Ein umfassender Überblick über Hochgeschwindigkeitsmaschinen

Was sind Hochgeschwindigkeitsmaschinen?

Wie der Name schon sagt, werden Hochgeschwindigkeitsmaschinen in der Industrie verwendet, um Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungsprozesse durchzuführen, ein Beispiel wäre das berüchtigte Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum. Die Idee der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung wurde ursprünglich von deutschen Erfindern, nämlich Dr. Carl Salmon, in den 1920er Jahren entwickelt. Die Idee wurde geboren, als der Erfinder entdeckte, dass die zwischen dem Werkstück und dem Schneidwerkzeug erzeugte Wärme bei der Bearbeitung eines bestimmten Werkstückmetalls bei einer bestimmten kritischen Drehzahl der Spindel ihren Höhepunkt erreicht.

Einfach gesagt, hoch Speed-Machining ist der Prozess, bei dem schnell leichte Schnitte mit niedrigem Druck erzeugt werden, die sich ideal für die Herstellung von Formen mit komplizierten Hohlraumgeometrien und Kernen sowie von Strukturkomponenten in der Luft- und Raumfahrtindustrie eignen. Diese schnellen Schnitte wiederum führen insgesamt zu einer Erhöhung des Materialabtrags. Technisch kann jede der Operationen oder eine Kombination davon als Hochgeschwindigkeitsbearbeitung definiert werden:

● Operation mit hoher Spindeldrehzahl (n).
● Operation mit hoher Abtragsleistung (Q).
● Betrieb mit hohem Vorschub (vf).
● Betrieb mit hoher Schnittgeschwindigkeit (vc).

Man sagt dass bis heute Werkzeugmaschinen und Prozessoren besser, schneller und stärker als je zuvor gemacht und ständig in rasantem Tempo auf den Markt gebracht werden, wobei sich jede von ihnen gegenseitig übertrifft. Ein solches Phänomen geht Hand in Hand mit der Tatsache, dass sowohl Teilehersteller als auch Werkstätten in der Lage sind, neue Wege zu finden, um die Produktivität der gewünschten Werkzeugmaschinen und Prozesse zu steigern.

Materialauswahl für Hochgeschwindigkeitsmaschinen

Wie bereits erwähnt, ist die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung besonders in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im Werkzeug- und Formenbau weit verbreitet. Vor diesem Hintergrund sind Stähle, rostfreier Stahl, Aluminium und Titan die gängigsten Metallarten, die Sie in Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsprozessen sehen werden, die für die jeweiligen Anwendungen am besten geeigneten Metallarten sind.

Da alle diese Metalle auf ihre Weise einzigartig sind, definiert jedes die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung anders. Beispielsweise werden Titanmetalle speziell während der Oberflächenendbearbeitungsphase der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verwendet. Die Oberfläche in Fuß pro Minute (SFM) kann sich verdreifachen, während der Vorschub gleich bleibt. Darüber hinaus bleibt die Drehzahl (RPM) während der Schruppphasen niedrig, kann aber während der Oberflächenbearbeitungsphase ansteigen.

Vorteile von Hochgeschwindigkeitsmaschinen

Entgegen der landläufigen Meinung besteht einer der größten Vorteile der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung darin, dass sie die Lebensdauer der Ausrüstung tatsächlich verlängert, da sowohl das Schneidwerkzeug als auch die Maschine selbst viel weniger beansprucht werden. Dies bedeutet, dass auch viel weniger Last auf die Maschine selbst gerichtet wird und der Werkzeugverschleiß im Gegensatz zu herkömmlichen Bearbeitungsprozessen unwahrscheinlicher wird.

Dank der erhöhten Geschwindigkeit und des Vorschubs, die bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verwendet werden wird das Material so schnell geschnitten, dass während des Prozesses kaum Wärme übertragen wird. Dies trägt dazu bei, die Verarbeitungszeit zu verkürzen (da das Abkühlen und Aushärten weniger Zeit in Anspruch nimmt) und gleichzeitig die Menge an Emissionen zu reduzieren.

Einschränkungen von Hochgeschwindigkeitsmaschinen

Auch in Werkstätten sind bei der Anwendung der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung mehrere Herausforderungen aufgetreten, die sehr viel mit der Materialauswahl, akzeptablen Geometrien der Werkstücke, verfügbarem Platz in der Werkstatt, Spindelleistung, Teilekomplexität, CNC-Maschinen für das Schnellfräsen, Werkzeuglebensdauer und wie geschult die Bediener sind. All diese Faktoren sind für einen reibungslosen Ablauf der Hochgeschwindigkeitsproduktion unerlässlich. Und wenn Sie eine CNC-Maschine für Ihre Werkstatt kaufen, sind dies die wichtigsten Faktoren, die Sie berücksichtigen sollten.

Die größte Herausforderung besteht nun darin, dass nicht alle Materialien ideal für Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungsprozesse sind. Sie sind also wirklich nur auf diejenigen beschränkt, die gut geeignet sind, auch bekannt als die Zähigkeit von gehärteten Metallen, einschließlich gehärteter Stähle, Edelstahl, Titan und Werkzeugstahl. Grundprinzip dabei ist, dass zur Schonung der Schneidwerkzeugstandzeit der Maschine unterschiedliche Materialien mit entsprechend unterschiedlichen Geschwindigkeiten bearbeitet werden sollten.

Ein weiterer bekannter Faktor hat mit der Geometrie von Werkstücken zu tun. Die maximale Tiefe eines Unterschnitts kann leicht durch diejenigen mit Innenschnitten begrenzt werden, wie viele Hersteller warnen. Es wurde auch gesagt, dass CNC-Maschinen, die nicht für Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausgelegt sind, am Ende viele Schrottteile und kaputte Werkzeugmaschinen produzieren können, weshalb viele dieser Maschinen bei bestimmten Drehzahlen tatsächlich Kompromisse eingehen. Daher ist es offensichtlich, dass die Leistungsfähigkeit der einzelnen Maschine direkt mit der Leistung von Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungsprozessen verbunden ist.

Richtige Bearbeitungsstrategien für Hochgeschwindigkeitsmaschinen

Die erste und wichtigste Aufgabe für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist die Auswahl geeigneter Werkzeugmaschinen. Gemäß dem Grundsatz, dass sich der Drehmoment- und PS-Bedarf der Maschine bei Materialwechsel ändert, müssen Werkzeugmaschinen sorgfältig ausgewählt werden. Beispielsweise ist eine Maschine, die für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Aluminium geeignet ist, möglicherweise nicht für andere Materialien geeignet. Überprüfen Sie daher immer das Leistungs- und Drehmomentdiagramm der Maschine, bevor Sie mit einem Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsvorgang beginnen, um sicherzustellen, dass die Maschine in der Lage ist, die beabsichtigten Anforderungen zu erfüllen. Ausdünnungs- und Kurventechniken sollten während Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsvorgängen angewendet werden. Dies beinhaltet typischerweise Eckenradiusvorschubkompensation, trochoidale Frästechniken und Ein- und Ausrollen. Wie viele Experten angemerkt haben, wird die Verwendung geeigneter Techniken Ihre Maschinen vor Überlastung bewahren.