CNC-Stromversorgung und Geschwindigkeiten erklärt

Wenn Sie Ihre CNC-Kenntnisse verbessern wollen, ist es wichtig zu verstehen, wie Vorschubgeschwindigkeiten und Drehzahlen funktionieren. Es hilft Ihnen, Ihre Bearbeitungsgeschwindigkeiten zu optimieren, eine bessere Oberflächengüte zu erzielen und, was am wichtigsten ist, eine längere Werkzeugstandzeit zu haben.

Wenn Sie von Mekanika gekaufte Fräser verwenden, können Sie die voreingestellten Vorschübe und Geschwindigkeiten für Autodesk Fusion 360 auf den hier einsehen.

• Drehzahlen beziehen sich auf die Drehzahl Ihrer Spindel, ausgedrückt in U/min (Umdrehungen pro Minute). Die Bestimmung der richtigen Drehzahlen ist vor allem eine Frage der Bestimmung, wie schnell Sie Ihr Werkzeug drehen können, ohne es beim Schneiden zu überhitzen.
• Vorschübe beziehen sich auf die Vorschubgeschwindigkeit, d. h. die lineare Geschwindigkeit Ihrer Maschine, die meist in mm/min angegeben wird. Bei der Optimierung Ihrer Vorschubgeschwindigkeit geht es darum, die Menge des geschnittenen Materials pro Zeiteinheit

Die richtige Einstellung von Vorschub und Geschwindigkeit bedeutet also, den optimalen Punkt zu finden, an dem sich Ihr Werkzeug mit der perfekten Geschwindigkeit im Verhältnis zu seiner Bewegungsgeschwindigkeit im Material dreht.

Dieser optimale Punkt kann je nach Zielsetzung unterschiedlich sein: Erzielen der besten Oberflächengüte, schnellste Bearbeitung Ihrer Teile oder Maximierung der Werkzeugstandzeit.

Diese Konzepte lassen sich visuell in einer Grafik zusammenfassen, in der der Vorschub gegen die Spindeldrehzahl aufgetragen wird und die uns hilft, 6 verschiedene Zonen zu identifizieren.

Wie oben dargestellt, gibt es hauptsächlich zwei schlechte Stellen, die Sie vermeiden möchten. Die erste tritt auf, wenn Sie die Spindeldrehzahl im Verhältnis zur Vorschubgeschwindigkeit zu stark reduzieren. Dadurch zwingen Sie die Nuten Ihres Schaftfräsers, zu viel Material abzuschneiden, was zu unerwünschten Vibrationen oder schlimmer noch zu einem Werkzeugbruch führen kann.

Auf der anderen Seite der Grafik gilt: Wenn Sie die Vorschubgeschwindigkeit im Verhältnis zur Spindeldrehzahl zu stark reduzieren, beginnen die Nuten Ihres Schaftfräsers, das Material zu reiben, anstatt schöne Späne zu schneiden.

Dadurch wird Ihr Werkzeug überhitzt und somit weich. Seine scharfen Kanten werden stumpf, und wenn Sie mit stumpfen Kanten weiterarbeiten, wird die Oberfläche Ihres Materials sehr schnell beschädigt.

Eine gute Faustregel ist, immer daran zu denken, dass Sie Späne und keinen Staub erzeugen müssen.

Die Frage ist nun: Wie finden wir die optimalen Einstellungen für ein bestimmtes Material?

Der Parameter, der diese Konzepte miteinander verbindet und der weithin als Standardmaß zur Bestimmung der optimalen Vorschübe und Geschwindigkeiten verwendet wird, heißt Spanlast.

Die Spanlast, auch „Vorschub pro Zahn“ genannt, ist die Materialdicke, die jeder Schneide zugeführt wird, während sie sich durch das Werkstück bewegt.

Die Spanlast wird in mm/Zahn ausgedrückt und kann mit der folgenden Gleichung ermittelt werden:

Vorschub = N x Spanlast x U/min

wobei N die Anzahl der Schneiden des Schaftfräsers und U/min die Drehzahl der Spindel ist.

Lassen Sie uns dieses Konzept veranschaulichen und uns vorstellen, dass Sie Sperrholz mit einem 6 mm 2-schneidigen Schaftfräser schneiden möchten. In unserem Fall liegt die empfohlene Spanlast für Sperrholz bei etwa 0,1 mm/Zahn (siehe Erweiterte Spanlasttabelle am Ende dieses Artikels).

Definieren wir eine beliebige Vorschubgeschwindigkeit von 2.000 mm/min. Mit der vorherigen Gleichung können wir feststellen, dass die Spindel mit 10.000 U/min rotieren muss, um die richtige Spanlast zu erreichen:

2.000 = 2 x 0,1 x 10.000

Aus dieser mathematischen Beziehung geht hervor, dass wir, wenn wir die Vorschubgeschwindigkeit erhöhen wollen, um das Sperrholz schneller zu schneiden, auch die Spindeldrehzahl erhöhen müssen, um eine konstante Spanlast zu erhalten:

4 000 = 2 x 0,1 x 20 000

Nehmen wir nun an, dass Ihre Spindel nicht schneller als 10.000 U/min laufen kann. Wir können die Vorschubgeschwindigkeit dennoch erhöhen, indem wir einen 3-schneidigen Schaftfräser verwenden und eine konstante Spanlast beibehalten:

3 000 = 3 x 0,1 x 10 000

Auf der Grundlage dieses Wissens können wir nun Tabellen verwenden, mit denen wir unsere Vorschübe und Geschwindigkeiten berechnen und eine optimale Spanlast für jedes beliebige Material erreichen können.

Bevor Sie sich mit Zahlen und Werten befassen, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, dass die folgenden Variablen die Qualität Ihrer Schnitte und die erreichbare Spanlast auf derselben Maschine stark beeinflussen.

Werkstückspannung

Spannen Sie Ihr Werkstück immer auf die bestmögliche Weise. Ein loses Werkstück vibriert beim Schneiden und führt zu einer schlechten Oberflächenbeschaffenheit.

Wenn Sie sich bei der Befestigung nicht sicher sind, verwenden Sie Holzschrauben, um Ihr Werkstück an vielen Punkten am Spoilerbrett zu befestigen. Das ist nicht die raffinierteste Befestigung der Welt, aber sie ist schnell und effizient.

Härte des Materials

Je härter das Stück, desto mehr wird Ihr Schaftfräser abgelenkt.

Dies führt zu Rattern und Vibrationen. Seien Sie beim Fräsen von hartem Material geduldig und verwenden Sie kleinere Schritte oder verringern Sie Ihre Vorschubgeschwindigkeit.

Schärfen des Schaftfräsers

Ein Schaftfräser ist ein Schneidwerkzeug und wird mit der Zeit stumpf. Wenn er abgenutzt ist, müssen Sie es langsamer angehen lassen und die Vorschubgeschwindigkeit reduzieren, um eine gute Oberflächengüte zu erhalten. Sie können ihn auch einfach ersetzen oder nachschärfen.

Schnitttiefe

Je nachdem, wie tief Sie mit Ihrem Schaftfräser in das Material eindringen möchten, müssen Sie Ihre Vorschubgeschwindigkeit anpassen, um ihn zu schonen.

Als Faustregel gilt, dass Sie Fräsdurchgänge mit etwa der Hälfte des Durchmessers Ihres Fräsers durchführen sollten. Aber denken Sie daran, wie oben erwähnt: Einige komplexere oder härtere Materialien erfordern eine geringere Schnitttiefe (typische Beispiele sind Aluminium und Plexiglas ...).

Aber für die meisten Materialien gilt:

Tiefe < ½ x Werkzeugdurchmesser

Werkzeugeingriff

Bei einigen Fräsvorgängen „berührt“ mehr als ein Viertel des Umfangs Ihres Werkzeugs das Material während des Fräsens. Infolgedessen kann der Schaftfräser nicht richtig abkühlen und neigt leicht zur Überhitzung.

Daher müssen Sie bei diesen schwereren Fräsvorgängen eine geringere Vorschubgeschwindigkeit verwenden, damit Ihr Fräser kühl bleibt, oder einfach die Schnitttiefe verringern.

Leichtes Engagement	Starkes Engagement

Vorschubgeschwindigkeiten werden anhand der weiter oben in diesem Dokument angegebenen Formel ermittelt, aber Fusion360 enthält einen sehr praktischen Spänelast-Rechner, der Ihnen die Spänelast der Fräse bei gegebener Vorschubgeschwindigkeit anzeigt.

Mit diesem Tool können Sie Vorschub und Geschwindigkeit anpassen und dabei die Spanlast im Auge behalten.

Wenn Sie mit Ihrer Maschine noch nicht vertraut sind, haben wir eine einfache Spanlasttabelle mit niedrigeren Werten zusammengestellt. Diese Werte sind absichtlich niedrig gehalten, damit Sie sich mit der Maschine vertraut machen können, unabhängig von der Art der Bearbeitung, der Härte Ihres Materials usw.

In terms of feedrate, it could be translated into the following values, using a speed of 20,000 rpm and a 3-flute mill.

Dies ist ein guter Ausgangspunkt , wenn Sie ein Anfänger sind. Wenn Sie sich sicherer fühlen, erhöhen Sie die Chiplast langsam in Richtung der Werte in der Tabelle „Erweiterte Chiplast“.

Erweiterte Spantabelle

Ein wichtiger Faktor, den Sie beim Lesen dieser Tabellen berücksichtigen sollten, ist der Werkzeugdurchmesser. Ein größerer Schaftfräser kann in der Tat eine größere Spanlast bewältigen.

Hier ist eine Spantabelle für den Fall, dass Sie genug Selbstvertrauen gewonnen haben, um optimierte Vorschubgeschwindigkeiten zu fahren.

Wie bereits in diesem Artikel erwähnt, empfehlen wir, dass Sie zunächst den tatsächlichen Vorschub Ihrer Maschine unter dem Wert aus der Tabelle einstellen und ihn dann schrittweise erhöhen. Im Allgemeinen werden Sie feststellen, dass sich Ihre optimalen Vorschübe und Geschwindigkeiten aus Erfahrung oder durch Versuch und Irrtum ergeben.

Bei den meisten Materialien können Sie beispielsweise in der Regel die Spindeldrehzahl zwischen 15.000 und 25.000 U/min einstellen und die Vorschubgeschwindigkeit anpassen, um mit Ihrer Maschine gute Ergebnisse zu erzielen.

Ebenso empfehlen wir Ihnen, die Schnitttiefe während dieser Tests langsam zu erhöhen. Eine zu große Schnitttiefe führt zu einer Werkzeugablenkung (in diesem Artikel erfahren Sie, warum dies problematisch sein kann).

Die meisten CNC-Anwender bestimmen die Schnitttiefe für eine bestimmte Situation anhand ihrer Erfahrung.