Werkzeug-Rundlauf beim CNC-Fräsen minimieren: Bewährte Strategien für Präzision

Im CNC-Fräsvorgang gibt es viele Ursachen für Bearbeitungsfehler. Der durch Werkzeug-Rundlauf verursachte Fehler ist ein wichtiger Faktor, der direkt den minimalen Formfehler und die geometrische Genauigkeit der bearbeiteten Fläche beeinflusst, die die Maschine unter idealen Bedingungen erreichen kann. Im tatsächlichen Schnitt beeinflusst der Werkzeug-Rundlauf die Bearbeitungsgenauigkeit, Oberflächenrauheit, ungleichmäßigen Werkzeugverschleiß und die Schnittprozesseigenschaften von Mehrschneiden-Werkzeugen. Je größer der Rundlauf, desto instabiler der Bearbeitungszustand, desto stärker die Beeinträchtigung.

Ursachen des Rundlaufs

Fertigungs- und Spannfehler von Werkzeug und Spindelkomponenten verursachen Versatz und Exzentrizität zwischen Werkzeugachse und idealer Spindeldrehachse, ebenso wie spezifische Bearbeitungstechnologie und Vorrichtungen, die den Werkzeug-Rundlauf während der Bearbeitung verursachen können.

1. Einfluss des Eigen-Rundlaufs der Spindel

Hauptgründe für Spindel-Rundlauffehler: Koaxialitätsfehler der Spindelzapfen, diverse Lagerfehler, Koaxialitätsfehler zwischen Lagern. Ihr Einfluss auf die radiale Drehgenauigkeit der Spindel variiert mit dem Bearbeitungsmodus. Diese Faktoren entstehen bei Maschinenfertigung und -montage; der Bediener als Maschinenbediener kann ihren Einfluss kaum vermeiden.

2. Einfluss der Inkongruenz zwischen Werkzeugmitte und Spindeldrehzentrum

Wenn das Werkzeug auf der Spindel montiert ist und die Werkzeugmitte nicht mit dem Spindeldrehzentrum übereinstimmt, verursacht das Werkzeug unweigerlich Rundlauf. Konkrete Einflussfaktoren: Passung von Werkzeug und Spannfutter, Korrektheit der Werkzeugmontagemethode, Werkzeugqualität selbst.

3. Einfluss der spezifischen Bearbeitungstechnologie

Der Werkzeug-Rundlauf während der Bearbeitung wird hauptsächlich durch die radiale Schneidkraft verstärkt. Radiale Schneidkraft ist die Komponentenkraft der Gesamtschneidkraft in radialer Richtung. Sie bewirkt Werkstückbiegeverformung und Schwingungen während der Bearbeitung – Hauptkomponente für Werkstückqualität. Beeinflusst hauptsächlich durch Schnittwerte, Werkzeug- und Werkstückmaterial, Werkzeuggeometrie, Schmierverfahren und Bearbeitungsmethode.

Wege zur Reduzierung des Rundlaufs

Da der Werkzeug-Rundlauf während der Bearbeitung hauptsächlich durch die radiale Schneidkraft verstärkt wird, ist die Reduzierung der radialen Schneidkraft ein wichtiges Prinzip zur Rundlaufminimierung. Folgende Methoden können angewendet werden:

1. Scharfe Werkzeuge einsetzen

Größeren Spanwinkel wählen, um Werkzeug schärfer zu machen → Schneidkraft und Schwingung reduzieren. Größeren Freiwinkel wählen, um Reibung zwischen Hauptfreifläche und elastischer Erholungsschicht der Übergangsfläche zu verringern → Schwingung reduzieren. Aber: Spanwinkel und Freiwinkel nicht zu groß wählen, sonst unzureichende Festigkeit und Wärmeableitfläche. Je nach Situation unterschiedliche Winkel wählen. Schruppen: kleiner; Schlichten: größer für schärferes Werkzeug zur Rundlaufreduzierung.

2. Stabile Werkzeuge einsetzen

Zwei Hauptwege zur Werkzeugverstärkung: (1) Werkzeugschaftdurchmesser erhöhen. Bei gleicher radialer Schneidkraft: 20 % größerer Schaftdurchmesser → 50 % geringerer Werkzeug-Rundlauf. (2) Werkzeugauskraglänge verringern. Je größer der Auskrag, desto größer die Verformung. Bei ständiger Veränderung ändert sich der Rundlauf kontinuierlich → unebene Oberfläche. 20 % kürzerer Auskrag → 50 % geringerer Rundlauf.

3. Vorderseite des Werkzeugs glatt halten

Während der Bearbeitung reduziert glatte Vorderseite die Spanreibung am Werkzeug und die Schneidkraft, wodurch der Werkzeug-Rundlauf sinkt.

4. Spindelkegel und Spannfutter reinigen

Spindelkegel und Spannfutter sauber halten, frei von Staub und Bearbeitungsspänen. Bei Werkzeugwahl: kürzeren Auskrag bevorzugen, Kraft vernünftig und gleichmäßig, nicht zu groß oder zu klein.

5. Vernünftiges Schnittengagement wählen

Zu geringes Engagement verursacht Schleifen bei der Bearbeitung → kontinuierliche Rundlaufänderung. Wenn bearbeitete Fläche nicht glatt, steigt Schneidkraft → große Werkzeugverformung → erhöhter Rundlauf → unebene Fläche.

6. Beim Schlichten Gegenlauffräsen (Up Milling) anwenden

Beim Gleichlauffräsen (Down Milling) ändert sich die Spaltposition zwischen Spindel und Mutter → ungleichmäßiger Tischvorschlag → Stoß und Vibration → beeinträchtigt Maschinen- und Werkzeuglebensdauer sowie Oberflächenrauheit. Beim Gegenlauffräsen ändert sich Schneiddicke von klein nach groß, Werkzeuglast steigt progressiv an → stabilerer Schnitt. Hinweis: Nur für Schlichten; Schruppen weiterhin Gleichlauffräsen wegen höherer Produktivität und Werkzeugstandzeit.

7. Kühlschmierstoff sinnvoll einsetzen

Vernünftiger Kühlschmierstoffeinsatz, hauptsächlich Kühlwassermischung, hat geringen Einfluss auf Schneidkraft. Schneidöl mit Hauptfunktion Schmierung kann Schneidkraft signifikant reduzieren. Durch Schmiereffekt verringert es Reibung zwischen Vorderseite/Span und Freifläche/Übergangsfläche → Werkzeug-Rundlauf reduzieren.

Fazit

Die Praxis beweist: Solange die Fertigungs- und Montagegenauigkeit jedes Maschinenteils sichergestellt und vernünftige Prozesse und Vorrichtungen gewählt werden, kann der Einfluss des Werkzeug-Rundlaufs auf die Werkstückbearbeitungsgenauigkeit minimiert werden.