In de hedendaagse maakindustrie,CNC-freesmachinesworden veel gebruikt vanwege hun aanzienlijke voordelen, zoals hoge precisie, hoge efficiëntie en hoge mate van automatisering. Om de prestaties van CNC-freesmachines volledig te benutten en een hoogwaardige en efficiënte verwerking te bereiken, is de selectie van snijgereedschappen echter cruciaal. Als een belangrijk onderdeel dat direct betrokken is bij het snijden, heeft een verstandige selectie van snijgereedschappen direct invloed op de kwaliteit en productie-efficiëntie van het eindproduct. Op basis hiervan zal dit artikel ingaan op de relevante punten bij gereedschapsselectie inCNC-freesmachines.
1. Vereisten voor snijgereedschappen bij CNC-freesbewerkingen
Vanwege de hoge precisie, hoge snelheid en hoge mate van automatisering,CNC-freesmachineshebben strengere eisen gesteld aan de gebruikte gereedschappen. Om de bewerkingskwaliteit te waarborgen en de productie-efficiëntie te verbeteren, moeten CNC-freesmachines de volgende kenmerken hebben:
(1) Betrouwbaarheid en duurzaamheid
Ten eerste moeten snijgereedschappen een hoge betrouwbaarheid en duurzaamheid hebben. In het continue bewerkingsproces vanCNC-freesmachinesHet gereedschap moet langdurig bestand zijn tegen snijkrachten met hoge sterkte en thermische belastingen. Als de betrouwbaarheid van het gereedschap onvoldoende is of de duurzaamheid laag is, kunnen er gemakkelijk problemen optreden zoals voortijdige slijtage en snijkantinstorting. Dit beïnvloedt niet alleen de bewerkingskwaliteit, maar leidt ook tot frequente gereedschapswisselingen, verhoogde productiestilstand en een lagere productie-efficiëntie. Daarom is het selecteren van gereedschapsmaterialen met een goede slijtvastheid, slagvastheid en thermische stabiliteit, evenals een verstandig ontwerp van de gereedschapsstructuur, de sleutel tot het verbeteren van de betrouwbaarheid en duurzaamheid van het gereedschap.
(2) Stijfheid en sterkte
Om te voldoen aan de eisen van een grote snijdiepte en snelle voeding tijdens voorbewerking, moet het gereedschap een goede stijfheid en sterkte hebben. Een grote snijdiepte en snelle voeding kunnen ervoor zorgen dat het gereedschap enorme snijkrachten kan weerstaan. Als de stijfheid van het gereedschap onvoldoende is, is het gevoelig voor vervorming, wat de bewerkingsnauwkeurigheid beïnvloedt; onvoldoende sterkte kan leiden tot gereedschapsbreuk en ongevallen. Daarom moeten tijdens het ontwerp en de productie van het gereedschap maatregelen worden genomen, zoals het optimaliseren van de geometrische vorm van het gereedschap en het selecteren van hoogwaardige materialen, om ervoor te zorgen dat het gereedschap voldoende stijfheid en sterkte heeft.
(3) Prestaties op het gebied van spaanbreken en -verwijdering
Een goede spaanbreking en spaanafvoer zijn een belangrijke voorwaarde voor de normale werking van gereedschapsmachines.CNC-frezen, de continue productie en ophoping van spanen. Als het gereedschap niet effectief spanen kan breken en verwijderen, zullen spanen zich om het gereedschap of werkstuk wikkelen, wat de stabiliteit van het snijproces beïnvloedt en zelfs het gereedschap en de machine kan beschadigen. Om een goede spaanafvoer te bereiken, moeten de parameters van de snijkantvorm, de voorhoek en de achterhoek van het gereedschap zorgvuldig worden ontworpen. Tegelijkertijd kunnen een redelijke selectie van snijparameters en het gebruik van snijvloeistof ook bijdragen aan een betere spaanafvoer.
(4) Eenvoudige installatie en aanpassing
Het gemak van gereedschapsinstallatie en -afstelling is van groot belang voor het verbeteren van de productie-efficiëntie en het garanderen van de bewerkingsnauwkeurigheid. Bij CNC-freesmachines is het vaak vervangen van gereedschap en het aanpassen van de gereedschapspositie een tijdverspilling als het installatie- en afstelproces complex en omslachtig is. Daarom moeten snijgereedschappen en gereedschapshouders met een eenvoudige structuur, betrouwbare installatie en positionering en handige afstelling worden gekozen om de tijd voor gereedschapsvervanging en -afstelling te verkorten en de benuttingsgraad van de machine te verbeteren.
(5) Hoogwaardige snijgereedschapmaterialen
Het kiezen van hoogwaardige gereedschapsmaterialen vormt de basis voor het verbeteren van de gereedschapsprestaties. Momenteel worden veelgebruikte gereedschapsmaterialen voorCNC-freesmachinesOmvatten snelstaal, harde legeringen, gecoate legeringen, keramiek, kubisch boornitride en diamant. Verschillende gereedschapsmaterialen hebben verschillende prestatiekenmerken en geschikte gereedschapsmaterialen moeten worden geselecteerd op basis van factoren zoals het materiaal van het werkstuk, de verwerkingstechnologie en de snijomstandigheden. Zo hebben snijgereedschappen van snelstaal een goede taaiheid en slijpbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor het bewerken van complexe vormdelen en snijden op lage snelheid; snijgereedschappen van harde legeringen hebben een hoge hardheid en goede slijtvastheid, waardoor ze geschikt zijn voor snijden op hoge snelheid en ruw bewerken; gecoate snijgereedschappen verbeteren hun prestaties verder door hun oppervlak te coaten met een slijtvaste en hittebestendige coating, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende snijomstandigheden.
2. Classificatie van CNC-freesmachines
Er zijn verschillende soortenCNC-freesmachineGereedschappen, die volgens verschillende classificatienormen in verschillende typen kunnen worden ingedeeld. De volgende classificatiemethoden zijn gebruikelijk:
(1) Geclassificeerd op gereedschapsstructuur
Geïntegreerde snijgereedschappen
Geïntegreerde snijgereedschappen zijn gereedschappen waarvan het werkstuk en de schacht als één geheel worden vervaardigd, zoals frezen, boren, enz. Het geïntegreerde snijgereedschap heeft een eenvoudige structuur en een hoge sterkte, maar is moeilijk te vervaardigen en heeft hoge kosten. Het is geschikt voor het bewerken van onderdelen met eenvoudige vormen en hoge precisie-eisen.
Ingelegde snijgereedschappen
Ingelegde snijgereedschappen zijn gereedschappen waarbij het lemmet of de tanden in het snijlichaam worden ingebed, zoals ingelegde frezen, draaibeitels, enz. De bladen of tanden van ingebedde snijgereedschappen kunnen van verschillende materialen en geometrische vormen worden gemaakt om te voldoen aan verschillende verwerkingsvereisten, en zijn veelzijdig en economisch.
Speciaal type snijgereedschap
Speciale snijgereedschappen zijn gereedschappen die zijn ontworpen om te voldoen aan bepaalde speciale verwerkingsvereisten, zoals vormgereedschappen, composietgereedschappen, enz. Gevormde snijgereedschappen kunnen het oppervlak van specifieke gevormde onderdelen bewerken, zoals tandwielfrezen, splinefrezen, enz. Samengestelde snijgereedschappen kunnen meerdere verwerkingsstappen voltooien in één snijproces, zoals het boren en frezen van composiet snijgereedschappen, het kotteren en frezen van composiet snijgereedschappen, enz.
(2) Classificatie op gereedschapsmateriaal
Snijgereedschappen voor snelstaal
Snelstaal is een hooggelegeerd staaltype dat een aanzienlijke hoeveelheid legeringselementen bevat, zoals wolfraam, chroom en vanadium. Snelstaal snijgereedschappen hebben een goede taaiheid en slijpbaarheid en zijn bestand tegen hoge stootbelastingen. Ze worden vaak gebruikt voor het bewerken van onderdelen met complexe vormen en hoge precisie-eisen, zoals boren, tappen, frezen, enz. Afhankelijk van de prestaties kunnen snelstaal snijgereedschappen worden onderverdeeld in universeel snelstaal en hoogwaardig snelstaal.
Universeel snelstaal: De hardheid varieert van 62 tot 69HRC, het heeft een bepaalde slijtvastheid, hoge sterkte en taaiheid en de snijsnelheid is over het algemeen niet hoger dan 45 tot 60 m/min, wat niet geschikt is voor snijden op hoge snelheid.
Hoogwaardig snelstaal: Dit is een staalsoort met een hogere hittebestendigheid en slijtvastheid, verkregen door een verhoogd koolstof- en vanadiumgehalte in snelstaal. Hoogwaardig snelstaal heeft een goede rode hardheid en kan bij temperaturen van 620-660 °C nog steeds een hardheid van 60 HRC behouden. De duurzaamheid is 2-3,5 keer zo hoog als die van universeel snelstaal. Hoogwaardig snelstaal wordt vaak gebruikt voor de bewerking van moeilijk te bewerken materialen, zoals hittebestendige legeringen en titaniumlegeringen.
Snijgereedschappen van harde legeringen
Harde legeringen worden geproduceerd door middel van poedermetallurgie, waarbij gebruik wordt gemaakt van metaalcarbiden met een hoge hardheid en een hoog smeltpunt (zoals wolfraamcarbide, titaancarbide, enz.), poeder en bindmiddelen (zoals kobalt, nikkel, enz.). Harde legeringen hebben de eigenschappen van een hoge hardheid, goede slijtvastheid en hoge hittebestendigheid, met een snijsnelheid van 100-300 m/min. Dit maakt ze geschikt voor hogesnelheidssnijden en ruwbewerking. Harde legeringen kunnen worden ingedeeld in wolfraamkobalt (YG), wolfraamtitaniumkobalt (YT) en wolfraamtitaniumtantaal (niobium)kobalt (YW), afhankelijk van hun samenstelling en prestaties.
Wolfraamkobalt (YG) harde legeringen: YG harde legeringen hebben een hoog kobaltgehalte en een goede taaiheid, waardoor ze geschikt zijn voor de bewerking van brosse materialen zoals gietijzer en non-ferrometalen.
Wolfraam-titanium-kobalt (YT) harde legeringen: YT harde legeringen hebben een hoog titaniumgehalte, een goede hardheid en slijtvastheid en zijn geschikt voor de bewerking van kunststoffen zoals staal.
Wolfraam-titanium-tantaal (niobium)-kobalt (YW) harde legering: YW harde legering combineert de voordelen van YG en YT harde legeringen, met een hoge hardheid, slijtvastheid, hittebestendigheid en taaiheid, geschikt voor de bewerking van verschillende materialen, met name moeilijk te bewerken materialen zoals roestvrij staal en hittebestendig staal.
Gecoate snijgereedschappen
Gecoate snijgereedschappen zijn voorzien van een laag slijtvaste en hittebestendige coatingmaterialen, zoals TiC, TiN, Al2O3, enz., op het oppervlak van snijgereedschappen van harde legeringen of snelstaal. Gecoate snijgereedschappen kunnen de oppervlaktehardheid, slijtvastheid en hittebestendigheid van snijgereedschappen aanzienlijk verbeteren en hun levensduur verlengen. Gecoate snijgereedschappen zijn geschikt voor diverse snijomstandigheden, met name voor snelsnijden en droogsnijden.
Keramische snijgereedschappen
Keramische snijgereedschappen bestaan voornamelijk uit keramische materialen zoals aluminiumoxide (Al2O3) en siliciumnitride (Si3N4), die bij hoge temperaturen worden gesinterd. Keramische snijgereedschappen hebben voordelen zoals een hoge hardheid, goede slijtvastheid, hoge hittebestendigheid en goede chemische stabiliteit. De snijsnelheid kan oplopen tot 500-1000 m/min, waardoor ze geschikt zijn voor hogesnelheidssnijden en precisiebewerking. Keramische snijgereedschappen zijn echter broos en hebben een slechte slagvastheid. Bij gebruik ervan is het belangrijk om stootbelasting te vermijden.
Snijgereedschappen met kubieke boornitride
Kubisch boornitride (CBN) is een kunstmatig gesynthetiseerd superhard materiaal met een hardheid die alleen door diamant wordt overtroffen. Kubisch boornitride snijgereedschappen hebben voordelen zoals een hoge hardheid, goede slijtvastheid, hoge hittebestendigheid en goede chemische stabiliteit. De snijsnelheid kan oplopen tot 1000-2000 m/min, waardoor ze geschikt zijn voor hogesnelheidssnijden en precisiebewerking van materialen met een hoge hardheid, zoals gehard staal en gekoeld gietijzer.
Diamant snijgereedschappen
Diamant is de hardste stof in de natuur en diamantsnijgereedschappen hebben een extreem hoge hardheid, slijtvastheid en thermische geleidbaarheid. De snijsnelheid kan oplopen tot 2000-5000 m/min, waardoor ze geschikt zijn voor hogesnelheidssnijden en precisiebewerking van non-ferrometalen en niet-metalen materialen. Diamantsnijgereedschappen zijn echter duur en niet geschikt voor het bewerken van metalen op ijzerbasis, omdat diamanten bij hoge temperaturen chemische reacties aangaan met ijzer.
3. Selectie van snijgereedschapmaterialen voor CNC-freesmachines
Er zijn verschillende soorten gereedschapsmaterialen die worden gebruikt voor CNC-bewerking, elk met zijn eigen unieke prestatiekenmerken en toepasbaarheid. Bij de keuze van gereedschapsmaterialen is het noodzakelijk om factoren zoals het materiaal van het werkstuk, de bewerkingstechnologie, de snijomstandigheden, enz. uitgebreid te overwegen om het meest geschikte gereedschapsmateriaal te kiezen.
(1) Prestatie-indicatoren van snijgereedschapmaterialen voor metaalbewerking
Het snijgereedschapmateriaal voor het snijden van metaal moet doorgaans aan een reeks prestatie-indicatoren voldoen, waarvan hardheid, sterkte, rode hardheid, thermische geleidbaarheid, enz. het belangrijkst zijn.
Hardheid is het vermogen van gereedschapsmaterialen om slijtage te weerstaan. Hoe hoger de hardheid, hoe slijtvaster het gereedschap is. Sterkte is het vermogen van gereedschapsmaterialen om breuk en vervorming te weerstaan. Gereedschappen met hoge sterkte kunnen aanzienlijke snijkrachten weerstaan. Rode hardheid verwijst naar het vermogen van gereedschapsmaterialen om hun hardheid te behouden bij hoge temperaturen. Gereedschappen met een goede rode hardheid zijn geschikt voor snijden met hoge snelheid. Thermische geleidbaarheid beïnvloedt de warmteafvoer van snijgereedschappen. Gereedschappen met een goede thermische geleidbaarheid kunnen snijwarmte snel overdragen en thermische slijtage van het gereedschap verminderen.
(2) Ideaal gereedschapsmateriaal
Het ideale gereedschapsmateriaal moet zowel hard als sterk zijn, evenals een goede rode hardheid, thermische geleidbaarheid, slijtvastheid en taaiheid. In de praktijk is het echter moeilijk om een gereedschapsmateriaal te vinden dat volledig aan alle eisen voldoet. Daarom is het noodzakelijk om te wegen en te kiezen op basis van de specifieke verwerkingsomstandigheden.
(3) Veelgebruikte snijgereedschapmaterialen in praktische toepassingen
In de praktische verwerking worden snijgereedschappen van harde legeringen en gecoate harde legeringen het meest gebruikt vanwege hun uitstekende algehele prestaties.
Snijgereedschappen van harde legeringen hebben een hoge hardheid en slijtvastheid, waardoor ze geschikt zijn voor hogesnelheidsbewerkingen en ruwbewerkingen. Gecoate snijgereedschappen van harde legeringen verbeteren hun prestaties verder en verlengen hun levensduur door ze te coaten met een slijtvaste en hittebestendige coating.
Voor sommige moeilijk te bewerken materialen, zoals hittebestendige legeringen, titaniumlegeringen, enz., bieden kubische boornitride snijgereedschappen en diamantsnijgereedschappen unieke voordelen. Kubische boornitride snijgereedschappen hebben een hoge hardheid en een goede rode hardheid, waardoor ze effectief materialen met een hoge hardheid kunnen snijden. Diamantsnijgereedschappen hebben een extreem hoge hardheid en thermische geleidbaarheid, waardoor ze geschikt zijn voor precisiebewerking van non-ferrometalen en niet-metalen materialen.
Hoewel snijgereedschappen van snelstaal niet zo hard en slijtvast zijn als snijgereedschappen van harde legeringen, hebben ze toch bepaalde toepassingen bij het bewerken van complexe gevormde onderdelen en bij het snijden op lage snelheid, vanwege hun goede taaiheid en slijpbaarheid.
Keramische snijgereedschappen hebben een hoge hardheid en goede slijtvastheid, maar ze zijn bros en geschikt voor hogesnelheidssnijden en precisiebewerking.
4. De beïnvloedende factoren bij de gereedschapsselectie voor CNC-freesmachines
Bij het selecteren van CNC-freesmachines moeten de volgende factoren grondig in overweging worden genomen:
(1) Prestaties van machinegereedschappen
Verschillende typen en specificaties van CNC-freesmachines hebben verschillende prestatiekenmerken, zoals spindelsnelheid, voedingssnelheid, vermogen, koppel, enz. De selectie van snijgereedschappen moet aansluiten op de prestaties van de machine om het potentieel ervan volledig te benutten. Voor hogesnelheidsfreesmachines moeten bijvoorbeeld geschikte snijgereedschappen voor hogesnelheidsfrezen worden geselecteerd, zoals gereedschappen met een gecoate harde legering, keramische gereedschappen, enz. Voor krachtige freesmachines kunnen snijgereedschappen met een hogere sterkte en stijfheid worden geselecteerd, zoals snijgereedschappen met een geïntegreerde harde legering.
(2) Werkstukmateriaal
De prestaties van werkstukmaterialen hebben een aanzienlijke invloed op de gereedschapskeuze. Verschillende werkstukmaterialen hebben verschillende hardheden, sterktes, taaiheid, thermische geleidbaarheid, enz. Zo kan bij de verwerking van brosse materialen zoals gietijzer worden gekozen voor snijgereedschappen van het type YG-harde legering; bij de verwerking van kunststoffen zoals staal is het raadzaam om te kiezen voor snijgereedschappen van het type YT-harde legering of gecoate snijgereedschappen; bij de verwerking van moeilijk te bewerken materialen zoals hittebestendige legeringen en titaniumlegeringen, moeten snijgereedschappen van kubisch boornitride of diamant worden gekozen.
(3) Verwerkingsprogramma
Het type bewerkingsprogramma (zoals voorbewerking, semi-precisiebewerking, precisiebewerking) en de snijparameters (zoals snijsnelheid, voedingssnelheid en snijdiepte) zijn ook van invloed op de selectie van snijgereedschappen. Bij voorbewerking moeten snijgereedschappen met een hoge sterkte en stijfheid worden gekozen die bestand zijn tegen grote snijkrachten, zoals snijgereedschappen van massieve harde legeringen. Bij precisiebewerking moeten gereedschappen met een hoge precisie en een goede oppervlaktekwaliteit worden gekozen, zoals gereedschappen van gecoate harde legeringen of keramische gereedschappen.
(4) Snijhoeveelheid
De grootte van de snijhoeveelheid bepaalt direct de snijkracht en snijwarmte die het gereedschap opneemt. Bij bewerkingen met grote snijhoeveelheden moeten snijgereedschappen met een hoge sterkte en goede hittebestendigheid worden gekozen; bij bewerkingen met kleine snijhoeveelheden kunnen snijgereedschappen met een hoge hardheid en goede slijtvastheid worden gekozen.
5. Stappen en methoden voor het selecteren van snijgereedschappen voor CNC-freesmachines
Bij het selecteren van CNC-freesmachines kunnen de volgende stappen worden gevolgd:
(1) Bepaal de verwerkingsvereisten
Ten eerste is het noodzakelijk om de vorm, de afmetingen, de nauwkeurigheidseisen, de eisen aan de oppervlaktekwaliteit en de bewerkingstechnieken (zoals voorbewerking, semi-precisiebewerking en precisiebewerking) van de bewerkte onderdelen duidelijk te maken.
(2) Analyseer het materiaal van het werkstuk
Analyseer de prestaties van het werkstukmateriaal, zoals hardheid, sterkte, taaiheid, thermische geleidbaarheid, enz. om het geschikte gereedschapsmateriaal te bepalen.
(3) Selecteer gereedschapstype
Kies het juiste type gereedschap, bijvoorbeeld een frees, boor, boorfrees, etc. op basis van de verwerkingsvereisten en het materiaal van het werkstuk.
(4) Bepaal gereedschapsparameters
Bepaal de diameter, lengte, het aantal snijkanten, de spiraalhoek, de voorloophoek, de achterloophoek en andere parameters van het snijgereedschap op basis van de snijparameters en de machineprestaties.
(5) Kies merken en leveranciers van snijgereedschappen
Nadat u het type en de parameters van het snijgereedschap hebt bepaald, kiest u voor bekende merken en betrouwbare leveranciers om de kwaliteit van het gereedschap en de aftersalesservice te garanderen.
6. Gebruik en onderhoud van CNC-freesmachines
Het kiezen van het juiste gereedschap is slechts de eerste stap. Het correct gebruiken en onderhouden van het gereedschap is net zo cruciaal voor het garanderen van de bewerkingskwaliteit en het verlengen van de levensduur van het gereedschap.
(1) Installatie van snijgereedschappen
Bij het installeren van het gereedschap is het belangrijk om te zorgen voor een nauwkeurige pasvorm tussen het gereedschap en de gereedschapshouder, zodat het gereedschap stevig en nauwkeurig wordt geïnstalleerd. Tegelijkertijd moet aandacht worden besteed aan de installatierichting en -positie van het gereedschap om installatiefouten te voorkomen die kunnen leiden tot bewerkingsfouten of gereedschapsschade.
(2) Selectie van snijparameters voor snijgereedschappen
Een redelijke selectie van snijparameters is essentieel voor een normale snijkwaliteit en een langere standtijd. Snijparameters omvatten snijsnelheid, voedingssnelheid, snijdiepte, enz. en moeten uitgebreid worden overwogen op basis van factoren zoals gereedschapsmateriaal, werkstukmateriaal en bewerkingsproces. Over het algemeen geldt dat binnen het toegestane bereik van snijgereedschappen hogere snijsnelheden en lagere voedingssnelheden moeten worden gekozen om de bewerkingsefficiëntie en oppervlaktekwaliteit te verbeteren.
(3) Koeling en smering van snijgereedschappen
Tijdens het snijproces moeten geschikte koel- en smeermethoden worden gebruikt om de snijtemperatuur te verlagen, gereedschapsslijtage te verminderen en de kwaliteit van het bewerkte oppervlak te verbeteren. Veelgebruikte koel- en smeermethoden zijn onder andere snijvloeistofkoeling, luchtkoeling, olienevelsmering, enz.
(4) Onderhoud en verzorging van snijgereedschappen
Na de bewerking moeten spanen en olievlekken op het snijgereedschap tijdig worden verwijderd en moet de slijtage van het gereedschap worden gecontroleerd. Indien er sprake is van slijtage, moet het gereedschap tijdig worden geslepen of vervangen. Tegelijkertijd moet er regelmatig onderhoud aan het snijgereedschap worden uitgevoerd, zoals het aanbrengen van roestwerende olie, het controleren van de nauwkeurigheid van de handgreep, enz., om de prestaties en levensduur van het snijgereedschap te garanderen.
7. Conclusie
De selectie van snijgereedschappen voor CNC-freesmachines is een complexe en belangrijke taak die een uitgebreide afweging vereist van meerdere factoren, zoals machineprestaties, werkstukmaterialen, bewerkingsprogramma's en snijhoeveelheden. Het correct kiezen en gebruiken van snijgereedschappen kan niet alleen de bewerkingskwaliteit en productie-efficiëntie verbeteren, maar ook de productiekosten verlagen en de levensduur van bewerkingsmachines verlengen. Daarom moet in de productie het meest geschikte gereedschap worden geselecteerd op basis van de specifieke bewerkingssituatie en de prestatiekenmerken van het gereedschap. Het gebruik en onderhoud van het gereedschap moeten worden verbeterd om de voordelen van CNC-freesmachines optimaal te benutten en de ontwikkeling van de maakindustrie te ondersteunen.