EP2817686A1 - Method for machining a material and apparatuses operating on the basis of said method - Google Patents

Method for machining a material and apparatuses operating on the basis of said method

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EP2817686A1
EP2817686A1 EP13706486.1A EP13706486A EP2817686A1 EP 2817686 A1 EP2817686 A1 EP 2817686A1 EP 13706486 A EP13706486 A EP 13706486A EP 2817686 A1 EP2817686 A1 EP 2817686A1
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EP
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tool
cutting
chip
wear
machining
Prior art date
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EP13706486.1A
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Egbert SCHÄPERMEIER
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Individual
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    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Definitions

  • the present invention relates to a method for the machining of ductile materials with a geometrically defined cutting edge, in particular by milling. Furthermore, the invention relates to devices operating according to this method.
  • Ductile materials are machined, for example, by turning, drilling and milling.
  • Cutting data recommendations of the tool manufacturer takes. Cutting data, which provide qualitatively and economically acceptable machining results, have so far been determined empirically. The influence of individual process parameters is not readily apparent.
  • the tool was made in a turning or milling machine at different
  • Milling machines are usually set. This type of cutting data determination requires a lot of experience of the operator of the machine.
  • connection with the tool wear is missing here as well.
  • thermoelastoplastic influence due to friction at the interface between tool and chip is taken into account Strenkowski and Mitchum have developed a material model that takes into account thermoelastopolastic factors resulting from friction at the interface between tool and chip.
  • the present invention seeks to provide a method for the machining of ductile materials with geometrically defined
  • Cutting edge to provide that less effort for the determination and the application of qualitatively and economically acceptable cutting data in practice.
  • the task is also to provide tool manufacturers with a method in which the wear data of his tools are deposited and thus the optimization of the use of these tools for the user for any application cost and without consulting and preliminary tests are feasible.
  • this object is achieved by a method with the
  • chip flow The solution according to the invention for these tasks is based on the following considerations, wherein the material removal is referred to below by the term "chip flow":
  • the peeling of the chip from a workpiece is a non-linear physical process. This automatically creates new surfaces and there are large, related to the chip formation deformations that lead to the generation of heat. Sources of this heat generation are the sliding contact along the
  • Chip formation is thus a highly dynamic process, which can not only be described according to the laws of strength theory and not only according to the laws of plasticity theory.
  • the work performed during the material removal process leads directly to the generation of heat.
  • the elevated temperature affects both the
  • the temperature at the underside of the chip influences the shear strength in this area, whereby this shear resistance is decisive for the power that has to be applied for pushing out the chip over the rake face.
  • the Peclet number Pe is a dimensionless metric.
  • the Peclet number is formed from the ratio the relative velocity between the two bodies and the
  • the chip formation takes place with the cutting speed v c and the chip thickness h.
  • the thickness of the resulting chip h spa n is greater than the chip thickness h by the compression factor ⁇ .
  • the chip thickness thus results from the product h * A. Due to the chip compression, the chip is pushed out over the rake face at a value which is lower than the cutting speed. This is the
  • Temperature code of the body a divided by the distance from the sliding surface. In the present case, this distance corresponds to the chip thickness h spa n.
  • the product v c * h is referred to as the chip removal volume and is a measure of the volume cut off per mm span width.
  • the extension force related to 1 mm chip width depends on steel
  • Flow chip formation from the temperature For unalloyed and alloyed steels, the dependence of the extension force on the Peclet number can be represented in a curve as shown in FIG. In the diagram of Fig. 1 are plotted on the ordinate the Ausschubkraft and on the abscissa the Peclet number. The boundaries of these regions are marked by values of the Peclet number Pei-n and Pen-m, which are about the same for all materials with continuous chip formation, and which are at 6 to 8 and at 12 to 14, respectively.
  • the machinability of ductile materials can thus be characterized by the thermal conductivity of the material to be processed in the associated temperature range. As a result, the faster the chip absorbs the resulting heat, the higher the chip removal rate can be.
  • FIG. 1 has three regions I, II and III. In the three areas, the contact conditions differ between the underside of the chip and the chip surface.
  • the temperature in area I is lower than in areas II and III.
  • the temperature in area I is below 721 ° C.
  • the temperature is not enough to soften the chip bottom.
  • the contact in this area consists only of the contact of the above microscopic irregularities of
  • Chip underside and clamping surface When pushing out the chip, the edges of the chip lower side are sheared off and transported away into the hollows of the chip underside.
  • the chip underside is heated to such an extent that the unevenness of the two contact surfaces penetrates more strongly.
  • the volume of the sheds sheared when pushing out the chip increases.
  • part of the sheared material will remain in the troughs of the rake face, tending to weld. If the weld is too high, the coating dissolves again. This process is periodic and leads to uncontrolled Abtrags disagree.
  • Residues on the rake surface leaves.
  • the tool steels can not be used in the range above 721 ° C for reasons of wear resistance. Can therefore be used economically only in the area I.
  • the hard cutting materials can be used at temperatures that allow processing in the area III. These cutting materials are underused, as long as they are used in area I. Because of the uncontrolled
  • the temperature in the area of the cutting surface of the tool also determines the service life of the tool.
  • the dependency illustrated in FIG. 2 results for region III:
  • the Peclet number is plotted logarithmically against the chip thickness.
  • the logarithmic graph shows a linear dependence between Peclet number and
  • Chip thickness The straight line for a service life of the tool of 15 minutes is to be determined by lifetime tests.
  • the two values are exclusively tool-specific and apply unchanged to the machining of ductile materials.
  • the wear constants provide the Peclet number for a given chip thickness, which gives the tool life T.
  • the cutting edge is machined during milling
  • the chip thickness h can be calculated, which determines the wear of the tool. This is the largest thickness of the Varaspans h max , which corresponds to the feed / tooth s z in the case of the full cut of a milling cutter.
  • the cutting speed is the relative speed between
  • the feed is the movement of the tool in relation to the workpiece.
  • the illustration in FIG. 2 reveals that the value for the Peclet number is greater the greater the maximum chip thickness for a particular machining case is selected for a given tool life. Since the removal rate is proportional to the value of the Peclet number, the method eliminates the need to choose the chip thickness as large as possible.
  • the chip thickness stands for the load of the cutting edge. For this is from the
  • the wear data of a tool can be determined with just a few puncture tests and are the same for machining different ductile materials
  • the machining program can be used without modification for machining the same workpiece made of different ductile materials.
  • Processing step can be regulated with regard to constant levels.
  • the present invention manifests itself in
  • Control device the optimal cutting speed and the optimal feed rate is calculated continuously from the changing during machining engagement conditions and passed to the control of a processing device, or
  • a programmable control device characterized in that the programmable control device is adapted to detect the following values as input variables:
  • control device is further designed to continuously calculate the optimum cutting speed and the optimum feed speed on the basis of these values and to transmit them to a control device of the device, or
  • a V-groove with a width of 20 mm is produced by means of a milling cutter.
  • the software generates a user interface in a computer via which the following values are specified.
  • the processing unit can be o A pure output unit for the visualization of the calculated results o A CAM / CAD program o The control of the machine selected for machining
  • the material-specific thermal diffusivity a in this case is 8 mm 2 / s
  • the tool is an end mill.
  • v c 223 m / min
  • the machine setting data results in a processing in the area III.

Abstract

The present invention relates to a method for machining a material with a controlled/regulated tool with a cutting edge, particularly by milling, in which the thermal diffusivity of the material, the chip thickness, the geometry of the cutting edge, and also the life of the tool and wear data that characterize the wear behaviour of the tool are taken as a basis, by means of a programmable control device, for continually calculating a cut and advance speed using the Péclet number and using said speed to control/regulate the tool.

Description

Verfahren für die Zerspanung eines Werkstoffs und nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtungen  Method for machining a material and devices operating according to this method
Beschreibung description
Technischer Hintergrund Technical background
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Zerspanung duktiler Werkstoffe mit geometrisch definierter Schneide, insbesondere durch Fräsen. Weiterhin betrifft die Erfindung nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtungen. The present invention relates to a method for the machining of ductile materials with a geometrically defined cutting edge, in particular by milling. Furthermore, the invention relates to devices operating according to this method.
Duktile Werkstoffe werden beispielsweise durch Drehen, Bohren und Fräsen zerspanend bearbeitet. Ductile materials are machined, for example, by turning, drilling and milling.
Stand der Technik State of the art
Die Steuerung solcher Prozesse beruht zurzeit noch weitgehend auf den empirischen Vorgaben, die das Bedienpersonal oder die Arbeitsvorbereitung aus den The control of such processes is still largely based on the empirical requirements that the operating personnel or work preparation from the
Schnittdatenempfehlungen der Werkzeughersteller entnimmt. Schnittdaten, welche qualitativ und wirtschaftlich akzeptable Bearbeitungsergebnisse liefern, werden bisher empirisch ermittelt. Der Einfluss einzelner Prozessparameter ist dabei nicht ohne weiteres erkennbar. Cutting data recommendations of the tool manufacturer takes. Cutting data, which provide qualitatively and economically acceptable machining results, have so far been determined empirically. The influence of individual process parameters is not readily apparent.
Ursprünglich verfuhr man bei der Bestimmung solcher Daten wie folgt: Originally, the determination of such data was as follows:
Das Werkzeug wurde in einer Dreh- oder Fräsmaschine bei verschiedenen The tool was made in a turning or milling machine at different
Schnittgeschwindigkeiten und Schnitttiefen eingesetzt. Beobachtungen des Cutting speeds and cutting depths used. Observations of
Schnittvorgangs, sowie die visuelle Beurteilung der entstehenden Späne ermöglichten es, die Schnittbedingungen zu beschreiben, unter denen ein Werkzeug die beste Leistung erzielt, um den Verschleiß des Werkzeuges vorauszusagen. Die Ergebnisse solcher Zerspanungsstudien liefern empirisch erhobene Daten, die in Tabellenwerken zusammengefasst werden und nach denen die Dreh- bzw. Cutting as well as the visual assessment of the resulting chips made it possible to describe the cutting conditions under which a tool performs best to predict tool wear. The results of such machining studies provide empirically collected data, which are summarized in tables and according to which the rotation or
Fräsmaschinen üblicherweise eingestellt werden. Diese Art der Schnittdatenermittlung bedarf einer hohen Erfahrung des Bedieners der Maschine. Milling machines are usually set. This type of cutting data determination requires a lot of experience of the operator of the machine.
Jüngere Methoden versuchen den Spanfluss mit mathematischen Modellen zu simulieren, um damit den realen Bedingungen während der Zerspanung in objektiverer Art näher zu kommen und um damit die optimalen Maschineneinstelldaten vorab zu bestimmen. Aus dem Stand der Technik sind zudem Verfahren bekannt, welche auf der Entwicklung von Zerspanungswerkzeugen beruhen. Beispielhaft sei hier die EP 592 541 A1 genannt. Hier wird versucht, mit Hilfe der Methode der künstlichen Intelligenz den Spanbildungsprozess mathematisch zu erfassen. Das Modell berücksichtigt jedoch nicht den Werkzeugverschleiß. Der Einsatz im Hinblick auf die Berechnung More recent methods try to simulate the chip flow with mathematical models, in order to get closer to the real conditions during machining in a more objective way and in order to pre-determine the optimal machine setting data. In addition, methods are known from the prior art, which are based on the development of cutting tools. By way of example, EP 592 541 A1 may be mentioned here. Here, an attempt is made to mathematically record the chip formation process using the artificial intelligence method. However, the model does not take into account the tool wear. The use in terms of calculation
wirtschaftlicher Schnittdaten ist deshalb nur eingeschränkt möglich. economical cutting data is therefore only possible to a limited extent.
Als Folge werden seit geraumer Zeit mathematische Modelle von As a result, mathematical models of
Metallschneidevorgängen entwickelt, um den Scherwinkel, die entstehende Spandicke und Kräfte vorherzusagen, die auf die Schneide einwirken. Die meisten dieser Modelle umfassen ein elastoplastisches Werkstoffmodell, wobei jedoch im Allgemeinen der Einfluss temperaturbedingter Diffusion nicht berücksichtigt ist. Damit werden aber die Reibung entlang der Werkzeug/Span-Grenzfläche, sowie die temperatur- und Metal cutting operations developed to predict the shear angle, the resulting chip thickness and forces acting on the cutting edge. Most of these models include an elastoplastic material model, but the influence of temperature-induced diffusion is generally not considered. But this is the friction along the tool / chip interface, as well as the temperature and
geschwindigkeitsabhängigen Eigenschaften des zu zerspanenden Werkstoffs, und die Mechanik der Spanabhebung vom Werkstück nur unvollständig wiedergegeben. speed-dependent properties of the material to be machined, and the mechanics of chip removal from the workpiece reproduced only incomplete.
Außerdem fehlt auch hier die Verbindung mit dem Werkzeugverschleiß. In addition, the connection with the tool wear is missing here as well.
Als eine weitere Methode ist das Finite-Elemente-Modell für den Schneidevorgang nach Strenkowski/Carroll und nach Usui bekannt geworden. Die Simulationen mit diesen Modellen sind jedoch nur für sehr geringe Schnittgeschwindigkeiten anwendbar. As another method, the finite element model for the cutting process to Strenkowski / Carroll and Usui has become known. However, the simulations with these models are only applicable for very low cutting speeds.
In der Folge wurde von Iwatas ein Modell zur Bruchvoraussage des Spans vom As a result, Iwatas developed a model for the fractional prediction of the Spans of the
Werkstück auf der Grundlage der Bruchdehnung der betrachteten Stahlsorte entwickelt. Workpiece developed on the basis of the elongation at fracture of the considered steel grade.
Um ein Werkstoffmodell zu gestalten, bei dem der thermoelastoplastische Einfluss durch Reibung an der Grenzfläche zwischen Werkzeug und Span Berücksichtigung findet, haben Strenkowski und Mitchum ein Werkstoffmodell entwickelt, bei dem thermoelastopolastische Einflussgrößen, die durch die Reibung an der Grenzfläche zwischen Werkzeug und Span entstehen, mit berücksichtigt werden. Für die To design a material model in which the thermoelastoplastic influence due to friction at the interface between tool and chip is taken into account Strenkowski and Mitchum have developed a material model that takes into account thermoelastopolastic factors resulting from friction at the interface between tool and chip. For the
Abtrennung des Spans vom Werkstück wurde ein Trennlinienkriterium eingeführt und ein kritisches Belastungsmaß implementiert. Auch hier fehlt die Koppelung der Separation of the chip from the workpiece, a parting line criterion was introduced and a critical load dimension was implemented. Again, the coupling of the
Schnittdaten mit dem Werkzeugverschleiß. Cutting data with tool wear.
Technische Aufgabenstellung Technical task
Dem Stand der Technik fehlt damit nach wie vor eine allumfassende rechnerische Beschreibung der physikalischen Erscheinungen bei Schnittvorgängen. Somit gelingt es derzeit nicht, wirtschaftliche Schnittdaten in Abhängigkeit von beliebigen möglichen Einsatzbedingungen eines Werkzeugs rein rechnerisch zu ermitteln. Die alleinige Methode bleibt bislang die experimentelle Bestimmung wirtschaftlicher Schnittdaten, wobei der Wert für die entsprechende Schnittgeschwindigkeit eines Werkzeugs abhängt von The state of the art thus still lacks an all-encompassing computational description of the physical phenomena in cutting processes. Thus, it is currently not possible to calculate economic cutting data purely by calculation as a function of any possible operating conditions of a tool. The sole method so far remains the experimental determination of economic cutting data, the value for the corresponding cutting speed of a tool depends on
• der Spanungsdicke, The chip thickness,
• der Spanungsbreite, The cutting width,
• dem Werkstückwerkstoff und • the workpiece material and
• der Standzeit. • the service life.
Eine Nutzung des Werkzeugs für ein Spektrum von Werkstückwerkstoffen unter diversen Eingriffsverhältnissen ergibt ein umfangreiches Tabellenwerk. Using the tool for a range of workpiece materials under various engagement conditions results in an extensive table work.
Bei der Programmierung der Bearbeitung eines Werkstücks mit unterschiedlichen Eingriffsverhältnissen muss daher für jeden Einzelschritt der Bearbeitung, welche mit diesem Werkzeug ausgeführt wird, die entsprechende Schnittgeschwindigkeit dem Tabellenwerk entnommen und dem Bearbeitungsschritt zugeordnet werden. When programming the machining of a workpiece with different engagement conditions, therefore, the corresponding cutting speed must be taken from the tables for each individual step of machining, which is performed with this tool, and assigned to the machining step.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Zerspanung duktiler Werkstoffe mit geometrisch definierter Based on this prior art, the present invention seeks to provide a method for the machining of ductile materials with geometrically defined
Schneide zur Verfügung zu stellen, das einen geringeren Aufwand für die Ermittlung und die Anwendung qualitativ und wirtschaftlich akzeptabler Schnittdaten in der Praxis ermöglicht. Cutting edge to provide that less effort for the determination and the application of qualitatively and economically acceptable cutting data in practice.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung und eine Methode für deren Betreib anzugeben, die einfach einzustellen und zu bedienen ist, und die eine Nachrüstung bestehender Anlagen ermöglicht. It is another object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method and a method for their operation, which is easy to set and operate, and allows retrofitting existing systems.
Die Aufgabe besteht auch darin, Werkzeugherstellern eine Methode an die Hand zu geben, bei der die Verschleißdaten seiner Werkzeuge hinterlegt sind und damit die Optimierung des Einsatzes dieser Werkzeuge beim Anwender für beliebige Einsatzfälle kostengünstig und ohne Beratung und Vorversuche durchführbar sind. The task is also to provide tool manufacturers with a method in which the wear data of his tools are deposited and thus the optimization of the use of these tools for the user for any application cost and without consulting and preliminary tests are feasible.
Kurzdarstellung der Erfindung Brief description of the invention
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den With regard to the method, this object is achieved by a method with the
technischen Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Verfahrensansprüche. technical features of claim 1 solved. Advantageous developments are the subject of the dependent method claims.
Der erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgaben liegen dabei folgende Überlegungen zugrunde, wobei die Materialabnahme nachfolgend mit dem Begriff„Spanfluss" bezeichnet wird: The solution according to the invention for these tasks is based on the following considerations, wherein the material removal is referred to below by the term "chip flow":
Das Abschälen des Spans von einem Werkstück ist ein nicht-linearer physikalischer Vorgang. Dabei bilden sich automatisch neue Oberflächen und es treten große, mit der Spanbildung zusammenhängende Verformungen auf, die zur Erzeugung von Wärme führen. Quellen dieser Wärmebildung sind der Gleitkontakt entlang der The peeling of the chip from a workpiece is a non-linear physical process. This automatically creates new surfaces and there are large, related to the chip formation deformations that lead to the generation of heat. Sources of this heat generation are the sliding contact along the
Werkzeugoberfläche und die permanente Verformung von Werkstück und Span. Tool surface and the permanent deformation of workpiece and chip.
Um das abzuspanende Material umzuformen und über die Spanfläche abzuschieben, ist mechanische Arbeit erforderlich, die durch die Schnittkraft geleistet wird. Dabei wird die mechanische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Rechnet man die geleistete Arbeit entsprechend um, so ergibt sich pro Volumeneinheit abgespantem Material eine bestimmte Wärmemenge, deren Wert in etwa dem der Schmelzwärme entspricht. Da die Spanbildung aber im Bereich von Millisekunden liegt, reicht die lokale Einwirkungsdauer des Werkzeugs nicht aus, um das abgespante Material tatsächlich zu schmelzen. Es bildet sich jedoch ein Temperaturfeld aus, welches die physikalischen Eigenschaften des Werkstückwerkstoffs in der Umformzone verändert. In order to reshape the material to be cut off and push it away over the cutting surface, mechanical work is required, which is achieved by the cutting force. The mechanical energy is converted into heat energy. If the work done is converted accordingly, the volume of material removed per unit volume results in a certain amount of heat, the value of which corresponds approximately to the heat of fusion. There but the chip formation is in the range of milliseconds, the local exposure time of the tool is not sufficient to actually melt the abgespante material. However, it forms a temperature field, which changes the physical properties of the workpiece material in the forming zone.
Das Temperatur- und das Spanungsfeld stehen dabei in Wechselwirkung, zusätzlich beeinflusst von Diffusionsvorgängen. Die Spanbildung ist damit ein hoch dynamischer Vorgang, welcher nicht nur nach den Gesetzen der Festigkeitslehre und auch nicht nur nach den Gesetzen der Plastizitätstheorie zu beschreiben ist. The temperature field and the voltage field interact, additionally influenced by diffusion processes. Chip formation is thus a highly dynamic process, which can not only be described according to the laws of strength theory and not only according to the laws of plasticity theory.
Die Arbeit, die bei der Materialabnahme verrichtet wird, führt unmittelbar zur Erzeugung von Wärme. Die erhöhte Temperatur beeinflusst dabei sowohl die The work performed during the material removal process leads directly to the generation of heat. The elevated temperature affects both the
Materialeigenschaften des Werkstücks als auch jene des Werkzeugs. Jener Material properties of the workpiece as well as those of the tool. that
Wärmeanteil, der durch die Verformung des Spans entsteht, verbleibt in diesem, ebenso ein Anteil jener Wärme, die durch das Ablösen des Spans vom Werkstück entsteht. Schließlich verbleibt auch ein Gutteil der Reibungswärme im Span. Diese Wärmemengen werden über den entstehenden Span und den Spanfluss Part of the heat generated by the deformation of the chip, remains in this, as well as a proportion of that heat, which results from the detachment of the chip from the workpiece. Finally, a good part of the frictional heat remains in the chip. These amounts of heat are generated by the resulting chip and chip flow
abtransportiert. removed.
Der Einfluss der Temperatur auf die Spanbildung ist dabei in der Kontaktzone zwischen Spanunterseite und Spanfläche des Werkzeugs am größten, da hier die The influence of the temperature on the chip formation is in the contact zone between the chip underside and clamping surface of the tool greatest, since here the
Reibungswärme zusätzlich zu jener Wärme entsteht, die die Umformarbeit liefert. Dabei beeinflusst die Temperatur an der Unterseite des Spans die Schubfestigkeit in diesem Bereich, wobei diese Schubfestigkeit mitentscheidend ist für die Leistung, die zum Ausschieben des Spans über die Spanfläche aufzubringen ist. Frictional heat in addition to the heat produced by the forming work. The temperature at the underside of the chip influences the shear strength in this area, whereby this shear resistance is decisive for the power that has to be applied for pushing out the chip over the rake face.
Mit Hilfe der Ähnlichkeitsmechanik sowie der Leistungsbilanz der Spanbildung lässt sich für duktile Werkstoffe ein Modell für die Wärmeentstehung und den Wärmefluss aufstellen, aus dem hervor geht, dass der Wärmefluss über das Werkzeug in der Praxis vernachlässigbar ist. With the help of the similarity mechanics as well as the power balance of the chip formation, a model for the heat generation and the heat flow can be set up for ductile materials, from which it emerges that the heat flow through the tool is negligible in practice.
In der Ähnlichkeitsmechanik wird der Wärme- und der Stoffaustausch zwischen zwei gegeneinander bewegte Körper durch die Peclet Zahl Pe beschrieben. Die Peclet Zahl Pe ist eine dimensionslose Kennzahl. Die Peclet Zahl wird gebildet aus dem Verhältnis der Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Körpern und der In the similarity mechanics, the heat and mass transfer between two mutually moving bodies is described by the Peclet number Pe. The Peclet number Pe is a dimensionless metric. The Peclet number is formed from the ratio the relative velocity between the two bodies and the
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Temperaturfeldes orthogonal zur Gleitfläche. Propagation speed of the temperature field orthogonal to the sliding surface.
Die Spanbildung erfolgt mit der Schnittgeschwindigkeit vc und der Spanungsdicke h.. Die Dicke des entstehenden Spans hspan ist um den Stauchungsfaktor λ größer als die Spanungsdicke h. Die Spandicke ergibt sich somit aus dem Produkt h*A. Der Span wird wegen der Spanstauchung mit einem gegenüber der Schnittgeschwindigkeit verringerten Wert über die Spanfläche ausgeschoben. Damit beträgt die The chip formation takes place with the cutting speed v c and the chip thickness h. The thickness of the resulting chip h spa n is greater than the chip thickness h by the compression factor λ. The chip thickness thus results from the product h * A. Due to the chip compression, the chip is pushed out over the rake face at a value which is lower than the cutting speed. This is the
Relativgeschwindigkeit zwischen Span und Spanfläche vc/A. Relative speed between chip and rake surface v c / A.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Temperaturfeldes hängt ab von der The propagation speed of a temperature field depends on the
Temperaturleitzahl des Körpers a dividiert durch den Abstand von der Gleitfläche. Dieser Abstand entspricht im vorliegenden Fall der Spandicke hspan. Temperature code of the body a divided by the distance from the sliding surface. In the present case, this distance corresponds to the chip thickness h spa n.
Für die Peclet Zahl Pe erhält man For the Peclet number Pe one gets
a a a a
h * Ä  h * e
Das Produkt vc * h wird als Zeitspanvolumen bezeichnet und ist ein Maß für das zeitlich pro mm Spanbreite abgespante Volumen. The product v c * h is referred to as the chip removal volume and is a measure of the volume cut off per mm span width.
Erfolgen zwei Zerspanungsvorgänge mit gleicher Peclet Zahl, so ist die Temperatur im Kontaktbereich zwischen Spanunterseite und Spanfläche gleich. If two cutting operations with the same Peclet number occur, the temperature in the contact area between the chip underside and the chip surface is the same.
Die auf 1 mm Spanbreite bezogene Ausschubkraft hängt bei Stählen mit The extension force related to 1 mm chip width depends on steel
Fließspanbildung von der Temperatur ab. Für unlegierte und legierte Stähle lässt sich die Abhängigkeit der Ausschubkraft von der Peclet Zahl wie in Fig. 1 gezeigt in einer Kurve darstellen. Im Diagramm von Fig. 1 sind auf der Ordinate die Ausschubkraft und auf der Abszisse die Peclet-Zahl aufgetragen. Die Grenzen dieser Bereiche sind durch Werte der Peclet Zahl Pei-n und Pen-m markiert, welche für alle Werkstoffe mit Fließspanbildung etwa gleich groß sind, und die bei 6 bis 8 beziehungsweise bei 12 bis 14 liegen. Flow chip formation from the temperature. For unalloyed and alloyed steels, the dependence of the extension force on the Peclet number can be represented in a curve as shown in FIG. In the diagram of Fig. 1 are plotted on the ordinate the Ausschubkraft and on the abscissa the Peclet number. The boundaries of these regions are marked by values of the Peclet number Pei-n and Pen-m, which are about the same for all materials with continuous chip formation, and which are at 6 to 8 and at 12 to 14, respectively.
Die Spanbarkeit duktiler Werkstoffe lässt sich damit durch die Temperaturleitfähigkeit des zu bearbeitenden Werkstoffs im zugehörigen Temperaturbereich charakterisieren. Daraus folgt, je schneller der Span die entstehende Wärme aufnimmt, desto höher kann das Zeitspanvolumen gewählt werden. The machinability of ductile materials can thus be characterized by the thermal conductivity of the material to be processed in the associated temperature range. As a result, the faster the chip absorbs the resulting heat, the higher the chip removal rate can be.
Die Darstellung in Fig. 1 weist drei Bereiche I, II und III auf. In den drei Bereichen unterscheiden sich die Kontaktbedingungen zwischen Spanunterseite und Spanfläche. The illustration in FIG. 1 has three regions I, II and III. In the three areas, the contact conditions differ between the underside of the chip and the chip surface.
Im Bereich I liegt die Temperatur niedriger als in den Bereichen II und III. Für übliche Normstähle liegt die Temperatur im Bereich I unter 721 °C. Die Temperatur reicht nicht aus, die Spanunterseite zu erweichen. Der Kontakt besteht in diesem Bereich lediglich aus der Berührung der vorstehenden mikroskopischen Unebenheiten von In area I, the temperature is lower than in areas II and III. For standard steels, the temperature in area I is below 721 ° C. The temperature is not enough to soften the chip bottom. The contact in this area consists only of the contact of the above microscopic irregularities of
Spanunterseite und Spanfläche. Beim Ausschieben des Spans werden die Kuppen der Spanunterseite abgeschert und in den Mulden der Spanunterseite abtransportiert. Chip underside and clamping surface. When pushing out the chip, the edges of the chip lower side are sheared off and transported away into the hollows of the chip underside.
Im Bereich II wird die Spanunterseite soweit erwärmt, dass sich die Unebenheiten der beiden Kontaktflächen stärker durchdringen. Das Volumen der beim Ausschieben des Spans abgescherten Kuppen steigt an. Dadurch bleibt ein Teil des abgescherten Materials in den Mulden der Spanfläche hängen, wobei es dazu neigt anzuschweißen. Wird die Aufschweißung zu hoch, löst sich der Belag wieder. Dieser Vorgang läuft periodisch ab und führt zu unkontrollierten Abtragsbedingungen. In area II, the chip underside is heated to such an extent that the unevenness of the two contact surfaces penetrates more strongly. The volume of the sheds sheared when pushing out the chip increases. As a result, part of the sheared material will remain in the troughs of the rake face, tending to weld. If the weld is too high, the coating dissolves again. This process is periodic and leads to uncontrolled Abtragsbedingungen.
Im Bereich III ist die Temperatur soweit gestiegen, dass sich die Spanunterseite durch das Erweichen an die Unebenheiten der Spanfläche anpasst und damit keine In area III, the temperature has risen so much that the chip underside adapts to the unevenness of the rake face due to the softening, and thus none
Rückstände auf der Spanfläche hinterlässt. Residues on the rake surface leaves.
Die Werkzeugstähle sind im Bereich über 721 °C aus Gründen der Verschleißresistenz nicht einsetzbar. Können daher nur im Bereich I wirtschaftlich eingesetzt werden. Die harten Schneidstoffe lassen sich dagegen bei Temperaturen einsetzen, welche die Bearbeitung im Bereich III ermöglichen. Diese Schneidstoffe sind unterausgenützt, solange sie im Bereich I eingesetzt werden. Wegen der unkontrollierten The tool steels can not be used in the range above 721 ° C for reasons of wear resistance. Can therefore be used economically only in the area I. On the other hand, the hard cutting materials can be used at temperatures that allow processing in the area III. These cutting materials are underused, as long as they are used in area I. Because of the uncontrolled
Bearbeitungsbedingungen, welche zudem einen erhöhten Verschleiß verursachen, muss die Bearbeitung im Bereich II generell gemieden werden. Machining conditions, which also cause increased wear, the machining in area II must be avoided in general.
Die Temperatur im Bereich der Spanfläche des Werkzeugs bestimmt auch die Standzeit des Werkzeugs. Für Kurven konstanter Standzeit T ergibt sich dabei für den Bereich III die in Fig. 2 dargestellte Abhängigkeit: The temperature in the area of the cutting surface of the tool also determines the service life of the tool. For curves of constant service life T, the dependency illustrated in FIG. 2 results for region III:
In diesem Diagramm ist die Peclet-Zahl gegen die Spanungsdicke logarithmisch aufgetragen. Für eine vorgegebene konstante Standzeit des Werkzeugs zeigt sich im logarithmischen Diagramm eine lineare Abhängigkeit zwischen Peclet-Zahl und In this diagram, the Peclet number is plotted logarithmically against the chip thickness. For a given constant tool life, the logarithmic graph shows a linear dependence between Peclet number and
Spanungsdicke. Die Gerade für eine Standzeit des Werkzeugs von 15 Minuten ist durch Standzeitversuche zu ermitteln. Chip thickness. The straight line for a service life of the tool of 15 minutes is to be determined by lifetime tests.
Pe 15 Pe 15
Sie ist durch die zwei Verschleißkennwerte C15 und x festgelegt. It is defined by the two wear characteristics C15 and x.
Die beiden Werte sind ausschließlich werkzeugspezifisch und gelten unverändert bei der Zerspanung duktiler Werkstoffe. The two values are exclusively tool-specific and apply unchanged to the machining of ductile materials.
Für Werte der Standzeit T, welche von 15 Minuten abweichen, gilt allgemein For values of the service life T, which deviate from 15 minutes, is general
Die Verschleißkonstanten liefern zu einer vorgegebenen Spanungsdicke die Peclet Zahl, welche die Standzeit T ergibt. The wear constants provide the Peclet number for a given chip thickness, which gives the tool life T.
Gegenüber dem Drehen und Bohren erfolgt der Spaneingriff beim Fräsen Compared to turning and drilling, the cutting edge is machined during milling
intermittierend. Dabei wird von jeder Schneide bei jeder Umdrehung des Werkzeugs ein Kommaspan abgehoben. Die Peclet Zahl ist damit während des Bearbeitungsvorgangs auch bei zeitlich gleichbleibenden Eingriffsbedingungen des Werkzeugs in das intermittently. In each case, a commaspan is lifted from each cutting edge with each revolution of the tool. The Peclet number is thus during the machining process even with temporally constant engagement conditions of the tool in the
Werkstück wegen der zeitlichen Veränderung der Spanungsdicke veränderlich. Aus dem seitlichen Eingriff des Werkzeugs in das Werkstück lässt sich die Spanungsdicke h berechnen, welche den Verschleiß des Werkzeugs bestimmt. Dies ist die größte Dicke des Kommaspans hmax, welche im Falle des Vollschnittes eines Fräsers dem Vorschub / Zahn sz entspricht. Workpiece variable due to the change over time in the chip thickness. From the lateral engagement of the tool in the workpiece, the chip thickness h can be calculated, which determines the wear of the tool. This is the largest thickness of the Kommaspans h max , which corresponds to the feed / tooth s z in the case of the full cut of a milling cutter.
DF * π * vf D F * π * v f
z = —  z = -
vc * z v c * z
DF = Fräserdurchmesser D F = cutter diameter
vf = Vorschubgeschwindigkeit v f = feed rate
vc = Schnittgeschwindigkeit v c = cutting speed
z = Zähnezahl  z = number of teeth
Die Schnittgeschwindigkeit ist die relative Geschwindigkeit zwischen The cutting speed is the relative speed between
Werkzeugschneide und Werkstück. Der Vorschub ist die Bewegung des Werkzeugs in Beziehung zum Werkstück. Tool cutting edge and workpiece. The feed is the movement of the tool in relation to the workpiece.
Aus der Grafik 2 lässt sich für diese Spanungsdicke sz, sowie für die gewünschte Standzeit T die zugehörige Peclet Zahl Pebearb ablesen. Die Gleichung für die Peclet Zahl liefert nach Umstellung den Wert für die Schnittgeschwindigkeit vc bearbFrom graph 2 it is possible to read off the associated Peclet number Pebearb for this chip thickness s z and for the desired tool life T. The equation for the Peclet number returns the value for the cutting speed v c after conversion
Die Darstellung in Fig 2 lässt erkennen, dass der Wert für die Peclet Zahl umso größer ist je größer die maximale Spanungsdicke für einen bestimmten Bearbeitungsfall bei vorgegebener Standzeit gewählt wird. Da die Abtragsleistung proportional ist zum Wert der Peclet Zahl, hebt das Verfahren darauf ab, die Spanungsdicke möglichst groß zu wählen. The illustration in FIG. 2 reveals that the value for the Peclet number is greater the greater the maximum chip thickness for a particular machining case is selected for a given tool life. Since the removal rate is proportional to the value of the Peclet number, the method eliminates the need to choose the chip thickness as large as possible.
Die Spanungsdicke steht für die Belastung der Schneide. Hierfür wird vom The chip thickness stands for the load of the cutting edge. For this is from the
Werkzeughersteller ein Grenzwert szmax empfohlen. Mit dem Wert sz bearb ^ sz max lässt sich dann die Schnittgeschwindigkeit vCbearb berechnen. Die Vorschubgeschwindigkeit vf bearb erhält man mit den zuvor gewählten bzw. Tool manufacturer recommended a limit s zm ax. With the value s z to edit z ma x, the cutting speed v C can then be calculated. The feed rate v f bea rb is obtained with the previously selected or
ermittelten Werten zu. s z bearb * V c bearb * z ascertained values. s z edit * V c edit * z
Damit liegen alle Daten für die Maschineneinstellung vor. Thus, all data for the machine setting are available.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt damit bei der Bearbeitung duktiler Werkstoffe gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise nach dem Stand der Technik folgende Vorteile: The method according to the invention thus has the following advantages in the processing of ductile materials compared to the conventional procedure according to the prior art:
• Die Verschleißdaten eines Werkzeugs lassen sich mit wenigen Stichversuchen ermitteln und sind gleich für die Bearbeitung unterschiedlicher duktiler Werkstoffe • The wear data of a tool can be determined with just a few puncture tests and are the same for machining different ductile materials
• Die Festlegung wirtschaftlicher Schnittdaten erfolgt rein rechnerisch auf Basis der Vorgaben • The definition of economic cutting data is purely computational based on the specifications
- Verschleißdaten des Werkzeugs - Wear data of the tool
- Thermischen Kennwerte zum Werkstückwerkstoff - Thermal characteristics of workpiece material
- Seitliche Zustellung des Werkzeugs - Lateral delivery of the tool
- Standzeit - life
• Die Programmierung von Bearbeitungsprogrammen wird erleichtert und verallgemeinert • The programming of machining programs is simplified and generalized
- Programmiert werden ausschließlich Eingriffsbedingungen für jedes eingesetzte Werkzeug - Die Schnittgeschwindigkeiten werden während des Fräsvorgangs laufend berechnet - Only intervention conditions are programmed for each tool used - The cutting speeds are calculated continuously during the milling process
- Das Bearbeitungsprogramm ist für die Bearbeitung des gleichen Werkstücks aus unterschiedlichen duktilen Werkstoffen ohne Änderung einsetzbar. - The machining program can be used without modification for machining the same workpiece made of different ductile materials.
• Bearbeitungen mit wechselnden Eingriffsbedingungen während eines • Machining with changing engagement conditions during one
Bearbeitungsschrittes lassen sich im Hinblick auf konstante Standmengen regeln. vorliegende Erfindung manifestiert sich beispielsweise in  Processing step can be regulated with regard to constant levels. For example, the present invention manifests itself in
• einem Verfahren für die Zerspanung duktiler Werkstoffe mit geometrisch • a procedure for the machining of ductile materials with geometric
definierter Schneide, insbesondere durch Fräsen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:  defined cutting edge, in particular by milling, characterized by the following steps:
- für den zu bearbeitenden Werkstückwerkstoff wird der Wert der - For the workpiece material to be machined, the value of
Temperaturleitfähigkeit ermittelt,  Determined thermal conductivity,
- ein für die Bearbeitung dieses Werkstückwerkstoffs geeignetes Werkzeug wird gewählt - A suitable tool for machining this workpiece material tool is selected
- die Verschleißdaten für dieses Werkzeug werden durch Stichversuche ermittelt - The wear data for this tool are determined by random tests
- die Eingriffsbedingungen zwischen Werkzeug und Werkstück werden festgelegt - The conditions of engagement between tool and workpiece are determined
- die gewünschte Standzeit des Werkzeugs wird gewählt und - The desired tool life is selected and
- auf Basis dieser Vorgaben wird mittels einer programmierbaren - Based on these specifications is by means of a programmable
Steuerungseinrichtung die optimale Schnittgeschwindigkeit und die optimale Vorschubgeschwindigkeit laufend aus den sich während der Zerspanung ändernden Eingriffsbedingungen berechnet und an die Steuerung einer Bearbeitungsvorrichtung weiter gegeben, oder Control device the optimal cutting speed and the optimal feed rate is calculated continuously from the changing during machining engagement conditions and passed to the control of a processing device, or
• einer Vorrichtung für die Zerspanung duktiler Werkstoffe mit geometrisch • a device for the machining of ductile materials with geometric
definierter Schneide mit einer programmierbaren Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, folgende Werte als Eingabegrößen zu erfassen:  defined cutting edge with a programmable control device, characterized in that the programmable control device is adapted to detect the following values as input variables:
- den Wert der Temperaturleitfähigkeit des zu bearbeitenden - the value of the thermal conductivity of the material to be processed
Werkstückwerkstoffs,  Workpiece material,
- die Verschleißdaten des gewählten Werkzeugs - the wear data of the selected tool
- die Eingriffsbedingungen zwischen Werkzeug und Werkstück - the engagement conditions between tool and workpiece
- die gewünschte Standzeit des Werkzeugs und dass die Steuerungseinrichtung weiters dazu ausgebildet ist, auf Basis dieser Werte laufend die optimale Schnittgeschwindigkeit und die optimale Vorschubgeschwindigkeit zu berechnen und an eine Regeleinrichtung der Vorrichtung zu übertragen, oder the desired service life of the tool and that the control device is further designed to continuously calculate the optimum cutting speed and the optimum feed speed on the basis of these values and to transmit them to a control device of the device, or
• einer Programmlogik für die Steuerung einer Zerspanungsvorrichtung für duktile Werkstoffe mit geometrisch definierter Schneide, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Basis • a program logic for the control of a cutting device for ductile materials with geometrically defined cutting edge, characterized in that they are based on
- der Temperaturleitfähigkeit eines zu bearbeitenden Werkstückwerkstoffs, the thermal conductivity of a workpiece material to be machined,
- der Charakteristik eines für die Bearbeitung dieses Werkstückwerkstoffs ausgewählten Werkzeugs, the characteristic of a tool selected for machining this workpiece material,
- den Verschleißdaten dieses Werkzeugs, - den anfangs vorgegebenen und sich im Verlauf der Bearbeitung ständig ändernden Eingriffsbedingungen zwischen Werkzeug und Werkstück - the wear data of this tool, - The initial predetermined and in the course of processing constantly changing engagement conditions between the tool and the workpiece
- und der gewünschten Standzeit des Werkzeugs die optimale Schnittgeschwindigkeit und die optimale Vorschubgeschwindigkeit laufend berechnet und an die Steuerung der Zerspanungsvorrichtung weiter gibt, oder. - and the desired tool life of the optimum cutting speed and the optimum feed rate continuously calculated and passed to the control of the cutting device, or.
• einer Programmlogik für die Regelung einer Zerspanungsvorrichtung für duktile Werkstoffe mit geometrisch definierter Schneide, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Basis • a program logic for the regulation of a cutting device for ductile materials with geometrically defined cutting edge, characterized in that they are based on
- der Temperaturleitfähigkeit eines zu bearbeitenden Werkstückwerkstoffs, the thermal conductivity of a workpiece material to be machined,
- der Charakteristik eines für die Bearbeitung dieses Werkstückwerkstoffs ausgewählten Werkzeugs, the characteristic of a tool selected for machining this workpiece material,
- den Verschleißdaten dieses Werkzeugs, - the wear data of this tool,
- den anfangs vorgegebenen und sich im Verlauf der Bearbeitung ständig ändernden Eingriffsbedingungen zwischen Werkzeug und Werkstück - The initial predetermined and in the course of processing constantly changing engagement conditions between the tool and the workpiece
- und der gewünschten Standzeit des Werkzeugs die optimale - And the desired tool life of the optimal
Schnittgeschwindigkeit und die optimale Vorschubgeschwindigkeit laufend berechnet und an die Steuerung der Zerspanungsvorrichtung weiter gibt.  Cutting speed and the optimum feed rate continuously calculated and passed to the control of the cutting device on.
Ausführungsbeispiel embodiment
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
In einem Werkstück aus Edelstahl (X5CrNi18-10) wird mittels eines Fräsers eine V-Nut mit einer Breite von 20 mm erzeugt. In a workpiece made of stainless steel (X5CrNi18-10), a V-groove with a width of 20 mm is produced by means of a milling cutter.
Zur Vorbereitung bzw. Durchführung der Fräsung wird eine computergesteuerte To prepare or carry out the milling is a computer-controlled
Vorrichtung eingesetzt. Diese besteht aus • einer Software zur Berechnung der Schnitt- und der Vorschubgeschwindigkeit Device used. This consists of • a software for calculating the cutting speed and the feed speed
• einer Schnittstelle zu einer Verarbeitungseinheit zur Übergabe und • an interface to a processing unit for transfer and
Weiterverarbeitung der beiden berechneten Werte.  Further processing of the two calculated values.
Die Software generiert in einem Rechner eine Bedienoberfläche, über die folgende Werte vorgegeben werden. The software generates a user interface in a computer via which the following values are specified.
• Werkstück o Temperaturleitfähigkeit • workpiece o thermal conductivity
• Werkzeug o Fräserdurchmesser o Schneidenanzahl o Maximale Spanungsdicke o Standzeit o Verschleißkennzahlen • Tool o Cutter diameter o Number of cutting edges o Maximum chip thickness o Tool life o Wear indexes
• Eingriffsverhältnisse des Werkzeugs in das Werkstück o Seitliche Zustellung und berechnet mit Hilfe der oben angegebenen Formeln o die Schnittgeschwindigkeit o die Vorschubgeschwindigkeit • Interference of the tool with the workpiece o Lateral infeed and calculates the cutting speed o the feed rate using the formulas given above o
Dabei wird rechnerisch überpüft, ob die gewählten Vorgaben eine Bearbeitung ergeben, deren Peclet Zahl oberhalb des kritischen Wertes von 15 liegt, und damit eine It is mathematically checked whether the selected specifications result in a treatment whose Peclet number is above the critical value of 15, and thus a
wirtschaftlich vertretbare Bearbeitung liefert. provides economically justifiable processing.
Die Verarbeitungseinheit kann sein o Eine reine Ausgabeeinheit zur Visualisierung der berechneten Ergebnisse o Ein CAM / CAD Programm o Die Steuerung der für die Bearbeitung ausgewählten Maschine The processing unit can be o A pure output unit for the visualization of the calculated results o A CAM / CAD program o The control of the machine selected for machining
Vorrichtung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt, im Folgenden an einem Beispiel näher erläutert wird. Device is used for carrying out the method according to the invention, will be explained in more detail below by way of example.
• Die werkstoffspezifische Temperaturleitfähigkeit a beträgt in diesem Fall 8 mm2/s • The material-specific thermal diffusivity a in this case is 8 mm 2 / s
• Bei dem Werkzeug handelt es sich um einen Schaftfräser. • The tool is an end mill.
DF = 20 mm DF = 20 mm
z = 6 z = 6
Szmax = 0,24 mm Szmax = 0.24 mm
• Seine Standzeit wird auf 240 Minuten vorgeben. • Its service life is set to 240 minutes.
• Die Verschleißkennzahlen betragen • The wear indicators are
C = 550 x = 0,65 C = 550 x = 0.65
• Aus den damit vorliegenden Werten wird vc nach obiger Gleichung berechnet: vc = 223 m/ min • From the values available, v c is calculated according to the above equation: v c = 223 m / min
• Unter Zugrundelegung dieser Angaben erhält man die erforderliche • Based on this information you get the required
Vorschubgeschwindigkeit vf:  Feed rate vf:
vf = 5.125 mm/min Mit den berechneten Werten wird die Peclet Zahl berechnet Pe = 1 1 1 ,5 vf = 5,125 mm / min The calculated values are used to calculate the Peclet number Pe = 1 1 1, 5
Damit ergeben die Maschineneinstelldaten eine Bearbeitung im Bereich III.  Thus, the machine setting data results in a processing in the area III.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren für die Zerspanung eines Werkstoffs mit einem gesteuerten/geregelten Werkzeug, insbesondere durch Fräsen, dadurch gekennzeichnet, dass unter Zugrundelegung der Temperaturleitfähigkeit des Werkstoffs, der Spanungsdicke, sowie der Standzeit des Werkzeugs und von Verschleißdaten, die das 1 . Method for the cutting of a material with a controlled / controlled tool, in particular by milling, characterized in that on the basis of the thermal conductivity of the material, the chip thickness, and the tool life and wear data, the
Verschleißverhalten des Werkzeugs charakterisieren, mittels einer  Characterize the wear behavior of the tool by means of a
programmierbaren Steuerungseinrichtung eine Schnitt- und  programmable controller means a cutting and
Vorschubgeschwindigkeit unter Zuhilfenahme der Peclet Zahl laufend berechnet und zur Steuerung/Regelung des Werkzeugs verwendet werden.  Feed rate with the aid of the Peclet number continuously calculated and used for controlling / regulating the tool.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Schneide aufweist, und dass auch die Geometrie der Schneide der Berechnung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit zugrunde gelegt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the tool has a cutting edge, and that also the geometry of the cutting edge of the calculation of the cutting and feed rate is used.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the
Verschleißdaten für das gewählte Werkzeug durch 2 bis 7, vorzugsweise 2 bis 5, Stichversuche ermittelt werden.  Wear data for the selected tool by 2 to 7, preferably 2 to 5, random tests are determined.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten des Werkzeugs auf ein konstantes Zeitspanvolumen geregelt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cutting and feed rates of the tool is controlled to a constant time chip volume.
5. Vorrichtung für die Zerspanung eines Werkstoffs mit einem gesteuerten/geregelten5. Device for the machining of a material with a controlled / regulated
Werkzeug, aufweisend eine programmierbare Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuerungseinrichtung dazu Tool, comprising a programmable control device, characterized in that the programmable control device thereto
ausgebildet ist, folgende Werte als Eingabegrößen zu erfassen:  is designed to record the following values as input variables:
- die Temperaturleitfähigkeit des Werkstoffs, the thermal conductivity of the material,
- Verschleißdaten, die das Verschleißverhalten des Werkzeugs - Wear data, the wear behavior of the tool
charakterisieren, - die Spanungsdicke, und characterize, - the chip thickness, and
- die Standzeit des Werkzeugs und dass die Steuerungseinrichtung weiters dazu ausgebildet ist, auf Basis dieser Werte mit Hilfe der Peclet Zahl laufend Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit zu berechnen und die berechneten Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten an eine Steuereinrichtung der Vorrichtung zur Steuerung des Werkzeuges zu übertragen. - The life of the tool and that the control device is further adapted to continuously calculate based on these values using the Peclet number cutting and feed rate and to transmit the calculated cutting and feed rates to a control device of the device for controlling the tool.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabegrößen außerdem den geometrischen Aufbau des Werkzeugs umfassen. 6. The device according to claim 5, characterized in that the input variables also include the geometric structure of the tool.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die 7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the
Eingabegrößen außerdem die seitliche Eingriffsbreite umfassen.  Input sizes also include the lateral engagement width.
8. Verfahren zur Verarbeitung von Daten, die für die Steuerung/Regelung einer 8. Method of processing data necessary for the control of a
Vorrichtung zur Zerspanung eines Werkstoffes mit einem gesteuerten Werkzeug relevant sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer  Device for machining a material with a controlled tool are relevant, characterized in that a in a
Datenverarbeitungseinrichtung abgelegtes Programmmittel auf Basis der  Data processing device stored program means based on
Temperaturleitfähigkeit des Werkstoffes, der Spanungsdicke, der Standzeit des Werkzeugs und von Verschleißdaten, die das Verschleißverhalten des Werkzeugs charakterisieren, eine Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs laufend berechnet und die berechneten Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten an eine Steuerungseinheit der Zerspanungsvorrichtung ausgibt, wobei die berechneten Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten zur Steuerung/Regelung des Werkzeugs verwendet werden.  Temperature conductivity of the material, the chip thickness, the tool life and wear data that characterize the wear behavior of the tool, a cutting and feed rate of the tool continuously calculated and outputs the calculated cutting and feed rates to a control unit of the cutting device, wherein the calculated cutting and feed rates are used to control the tool.
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ATGM50015/2012U AT12948U1 (en) 2012-02-24 2012-02-24 Process for the machining of ductile materials with a geometrically defined cutting edge and devices operating according to this method
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106647632B (en) * 2016-12-27 2018-10-19 沈阳航空航天大学 The prediction technique of CFRP and titanium alloy laminated construction reaming knife service life
EP3699703A1 (en) * 2019-02-19 2020-08-26 Siemens Aktiengesellschaft Method for setting cutting value data of a machine tool
DE102021126780A1 (en) 2021-10-15 2023-04-20 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Method and device for processing tool data

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5377116A (en) 1991-07-01 1994-12-27 Valenite Inc. Method and system for designing a cutting tool
DE4218799A1 (en) * 1992-06-06 1993-12-16 Brandmeier Thomas Dr Monitoring cutting edge wear in NC machine tool - using sensor to observe cutting operation and analysing signal spectrum in dependence on frequency changes and overall pattern
AU3310297A (en) * 1996-06-26 1998-01-14 Gleason Works, The Detecting tool wear by thermal monitoring of workpiece
US6665580B1 (en) * 2000-09-18 2003-12-16 Thermwood Corporation Automatic cutting tool management system for a computer numeric controlled machining system
US6810302B2 (en) * 2003-03-31 2004-10-26 Sikorsky Aircraft Corporation Process and methodology for selecting cutting parameters for titanium
DE102004055382B4 (en) * 2004-11-17 2009-10-22 Comara Kg Method for optimizing the service life of turning tools used in particular CNC-controlled machine tools
WO2006128391A1 (en) * 2005-05-25 2006-12-07 Albert Schlegel Method and device for optimizing the operating speed
JP4583415B2 (en) * 2007-02-15 2010-11-17 株式会社神戸製鋼所 Tool wear prediction method, tool wear prediction program, and tool wear prediction system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2013124352A1 *

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