Schneiden scharfer interner 90°-Winkel ohne EDM:Nutzung der Spindelausrichtung

Warum ist die Bearbeitung innerer rechter Winkel so schwierig?

Beim CNC-Fräsen ist das Erzielen scharfer Innenecken nicht nur schwierig, sondern mit Standardwerkzeugen oft auch physikalisch unmöglich.

Kernproblem

Beim CNC-Fräsen werden rotierende Werkzeuge verwendet, die keine perfekten 90°-Innenecken schneiden können. Der Werkzeugradius hinterlässt eine gekrümmte Innenecke, die als „Rest-R“ bezeichnet wird. Diese Form erfüllt nicht die Anforderungen an den geraden Winkel von quadratischen Schlitzen.

Traditionelle Lösungen

• Elektroerosionsbearbeitung (EDM):Präzise, aber langsam und teuer.
• Schlitzen/Nuten:Erfordert spezielle Ausrüstung.
• Manuelle Endbearbeitung:Anfällig für Inkonsistenz und Ungenauigkeit.

Vorteile der Spindelausrichtung

Durch die Spindelausrichtung kann die Spindel mithilfe der Rückmeldung vom Motor-Encoder in einem bestimmten Winkel positioniert werden, der typischerweise auf 0,2° genau ist. Durch die Verwendung spezieller rechtwinkliger Fräser können rechtwinklige Schlitze ohne zusätzliche Einrichtung oder Nachbearbeitung bearbeitet werden. Das Werkzeug wird automatisch aus dem Magazin entnommen und ermöglicht so eine kontinuierliche und wiederholbare Bearbeitung.

Spezifische Vorteile

• Präzisionsnutbearbeitung :Benutzerdefinierte Werkzeuge schneiden interne Schlitze in kontrollierten Winkeln.
• Einzelaufspannung: Kein Umspannen des Werkstücks erforderlich. Die Ausrichtung wird vereinfacht.
• Kostengünstig :Eliminiert EDM- oder Drittanbieterprozesse, insbesondere bei kleinen Chargen.

Der Schlüssel liegt in der Integration dieser Funktionalität durch intelligente Programmierung, individuelles Werkzeugdesign und CNC-Systementwicklung. Dies ist ohne größere Ausrüstungs-Upgrades möglich.

Fallstudie:Zylindrisches Aluminiumteil mit rechtwinkligen Schlitzen

Diese Aluminiumteile wurden in militärischer Kommunikationsausrüstung verwendet. Das Material war 6061-T6-Aluminium. Jedes Teil hatte 20 tiefe, schmale innere rechtwinklige Schlitze. Scharfe Innenwinkel waren für verschiebbare Leiterplattenschienen von entscheidender Bedeutung. (Die Zeichnungen wurden vereinfacht.)

Schlüsseldimensionen

• Schlitztiefe:13,5 mm
• Schlitzbreite:4,0 mm
• Anforderung an den Inneneckenradius:R ≤ 0,2 mm
• Toleranz der Schlitzbreite:±0,05 mm

Wie erreicht man scharfe Ecken ohne EDM?

EDM ist nicht die einzige Möglichkeit, den inneren rechten Winkel zu erzeugen, wenn Sie über die richtigen Werkzeuge und Techniken verfügen. So funktioniert es:

1. Designanalyse und Anforderungsbewertung

Eine vorläufige Überprüfung ergab, dass Standard-Schaftfräser einen Radius von etwa 2 mm hinterlassen würden, was weit über der akzeptablen Grenze liegt. Die Optionen schienen zu sein:

• EDM
• Sekundäres Schlitzen mit Spezialmaschinen (aufgrund des geringen Volumens und der engen Fristen nicht machbar)

Das Ingenieurteam entschied sich stattdessen für eine benutzerdefinierte Schlitzmethode. Sie verwendeten eine beliebige Spindelwinkelausrichtung und speziell entwickelte Mikronutwerkzeuge.

2. Maschinen-Setup

• Maschinenmodell :VH-85 mit FANUC Oi-MF-Steuerungssystem
• Werkzeuge :Kundenspezifische Schlitzwerkzeuge aus legiertem Werkzeugstahl, 4,0 mm dick, konzipiert für Tauchschneiden.
• Spindelwinkeleinstellung :Erreicht durch CNC-Systemanpassung unter Verwendung von M88/M89-Codes und Kontaktplan-Parametern.

3. Werkzeugwegstrategie:5 Schritte für die Schlitzbearbeitung im spitzen Winkel

Um eine scharfe Winkelbearbeitung ohne den Einsatz von EDM zu erreichen, entwickelte das Ingenieurteam eine klare und effiziente fünfstufige Bearbeitungsstrategie. Der Schwerpunkt liegt auf der logischen Anordnung der Werkzeugreihenfolge und der Verwendung der Spindelwinkelsteuerung zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit. Nachfolgend finden Sie eine vereinfachte Version dieses Prozesses:

Schritt 1:Grobbearbeitung der Gesamtkontur

Zum ersten Schneiden des inneren Hohlraums wird ein Schaftfräser mit 10 mm Durchmesser verwendet. Das Ziel dieses Schritts besteht darin, den Großteil des Materials schnell zu entfernen und für die anschließende Endbearbeitung vorzubereiten.

Schritt 2:Fertigbearbeitung der Innenkontur und Oberflächen

Anschließend wird ein Schaftfräser mit 8 mm Durchmesser verwendet, um die Innenkontur und die Oberflächengüte zu verfeinern. Die Außenkontur bleibt mit dem Rohmaterial verbunden, um die strukturelle Unterstützung für den folgenden Schlitzfräsprozess aufrechtzuerhalten.

Schritt 3:Schruppen des rechtwinkligen Schlitzes

Ein 3-mm-Schaftfräser wird zum Schruppen des 4 mm breiten geraden Schlitzes verwendet, wodurch das Materialvolumen und die Schnittlast für den anschließenden rechtwinkligen Schlitzvorgang reduziert werden.

Schritt 4:Spindelorientiertes Tauchfräsen

Mithilfe eines benutzerdefinierten Befehls (M98S…) wird die Spindel genau auf die Position des ersten Steckplatzes (in diesem Fall M98S0) ausgerichtet. Ein Unterprogramm wird zum Tauchfräsen und Fertigstellen des ersten horizontalen Schlitzes aufgerufen. Dieser Einstieg im Tauchstil ähnelt in gewisser Weise dem „Rasieren“ und eignet sich besser zum Erzeugen sauberer, scharfer rechtwinkliger Kanten. Nach Fertigstellung eines Schlitzes dreht sich die Spindel um 18° und fährt fort, bis alle Schlitze fertiggestellt sind.

Schritt 5:Trennung des Fertigteils vom Bestand

Das Außenprofil wird geschnitten, um das fertige Teil vom Rohteil zu trennen. Anschließend erfolgt die Endbearbeitung und das Anfasen der Außenkante. Dies markiert das Ende des Bearbeitungsprozesses.

Praktische Tipps:Wie gewährleistet man Präzision bei jedem Schnitt?

CNC-Maschinen sind in der Regel mit einem Spindelausrichtungsbefehl „M19“ ausgestattet, der die Spindel in einem festen Winkel arretiert. Dieser Winkel ist jedoch konstant und unveränderlich. Durch Modifizierung des CNC-Steuerungssystems ist es möglich, die Spindelausrichtung in jedem gewünschten Winkel zu erreichen, was die Flexibilität erheblich erhöht. Es war die Kombination der folgenden Tipps, die es dem Team ermöglichte, die Aufgabe erfolgreich abzuschließen:

Testschnitte zur Feinabstimmung

Vor der eigentlichen Bearbeitung wurden Probeschnitte an Restmaterial durchgeführt. Eine Sonde maß den Winkel nach jedem Schnitt. Die Ergebnisse wurden auf dem Maschinendisplay angezeigt und zur Anpassung der Winkeldaten im Hauptprogramm in Echtzeit verwendet.

Sperren Sie den Winkel

Sobald das Werkzeug ausgerichtet und der Winkel eingestellt ist, bleibt dieser für die gesamte Charge unverändert. Dies vermeidet eine Neukalibrierung beim Werkzeug- oder Teilewechsel.

FANUC Oi-MF Spindelpositionierungs-Setup

Nach dem Einrichten kann die Spindel mit M88S… im Programm in jedem beliebigen Winkel positioniert werden. Mit M89 verlassen Sie den Modus.

• Setzen Sie K0013.2 unter „SYSTEM“> „PMC-Wartung“ auf „1“
• Setzen Sie Parameter #3729 S1 auf „1“
• Benutzercodes definieren:„M88“ zum Aktivieren, „M89“ zum Deaktivieren

Traditionelles EDM vs. Spindelpositionierung

InformationenTraditionelle EDM-MethodeSpindelpositionierungsmethodeEinzelstückzeit153 Minuten28 MinutenEckenradius<0,15 mm<0,2 mmOberflächenrauheitRa 1,6–2,0Ra 1,2–1,6KostenHoch (Elektroden)Niedrig (kundenspezifische Werkzeuge)ProzessablaufAusgelagert, mehrere SetupsEinzelsetup, alles in einem

Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, dass der minimale Radius (R) des rechten Winkels sehr nahe an den durch EDM erreichten Werten liegt. Dieses R wurde absichtlich erstellt, um Werkzeugabsplitterungen beim „Schaben“-Schneiden zu verhindern, wenn sich das Werkzeug nicht dreht. Zur Erhöhung der Schlagfestigkeit ist ein kleiner Radius auf die Werkzeugkante geschliffen.

Bei der Bearbeitung von weichen, nichtmetallischen Materialien wie Kunststoffen ist dieser R nicht erforderlich und es kann theoretisch ein R=0 für die rechte Ecke erreicht werden. In den meisten Fällen wird für rechte Winkel ein Radius von R 0,2 mm oder kleiner als akzeptabel angesehen. Unter Berücksichtigung aller Faktoren bietet die Spindelausrichtungstechnologie einen klaren Kosteneffizienzvorteil.

Zusammenfassung der praktischen Erfahrungen

• Stellen Sie die Ausrichtung von Werkzeug und Werkstück sicher :Die Bearbeitung mit scharfen Winkeln reagiert äußerst empfindlich auf die Werkzeugausrichtung – selbst eine Abweichung von 0,5° kann die Schnittleistung beeinträchtigen.
• Wählen Sie ein Spannsystem mit hoher Steifigkeit :Der Einsatz eines Schrumpf-Werkzeughalters bietet im Vergleich zu herkömmlichen ER-Spannzangen eine deutlich höhere Steifigkeit und eignet sich daher besonders für enge und tiefe Kavitäten.
• Vermeiden Sie das Entfernen des Werkzeugs während des Prozesses :Wird ein Werkzeug aus dem Magazin entnommen, muss der Winkel neu eingestellt werden. Am besten ist es, die gesamte Charge ohne Werkzeugwechsel fertigzustellen.