Beherrschung der Schnitttiefe bei der CNC-Bearbeitung:Präzise Berechnung und Steuerung

Wenn Sie entscheiden, dass die CNC-Bearbeitung die Methode ist, die Sie benötigen, um Ihr Werkstück fertigzustellen, dann müssen Sie wissen, dass die Schnitttiefe (DOC) einer der drei wichtigsten Parameter ist, die die Qualität des Bearbeitungsprodukts beeinflussen.

Dieser Artikel hilft Ihnen zu verstehen, was unter Schnitttiefe bei der Bearbeitung zu verstehen ist, warum Sie sie kontrollieren müssen, was der Unterschied zwischen Spandicke und Schnitttiefe ist und wie man sie berechnet.

Im Bearbeitungsprozess gibt die Schnitttiefe einfach an, wie tief das Schneidwerkzeug in ein Werkstück eindringt und es durchschneidet, um einen Span zu erzeugen. Bei einem idealen Schneidprozess entsteht ein Span, wenn sich das CNC-Schneidwerkzeug bis zu einer bestimmten Tiefe innerhalb der Werkstückoberfläche nach links bewegt. Diese Tiefe wird als Schnitttiefe oder DOC bezeichnet. Wenn Sie eine ähnliche und einfache Anwendung benötigen, können Sie sehen, wie Schokoladenlocken oder Schokoladenspäne geschnitten werden.

Die Schnitttiefenwerte werden entweder in Zoll oder Millimetern gemessen und variieren normalerweise zwischen 0,1 und 1 mm.

Warum müssen Sie die Schnitttiefe bei der Bearbeitung kontrollieren?

Die Schnitttiefe hat einen direkten Einfluss auf den Bearbeitungsprozess, wie zum Beispiel:

• Die Hitze steigt an der Werkzeugspitze;
• Werkzeugverschleißrate;
• Stärke des verarbeiteten Produkts;
• Die Qualität der bearbeiteten Oberfläche.

Beispielsweise besteht bei geglühten Metallen eine Tendenz zur Bildung von Aufbauschneiden (BUE) als bei kaltverformten im Schneidprozess. Der BUE-Chiptyp besteht aus Späneschichten, die sich an der Werkzeugspitze ansammeln. Wenn daher die Schnitttiefe zu tief ist, wirkt sich unkontrolliertes BUE auch negativ auf die Oberflächenbeschaffenheit aus.

Wie interagiert die Schnitttiefe mit anderen Bearbeitungsfaktoren?

Die Schnitttiefe ist einer der unabhängigen Faktoren, die den Bearbeitungsprozess beeinflussen, was bedeutet, dass sie vom Bediener gesteuert wird. Die Schnitttiefe interagiert jedoch mit anderen Faktoren und beeinflusst die resultierende Oberfläche des Werkstücks und seine Eigenschaften.

Schnitttiefe und Kühlflüssigkeit

Mit abnehmender Schnitttiefe nimmt die Spankrümmung ab und der Span wird wellig. In diesem Fall und wenn die Hitze an der Werkzeugspitze ansteigt, könnte man meinen, dass die Zugabe von Kühlflüssigkeit den Prozess abkühlt.

Durch die Zugabe von CNC-Kühlflüssigkeit wird der Span jedoch noch stärker gewellt, der Kontakt zwischen Werkzeug und Span verringert und die Wärme am Werkzeug konzentriert, was den Werkzeugverschleiß deutlich erhöht. In diesem Fall könnte ein Spanbrecher hilfreich sein.

Schnitttiefe, Spanwinkel und Schnittgeschwindigkeit

Ein weiteres Beispiel findet sich in der Bearbeitung von Thermoplasten. Thermoplaste haben im Allgemeinen eine geringe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Elastizitätsmodul. Das bedeutet, dass sie bei der Bearbeitung stark von Wärmeschwankungen an der Werkzeugspitze betroffen sind. Schnitttiefe, Spanwinkel und Schnittgeschwindigkeit müssen alle relativ zueinander angepasst werden, um einen Temperaturanstieg und die Bildung von gummiartigen und klebrigen Spänen an der Werkzeugspitze zu vermeiden.

Es ist auch wichtig zu wissen, dass die Schnitttiefe neben Schnittgeschwindigkeit und Vorschub einer der drei wichtigsten Parameter ist, die die Werkzeugstandzeit beeinflussen.

Wie berechnet man die Schnitttiefe?

Die Bedeutung quantitativer Beziehungen zwischen verschiedenen Variablen ist offensichtlich, wenn Sie die Schnitttiefe berechnen müssen. Warum wird die Temperatur des Werkzeugs hoch? Warum ist die Oberflächenbeschaffenheit schlecht? Warum verschleißt das Schneidwerkzeug schnell? Und viele mehr.

Um die Schnitttiefe zu berechnen, müssen Sie die folgenden Parameter angeben:

• Was ist der Bearbeitungsprozess (Fräsen, Drehen usw.)
• Werkstückmaterial
• Tooltip-Eigenschaften
• Maschinenfunktionen
• Erforderliche Oberflächenbeschaffenheit und Toleranz

Schnitttiefe im Drehprozess

Beim CNC-Drehen dreht sich das Werkstück, während das Werkzeug eine Materialschicht abträgt, während es sich entlang der Länge des Werkstücks bewegt. Die Schnitttiefe kann mit dem Vorschub oder der Vorschubgeschwindigkeit identisch sein. Dabei handelt es sich einfach um die Strecke, die das Werkzeug bei jeder Umdrehung im Laufe der Zeit entlang des Werkstücks zurücklegt, und sie hat die Einheit mm/min.

Daher kann die Schnitttiefe einfach durch die Dicke des abgetragenen Materials definiert und berechnet werden aus:

Schnitttiefe im Fräsprozess

Beim CNC-Fräsverfahren rotiert das Werkzeug bei stillstehendem Werkstück. Die Schnitttiefe gibt einfach an, wie tief das Werkzeug in einer Umdrehung in das Werkstück schneidet. Im Allgemeinen beträgt die Schnitttiefe bei großen Durchmessern über 20 mm das Vierfache des Durchmessers des Schneidwerkzeugs und bei kleineren Werkzeugdurchmessern das Zehnfache des Durchmessers.

Vergleichen Sie den Wert der Spandicke mit dem Wert der Schnitttiefe

Es ist wichtig, zwischen Spandicke und Schnitttiefe zu unterscheiden, da diese NICHT gleich sind und NICHT den gleichen Wert haben.

Um es zu erklären, müssen wir uns Abbildung 1 des idealen Schneidprozesses genauer ansehen. Der Wert der Schnitttiefe (bezeichnen wir ihn mit to) unterscheidet sich von der Spandicke (tc).

Abbildung 1:Idealer Schneidprozess

Der Spanentfernungsprozess erfolgt durch Scheren an einer genau definierten Scherebene und mit einem definierten Scherwinkel ϕ, wie in der folgenden Abbildung 2 dargestellt. Dadurch ist der Wert der Spandicke immer größer als der Wert der Schnitttiefe.

Abbildung 2:Grundlegender Mechanismus der Spanbildung

Schnittverhältnis vs. Spankompressionsverhältnis

Das Verhältnis zwischen der Schnitttiefe und der Spandicke to/tc wird Schnittverhältnis oder Spandickenverhältnis genannt und mit (r) bezeichnet und kann wie folgt berechnet werden:

Er kann auch aus dem Scherwinkel ϕ und dem Spanwinkel α wie in Abbildung 1 wie folgt berechnet werden:

Wo:

ϕ:Scherwinkel
α:Spanwinkel

Der Kehrwert dieses Wertes wird Spankompressionsverhältnis oder Spankompressionsfaktor genannt und gibt an, wie groß die Spandicke im Vergleich zur Schnitttiefe ist.

Bonus:Schnitttiefe im Vergleich zu Schnittkräften und -leistung

Die Kenntnis der Schnittkraft und -leistung ist für die Berechnung des DOC von entscheidender Bedeutung. Sie können wichtige Parameter bereitstellen wie:

• Werkzeuge mit der erforderlichen Festigkeit, um schnellen Verschleiß zu vermeiden und die beste Effizienz und Oberflächengüte zu bieten.
• Werkstückhalter und Vorrichtungen, die diesen Kräften mit minimaler Verformung standhalten.

Die erforderliche Leistung ist einfach das Produkt aus Schnittkraft multipliziert mit der Geschwindigkeit und kann wie folgt berechnet werden:

Wobei Fc die „Schnittkraft“ ist und als die Kraft definiert ist, die das Werkzeug ausübt, um durch das Werkstück zu schneiden, und die in die gleiche Richtung wie die Werkzeuggeschwindigkeit V wirkt.

Die gesamte spezifische Energie ist die Gesamtenergie, die erforderlich ist, um die zum Durchschneiden der Oberfläche erforderliche Scherkraft (us) auszuüben, zusätzlich zur spezifischen Reibungsenergie, die die Energie ist, die zur Überwindung der Reibung zwischen dem Werkzeug und der Oberfläche (uf) erforderlich ist.

Die scherspezifische Energie und die reibungsspezifische Energie hängen von der Schnitttiefe ab und können wie folgt berechnet werden:

Die Spangeschwindigkeit hängt wie folgt von der Schnittgeschwindigkeit ab:

Daher ist es erwähnenswert, dass diese Formeln auch umgekehrt zur Berechnung der Schnitttiefe verwendet werden können, wenn Sie bestimmte Maschinenparameter haben.

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Die Bearbeitung ist ein komplexer Vorgang und es ist kein einfacher Prozess, quantitative Werte für alle Parameter zu ermitteln und die Bearbeitbarkeit eines bestimmten Materials zu bestimmen.

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Schlussfolgerung

Die Schnitttiefe ist ein sehr wichtiger Parameter, der vor Beginn des Bearbeitungsprozesses berücksichtigt werden sollte. Wie bereits erläutert, wirkt sich der Schnitttiefenwert direkt auf abhängige Bearbeitungsparameter wie Bearbeitungskräfte und spezifische Energien aus. Die Berechnung dieser Werte hat nicht nur Einfluss auf die Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks, sondern auch auf das Werkzeugmaterial, die Art der Befestigung und die Möglichkeit der Verwendung eines Kühlmittels.