenn die Geometrie es zulässt, kann ein höherer Wert für die Werkzeuggeometrie bevorzugt werden.

Werkzeugmaschinenfähigkeit

Hohe Schnittkräfte und Vibrationen können durch höhere Vorschubgeschwindigkeiten auftreten. Die Vorschubgeschwindigkeit muss in Abhängigkeit von der Aufnahme und Übertragung hoher Kräfte und Vibrationen der Werkzeugmaschine gewählt werden.

Was ist die Schnittgeschwindigkeit?

Die relative Geschwindigkeit zwischen dem Schneidwerkzeug und der Werkstückoberfläche wird allgemein als Schnittgeschwindigkeit oder Oberflächengeschwindigkeit bezeichnet. Sie kann auch als die lineare Strecke in Metern pro Minute oder Fuß pro Minute definiert werden, die das Schneidwerkzeugmaterial an der Werkstückoberfläche vorbeibewegt.

Die wichtigsten Parameter der CNC-Bearbeitung wie Energieverbrauch, Schneidetemperatur und Werkzeugstandzeit werden durch die Schnittgeschwindigkeit bestimmt. Die Schnittgeschwindigkeitswerte variieren je nach Material wie hochkohlenstoffhaltigem Stahl, niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl, Aluminium und Kunststoffen. Einige Werkzeuge oder Prozesse wie Gewindeschneidwerkzeuge und Wälzwerkzeuge werden mit niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten als den genannten betrieben.

Auswahl der optimalen Schnittgeschwindigkeit

Um das beste Ergebnis aus dem CNC-Bearbeitungsprozess zu erzielen, muss die optimale Schnittgeschwindigkeit sichergestellt werden. Diese kann für einen bestimmten Prozess anhand folgender Faktoren vorhergesagt werden:

Werkstückhärte

Der Widerstand eines Materials gegen Verformung durch Abrieb, Eindrücken und Kratzen wird allgemein als Härte bezeichnet. Während des Bearbeitungsprozesses muss bei härteren Werkstücken besondere Vorsicht walten, da diese die Werkzeugleistung leicht verschlechtern können. Bei der Bearbeitung härterer Materialien müssen niedrigere Schnittgeschwindigkeiten angewendet werden. Beispielsweise ist für Titan eine niedrigere Schnittgeschwindigkeit erforderlich als für Stahl.

Festigkeit des Schneidwerkzeugs

Bei Bearbeitungsvorgängen spielt die Schneidenfestigkeit des Werkzeugs eine entscheidende Rolle für die zulässigen Schnittgeschwindigkeiten. Beispielsweise können bei höheren Schnittgeschwindigkeiten Schneidwerkzeuge aus hochfesten Materialien wie Diamant und kubischem Bornitrid verwendet werden. Für niedrigere Schnittgeschwindigkeiten eignen sich Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS).

Werkzeugstandzeit

Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten nutzen sich weichere Werkzeugmaterialien schneller ab, was zu kürzerer Standzeit führt. Ein weiterer entscheidender Faktor für die Schnittgeschwindigkeit ist, wie lange der Ingenieur oder Zerspaner mit diesem Werkzeug arbeiten möchte. Dies umfasst hauptsächlich Parameter wie Werkzeugkosten und produzierte Stückzahl. Liegen diese Parameter im zulässigen Bereich, kann eine hohe Schnittgeschwindigkeit genutzt werden.

Warum sind Schnittgeschwindigkeit und Vorschub in der Bearbeitung wichtig?

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sind in der Bearbeitung wichtig, weil sie die Rate bestimmen, mit der Material abgetragen wird, und wie viel Material abgetragen wird.

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub können die Werkzeugstandzeit erheblich beeinflussen.

Der Unterschied zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit kann durch einen entscheidenden Faktor bestimmt werden: die Schneidetemperatur. Höhere Schneidetemperaturen können Parameter wie Werkzeugstandzeit und Oberflächenrauheit beeinträchtigen.

Die negativen Auswirkungen von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sind bei weicheren Materialien (Aluminium oder Harz) nicht sichtbar, da ein großer Fehlerbereich besteht. Bei härteren Materialien (Titan oder Inconel) sind sie jedoch sichtbar, da der Fehlerbereich begrenzt ist.

Das Schneidwerkzeug bricht sofort, wenn es einen geringfügigen Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Vorschub gibt.

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sind zwingend erforderlich, um eine bessere Oberflächenrauheit zu erreichen. Läuft die Maschine mit hohen Vorschub- und Spindeldrehzahlen, entstehen Rattermarken auf der Materialoberfläche.

Unterschied zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit

Obwohl sowohl Vorschubgeschwindigkeit als auch Schnittgeschwindigkeit die Gesamtleistung der Maschine beeinflussen, beziehen sie sich auf zwei unterschiedliche Dinge. Um die besten Ergebnisse von Ihrer CNC-Maschine zu erzielen, ist es wichtig, den Unterschied zwischen den beiden zu verstehen.

1. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Vorschubgeschwindigkeit die Geschwindigkeit ist, mit der sich das Werkzeug durch das Werkstück bewegt, während die Schnittgeschwindigkeit die Geschwindigkeit ist, mit der die Schneide des Werkzeugs sich bewegt.

Mit anderen Worten: Die Vorschubgeschwindigkeit misst, wie schnell sich das Werkzeug beim Schneiden durch das Material bewegt, während die Schnittgeschwindigkeit misst, wie schnell das Werkzeug tatsächlich schneidet.

2. Die Schnittgeschwindigkeit erzeugt die Leitlinie (Generatrix) und wird allgemein in m/min oder ft/min gemessen, bezeichnet mit Vc. Die Vorschubgeschwindigkeit erzeugt die Richtlinie (Directrix) und wird allgemein in mm/Umdrehung oder mm/min gemessen, bezeichnet mit s oder f.

3. Während der Bearbeitung beeinflusst die Schnittgeschwindigkeit die Schnittkraft und den Energieverbrauch. Die Vorschubgeschwindigkeit hingegen nicht.

4. Die Schnittgeschwindigkeit hat keine Rolle bei der Ablenkung der Späne von der orthogonalen Richtung. Fast in jedem Fall beeinflusst die Vorschubgeschwindigkeit jedoch die tatsächliche Späneströmungsrichtung.

5. Schneidetemperatur, Werkzeugverschleiß und Werkzeugstandzeit werden von der Vorschubgeschwindigkeit weniger stark beeinflusst. Die Schnittgeschwindigkeit hingegen hat großen Einfluss darauf.

6. Die Erzeugung von Scharten oder Vorschubmarken auf der bearbeiteten Oberfläche wird nicht direkt von der Schnittgeschwindigkeit beeinflusst. Die Schartenmarken auf der fertigen Produktoberfläche hängen jedoch direkt von der Vorschubgeschwindigkeit ab und repräsentieren direkt die Oberflächenrauheit.

Die folgende Tabelle bietet ein visuelles Verständnis der Unterschiede.

Wie bestimmt man Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit?

Die obige Grafik zeigt alle notwendigen Parameter zur Bestimmung von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub. Zur Bestimmung sind die Spindeldrehzahlen die grundlegende Voraussetzung. Der finale Vorschub kann auf zwei Wegen ermittelt werden: erstens durch Bestimmung des Vorschubs pro Zahn und zweitens durch Verwendung dieses Wertes zur Berechnung des Werkzeugvorschubs.

Weitere wichtige Überlegungen

Spindeldrehzahlbegrenzung

Die Oberflächengeschwindigkeit in Fuß pro Minute (SFM) basierend auf Material und Werkzeugdurchmesser wird benötigt, um die Werkzeugdrehzahl in RPM zu definieren. Manchmal führen Berechnungen mit kleinen Werkzeugen und/oder bestimmten Materialien zu unrealistischen Geschwindigkeiten.

In solchen Fällen muss der Zerspaner das Werkzeug mit der maximal komfortablen Maschinengeschwindigkeit betreiben und die erforderliche Spandicke für den Durchmesser beibehalten. So können an der Maschinenspitzengeschwindigkeit optimale Parameter erreicht werden.

Nicht-linearer Pfad

Generell werden Vorschubgeschwindigkeiten als lineare Bewegung angenommen, also die zurückgelegte lineare Strecke. Es gibt jedoch Fälle, in denen Vorschubgeschwindigkeiten auf einem Bogen oder einer kreisförmigen Interpolationsbahn (Außendurchmesser oder Innendurchmesser) betrachtet werden. Mit zunehmender Schnitttiefe nimmt der Eingriffswinkel am Werkzeug zu, was zu einem nicht-linearen Pfad führt. Der Werkzeugeingriff ist bei inneren Ecken höher als bei äußeren.

Wechselwirkung von Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit

Während der Bearbeitung komprimiert das Schneidwerkzeug die Werkstückoberfläche und entfernt eine dünne Materialsicht in Form eines Spans. Die relative Geschwindigkeit zwischen Werkstück und Werkzeug ist erforderlich, um die nötige Druckkraft zu übertragen. Die primäre relative Geschwindigkeit wird durch die Schnittgeschwindigkeit erzeugt, was die Materialabtragung ermöglicht.

Um das Material von der gesamten Werkstückoberfläche abzutragen, muss eine weitere synchrone Bewegung, die Vorschubbewegung, dem Werkzeug oder Werkstück (je nach Fräsoperation unterschiedlich) entlang der beabsichtigten Richtung verliehen werden. Diese simultanen Aktionen von Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit zusammen mit der Vorschubbewegung erfüllen die grundlegenden Anforderungen der Bearbeitung.

Fazit

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sind erforderlich, um verschiedene CNC-Bearbeitungsparameter wie Werkzeugstandzeit, Energieverbrauch, Zeit und Rauheit zu optimieren. Das Zusammenspiel von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub ist von großem Nutzen für die Produktion von CNC-bearbeiteten Teilen. Um Schnittgeschwindigkeit und Vorschub festzulegen, müssen Ingenieure und Zerspaner diese vollständig verstehen.

Bei WayKen stehen unsere erfahrenen Ingenieure und Zerspaner zur Verfügung, um unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen zu erfüllen und sicherzustellen, dass die benötigten Teile und Produkte hergestellt werden. Wenn Sie sich über Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe bei Ihren CNC-bearbeiteten Teilen Sorgen machen, kontaktieren Sie uns noch heute. Sie erhalten immer das bestmögliche bearbeitete Teil.

FAQs

Sind Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit dasselbe?

Nein, Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit sind nicht dasselbe. Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug durch das zu schneidende Material bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der das zu schneidende Material am Schneidwerkzeug vorbeibewegt wird.

Was bedeutet SFM in der Bearbeitung?

SFM, auch Oberflächengeschwindigkeit genannt, steht für Surface Feet per Minute und ist ein gängiges Maß für die Schnittgeschwindigkeit in der Bearbeitung. Es gibt die Anzahl der Fuß an, die ein Werkzeug in einer Minute über ein Werkstück zurücklegen kann. Je höher der SFM, desto schneller die Schnittgeschwindigkeit.

Warum müssen Ingenieure und Zerspaner Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe bei der CNC-Bearbeitung berücksichtigen?

Ingenieure und Zerspaner müssen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe bei der CNC-Bearbeitung berücksichtigen, da sie direkt die Qualität des fertigen Produkts beeinflussen. Ist die Schnittgeschwindigkeit zu niedrig, wird das Material nicht sauber geschnitten und es besteht die Gefahr von Graten oder anderen Unvollkommenheiten.