Werkzeugbalance bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitung

Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM) hat viele Vorteile, aber um die Schnittkosten zu senken und die Vorteile der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung zu maximieren, müssen in der tatsächlichen Produktion viele Schwierigkeiten überwunden werden. Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung nimmt die Schnittkraft ab, wenn die Schnittgeschwindigkeit steigt. Mit dieser Funktion können Teile mit kleineren Maßtoleranzen und Oberflächenrauheiten durch Erhöhen der Spindeldrehzahl bearbeitet werden.

Obwohl es keine klare Definition der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gibt, kann die Spindeldrehzahl in einigen Tests 500.000 U/min erreichen und in der tatsächlichen Produktion 100.000 U/min erreichen. Denn wenn die Spindeldrehzahl 8000 U/min überschreitet, müssen die rotierenden Teile ausgewuchtet werden, sodass Hochgeschwindigkeitsbearbeitung als Geschwindigkeit von mindestens 8000 U/min definiert werden kann. Wenn die Spindeldrehzahl niedriger als 8000 U/min ist und die Massenverteilung der Werkzeugstange sehr unausgeglichen ist, wirkt sich die Zentrifugalkraft negativ auf die Bearbeitung aus.

Da die Zahl der Werkzeugmaschinen mit Spindelgeschwindigkeiten über 8000 U/min weiter zunimmt, wird das Gleichgewicht der kombinierten Werkzeuge, einschließlich Werkzeuge und Werkzeughalter, äußerst wichtig. Wenn die theoretische Mittelachse der rotierenden Werkzeugstange nicht mit der tatsächlichen Drehachse konzentrisch ist, entsteht ein Ungleichgewicht.

Es gibt viele Aspekte, die bei der Entscheidung über die Ausbalancierung des Tools berücksichtigt werden sollten, und unter normalen Umständen neigen viele Benutzer dazu, diese Aspekte zu ignorieren. Eines der kritischsten Probleme ist die Beschädigung der Spindellager der Werkzeugmaschine aufgrund von Werkzeugunwucht während der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Ein unausgeglichenes Werkzeug belastet die Spindel zusätzlich und führt zu vorzeitigem Verschleiß und Ausfall des Spindellagers. Dies führt nicht nur zu einer Verschwendung von Reparaturen und dem Austausch von Spindellagern, sondern auch zu Produktionszeitverlusten aufgrund von Ausfallzeiten. Leitfaden: (Die Vorteile des Hochgeschwindigkeits-Fräsformen-CNC-Bearbeitungszentrums beginnen sich zu zeigen)

Ein unausgeglichenes Werkzeug verringert die Leistung und Lebensdauer des Werkzeugs und verursacht außerdem Rattern, was die Qualität der bearbeiteten Oberfläche verschlechtert.

Schneidwerkzeuge und Werkzeugfutter (insbesondere 7:24-Kegelschäfte) weisen viele potenzielle Unwuchtfaktoren auf. Wenn die Spindelgeschwindigkeit zunimmt, führt die Zentrifugalkraft dazu, dass sich das Spindelloch leicht ausdehnt, und der konische Schaft der Werkzeugstange kann sich nicht mit der Spindel ausdehnen, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Werkzeugstange und der Spindel verringert wird, wodurch die Festigkeit verringert wird der Verbindung.

Einige Unwuchtfaktoren können durch eine Änderung des Designs und eine sorgfältige Auswahl des Werkzeughalters und des Werkzeugs korrigiert werden. Dies bedeutet, dass durch symmetrisches Design ein Ungleichgewicht bis zu einem gewissen Grad vermieden werden kann. Für verstellbare Werkzeughalter mit beweglichen Teilen und asymmetrische Werkzeughalter ist jedoch ein Werkzeugbalance-Einstellsystem erforderlich. Wenn das zusammengebaute Werkzeug für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verwendet wird, sollten die Konstruktionsfaktoren des Kegelschaft-Werkzeughalters, die einstellbaren Gleichgewichtsfaktoren sowie die Auswahl der Werkzeuggenauigkeit und -symmetrie sorgfältig berücksichtigt werden.

Die Kegelgrößentoleranz des Kegelschaftwerkzeughalters hat großen Einfluss auf die Leistung von Hochgeschwindigkeitsbearbeitungswerkzeugen. Der Genauigkeitsgrad des Kegels kann in der Regel auf die internationale Norm ISO1947 zurückgeführt werden. Die Konustoleranz wird verwendet, um die Toleranz des Spindelarretierungslochs und des Konus der Werkzeugstange zu überprüfen, die sich auf die Balance und den Rundlauf der Werkzeugstange auswirkt. Der Toleranzgrad des Werkzeugmaschinenspindelkegels ist im Allgemeinen AT2, aber AT3 ist besser.

Zusätzlich zur Kegeltoleranz müssen bei der Werkzeugmontage weitere Faktoren berücksichtigt werden. Jede Toleranz summiert sich und führt zur Exzentrizität des Werkzeugs. Zu diesen Faktoren gehören der Rundlauf des Werkzeugs, die Länge des Werkzeughaltersystems und die Symmetrie anderer Teile (z. B. Spannfutter, Sprengringe usw.).

Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung müssen wir uns der Faktoren bewusst sein, die Unwucht verursachen, und der Maßnahmen zur Reduzierung der Unwucht. Am einflussreichsten ist der Werkzeughalter. Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sollte zuerst der ausgewogene Design-Werkzeughalter oder der einstellbare ausgewogene Werkzeughalter verwendet werden. Das ausgewogene Design des Werkzeughalters soll das Gleichgewicht des Werkzeughalters gewährleisten, kann jedoch das durch andere Teile während des Montageprozesses verursachte Ungleichgewicht nicht ausgleichen. Derzeit wird nur davon ausgegangen, dass das durch andere Teile verursachte Ungleichgewicht vernachlässigbar ist, in der tatsächlichen Produktion ist dies jedoch häufig nicht möglich. Wir empfehlen daher, bei Verwendung dieses Werkzeughalters die Unwucht zu messen und so weit wie möglich sicherzustellen, dass sie innerhalb des von der Norm zugelassenen Bereichs liegt.

Zusätzlich zur Designgarantie kann der einstellbare Balance-Werkzeughalter auch die durch andere Teile während des Montageprozesses verursachte Unwucht ausgleichen. Hersteller haben viele Methoden zum Ausbalancieren von Werkzeughaltern übernommen, beispielsweise die Verwendung von Schrauben, Stahlkugeln, Einstellringen und Einstellblöcken.

Die Fähigkeit des einstellbaren Ausgleichswerkzeughalters, Unwucht auszugleichen, ist begrenzt. In manchen Fällen ist die Unwuchtmasse zu groß, um das Gleichgewicht des Werkzeugs wiederherzustellen, was dazu führt, dass die Werkzeugmaschine nicht mit der eingestellten Drehzahl laufen kann. Die Geschwindigkeit der Werkzeugmaschine muss reduziert und das Werkzeug wieder zusammengebaut werden.

Weitere Faktoren, die die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung einschränken, sind Werkstückmaterial, Werkstücküberhang, Vorrichtung, Werkzeugprofil, Schnitttiefe usw.

Durch den Auswuchtvorgang kann die Massenverteilung des Werkzeugs und des Werkzeughalters verbessert werden, sodass bei der Rotation der beiden die geringste unausgeglichene Zentrifugalkraft entsteht. Der Ausgleichsprozess kann jedoch nicht alle unausgeglichenen Faktoren umfassen.

Jede Unausgeglichenheit der Masse führt zu Vibrationen. Werkzeughalter und seine Installation, Werkzeugmaschinenstruktur usw. wirkt sich auf die Schwingungseigenschaften aus.

ISO 1940/1 und ANSI 2.191989 sind die Standards, die den Grad der Ausgewogenheit definieren. Beide Standards sind praxisorientiert und wenden das G-Level-System zur Festlegung von Gleichgewichtsanforderungen an. Beispielsweise bedeutet der Wuchtgrad G2,5, dass die Umfangsschwinggeschwindigkeit 2,5 mm/s nicht überschreitet. Diese Werte steigen mit der Einführung hochwertiger Werkzeugmaschinen, Werkzeuge und Werkzeughalter weiter an. Wenn das angegebene Gleichgewicht nicht erreicht werden kann, sollte die Spindeldrehzahl reduziert werden.

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