Die Ende der 1980er Jahre aufgekommene Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) verkürzt die Bearbeitungszeit erheblich und verbessert die Oberflächenqualität und Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks, da sie die Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit deutlich verbessert. Daher kann es Verarbeitungsvorgänge reduzieren und den Produktionsprozess vereinfachen sowie die Transformation der Produktionsweise in einigen Branchen fördern, was die Entwicklung der gesamten Produktionstechnologie wirksam fördert. Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung integriert die beiden widersprüchlichen charakteristischen Parameter „Produktivität“ und „Flexibilität“, sodass das flexible Produktionssystem, bestehend aus einem Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum, die traditionelle starre automatische Linie ersetzen und die Transformation des Produktionsmodus in mittleren und großen Unternehmen fördern kann Massenproduktionsindustrien wie die Automobilindustrie.
Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung führt zu einer Prozesssubstitution, die den Produktionsprozess vereinfacht. Im Formenbau ist der Einsatz von Hochgeschwindigkeits-Hartfräsen anstelle von EDM ein sehr typisches Beispiel. Das gehärtete Werkstück kann durch Schruppfräsen und Hochgeschwindigkeits-Fertigfräsen in einer Aufspannung zu fertigen Produkten verarbeitet werden. Durch den Einsatz des Hochgeschwindigkeits-Hartfräsens wurden Voraussetzungen für den Formenbau geschaffen, um die Integration von CAD-CAM-HSC zu realisieren. Die Hochgeschwindigkeits-Hartfrästechnologie hat zweifellos eine große Veränderung in der Formenbautechnologie mit sich gebracht.
Seit dem Aufkommen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung vor mehr als zehn Jahren hat sich die Hochgeschwindigkeitsbearbeitungstechnologie weithin verbreitet und angewendet. In der Produktion wird durch die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Grundzeit deutlich verkürzt und der Anteil der Nebenzeit an der Grundzeit entsprechend erhöht (von früher 7 %: 93 % auf heute 35 %: 65 %). Für die Bearbeitung Bei Werkstücken aus Aluminiumlegierung erreicht dieser Anteil 50 %: 50 %. Aus der aktuellen technischen Situation ist das Potenzial, die Grundzeit durch Hochgeschwindigkeitsbearbeitung weiter zu reduzieren, nicht groß.
Um die Produktionseffizienz weiter zu verbessern, werden in den letzten Jahren immer häufiger High Efficiency Machining (HPC) eingesetzt, die den Materialabtrag pro Zeiteinheit erhöhen und die Nebenzeit deutlich reduzieren, um die Grund- und Nebenzeit im Zerspanungsprozess weiter zu reduzieren .
Der Unterschied zwischen Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) und Hocheffizienzbearbeitung (HPC) besteht darin, dass sie sich nicht auf die Erhöhung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit beschränkt, sondern die Optimierung des Materialabtrags in den Vordergrund stellt, mit dem Ziel, den Bearbeitungsaufwand weiter zu reduzieren Kosten durch Erhöhung des Materialabtrags pro Zeiteinheit und Reduzierung der Bearbeitungszeit (Grundzeit und Nebenzeit).
Die Materialabtragsrate (q) hängt von der Seitenschnittmenge (AE), der Hinterschnittmenge (AP) und der Vorschubgeschwindigkeit (VF) ab. Beim Fräsen hängt der Vorschub (VF) vom Vorschub pro Zahn (Fz), der Anzahl der Fräserzähne (z) und der Drehzahl des Fräsers (n) ab.
Die Materialabtragsmenge pro Zeiteinheit kann ausgedrückt werden durch q = AE · AP · VF / 1000 = AE · AP · FZ · Z · n / 1000 (cm3/min).
Anhand dieses Ausdrucks können wir erkennen, dass die Materialentfernungsrate mit fünf Schnittparametern zusammenhängt. Daher kann eine effiziente Bearbeitung die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung umfassen, muss aber nicht, was bedeutet, dass es keine offensichtliche Grenze zwischen effizienter Bearbeitung und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung gibt.
Die Luftfahrtindustrie ist die erste Abteilung, die die neue Technologie der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und der hocheffizienten Bearbeitung einsetzt. Die tragenden Komponenten wie Träger, Rahmen und große Wandpaneele von Flugzeugen übernehmen integrale Strukturteile, und 75 % bis 95 % der Rohlingsmaterialien werden während der Verarbeitung abgeschnitten. Für diese besonders hohe Schnittmenge ist es zweifellos am sinnvollsten, auf eine effiziente Bearbeitung zu setzen. Eads (Europäisches Luft-, Verteidigungs- und Raumfahrtunternehmen) in Augsburg, Deutschland, nutzte in den 1990er Jahren das HSC-Verfahren zur Bearbeitung einer Aluminiumlegierung, die ein integraler Bestandteil eines Militärflugzeugs war. Der Hauptzweck besteht darin, den Produktionsprozess zu vereinfachen, eine hohe Oberflächenqualität mit weniger Prozessen zu erzielen und nicht die Materialabtragsrate zu verbessern. Bei der Bearbeitung kamen 54 Schneidwerkzeuge zum Einsatz, die Bearbeitung dauerte 25 Stunden. Um das Produktivitätspotenzial weiter auszuschöpfen, war es naheliegend, später auf eine hocheffiziente Bearbeitung umzusteigen. Es kamen 40 Schneidwerkzeuge zum Einsatz und die Bearbeitungszeit betrug nur 12 Stunden, was einer Reduzierung um mehr als die Hälfte entspricht.
Insbesondere beim Fräsen ist die mit dem Fräser erreichbare Materialabtragsleistung zu einem wichtigen Index zur Messung der Bearbeitungsökonomie des Fräsers geworden. Viele Werkzeughersteller haben in den letzten Jahren viele Fräser mit hoher Vorschubgeschwindigkeit entwickelt. Obwohl die Bauformen dieser Fräser unterschiedlich sind, ist ihnen gemeinsam, dass sie über eine Schneidengeometrie verfügen, die für den Hochgeschwindigkeitsvorschub geeignet ist. Charakteristisch für diese Geometrie ist, dass die Schneidkante einen großen Bogenradius aufweist, der die Rückschräge (AP) des Fräsers geringfügig begrenzt und die auf den Fräser wirkende radiale Schnittkraft aufgrund des kleinen Hauptablenkwinkels stark reduziert wird , was die Verwendung eines hohen Vorschubs pro Zahn für die Bearbeitung begünstigt.
Beim Schruppen der Blasform einer 40crmnmos86-Glasflasche verglich die Werkzeugfabrik Franken in Deutschland beispielsweise die Fräswirkung eines Fräsers mit drei runden Klingen und eines Fräsers mit hoher Vorschubgeschwindigkeit und drei Time-S-Cut-Klingen. Die Schnittparameter des ersteren sind VC = 250 m/min, FZ = 0.3 mm, AP = 0.75 mm und AE = 18 mm. Zur Kühlung während der Verarbeitung wird kalte Druckluft verwendet, die Verarbeitungszeit beträgt 9 Minuten. Im letzteren Fall wurde AP auf 0.5 mm reduziert, während FZ auf 1.0 mm erhöht wurde. Dadurch betrug die Bearbeitungszeit nur 4 Minuten. Die Zeitersparnis erreichte 55 %, d. h. der stündliche Einsatz der Werkzeugmaschine sparte 55 %.
Daraus ist ersichtlich, dass durch den Einsatz höherer Schnittparameter ein hoher Materialabtrag erzielt und die Bearbeitungszeit deutlich verkürzt werden kann. Eine effiziente Bearbeitung kann jedoch nicht nur hohe Schnittparameter übernehmen, sondern auch eine effiziente Bearbeitung durch andere Bearbeitungsstrategien implementieren, die die Nebenzeit erheblich reduzieren können. Beispielsweise kann der Einsatz von Verbundwerkzeugen (z. B. Verbundstufenbohr-, Gewindebohr- und Fräswerkzeugen und anderen Verbundwerkzeugen für die umfassende Bearbeitung), multifunktionalen Schaftfräswerkzeugen für das Zirkularvorschubfräsen und anderen fortschrittlichen Werkzeugen die Anzahl der Werkzeugwechsel erheblich reduzieren und Reduzieren Sie die Nebenzeit, um die Produktionseffizienz deutlich zu verbessern.
Das Verbundwerkzeug integriert mehrere Bearbeitungsprozesse auf einem Werkzeug und realisiert häufig die umfassende Bearbeitung mehrerer Bearbeitungsteile in einem Bearbeitungshub. Der Einsatz dieses Werkzeugs macht nicht nur den Werkzeugwechsel überflüssig, sondern trägt auch zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit bei und erspart die Genauigkeitsmessung zwischen den Prozessen, um so die Produktionseffizienz deutlich zu verbessern.
Beim Einsatz des Multifunktions-Schaftfräsers zum Fräsen von Löchern auf dem Bearbeitungszentrum kann zudem die Anzahl der Werkzeugwechsel reduziert werden. Beim Fräsen von Löchern führt der rotierende Fräser eine spiralförmige Interpolationsbewegung um die Z-Achse aus und Löcher der erforderlichen Größe können in einem Arbeitshub bearbeitet werden. Wird beispielsweise ein Loch mit einem Durchmesser von 285 mm bearbeitet, kann der Fräser mit einem Durchmesser von 160 mm die Bearbeitungsaufgabe in einem Arbeitshub erledigen, wodurch im Vergleich zum Fräser mit einem Durchmesser von 73 mm XNUMX % der Bearbeitungszeit und fünf Reibvorgänge eingespart werden können konventioneller Prozess.
In den letzten Jahren hat die Einführung hocheffizienter Tieflochbohrer die Effizienz des Tieflochbohrens erheblich verbessert. Ein von Ghring l/D entwickelter zweischneidiger Spiralbohrer für den ganzen frittierten Teig wurde in tiefen Löchern mit einem Bohrdurchmesserverhältnis (l/D) von 20 verwendet. Er verwendet eine 10- bis 12-mal höhere Geschwindigkeit als der herkömmliche große Durchfluss Nassbohren und erfordert beim Bohrvorgang keine Späne, was die Bearbeitungseffizienz erheblich verbessert. Darüber hinaus ist beim Bohren der radiale Versatz des Bohrers besonders gering, wodurch eine bessere Oberflächenqualität erzielt werden kann.
In der Produktion haben sich Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und hocheffiziente Bearbeitungsprozesse weit verbreitet und angewendet. Gemeinsames Merkmal dieser beiden Verfahren ist, dass sie die Bearbeitungszeit deutlich reduzieren und den Produktionsprozess verkürzen können. Der Unterschied besteht darin, dass bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eine hohe Schnittgeschwindigkeit erforderlich ist, um eine hohe Oberflächenqualität zu erzielen und den Prozessablauf zu vereinfachen. Daher ist die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung besser für die Endbearbeitung geeignet. Bei der hocheffizienten Bearbeitung werden hauptsächlich hohe Schnittparameter verwendet, um einen hohen Materialabtrag pro Zeiteinheit zu erzielen und so die Bearbeitungszeit erheblich zu verkürzen. Für eine effiziente Bearbeitung mit hohem Materialabtrag ist es für die Schruppbearbeitung geeignet. In der realen Produktion können diese beiden Bearbeitungsverfahren zur gleichzeitigen Bearbeitung eines Werkstücks eingesetzt werden. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung der Matrize eine hocheffiziente Bearbeitung zum Grobfräsen (um eine hohe Materialentfernungsrate zu erreichen) verwendet werden, während eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (um eine bessere Oberflächenqualität und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit zu erzielen) zum Feinfräsen verwendet werden kann.
Gegenwärtig sind sowohl die beliebte Hochgeschwindigkeitsbearbeitung als auch die aufkommende hocheffiziente Bearbeitung auf die Förderung der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Werkzeugtechnologie zurückzuführen, insbesondere auf die kontinuierliche Weiterentwicklung und optimale Kombination von Werkzeugmaterialien, Schneidengeometrie und Beschichtung, die eine Grundlage für die kontinuierliche Weiterentwicklung hocheffizienter Werkzeuge mit unterschiedlichen Strukturen. Die Produktionspraxis zeigt, dass der Schlüssel zur deutlichen Verkürzung der Bearbeitungszeit, zur Verbesserung der Produktionseffizienz und zur Reduzierung der Herstellungskosten von Teilen in der Einführung neuer Hochgeschwindigkeitsbearbeitungs- und effizienter Bearbeitungsprozesse liegt.