Beheersing van de snedediepte bij CNC-bewerking:nauwkeurige berekening en controle

Als u besluit dat CNC-bewerking de methode is die u nodig heeft om uw stuk klaar te krijgen, dan moet u weten dat snedediepte (DOC) een van de drie belangrijkste parameters is die de kwaliteit van het bewerkingsproduct beïnvloeden.

Dit artikel helpt u te begrijpen wat wordt bedoeld met snedediepte bij het bewerken, waarom u deze moet controleren, wat het verschil is tussen spaandikte en snedediepte, en hoe u dit kunt berekenen.

Bij het bewerkingsproces is de snedediepte eenvoudigweg hoe diep het snijgereedschap in een werkstuk dringt en er doorheen snijdt om een spaan te creëren. In een ideaal snijproces ontstaat er een chip wanneer het CNC-snijgereedschap met een bepaalde diepte in het oppervlak van het werkstuk naar links beweegt. Deze diepte wordt Depth of Cut of DOC genoemd. Als je een soortgelijke en eenvoudige toepassing nodig hebt, kun je zien hoe chocoladekrullen of chocoladeschaafsel worden gesneden.

De waarden voor de snedediepte worden gemeten in inches of millimeters en variëren gewoonlijk tussen 0,1 en 1 mm.

Waarom moet u de snedediepte bij het bewerken controleren?

De snedediepte heeft een direct effect op het bewerkingsproces, zoals:

• De hitte stijgt op bij de punt van het gereedschap;
• Gereedschapsslijtage;
• Kracht van het verwerkte product;
• De kwaliteit van het bewerkte oppervlak.

Er is bijvoorbeeld een neiging tot vorming van Built-up Edge (BUE) bij gegloeide metalen dan bij koud bewerkte metalen tijdens het snijproces. Het BUE-chiptype bestaat uit lagen spanen die zich ophopen aan de gereedschapspunt. Als de snedediepte te diep is, heeft ongecontroleerde BUE dus ook een negatieve invloed op de oppervlakteafwerking.

Hoe werkt de snedediepte samen met andere bewerkingsfactoren?

De snedediepte is een van de onafhankelijke factoren die het bewerkingsproces beïnvloeden en wordt dus door de operator gecontroleerd. De diepte van de snede heeft echter een wisselwerking met andere factoren en beïnvloedt het resulterende oppervlak van het werkstuk en de eigenschappen ervan.

Snijdiepte en koelvloeistof

Met het verkleinen van de snedediepte neemt de spaankromming af en wordt de spaan gekruld. In dit geval, en wanneer de hitte aan de punt van het gereedschap stijgt, zou je kunnen denken dat het toevoegen van koelvloeistof het proces zal afkoelen.

Door het toevoegen van CNC-koelvloeistof wordt de chip echter nog kruller, wordt het contact tussen het gereedschap en de chip verminderd en wordt de warmte op het gereedschap geconcentreerd, waardoor de gereedschapslijtage aanzienlijk toeneemt. In dit geval kan een spaanbreker handig zijn.

Maaidiepte, spaanhoek en snijsnelheid

Een ander voorbeeld is te vinden in de bewerking van thermoplastische kunststoffen. Thermoplastische materialen hebben over het algemeen een lage thermische geleidbaarheid en een lage elasticiteitsmodulus. Dit betekent dat ze tijdens de bewerking sterk worden beïnvloed door warmteschommelingen aan de gereedschapspunt. Snedediepte, spaanhoek en snijsnelheid moeten allemaal ten opzichte van elkaar worden aangepast om temperatuurstijging en de vorming van gomachtige en kleverige spanen aan de gereedschapspunt te voorkomen.

Het is ook de moeite waard om te weten dat de snedediepte een van de drie belangrijkste parameters is die de standtijd beïnvloeden, samen met de snijsnelheid en voeding.

Hoe bereken ik de snedediepte?

Het belang van kwantitatieve relaties tussen verschillende variabelen is duidelijk wanneer u de snedediepte moet berekenen. Waarom wordt de temperatuur van het gereedschap hoog? Waarom is de oppervlakteafwerking slecht? Waarom slijt het snijgereedschap snel? En nog veel meer.

Om de snedediepte te berekenen, moet u de volgende parameters opgeven:

• Wat is het bewerkingsproces (frezen, draaien, enz.)
• Werkstukmateriaal
• Eigenschappen van tooltip
• Machinemogelijkheden
• Vereiste oppervlakteafwerking en tolerantie

Snijdiepte bij het draaiproces

Bij CNC-draaien roteert het werkstuk terwijl het gereedschap een laag materiaal verwijdert terwijl het langs de lengte van het werkstuk beweegt. De snedediepte kan hetzelfde zijn als de voeding of voedingssnelheid, wat eenvoudigweg de afstand is die het gereedschap bij elke omwenteling in de loop van de tijd langs het werkstuk aflegt, en heeft de eenheid mm/min.

Daarom kan de snedediepte eenvoudig worden gedefinieerd door de dikte van het verwijderde materiaal en kan worden berekend uit:

Snijdiepte in freesproces

Bij het CNC-freesproces draait het gereedschap terwijl het werkstuk stabiel is. De snedediepte is eenvoudigweg hoe diep het gereedschap in één slag in het werkstuk zaagt. Gewoonlijk is de snijdiepte 4 keer de diameter van het snijgereedschap voor grote diameters boven 20 mm en 10 keer de diameter voor kleinere gereedschapsdiameters.

Vergelijk de spaandiktewaarde versus de snedediepte

Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen spaandikte en snedediepte, omdat deze NIET hetzelfde zijn en NIET dezelfde waarde hebben.

Om dit uit te leggen moeten we figuur 1 van het ideale snijproces nader bekijken. De waarde van de snedediepte (laten we dit aangeven met to) is anders dan de spaandikte (tc).

Figuur 1:ideaal snijproces

Het spaanverwijderingsproces wordt uitgevoerd via knippen op een goed gedefinieerd snijvlak en met een gedefinieerde snijhoek ϕ, zoals geïllustreerd in de volgende afbeelding 2. Hierdoor is de waarde van de spaandikte altijd groter dan de waarde van de snedediepte.

Figuur 2:basismechanisme van spaanvorming

Snijverhouding versus spaancompressieverhouding

De verhouding tussen de snedediepte en de spaandikte to/tc wordt de snijverhouding of spaandikteverhouding genoemd en wordt aangegeven met (r) en kan als volgt worden berekend:

Het kan ook als volgt worden berekend op basis van de afschuifhoek ϕ en de hellingshoek α, zoals weergegeven in figuur 1:

Waar:

ϕ:afschuifhoek
α:hellingshoek

Het omgekeerde van deze waarde wordt de spaancompressieverhouding of spaancompressiefactor genoemd, die aangeeft hoeveel de spaandikte wordt vergeleken met de snedediepte.

Bonus:snedediepte versus snijkracht en kracht

Het kennen van de snijkracht en het vermogen is cruciaal bij het berekenen van de DOC. Ze kunnen belangrijke parameters leveren, zoals:

• Gereedschap met de vereiste sterkte om snelle slijtage te voorkomen en de beste efficiëntie en oppervlakteafwerking te bieden.
• Werkstukhouders en opspanningen die deze krachten kunnen weerstaan met minimale vervorming.

Het benodigde vermogen is eenvoudigweg het product van de snijkracht vermenigvuldigd met de snelheid en kan als volgt worden berekend:

Waarbij Fc de “snijkracht” is en wordt gedefinieerd als de kracht die door het gereedschap wordt uitgeoefend om door het werkstuk te snijden, en die in dezelfde richting werkt als de gereedschapssnelheid V.

De totale specifieke energie is de totale energie die nodig is om de schuifkracht uit te voeren die nodig is om door het oppervlak (us) te snijden, naast de wrijvingsspecifieke energie die de energie is die nodig is om de wrijving tussen het gereedschap en het oppervlak te overwinnen (uf).

Afschuifspecifieke energie en wrijvingsspecifieke energie zijn gerelateerd aan de snedediepte en kunnen als volgt worden berekend:

De spaansnelheid is als volgt gerelateerd aan de snijsnelheid:

Daarom is het de moeite waard te vermelden dat deze formules omgekeerd kunnen worden gebruikt om de snedediepte te berekenen als u specifieke machineparameters heeft.

WayKen is een betrouwbare partner voor uw bewerkingsprojecten

Bewerking is een complexe operatie en het is geen eenvoudig proces om kwantitatieve waarden voor alle parameters vast te stellen en de bewerkbaarheid van een bepaald materiaal te bepalen.

WayKen is uw CNC-bewerkingsexpert die efficiënte en betaalbare bewerkingsoplossingen biedt. Onze ingenieurs zullen een uitgebreide bewerkingsstrategie ontwikkelen om ervoor te zorgen dat elke bewerkingsparameter in het proces aan de bewerkingsvereisten voldoet. Bovendien hanteren wij voor elk project een 100% inspectie om aan uw productspecificaties te voldoen.

Conclusie

Snedediepte is een zeer belangrijke parameter waarmee rekening moet worden gehouden voordat met het bewerkingsproces wordt begonnen. Zoals eerder werd uitgelegd, heeft de snedediepte rechtstreeks invloed op afhankelijke bewerkingsparameters zoals bewerkingskrachten en specifieke energieën. Het berekenen van deze waarden heeft niet alleen invloed op de sterkte en oppervlakteafwerking van het werkstuk, maar ook op het gereedschapsmateriaal, het type bevestiging en de mogelijkheid om een koelmiddel te gebruiken.