Winkelfräser werden in verschiedenen Branchen häufig bei der Bearbeitung kleiner geneigter Flächen und Präzisionsbauteile eingesetzt. Sie eignen sich besonders gut für Aufgaben wie das Anfasen und Entgraten von Werkstücken.
Die Anwendung formgebender Winkelfräser lässt sich durch trigonometrische Prinzipien erklären. Im Folgenden stellen wir einige Beispiele für die Programmierung gängiger CNC-Systeme vor.
1. Vorwort
In der tatsächlichen Fertigung ist es häufig erforderlich, die Kanten und Ecken von Produkten anzufasen. Dies kann in der Regel mithilfe von drei Bearbeitungstechniken erreicht werden: Schaftfräser-Schichtprogrammierung, Kugelfräser-Oberflächenprogrammierung oder Winkelfräser-Konturprogrammierung. Bei der Programmierung der Schaftfräserschichten kommt es zu einem schnellen Verschleiß der Werkzeugspitze, was zu einer verkürzten Werkzeuglebensdauer führt [1]. Andererseits ist die Oberflächenprogrammierung von Kugelfräsern weniger effizient, und sowohl die Schaftfräser- als auch die Kugelfräsermethode erfordern eine manuelle Makroprogrammierung, die vom Bediener ein gewisses Maß an Geschick erfordert.
Im Gegensatz dazu erfordert die Konturprogrammierung von Winkelfräsern nur Anpassungen der Werte für die Werkzeuglängenkompensation und die Radiuskompensation innerhalb des Konturschlichtprogramms. Dies macht die Winkelfräser-Konturprogrammierung zur effizientesten Methode unter den dreien. Allerdings verlassen sich Bediener häufig auf Probeschnitte, um das Werkzeug zu kalibrieren. Sie bestimmen die Werkzeuglänge mithilfe der Z-Richtung-Methode zum Probeschneiden von Werkstücken unter Annahme des Werkzeugdurchmessers. Dieser Ansatz ist nur auf ein einzelnes Produkt anwendbar und erfordert beim Wechsel zu einem anderen Produkt eine Neukalibrierung. Daher besteht eindeutig Bedarf an Verbesserungen sowohl beim Werkzeugkalibrierungsprozess als auch bei den Programmiermethoden.
2. Einführung häufig verwendeter Formwinkelfräser
Abbildung 1 zeigt ein integriertes Hartmetall-Anfaswerkzeug, das üblicherweise zum Entgraten und Anfasen der Konturkanten von Teilen verwendet wird. Gängige Spezifikationen sind 60°, 90° und 120°.
Abbildung 1: Einteiliger Hartmetall-Anfasfräser
Abbildung 2 zeigt einen integrierten Winkelfräser, der häufig zur Bearbeitung kleiner konischer Flächen mit festen Winkeln in den zusammenpassenden Teilen von Teilen verwendet wird. Der häufig verwendete Werkzeugspitzenwinkel beträgt weniger als 30°.
Abbildung 3 zeigt einen Winkelfräser mit großem Durchmesser und Wendeschneidplatten, der häufig zur Bearbeitung größerer Schrägflächen von Teilen eingesetzt wird. Der Werkzeugspitzenwinkel beträgt 15° bis 75° und kann individuell angepasst werden.
3. Bestimmen Sie die Werkzeugeinstellungsmethode
Die drei oben genannten Werkzeugtypen nutzen die Unterseite des Werkzeugs als Referenzpunkt für die Einstellung. Die Z-Achse wird als Nullpunkt an der Werkzeugmaschine festgelegt. Abbildung 4 zeigt den voreingestellten Werkzeugeinstellpunkt in Z-Richtung.
Dieser Werkzeugeinstellungsansatz trägt dazu bei, eine konstante Werkzeuglänge innerhalb der Maschine aufrechtzuerhalten und minimiert die Variabilität und potenzielle menschliche Fehler, die mit dem Probeschneiden des Werkstücks verbunden sind.
4. Prinzipanalyse
Beim Schneiden wird überschüssiges Material von einem Werkstück entfernt, um Späne zu erzeugen, wodurch ein Werkstück mit einer definierten geometrischen Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit entsteht. Der erste Schritt im Bearbeitungsprozess besteht darin, sicherzustellen, dass das Werkzeug in der vorgesehenen Weise mit dem Werkstück interagiert, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5 Anfasfräser im Kontakt mit dem Werkstück
Abbildung 5 verdeutlicht, dass der Werkzeugspitze eine bestimmte Position zugewiesen werden muss, damit das Werkzeug das Werkstück berühren kann. Diese Position wird sowohl durch horizontale als auch vertikale Koordinaten auf der Ebene sowie durch den Werkzeugdurchmesser und die Z-Achsen-Koordinate am Kontaktpunkt dargestellt.
Die Dimensionsaufteilung des Anfaswerkzeugs im Kontakt mit dem Teil ist in Abbildung 6 dargestellt. Punkt A gibt die erforderliche Position an. Die Länge der Linie BC wird als LBC bezeichnet, während die Länge der Linie AB als LAB bezeichnet wird. Hier stellt LAB die Z-Achsen-Koordinate des Werkzeugs dar und LBC bezeichnet den Radius des Werkzeugs am Kontaktpunkt.
In der praktischen Bearbeitung kann zunächst der Kontaktradius des Werkzeugs oder seine Z-Koordinate voreingestellt werden. Da der Werkzeugspitzenwinkel fest ist, ermöglicht die Kenntnis eines der voreingestellten Werte die Berechnung des anderen anhand trigonometrischer Prinzipien [3]. Die Formeln lauten wie folgt: LBC = LAB * tan(Werkzeugspitzenwinkel/2) und LAB = LBC / tan(Werkzeugspitzenwinkel/2).
Wenn wir beispielsweise einen einteiligen Hartmetall-Anfasfräser verwenden und davon ausgehen, dass die Z-Koordinate des Werkzeugs -2 beträgt, können wir die Kontaktradien für drei verschiedene Werkzeuge bestimmen: Der Kontaktradius für einen 60°-Anfasfräser beträgt 2 * tan(30° ) = 1,155 mm, für einen 90°-Anfasfräser beträgt er 2 * tan(45°) = 2 mm, und für einen 120°-Anfasfräser beträgt er 2 * tan(60°) = 3,464 mm.
Wenn wir umgekehrt davon ausgehen, dass der Werkzeugkontaktradius 4,5 mm beträgt, können wir die Z-Koordinaten für die drei Werkzeuge berechnen: Die Z-Koordinate für den 60°-Fasenfräser beträgt 4,5 / tan(30°) = 7,794, für die 90°-Fase Für den Fräser mit 120°-Fasung beträgt er 4,5 / tan(45°) = 4,5 und für den 120°-Fasenfräser 4,5 / tan(60°) = 2,598.
Abbildung 7 zeigt die Dimensionsaufteilung des einteiligen Winkelfräsers im Kontakt mit dem Teil. Im Gegensatz zum einteiligen Hartmetall-Fasenfräser weist der einteilige Winkelfräser einen kleineren Durchmesser an der Spitze auf, und der Werkzeugkontaktradius sollte wie folgt berechnet werden (LBC + kleinerer Werkzeugdurchmesser / 2). Die konkrete Berechnungsmethode wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Die Formel zur Berechnung des Werkzeugkontaktradius umfasst die Verwendung der Länge (L), des Winkels (A), der Breite (B) und des Tangens des halben Werkzeugspitzenwinkels, summiert mit dem halben Kerndurchmesser. Umgekehrt erfordert die Ermittlung der Z-Achsen-Koordinate die Subtraktion der Hälfte des Kerndurchmessers vom Werkzeugkontaktradius und die Division des Ergebnisses durch den Tangens des halben Werkzeugspitzenwinkels. Beispielsweise führt die Verwendung eines integrierten Winkelfräsers mit bestimmten Abmessungen, wie z. B. einer Z-Achsen-Koordinate von -2 und einem Kerndurchmesser von 2 mm, zu unterschiedlichen Kontaktradien für Fasenfräser in verschiedenen Winkeln: Ein 20°-Fräser ergibt einen Radius von 1,352 mm, ein 15°-Fräser bietet 1,263 mm und ein 10°-Fräser bietet 1,175 mm.
Wenn wir ein Szenario betrachten, in dem der Werkzeugkontaktradius auf 2,5 mm eingestellt ist, können die entsprechenden Z-Achsen-Koordinaten für Fasenfräser unterschiedlichen Grades wie folgt extrapoliert werden: Für den 20°-Fräser ergibt sich ein Wert von 8,506, für den 15°-Fräser Fräser auf 11.394 und für den 10°-Fräser auf 17.145.
Diese Methode ist konsistent auf verschiedene Abbildungen oder Beispiele anwendbar und unterstreicht den ersten Schritt der Ermittlung des tatsächlichen Durchmessers des Werkzeugs. Bei der Bestimmung derCNC-BearbeitungStrategie wird die Entscheidung zwischen der Priorisierung des voreingestellten Werkzeugradius oder der Z-Achsen-Anpassung von der beeinflusstAluminiumkomponente's Design. In Situationen, in denen das Bauteil ein abgestuftes Merkmal aufweist, ist es unerlässlich, eine Beeinträchtigung des Werkstücks durch Anpassen der Z-Koordinate zu vermeiden. Umgekehrt ist bei Teilen ohne abgestufte Merkmale die Wahl eines größeren Werkzeugkontaktradius von Vorteil, was zu besseren Oberflächengüten oder einer verbesserten Bearbeitungseffizienz führt.
Entscheidungen bezüglich der Anpassung des Werkzeugradius oder der Erhöhung der Z-Vorschubgeschwindigkeit basieren auf spezifischen Anforderungen für die Fasen- und Fasenabstände, die im Bauplan des Teils angegeben sind.
5. Programmierbeispiele
Aus der Analyse der Berechnungsprinzipien des Werkzeugkontaktpunkts geht hervor, dass es beim Einsatz eines Formwinkelfräsers zur Bearbeitung geneigter Flächen ausreicht, den Werkzeugspitzenwinkel, den Nebenradius des Werkzeugs und entweder die Z-Achse festzulegen Werkzeugeinstellwert oder den voreingestellten Werkzeugradius.
Im folgenden Abschnitt werden die Variablenzuweisungen für das FANUC #1, #2, das Siemens CNC-System R1, R2, das Okuma CNC-System VC1, VC2 und das Heidenhain-System Q1, Q2, Q3 beschrieben. Es zeigt, wie bestimmte Komponenten mithilfe der programmierbaren Parametereingabemethode jedes CNC-Systems programmiert werden. Die Eingabeformate für die programmierbaren Parameter der CNC-Systeme FANUC, Siemens, Okuma und Heidenhain sind in den Tabellen 1 bis 4 aufgeführt.
Notiz:P bezeichnet die Werkzeugkompensationsnummer, während R den Werkzeugkompensationswert im absoluten Befehlsmodus (G90) angibt.
In diesem Artikel werden zwei Programmiermethoden verwendet: Sequenznummer 2 und Sequenznummer 3. Die Z-Achsen-Koordinate nutzt den Ansatz der Werkzeuglängen-Verschleißkompensation, während der Werkzeugkontaktradius die Methode der Werkzeugradius-Geometriekompensation anwendet.
Notiz:Im Befehlsformat bezeichnet „2“ die Werkzeugnummer, während „1“ die Werkzeugschneidennummer bezeichnet.
In diesem Artikel werden zwei Programmiermethoden verwendet, nämlich Seriennummer 2 und Seriennummer 3, wobei die Z-Achsen-Koordinaten- und Werkzeugkontaktradiuskompensationsmethoden mit den zuvor genannten übereinstimmen.
Das Heidenhain CNC-System ermöglicht eine direkte Anpassung der Werkzeuglänge und des Werkzeugradius nach der Werkzeugauswahl. DL1 stellt die um 1 mm vergrößerte Werkzeuglänge dar, während DL-1 die um 1 mm verringerte Werkzeuglänge angibt. Das Prinzip der Verwendung von DR stimmt mit den oben genannten Methoden überein.
Zu Demonstrationszwecken verwenden alle CNC-Systeme einen Kreis mit einem Durchmesser von 40 mm als Beispiel für die Konturprogrammierung. Das Programmierbeispiel finden Sie unten.
5.1 Programmierbeispiel für ein Fanuc-CNC-System
Wenn #1 auf den voreingestellten Wert in Z-Richtung eingestellt ist, ist #2 = #1*tan (Werkzeugspitzenwinkel/2) + (kleiner Radius) und das Programm sieht wie folgt aus.
G10L11P (Längen-Werkzeugkompensationsnummer) R-#1
G10L12P (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) R#2
G0X25Y10G43H (Längen-Werkzeugkompensationsnummer) Z0G01
G41D (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) X20F1000
Y0
G02X20Y0 I-20
G01Y-10
G0Z50
Wenn #1 auf den Kontaktradius eingestellt ist, ist #2 = [Kontaktradius - Nebenradius]/tan (Werkzeugspitzenwinkel/2) und das Programm sieht wie folgt aus.
G10L11P (Längen-Werkzeugkompensationsnummer) R-#2
G10L12P (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) R#1
G0X25Y10G43H (Längen-Werkzeugkompensationsnummer) Z0
G01G41D (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Wenn im Programm die Länge der geneigten Fläche des Teils in Z-Richtung markiert ist, ist R im G10L11-Programmsegment „-#1-Länge der geneigten Fläche in Z-Richtung“; Wenn die Länge der geneigten Fläche des Teils in horizontaler Richtung markiert ist, ist R im G10L12-Programmsegment „+#1-horizontale Länge der geneigten Fläche“.
5.2 Programmierbeispiel für ein Siemens CNC-System
Wenn R1=Z-Voreinstellungswert, R2=R1tan(Werkzeugspitzenwinkel/2)+(kleiner Radius), sieht das Programm wie folgt aus.
TC_DP12[Werkzeugnummer, Werkzeugschneidennummer]=-R1
TC_DP6[Werkzeugnummer, Werkzeugschneidennummer]=R2
G0X25Y10
Z0
G01G41D(Radius-Werkzeugkompensationsnummer)X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Wenn R1=Kontaktradius, R2=[R1-Nebenradius]/tan(Werkzeugspitzenwinkel/2), lautet das Programm wie folgt.
TC_DP12[Werkzeugnummer, Schneidennummer]=-R2
TC_DP6[Werkzeugnummer, Schneidennummer]=R1
G0X25Y10
Z0
G01G41D (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) X20F1000Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Wenn im Programm die Länge der Abschrägung des Teils in Z-Richtung markiert ist, lautet das Programmsegment TC_DP12 „-R1-Abschrägungslänge in Z-Richtung“; Wenn die Länge der Teilschräge in horizontaler Richtung markiert ist, lautet das Programmsegment TC_DP6 „+R1-Horizontale Länge der Abschrägung“.
5.3 Programmierbeispiel für das Okuma CNC-System Wenn VC1 = Z-Voreinstellungswert, VC2 = VC1tan (Werkzeugspitzenwinkel / 2) + (kleiner Radius), sieht das Programm wie folgt aus.
VTOFH [Werkzeugkompensationsnummer] = -VC1
VTOFD [Werkzeugkompensationsnummer] = VC2
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Wenn VC1 = Kontaktradius, VC2 = (VC1-kleiner Radius) / tan (Werkzeugspitzenwinkel / 2), lautet das Programm wie folgt.
VTOFH (Werkzeugkompensationsnummer) = -VC2
VTOFD (Werkzeugkompensationsnummer) = VC1
G0X25Y10
G56Z0
G01G41D (Radius-Werkzeugkompensationsnummer) X20F1000
Y0
G02X20Y0I-20
G01Y-10
G0Z50
Wenn im Programm die Länge der Abschrägung des Teils in Z-Richtung markiert ist, lautet das VTOFH-Programmsegment „-VC1-Abschrägungslänge in Z-Richtung“; Wenn die Länge der Abschrägung des Teils in horizontaler Richtung markiert ist, lautet das VTOFD-Programmsegment „+VC1-horizontale Länge der Abschrägung“.
5.4 Programmierbeispiel des Heidenhain CNC-Systems
Wenn Q1=Z-Voreinstellungswert, Q2=Q1tan(Werkzeugspitzenwinkel/2)+(kleiner Radius), Q3=Q2-Werkzeugradius, ist das Programm wie folgt.
WERKZEUG „Werkzeugnummer/Werkzeugname“DL-Q1 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAXL X20 R
L F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
Wenn Q1=Kontaktradius, Q2=(VC1-Nebenradius)/tan(Werkzeugspitzenwinkel/2), Q3=Q1-Werkzeugradius, lautet das Programm wie folgt.
WERKZEUG „Werkzeugnummer/Werkzeugname“ DL-Q2 DR Q3
L X25Y10 FMAX
L Z0 FMAX
L X20 RL F1000
L Y0
CC X0Y0
C X20Y0 R
L Y-10
L Z50 FMAX
Wenn im Programm die Länge der Abschrägung des Teils in Z-Richtung markiert ist, ist DL „-Q1-Abschrägungslänge in Z-Richtung“; Wenn die Länge der Teilschräge in horizontaler Richtung angegeben wird, ist DR „+Q3-Horizontale Länge der Abschrägung“.
6. Vergleich der Bearbeitungszeit
Die Trajektoriendiagramme und Parametervergleiche der drei Bearbeitungsverfahren sind in Tabelle 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Einsatz des Formwinkelfräsers zur Konturprogrammierung zu einer kürzeren Bearbeitungszeit und einer besseren Oberflächenqualität führt.
Der Einsatz von formgebenden Winkelfräsern begegnet den Herausforderungen bei der Schaftfräser-Schichtprogrammierung und der Kugelfräser-Oberflächenprogrammierung, einschließlich der Notwendigkeit hochqualifizierter Bediener, einer verkürzten Werkzeuglebensdauer und einer geringen Bearbeitungseffizienz. Durch die Implementierung effektiver Werkzeugeinstell- und Programmiertechniken wird die Produktionsvorbereitungszeit minimiert, was zu einer höheren Produktionseffizienz führt.
Wenn Sie mehr wissen möchten, wenden Sie sich bitte an uns info@anebon.com
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 23. Okt. 2024