Arten und Klassifizierung von Bearbeitungsprozessen | Fertigungswissenschaft

Dieser Artikel beleuchtet die Bearbeitungsarten. Die Typen sind:- 1. Formen und Planung 2. Drehen und Bohren 3. Bohren und 4. Fräsen. Es ist notwendig, sich mit den tatsächlichen Bearbeitungsvorgängen und ihren Analysen vertraut zu machen. In diesem Artikel gehen wir nicht auf die extremen technologischen Details und alle möglichen Bearbeitungsarten ein, sondern behandeln nur die ganz grundlegenden und gebräuchlichen Bearbeitungsvorgänge.

Arten des Bearbeitungsprozesses Nr. 1. Formgebung und Planung:

Die grundlegende Natur des Materialentfernungsprozesses ist in beiden Fällen gleich. Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass beim Formen die primäre (Schneid-)Bewegung auf das Werkzeug und der Vorschub auf das Werkstück gegeben wird, während es bei der Planung nur das Gegenteil.

Der Schneidvorgang ist von Natur aus intermittierend und findet während des Vorwärtshubs statt. Beim Zurückfahren des Werkzeugs (bzw. des Jobs) wird die Vorschubbewegung ausgeführt, wenn kein Schneidvorgang stattfindet. Abbildung 4.34 zeigt einige Details der Schneidzone.

Bei einem tatsächlichen Schneidvorgang sind die Hauptparameter die Hübe pro Zeiteinheit (N), die Hublänge (S), das Schnellrückstellverhältnis (R) (Versatz / Hub), die Schnitttiefe ( d) und die Werkzeugwinkel. Um diese Parameter in die grundlegenden Bearbeitungsparameter umzurechnen, genügt es, Abb. 4.34 im Schnitt zu betrachten.

Es sollte daran erinnert werden, dass die Bedingung der orthogonalen Bearbeitung im Allgemeinen nicht erfüllt ist, aber wir werden den Prozess unter der Annahme behandeln, dass die Mechanik der orthogonalen Bearbeitung anwendbar ist. Was den Stromverbrauch angeht, sind die Ergebnisse nicht sehr ungenau. Die ungeschnittene Dicke und die Schnittbreite ergeben sich aus den Beziehungen –

Wobei Ψ der primäre Hauptschneidkantenwinkel ist. Aus der Schnittdarstellung (Abb. 4.34) ergibt sich der Spanwinkel zu α (auch Normalspan genannt). Bild 4.35 zeigt die Schnitt- und Schubkomponenten der Kraft.

Die Schneidkomponente F_C wirkt gegen v und F_T wirkt senkrecht zur Übergangsfläche. F_T kann wieder in zwei Komponenten aufgelöst werden, nämlich F_f (Futterkomponente) und F_n (Komponente senkrecht zur bearbeiteten Oberfläche), als –

Die Zerspanungsrate wird durch LdƒN angegeben, wobei L die Länge des Auftrags und N die Anzahl der Schnitthübe pro Zeiteinheit ist. Die Schnittzeit kann auch ermittelt werden, wenn die Arbeitsbreite (B), die Gesamttiefe, um die die Arbeitsfläche abgesenkt werden muss (H), die Schnitttiefe (d), der Vorschub (ƒ) und die Schnitthub pro Zeiteinheit (N) angegeben. Die Gesamtzeit –

Arten von Bearbeitungsprozessen # 2. Drehen und Bohren:

Drehen ist eine der häufigsten Operationen. Durch diesen Vorgang werden im Allgemeinen Rotationsflächen hergestellt, obwohl die ebenen Flächen durch Plandrehen hergestellt werden. Alle Dreharbeiten werden auf Drehmaschinen durchgeführt. Die wichtigsten Arten von Drehbearbeitungen sind – (i) Drehen von zylindrischen und abgestuften zylindrischen Flächen, (ii) Drehen von kegeligen und gekrümmten Rotationsflächen, (iii) Drehen von Schraubengewinden und (iv) Plandrehen und Abstechen. Wenn eine Innenfläche bearbeitet wird, wird der Vorgang allgemein als Bohren bezeichnet.

Die Bohrvorgänge können auch zum Herstellen verschiedener Arten von Innenflächen der Rotation durchgeführt werden. Wir besprechen hier die Mechanik einer einfachen Drehoperation. Dies kann dann bei Bedarf auf die verschiedenen anderen Sonderoperationen ausgeweitet werden. Abbildung 4.37a zeigt einen einfachen Drehvorgang. Das für eine solche Operation verwendete Werkzeug wird allgemein als Einpunktwerkzeug bezeichnet.

Die detaillierte Geometrie dieser Operation ist in Abb. 4.37b dargestellt. Abbildung 4.38 zeigt die verschiedenen Ansichten und Winkel eines Einschneidwerkzeugs. Die Parameter in der entsprechenden Grundbearbeitung finden Sie als –

Wobei Ψ der seitliche Schneidkantenwinkel ist. Der normale Spanwinkel α kann bei der Angabe der Werkzeugwinkel ermittelt werden. Im Allgemeinen ist die Bedingung der Orthogonalität nicht erfüllt, aber um die Diskussion im Rahmen dieses Textes zu halten, gehen wir von einer orthogonalen Bearbeitung aus. Die Schnittgeschwindigkeit wird angegeben als –

Wobei N die Anzahl der Auftragsumdrehungen pro Zeiteinheit und D der Auftragsdurchmesser ist. Da die Schnitttiefe d im Vergleich zu D sehr klein ist, kann angenommen werden, dass die Schnittgeschwindigkeit über die gesamte Schnittbreite konstant ist und gleich dem Wert von Gleichung (4.41) ist. Um die Bedingung der orthogonalen Bearbeitung zu erfüllen, sollte die Schneide senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor stehen, und es kann leicht gezeigt werden, dass die von den Werkzeugwinkeln zu erfüllende Bedingung – . ist

Geben Sie # ein 3. Bohren:

Der häufigste Vorgang zum Herstellen von Löchern ist das Bohren und wird normalerweise mit Hilfe eines Spiralbohrers durchgeführt. Im Gegensatz zum Umformen und Drehen handelt es sich hierbei um zwei Hauptschneiden. Abbildung 4.41 zeigt einen Bohrvorgang.

Wenn der Gesamtvorschub des Bohrers pro Umdrehung (die Vorschubgeschwindigkeit) ƒ beträgt, beträgt der Anteil jeder Schneidkante ƒ/2, da jede Lippe die ungeschnittene Schicht erhält, deren Oberseite mit der anderen Lippe 180° nach vorn geschlichtet (bei 180° Drehung beträgt die vertikale Verschiebung des Bohrers ƒ/2). Die ungeschnittene Dicke t₁ und die Schnittbreite w sind gegeben als –

r ist der Radius der Stelle an der Schneide, an der der normale Spanwinkel bewertet wird, D der Nenndurchmesser des Bohrers, β der halbe Spitzenwinkel (Abb. 4.41b) und Ψ der Schrägungswinkel (Abb. 4.42).

Tabelle 4.12 gibt die typischen Werte der Bohrwinkel und Parameter an.

Es sollte beachtet werden, dass beim Bohren die Variationen der Schnittgeschwindigkeit und anderer Parameter entlang der Schneidkante merklich sind und das ganze Phänomen sehr komplex ist. Alle unsere Berechnungen basieren jedoch auf dem Mittelpunkt jeder Schneide. Die Wirkung aller auf den Bohrer wirkenden Kräfte (Abb. 4.43) kann durch ein Widerstandsmoment M und eine Schubkraft F dargestellt werden. Die Wirkung an der Querschneide ist nicht wirklich eine schneidende Wirkung; vielmehr drückt es sich wie ein Keil in das Material ein. Der Einfluss der Querschneide auf das Drehmoment ist aber ebenso wie auf die Drehachse vernachlässigbar.

Der Beitrag der Querschneide zur Entwicklung der Schubkraft ist beträchtlich. Die Gesamtschubkraft F kann ausgedrückt werden als –

Arten von Bearbeitungsprozessen # 4. Fräsen:

Fräsen ist vielleicht der vielseitigste Bearbeitungsvorgang und die meisten Formen können durch diesen Vorgang erzeugt werden. Es ist insbesondere für die Bearbeitung der Teile ohne Rotationssymmetrie unverzichtbar. Im Gegensatz zu Dreh-, Form- und Bohrwerkzeugen besitzt das Fräswerkzeug eine Vielzahl von Schneiden. Die Welle, auf der der Fräser montiert ist, wird allgemein als Dorn bezeichnet.

Die Fräsoperationen können in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden, nämlich – (i) horizontales Fräsen und (ii) vertikales Fräsen. Beim Horizontalfräsen ist die Fräserachse horizontal. Abbildung 4.44 zeigt einige gängige horizontale Fräsoperationen. Das Horizontalfräsen kann wiederum in Abhängigkeit von den relativen Schnitt- und Vorschubrichtungen in zwei Gruppen eingeteilt werden. Bei einer Anordnung wie in Abb. 4.45a wird die Operation als Fräsen bezeichnet.

Wenn die Schnitt- und die Vorschubbewegung in die gleiche Richtung verlaufen (Abb. 4.45b), wird der Vorgang als Gleichlauffräsen bezeichnet. Da beim Gleichlauffräsen die Tendenz besteht, dass der Auftrag in den Fräser hineingezogen wird, ist das Gleichlauffräsen sicherer und wird üblicherweise durchgeführt. Das Gleichlauffräsen führt jedoch zu einer besseren Oberflächengüte und längeren Werkzeugstandzeiten. Wenn die Schneidkanten spiralförmig sind, ist der Schneidvorgang glatter und es wird ein besseres Finish erzielt. Dies ist auf den allmählichen Eingriff der Schneide zurückzuführen.

Die Fräserachse ist beim Vertikalfräsen vertikal und (im Allgemeinen) senkrecht zur Arbeitsfläche. Das Schema der Spanbildung beim Flachplattenfräsen mit einem geraden Fräser ist in Abb. 4.47a erläutert. Der Fräser hat einen Durchmesser D und die vorgesehene Schnitttiefe ist d. Beim Fräsen mit einem geraden Fräser ist die Bearbeitung orthogonal und die Kinematik der Spanbildung ist wie in Abb. 4.47b dargestellt.

Da alle Schneidkanten an der Bearbeitung beteiligt sind, wird eine Untersuchung des Prozesses erleichtert, indem nur die Wirkung eines einzelnen Zahns berücksichtigt wird. Wenn ƒ die Vorschubgeschwindigkeit des Tisches in mm/min ist, beträgt der effektive Vorschub pro Zahn in mm ƒ/(NZ), wobei N die Fräserdrehzahl und Z die Zähnezahl des Fräsers ist.

Der Materialabtrag pro Breiteneinheit des Jobs wird durch ƒd angegeben. Aus Abb. 4.47b ist deutlich zu erkennen, dass die Dicke des Rohmaterials vor der Schneidkante allmählich zunimmt, in Oberflächennähe ein Maximum erreicht und dann schnell wieder auf Null abfällt. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit im Vergleich zur Umfangsgeschwindigkeit des Fräsers klein ist, dann –

Also die Schnittkraftkomponenten F_C und F_T (in Abb. 4.48 gezeigt) nicht nur die Richtung, sondern auch die Größe ändern, wenn sich die Schneide entlang der Schnittfläche bewegt.

Es ist offensichtlich, dass beim Schneiden mit einem geraden Messer keine Komponente der Schnittkraft entlang der Messerachse vorhanden ist. Die durchschnittliche Rohdicke kann als die Hälfte des Maximalwertes genommen werden. Also –

Die Durchschnittswerte von F_C und F_T kann mit diesem Wert der ungeschnittenen Dicke näherungsweise ermittelt werden. Da F_T wirkt in radialer Richtung, es erzeugt kein Drehmoment und das Dorndrehmoment kommt nur von der Komponente F_C . Das Drehmoment M aufgrund eines Schneidezahns ist also F_C (d/2) und variiert ungefähr als F_c . Abbildung 4.49 zeigt die Variation des Dorndrehmoments (M) mit der Dorndrehung für die Wirkung nur eines einzelnen Zahns.

Um nun das Gesamtdrehmoment (M̅) zu erhalten, sollten die Momente aufgrund aller Zähne richtig überlagert werden. Dies führt zu drei verschiedenen Möglichkeiten, nämlich (i) β <2π / Z, (ii) β =2π / Z und (iii) β> 2π / Z. Abbildung 4.50a zeigt die drei verschiedenen Möglichkeiten; das jeweils entsprechende Dorndrehmoment ist in Abb. 4.50b dargestellt. Aus Abb. 4.50 ist ersichtlich, dass bei einem geraden Fräser die Kraft und das Drehmoment des Dorns stark schwanken, was zu Vibrationsproblemen führen kann.

Wenn ein Wendelfräser verwendet wird, beginnt und endet der Kontakt zwischen der Schneide und dem Werkstück allmählich. Hier sind das Dorndrehmoment aufgrund eines einzelnen Zahns und das Gesamtdrehmoment von der Art, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. 4.51a bzw. 4.51b. Die Bearbeitungsleistung kann berechnet werden, indem das Produkt aus der Spindeldrehzahl und dem durchschnittlichen Gesamtdrehmoment der Spindel gebildet wird. Es kann angenommen werden, dass die durchschnittliche Schubkraft entlang der radialen Mittellinie des Kontaktbogens des Werkstücks wirkt.