Was ist Hochgeschwindigkeitsbearbeitung?
Hängt davon ab, wen Sie fragen.
Manche Leute behandeln es wie einen Marketingbegriff. -Schreiben Sie „hohe Geschwindigkeit“ auf das Datenblatt und verlangen Sie mehr. Andere geraten in hitzige Auseinandersetzungen über genaue Drehzahlschwellen. Die nützliche Antwort liegt irgendwo dazwischen.
Unter Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) versteht man im Allgemeinen das Schneiden mit Geschwindigkeiten, die fünf- bis zehnmal schneller sind, als es für ein bestimmtes Material als normal gilt. Aber „normal“ verändert sich ständig, da sich Werkzeuge und Maschinen verbessern, und so ändert sich auch die Definition. Vor zwanzig Jahren waren 8.000 U/min schnell. Jetzt schaffen VMCs der Einstiegsklasse das, ohne es zu versuchen.
Die Sache mit Salomon
In nahezu jedem Artikel über HSM wird Carl Salomon und sein deutsches Patent von 1931 erwähnt. Hier ist die Kurzfassung: Er führte Experimente zum Schneiden von Aluminium mit Spiralfräsern bei damals lächerlichen Geschwindigkeiten durch ({2}}in einigen Tests bis zu 16.500 m/min-) und stellte fest, dass die Schneidtemperatur nicht einfach immer weiter ansteigt. Sie erreicht bei einer kritischen Geschwindigkeit ihren Höhepunkt und sinkt dann, wenn Sie schneller fahren.
Die Patentnummer lautet 523594, falls Sie sich damit befassen möchten. Die meisten von Salomons ursprünglichen Forschungsnotizen gingen während des Krieges verloren, weshalb es immer noch Debatten darüber gibt, was genau er gemessen hat und wie. Forscher an Orten wie Aachen versuchten jahrelang, seine Kurven zu überprüfen. Der Konsens besteht nun darin, dass die grundlegende Beziehung gilt, sie ist jedoch komplizierter als eine einfache Linie in einem Diagramm.
Warum ist das wichtig? Denn es deutet auf einen Modus hin, bei dem ein schnelleres Schneiden tatsächlich weniger Wärme im Werkstück erzeugt. Und für jeden, der Teile bearbeitet, die keine thermische Verformung vertragen-dünne Wände, enge Toleranzen, komplexe Geometrie-das ist eine große Sache.
Wärme geht wohin?
Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten passiert, zumindest laut Lehrbüchern, Folgendes: Der Span entsteht und verlässt so schnell, dass er den Großteil der Schnittwärme mit sich führt. Einige Quellen verwenden Zahlen wie 90 % oder 95 %. Ehrlich gesagt ist es schwierig, dies genau zu messen, und der Prozentsatz hängt vom Material, der Werkzeuggeometrie, dem Kühlmittel und einer Reihe anderer Variablen ab.
Was einfacher zu beobachten ist: Bei geeigneten HSM-Parametern lösen sich die Späne heiß ab -und verfärben sich auf Stahl manchmal blau oder braun-, während das Teil selbst relativ kühl bleibt. Das kann man spüren. Führen Sie einen Probeschnitt durch, stoppen Sie die Maschine und berühren Sie das Werkstück. Es wird Sie nicht verbrennen, auch wenn die Chips es könnten.
Für Formenbauarbeiten ist dies von Bedeutung, da Hohlräume alle möglichen Eigenschaften aufweisen, die Hitze hassen. Dünne Rippen. Tiefe Taschen. Wände fast ohne Zugluft. Wenn Sie diese auf herkömmliche Weise bearbeiten, wachsen sie beim Schneiden und schrumpfen dann beim Abkühlen, und Ihre Abmessungen ergeben sich an einem Ort, den Sie nicht beabsichtigt hatten. Bearbeiten Sie sie unter HSM-Bedingungen und sie bleiben durchgehend formstabiler.
Zumindest ist das die Theorie. Echte Ergebnisse hängen von vielen Faktoren ab. Ich habe Werkstätten gesehen, die in HSM-Ausrüstung investiert haben und dennoch mit thermischen Problemen zu kämpfen hatten, weil ihre Werkstückhalterung nicht stabil genug war oder sie ihre Schneidstrategien nicht angepasst hatten oder ein Dutzend anderer Dinge.
Der Werkzeugteil, für den niemand bezahlen möchte
Mit normalen Werkzeughaltern ist HSM nicht möglich. Hier geraten Werkstätten in Schwierigkeiten: -Sie kaufen eine Hochgeschwindigkeitsspindel-und versuchen, ihre vorhandenen CAT40- oder BT30-Werkzeuge zu verwenden.
Das physikalische Problem
Das Problem ist die Zentrifugalkraft. Bei 15.000 oder 20.000 U/min weitet sich die Spindelbohrung durch die Zentrifugalbelastung aus. Ein massiver Werkzeugschaft dehnt sich nicht auf die gleiche Weise aus. Der Konussitz lockert sich. Der Runout steigt. Plötzlich liefert Ihre teure Hochgeschwindigkeitsspindel schlechtere Ergebnisse als Ihre alte Maschine.
Die Lösung ist HSK-ein deutsches Design (Hohl-Schaft-Kegel, hohler Kegelschaft), der Mitte der 90er Jahre zum ISO-Standard wurde. Durch die Hohlkonstruktion dehnt sich der Schaft mit der Spindel aus und berührt gleichzeitig den Kegel und die Stirnfläche. Die Klemmkraft steigt mit steigender Geschwindigkeit statt ab.
Was Ihnen niemand im Vorhinein sagt: Der Umstieg auf HSK bedeutet den Austausch Ihres kompletten Werkzeugkastens. Jeder Halter, jede Spannzange, jede Verlängerung. Plus Aufnahmedorne und Voreinstellgeräte, falls diese nicht kompatibel sind. Es summiert sich schnell. Und dann brauchen Sie Leute, die wissen, wie man HSK-Werkzeuge richtig handhabt -sie sind präziser-empfindlicher als Steilkegel.
Programmieren ist die halbe Miete
Hochgeschwindigkeitsspindeln bringen nichts, wenn der Werkzeugweg ständig eine Verzögerung erzwingt. Dies ist vielleicht die größte Diskrepanz zwischen dem Kauf von HSM-Funktionen und ihrer tatsächlichen Nutzung.
Die Formenprogrammierung der alten Schule-erzeugte Tausende winziger Liniensegmente, um Kurven anzunähern. Die Controller verarbeiteten diese einzeln. Bei herkömmlichen Futtermitteln ist das in Ordnung. Bei HSM-Feeds kann die Steuerung nicht mithalten. Die Maschine wird langsamer, holt auf, beschleunigt, wird wieder langsamer. Es entstehen ruckartige Bewegungen und Markierungen auf der Oberfläche.
Modernes CAM verwendet stattdessen Spline-Interpolation-NURBS-Kurven, die Hunderte von Liniensegmenten durch eine mathematische Definition ersetzen. Das Programm wird kürzer. Der Controller kann weiter nach vorne blicken. Der Vorschub bleibt durch komplexe Geometrie konstant.
Die NURBS-Unterstützung variiert jedoch zwischen CAM-Systemen und Maschinensteuerungen. Und die richtige Einrichtung erfordert Kenntnisse, über die nicht jeder Programmierer verfügt. Ich kenne Betriebe, die teure HSM-Geräte mit veraltetem CAM betreiben, Liniensegment-Werkzeugwege generieren und sich fragen, warum sie nicht die erwarteten Ergebnisse sehen.
Auch die Schnittstrategie ändert sich. Beim herkömmlichen Schruppen werden schwere Schnitte bei langsamen Vorschüben durchgeführt.-Vergraben Sie den Fräser und drücken Sie kräftig. Beim HSM-Schruppen ist ein leichter radialer Eingriff bei hohen Vorschüben erforderlich. Der Fräser bleibt belastet, aber niemals überlastet. Kräfte bleiben gering. Dünne Wände verformen sich nicht. Kleine Werkzeuge gehen nicht kaputt.
Um dies richtig zu machen, ist eine CAM-Software erforderlich, die ständige -Engagement-Toolpfade unterstützt, und Programmierer, die wissen, wann sie diese einsetzen müssen. Die Maschine ist fast der einfache Teil.
Für Formenbaubetriebe
Ob das alles von Bedeutung ist, hängt davon ab, was Sie bauen.
Komplexe Formen-komplizierte Trennlinien, optische Oberflächen, dünne Kerne-dichte Abschlüsse- profitieren am meisten. Die Zeit, die Sie mit dem Anpassen und Polieren an der Werkbank verbringen würden, wird in Spindelzeit umgewandelt, die vorhersehbarer und wiederholbarer ist. Die Oberflächengüte der Maschine verbessert sich so weit, dass die manuelle Arbeit erheblich zurückgeht. Die EDM-Abhängigkeit verringert sich, da Sie Merkmale fräsen können, für die früher Elektroden erforderlich waren.
Einfache Formen mit großzügigen Toleranzen? Die Amortisation ist weniger offensichtlich. Konventionelle Bearbeitung könnte durchaus ausreichen.
Die meisten Spritzgussarbeiten liegen irgendwo dazwischen. Die Frage ist nicht, ob HSM funktioniert-das ist erwiesen. Die Frage ist, ob Ihr Jobmix die Investition in Ausrüstung, Werkzeuge, Software und Schulung rechtfertigt. Das ist bei jedem Shop eine andere Berechnung.
Eines möchte ich sagen: Die Kluft zwischen Shops, die über echte HSM-Fähigkeit verfügen, und Shops, die dies nicht tun, wird immer größer. Die Erwartungen an die Lieferzeit werden immer strenger. Die Oberflächenspezifikationen werden immer anspruchsvoller. Die Kunden mit komplexen Aufgaben konzentrieren sich auf Lieferanten, die diese tatsächlich liefern können. Ob dieser Druck auf Sie zutrifft, hängt von Ihrer Marktposition ab.
Es gibt keine allgemeingültige Antwort. Wenn Ihnen jedoch Angebote für komplexe Arbeiten entgehen, die Zahl Ihrer Montagearbeiter immer höher wird oder Kunden immer wieder eine schnellere Abwicklung komplizierter Aufträge verlangen,-das sind Anzeichen, die es wert sind, beachtet zu werden.