Oberflächenrauheit bei der CNC-Bearbeitung

Die Oberflächenrauheit ist ein wichtiger Indikator zur Messung mikroskopischer Unebenheiten auf der Oberfläche eines Teils und beeinflusst direkt die Verschleißfestigkeit, Passungseigenschaften, Dauerfestigkeit, Dichtleistung und das Erscheinungsbild des Teils. Bei der numerisch gesteuerten Bearbeitung ist die präzise Kontrolle der Oberflächenrauheit der Schlüssel zur Messung der Bearbeitungsqualität.

I. Kernkonzepte: Ra und Rz

Am häufigsten werden Sie auf zwei Parameter stoßen:

· Ra (Arithmetische mittlere Abweichung): Der am häufigsten verwendete Indikator. Es handelt sich um den arithmetischen Mittelwert der Absolutwerte des Konturversatzes innerhalb der Abtastlänge. Je kleiner der Ra-Wert, desto glatter die Oberfläche.

· Intuitives Verständnis: Ra spiegelt den „durchschnittlichen“ Höhenunterschied der Oberfläche wider. Zum Beispiel:

· Ra 0,8 μm: Sichtbare Bearbeitungsspuren, aber glatte Haptik (erreichbar durch Präzisionsfräsen und Präzisionsdrehen).

· Ra 1,6 μm: Leicht sichtbare Bearbeitungsspuren (allgemeine Standardanforderungen für die Feinbearbeitung).

· Ra 3,2 μm: Sichtbare Bearbeitungsspuren (üblicher Wert für die Vorbearbeitung).

· Ra 6,3 μm: Deutlich sichtbare Werkzeugspuren (im Zustand nach der Grobbearbeitung).

· Rz (Maximale Höhe): Der Abstand zwischen der Spitzenlinie der Kontur und der unteren Linie des Tals innerhalb der Probenlänge. Dabei wird den extremen Spitzen und Tälern auf der Oberfläche mehr Aufmerksamkeit geschenkt, die für die Leistung, beispielsweise die Versiegelung, wichtiger sind.

Einfach ausgedrückt: Ra betrachtet das "durchschnittliche Niveau", während Rz die "extreme Situation" betrachtet. Im Allgemeinen Mechanische Bearbeitung, Ra wird häufiger verwendet.

II. Vier Schlüsselfaktoren, die die Oberflächenrauheit beeinflussen

Die Kontrolle der Oberflächenrauheit beinhaltet im Wesentlichen die Kontrolle der Wechselwirkung zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück. Die wichtigsten Einflussfaktoren lassen sich in vier Punkten zusammenfassen:

1. Schnittparameter (CNC-Programmkern

· Schnittgeschwindigkeit (Vc): Eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit/Lineargeschwindigkeit ist in der Regel der effektivste Weg, um die Oberflächengüte zu verbessern. Höhere Geschwindigkeiten können die Bildung von Aufbauschneiden (BUE) reduzieren, den Schneidvorgang sanfter gestalten und so eine glattere Oberfläche erzielen.

· Vorschub (F): Dies ist einer der Parameter, die den größten Einfluss auf die Rauheit haben. Durch die Reduzierung des Vorschubs kann die Höhe der verbleibenden Werkzeugspuren auf der bearbeiteten Oberfläche direkt verringert werden (die theoretische Rauheit ist proportional zum Quadrat des Vorschubs).

· Schnitttiefe (Ap): Normalerweise ist ihr Einfluss auf die Rauheit indirekt. Eine zu große Schnitttiefe kann zu Vibrationen und Werkzeugverformungen führen und dadurch die Oberflächenqualität verschlechtern.

2. Werkzeugauswahl

· Spitzenbogenradius (Re): Die Erhöhung des Spitzenbogenradius ist ein weiteres wirksames Mittel zur Verbesserung der Oberflächenrauheit. Ein größerer Bogenradius kann die Werkzeugspuren glatter machen und den theoretischen Rauheitswert deutlich reduzieren.

· Werkzeugmaterial und Beschichtung: Beschichtungen mit guter Verschleißfestigkeit (wie TiAlN) und härtere Substrate (wie Hartmetall) können die Schneide scharf halten und die durch Verschleiß verursachte Oberflächenverschlechterung verringern.

· Werkzeugverschleiß: Abgenutzte Werkzeuge sind der größte Nachteil für die Oberflächenqualität. Eine stumpfe Klinge quetscht das Material eher, als dass sie es schneidet. Dies führt zu Graten, Rissen und einer stark erhöhten Oberflächenrauheit. Schneidwerkzeuge müssen regelmäßig überprüft und ausgetauscht werden.

3. Werkzeugmaschinen und Spannvorrichtungen

· Steifigkeit/Zustand der Werkzeugmaschine: Alte Werkzeugmaschinen mit Spiel in den Hauptwellenlagern neigen zu Vibrationen (Flattern), die deutliche Vibrationsspuren auf der Oberfläche hinterlassen und die Rauheit ernsthaft beschädigen.

· Festigkeit der Werkstückspannung: Das Werkstück muss fest eingespannt sein. Jede leichte Erschütterung wird auf die bearbeitete Oberfläche übertragen.

· Genauigkeit der Werkzeugspannung: Durch die Verwendung hochwertiger Werkzeughalter (z. B. Schrumpfwerkzeughalter oder hydraulische Werkzeughalter) kann der Rundlauffehler des Werkzeugs verringert, sichergestellt werden, dass alle Schneidkanten gleichmäßig am Schnitt beteiligt sind, und eine gleichmäßige Oberflächengüte erreicht werden.

4. Materialeigenschaften

· Materialhärte und Zähigkeit: Viskose Materialien (wie Aluminium und Edelstahl) neigen zur Aufbauschneidenbildung, die Späne bleiben an der Schneide haften und reißen die bearbeitete Oberfläche. Spröde Materialien (wie Gusseisen) erzielen eher eine bessere Oberflächengüte.

· Kühlung und Schmierung: Der richtige Einsatz von Kühlmittel ist von entscheidender Bedeutung.

Bei Materialien wie Aluminiumlegierungen kann ausreichend Kühlmittel Späne wegspülen, Kratzer auf der bearbeiteten Oberfläche verhindern und die Temperatur senken.

Bei Edelstahl, Titanlegierungen und anderen Materialien kann die Verwendung von Kühlmittel auf Ölbasis oder Hochdruckkühlmittel eine wirksame Schmierung bewirken, die Schnittkraft verringern und die Bildung von Aufbauschneiden verhindern.

III. Praktische Fähigkeiten und Lösungen

Problemphänomene, mögliche Ursachen, Lösungen

Auf der Oberfläche der Werkzeugmaschine/des Werkstücks/des Werkzeugs treten regelmäßig Vibrationsspuren auf (Flattern). 1. Prüfen und verbessern Sie die Spannfestigkeit. 2. Passen Sie die Schnittparameter an (Feineinstellung der Drehzahl oder des Vorschubs), um die Vibrationsfrequenz zu ändern. 3. Kürzen Sie die Überhanglänge des Schneidwerkzeugs und verwenden Sie stattdessen ein dickeres.

Auf der Oberfläche des Werkzeugs haften Risse und Grate, und es kommt zu starker Aufbauschneidenbildung. 1. Erhöhen Sie die Schnittgeschwindigkeit. 2. Verwenden Sie scharfe Werkzeuge mit Polierrillen. 3. Erhöhen Sie die Kühlmittelkonzentration und -durchflussrate oder wechseln Sie zu einem Kühlmittel mit besserer Schmierfähigkeit.

Ungleichmäßige Oberflächenrauheit und Werkzeugverschleiß: 1. Überprüfen und ersetzen Sie die abgenutzten Werkzeuge. 2. Optimieren Sie den Verarbeitungspfad, um zu vermeiden, dass das Werkzeug lange an der Ecke verbleibt.

Der Ra-Zielwert kann nicht erreicht werden. Die Parameterkombination ist unzulässig. 1. Versuchen Sie zunächst, den Vorschub (F) zu reduzieren. Versuchen Sie anschließend, die Spindeldrehzahl (S) zu erhöhen. 3. Ersetzen Sie das Werkzeug durch ein Werkzeug mit größerem Spitzenradius (Re).

Problem der Werkzeugbahnprogrammierung bei bereichsspezifischen Rauheitsunterschieden: 1. Verwenden Sie bei der Schlichtbearbeitung einen kleineren Schrittabstand (Step) (üblicherweise weniger als 10 % des Werkzeugdurchmessers). 2. Verwenden Sie beim Schlichten der Kontur Bögen für Ein- und Ausfahrt, um ein direktes Eindringen in das Werkstück zu vermeiden.

IV. Klassische Strategien zur Parameteranpassung (am Beispiel der Feinbearbeitung)

Um eine glattere Oberfläche (z. B. Ra 0,8) zu erhalten, nehmen Sie die Anpassungen bitte in der folgenden Prioritätsreihenfolge vor:

Erste Wahl: Reduzieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit (F). Dies ist die direkteste und effektivste Methode.

2. Zweite Möglichkeit: Erhöhen Sie die Schnittgeschwindigkeit (Vc/S). Dabei müssen jedoch die Nenndrehzahl des Schneidwerkzeugs und die Leistung der Werkzeugmaschine berücksichtigt werden.

3. Nochmals: Den Radius des Bogens an der Messerspitze vergrößern (Re). Sofern Werkzeug und Programm dies zulassen.

4. Letzter Ausweg: Verwenden Sie ein Polierklingenwerkzeug. Einige moderne Schneidwerkzeuge sind mit speziell polierten Schneidkanten ausgestattet, mit denen auch bei höheren Vorschubgeschwindigkeiten eine extrem geringe Oberflächenrauheit erreicht werden kann.

Und vergessen Sie nicht:

· Messung: Bewerten Sie die Ergebnisse objektiv mit einem Oberflächenrauheitsmessgerät, anstatt sich nur auf das bloße Auge und den Tastsinn zu verlassen.

· Kommunikation mit Lieferanten: Werkzeuglieferanten können Parametervorschläge für bestimmte Materialien und Verarbeitungsarten machen.

· Experimentieren und aufzeichnen: Führen Sie einfache Probeschnitte durch, zeichnen Sie erfolgreiche Parameterkombinationen auf und erstellen Sie Ihre eigene Bibliothek mit Verarbeitungsparametern.

Durch systematisches Verständnis der oben genannten Faktoren und flexible Anwendung dieser Techniken können Sie die Oberflächenrauheit von CNC-Bearbeitungund qualitativ hochwertigere Produkte herstellen.