Vorschübe und Drehzahlen bei 4-schneidigen Schaftfräsern: Ein Ansatz, bei dem die Einstellung an erster Stelle steht

Die Festlegung von Vorschub und Drehzahl für einen 4-schneidigen Schaftfräser beginnt nicht mit einer einzigen „richtigen“ Drehzahl und einem einzigen „richtigen“ Vorschub. Ein sinnvoller Ausgangspunkt ergibt sich aus dem jeweiligen Fräser, dem Werkstoff und dem Bearbeitungsvorgang. Sobald diese Parameter bekannt sind, ist die Berechnung einfach: Man berechnet die Spindeldrehzahl, multipliziert die Drehzahl mit der Anzahl der Schneiden und dem gewählten Vorschub pro Zahn und prüft anschließend, ob der Schnitt und die Maschine das Ergebnis zulassen.

Diese letzte Überprüfung ist entscheidend. Ein Vier-Schneiden-Schaftfräser nimmt pro Umdrehung vier Züge auf, hat jedoch einen geringeren Abstand zwischen den Schneiden als ein Fräser mit ähnlichem Durchmesser und weniger Schneiden. Eine Vorschubberechnung kann zwar korrekt sein, doch kann es dennoch vorkommen, dass sich Späne in einer Nut stauen, es bei einem vorsichtigen Schlichtdurchgang zu Reibung kommt oder eine lange und flexible Aufspannung überlastet wird.

Bestätigen Sie die werkzeugspezifischen Eingaben

Beginnen Sie mit den Daten für das jeweilige Werkzeug. Eine allgemeine Werkstofftabelle mag zwar die Variablen erläutern, kann jedoch das Substrat, die Beschichtung, die Schneidkantenvorbereitung, die Nutengeometrie oder die nutzbare Länge des Fräsers nicht berücksichtigen. Die Empfehlungen der Werkzeughersteller geben in der Regel einen Bereich für die Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub pro Zahn für bestimmte Werkstoffe und Schnittbedingungen an. Betrachten Sie diese Werte als Ausgangsbasis und nicht als Standard, der für jeden Vierkanal-Fräser gilt.

Die S650-Baureihe hochfester Vierkanal-Schaftfräser dient dazu, geeignete Werkzeugfamilien zu ermitteln. Es ersetzt jedoch nicht die Überprüfung der Geometrie, der Abmessungen und der Anwendungsdaten des ausgewählten Schneidwerkzeugs vor der Programmierung.

Für einen allgemeinen Vergleich auf Produktebene sehen Sie sich bitte die S550-Baureihe der Allzweck-Vierschneiden-Schaftfräser, und überprüfen Sie anschließend den ausgewählten Durchmesser, die Geometrie und die angegebene Anwendung, bevor Sie einen Startwert übernehmen.

Um die breitere Palette an Fräsergeometrien zu vergleichen, bevor Sie die Auswahl auf eine bestimmte Vier-Schneiden-Serie eingrenzen, verwenden Sie die Hartmetall-Schaftfräser Seite und kehren Sie anschließend zu den genauen Werkzeugdaten für die endgültige Berechnung zurück.

Definieren Sie außerdem die Bearbeitungsart. Beim Vollschlitzfräsen wird ein größerer Teil des Fräsers vom Material umschlossen, wodurch die Späne einen schwierigeren Austrittsweg haben als bei einem leichten Seitenschnitt. Ein Schlichtdurchgang mit geringem radialem Eingriff führt zu einem anderen Problem hinsichtlich der Spandicke. Derselbe Nennfräser benötigt daher für diese Schnitte unterschiedliche Startbedingungen.

Zuerst die Drehzahl berechnen, dann den Tischvorschub

Bei Zoll-Einheiten lässt sich die Spindeldrehzahl anhand der Oberfläche in Fuß pro Minute berechnen:

U/min = (SFM × 3,82) ÷ D (Zoll)

Für metrische Einheiten:

Drehzahl (U/min) = (1000 × Vc) ÷ (π × D (mm))

Verwenden Sie eine Schnittgeschwindigkeit aus den ausgewählten Werkzeugdaten unter Bedingungen, die dem Werkstoff und dem Bearbeitungsvorgang entsprechen. Überprüfen Sie anschließend das Ergebnis anhand des nutzbaren Spindelbereichs der Maschine. Wenn die berechnete Drehzahl den Maschinengrenzwert überschreitet, verwenden Sie die erreichbare Drehzahl und berechnen Sie den Tischvorschub neu. Lassen Sie den Vorschubbefehl nicht unverändert.

Die Tabellenversorgung lautet:

Vf = n × z × fz

wobei:

• Vf ist die Tischvorschubgeschwindigkeit in Zoll pro Minute oder Millimeter pro Minute;
• n ist die Spindeldrehzahl in Umdrehungen pro Minute;
• z ist die Anzahl der Rillen, die hier 4 beträgt;
• fz wird der Vorschub pro Zahn in Zoll pro Zahn oder Millimeter pro Zahn angegeben.

Die Einheiten ermöglichen eine schnelle Fehlerprüfung:

(U/min) × (Zähne/Umdrehung) × (Länge/Zahn) = Länge/min

Wenn sich die Drehzahl ändert, während der Vorschub pro Zahn konstant bleiben soll, muss sich der Tischvorschub im gleichen Verhältnis ändern. Eine Halbierung der Drehzahl bei unverändertem IPM verdoppelt den programmierten Vorschub pro Zahn. Eine Halbierung des Vorschubs bei gleichbleibender Drehzahl kann zu einer Unterversorgung der Schneidkante führen und Reibung verursachen. Beide Änderungen können während der Diagnose gerechtfertigt sein, müssen jedoch bewusst vorgenommen werden.

Die vier Schneidkanten erklären auch, warum ein von einem zweischneidigen Werkzeug übernommener Vorschub nicht unverändert übernommen werden kann. Bei gleicher Drehzahl und gleichem Vorschub pro Zahn erfordert das vierschneidige Werkzeug den doppelten Tischvorschub. Diese Rechnung beweist jedoch nicht, dass es Späne doppelt so schnell abtragen kann. Der Eingriff und der Abstand zwischen den Schneidkanten setzen nach wie vor praktische Grenzen.

Die Anzahl anhand des Grenzwerts überprüfen

Die Formel beschreibt den Zahneingriff. Sie beschreibt nicht den gesamten Prozessbereich. Bevor Sie die berechneten Befehle ausführen, prüfen Sie diese anhand der folgenden Bedingungen.

Nutenfräsen versus Seitenfräsen

Bei einem Schlitz in voller Breite verweilt jede Schneide länger im Schnitt, und der Span muss durch einen engen Raum abtransportiert werden. Eine Vier-Schneiden-Geometrie mag bei geeignetem Werkstoff und Werkzeugauslegung gut funktionieren, doch ein Schlitz, in dem Späne nachgeschnitten werden oder sich Wärme staut, erfordert andere Ausgangsbedingungen als das Fräsen mit offener Seite.

Bei geringem radialem Eingriff kann die Spandicke geringer ausfallen, als es der programmierte Vorschub pro Zahn vermuten lässt. Dies wird als radiale Spandünnung bezeichnet – eine separate Berechnung, die vom Fräserdurchmesser und dem radialen Eingriff abhängt. Nehmen Sie keine Kompensation durch die Anwendung eines nicht näher begründeten Prozentsatzes vor. Halten Sie sich an die Eingriffsempfehlungen des Werkzeugherstellers oder verwenden Sie eine validierte Berechnung der Spandünnung für diesen Werkzeugweg.

Rundlaufabweichung und Spiralbelastung

Bei der Zuteilung pro Zahn wird davon ausgegangen, dass sich die Schneidkanten die Arbeit teilen. Durch Rundlaufabweichungen kann es vorkommen, dass eine Schneidkante mehr als ihren vorgesehenen Anteil der Arbeit übernimmt, während eine andere kaum schneidet. Ein vierflügeliges Werkzeug verhält sich dann weniger wie vier gleichmäßige Zähne, sondern eher wie eine oder zwei überlastete Schneidkanten. Überprüfen Sie den Halter, die Spannzange, den Konus und das Werkzeug und messen Sie den Rundlauf, wenn der Prozess empfindlich ist oder wiederholte Schneidkantenbrüche auf eine ungleichmäßige Belastung hindeuten.

Stickout, Halterung und Maschinenreaktion

Ein zu großer Überstand erhöht das Risiko einer Durchbiegung. Ein flexibles Werkzeug, eine flexible Halterung, ein flexibles Werkstück oder eine flexible Maschine kann eine angemessene Zahnbelastung zu Rattern, einer konischen Abnutzung oder einer schlechten Wandoberflächenqualität führen. Die Drehzahlbegrenzung der Spindel ist nicht die einzige Maschinenbeschränkung; auch die über den gesamten Drehzahlbereich verfügbare Leistung und der erreichbare Tischvorschub spielen eine Rolle.

Es ist nicht immer richtig, jeden Wert zu verringern. Bei einem Schnitt, bei dem es zu Reibung kommt, ist möglicherweise eine größere Spanabnahme erforderlich. Bei einem Schnitt, bei dem es zu Ruckeln kommt, sind möglicherweise ein geringerer radialer Eingriff, ein kürzerer Überstand, eine bessere Abstützung des Werkstücks oder ein anderer Drehzahlbereich erforderlich. Ermitteln Sie die Ursache des Problems, bevor Sie das Programm bearbeiten.

Testen Sie die Konfiguration, ohne alles auf einmal zu ändern

Betrachten Sie den ersten Schnitt als kontrollierten Test.

1. Überprüfen Sie die Werkzeugbezeichnung, den Durchmesser, die Anzahl der Schneiden, die nutzbare Länge und den Zustand.
2. Überprüfen Sie die Sauberkeit des Halterers, die Klemmung, den Überstand, die Werkstückspannung und den programmierten Werkzeugweg.
3. Erfassen Sie die Quelle der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubs pro Zahn sowie die mit diesen Daten verbundenen Einsatzbedingungen.
4. Drehzahl und Tischvorschub berechnen. Einheiten und Maschinenbegrenzungen überprüfen.
5. Beginnen Sie mit einer konservativen Zustellung oder einer genehmigten Prüfbedingung. Behalten Sie das geplante Verhältnis von Vorschub pro Zahn bei, es sei denn, die Spandicke ist die zu prüfende Variable.
6. Beobachten Sie die Spindelbelastung und den Spanabtransport. Achten Sie auf ein gleichmäßiges Zerspanungsgeräusch und prüfen Sie, ob die Späne abtransportiert werden und nicht erneut zerspanen.
7. Halten Sie an, wenn sich Späne im Schnittstrecken, der Klang unregelmäßig wird, die Belastung stark ansteigt, der Halter oder das Werkzeug ungewöhnlich heiß wird oder sich das Werkstück zu bewegen beginnt oder durchbiegt.
8. Überprüfen Sie die Form der Späne, den Zustand der Kanten, die Oberflächenbeschaffenheit der Wände oder des Bodens sowie die Maßhaltigkeit, bevor Sie die Anforderungen erhöhen.
9. Ändern Sie eine Variable und notieren Sie das Ergebnis.

Vorgaben für Vorschub und Drehzahl sind während der Einlaufphase nützlich, können jedoch den Zusammenhang zwischen Drehzahl und Tischvorschub verschleiern. Wenn beide Vorgaben geändert werden, sollten Sie die tatsächlichen Werte notieren und den sich daraus ergebenden Vorschub pro Zahn berechnen, bevor Sie diese als neues Programm übernehmen.

Lesen Sie das Fehlersignal aus, bevor Sie die Fehlerbehebung vornehmen

Temperature alone is not a complete diagnosis. A hot tool can result from rubbing, excessive cutting speed, recutting chips or poor coolant delivery. The corrective direction differs in each case.

Inbetriebnahmeprüfung

Before releasing the process, the setup record should answer these questions:

• Is the cutting-speed and feed-per-tooth source tied to the exact tool and work material?
• Do the programmed RPM, four-flute count and table feed reproduce the intended feed per tooth?
• Are radial and axial engagement stated?
• Can chips leave the cut without recutting?
• Are runout, stickout, holder and workholding acceptable for the required result?
• Does the machine reach the programmed RPM and feed in the actual toolpath?
• Did the proof cut produce stable sound, manageable load, intact edges and an acceptable part?
• Was each adjustment made for a recorded reason?

If any answer is unknown, the process is still being proved. A chart or calculator can produce the first number. The machine, chips and measured part determine whether that number belongs in production.