Verstehen von Bohrzyklen in Mastercam

Die Bohrzyklen von Mastercam automatisieren wiederholte Bohrvorgänge, reduzieren die Programmierzeit und gewährleisten eine konsistente Werkzeugbewegung. Ein Bohrzyklus definiert die Abfolge der Werkzeugbewegungen: schnelle Annäherung an die Freiraumhöhe, Zuführen in das Loch, Zurückziehen und optionales Verweilen. Die Wahl des richtigen Zyklustyps und die Abstimmung der Parameter wirken sich direkt auf die Zykluszeit, die Werkzeuglebensdauer und die Qualität der Teile aus. Effiziente Zyklen minimieren das Luftschneiden, reduzieren die Spanpackung und halten stabile Schneidbedingungen über die Produktionsläufe hinweg aufrecht.

Typ des üblichen Bohrzyklus

Mastercam bietet eine Vielzahl von Zyklustypen, die jeweils für spezifische Lochgeometrien und Prozessanforderungen geeignet sind.

  • Standardbohrung (G81): Eine einfache Punkt-zu-Punkt-Operation. Das Werkzeug wird in die Tiefe geführt und dann schnell zurückgezogen. Ideal für flache Durchgangslöcher oder Sacklöcher, bei denen die Spanfreiheit kein Problem darstellt. Verwendung für kurze Löcher in Materialien, die überschaubare Chips erzeugen.
  • Peck Drill (G83): Das Werkzeug bohrt bis zu einer mittleren Tiefe, zieht sich vollständig zurück, um Späne zu löschen, und schreitet dann tiefer vor. Dieser Zyklus ist für Löcher, die tiefer als das Dreifache des Bohrdurchmessers sind, unerlässlich, insbesondere in Gummimaterialien wie Aluminium oder weichen Stählen. Der vollständige Rückzug ermöglicht es dem Kühlmittel, Späne zu spülen und verhindert Bohrerbruch.
  • Chip Break (G73): ] Ähnlich wie Peckbohrer, aber das Werkzeug zieht nur eine kleine Strecke zurück (normalerweise 0,0010′′–0,020′′), um Späne zu brechen, ohne das Loch vollständig zu verlassen. Dies reduziert die Zykluszeit im Vergleich zu G83 und verhindert gleichzeitig lange, zähe Späne. Geeignet für Materialien, die kurze, spröde Späne erzeugen (z. B. Gusseisen, gehärteter Stahl).
  • Tap (G84/G74): Für das Einfädeln von Löchern mit einem Hahn. Das Werkzeug speist in die Tiefe, die Spindel kehrt sich um und der Hahn zieht sich am gleichen Vorschub zurück. Mastercam unterstützt starres Gewinden (synchronisierte Spindel und Z-Achse) für höhere Geschwindigkeit und Genauigkeit. Kann mit schwimmenden Gewindehaltern oder synchronem Gewinde verwendet werden.
  • Bohrung (G85/G86): Zum Fertigstellen von vorgebohrten Löchern mit einer Bohrstange. G85 führt ein und aus (glatte Bohrung), während G86 einspringt, stoppt am Boden, dann schnell zurückzieht (für einen flachen Boden).
  • Ream (G85): Oft unter Verwendung eines Standard-Bohrzyklus oder eines dedizierten Reibzyklus implementiert. Das Werkzeug speist in die Tiefe und zieht sich dann mit der Vorschubgeschwindigkeit zurück, um ein Kratzen der fertigen Oberfläche zu vermeiden.
  • Gegenbohrung und Gegenbohrung: Diese Zyklen verwenden einen Punktbohrer, ein Bohrwerkzeug oder eine Fasenmühle, um eine flache Vertiefung oder eine abgewinkelte Fasen zu schaffen. Sie werden oft mit einem Bohrzyklus in der gleichen Operation kombiniert, indem der Punkt-zu-Punkt-Werkzeugpfad von Mastercam verwendet wird.
  • Helical Ramp Drill: Kein traditioneller Zyklus, sondern ein Werkzeugweg, der sich in einem schraubenförmigen Bogen bewegt, um große Löcher ohne großen Bohrer zu erzeugen. Dies reduziert den Werkzeugbestand und ermöglicht es einem einzelnen Endmill, Löcher von vielen Größen zu erzeugen. Nützlich für Löcher größer als 1′′ im Durchmesser.

Wichtige Parameter zur Optimierung

Jede Bohrrunde teilt grundlegende Parameter. Wenn man diese richtig einstellt, trennt man einen effizienten von einem verschwenderischen Zyklus.

  • Clearance Height: Die Z-Höhe, bis zu der sich das Werkzeug zurückzieht, bevor es zum nächsten Loch bewegt wird.
  • Retract Height: Die Höhe, auf die sich das Werkzeug nach jedem Pick oder am Ende des Zyklus zurückzieht. Für G73/G83 wird dies oft auf die Freigabehöhe für die vollständige Chip-Evakuierung oder auf eine "Chip-Bruch" -Distanz für G73 eingestellt.
  • Zufuhrrate und Spindelgeschwindigkeit: Basierend auf Werkzeugmaterial, Beschichtung und Werkstückmaterial. Verwenden Sie vom Hersteller empfohlene Startpunkte und passen Sie basierend auf Maschinensteifigkeit und Kühlmitteltyp. Vermeiden Sie übermäßige Geschwindigkeit, die einen vorzeitigen Werkzeugverschleiß verursacht.
  • Tiefe (Lochtiefe): Für Durchgangslöcher legen Sie die Tiefe etwas über den Boden des Teils hinaus (z. B. +0,030′′), um sicherzustellen, dass der Bohrer sauber durchbricht. Für Sacklöcher berücksichtigen Sie den Bohrpunktwinkel. Mastercam kann die Bohrpunktlänge automatisch kompensieren, wenn Sie die Spitzengeometrie definieren.
  • Dwell (P-Wort): Eine Pause am Boden des Lochs, um die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern oder das Werkzeug entgraten zu lassen.
  • Tiefe des ersten Picks und der nachfolgenden Picks: Einige Zyklen ermöglichen variable Picktiefen. Ein tieferer erster Pick (z. B. 2x Durchmesser) kann die Oberflächenskala durchdringen, während flachere nachfolgende Picks ein stabiles Schneiden beibehalten. Die Pickparameter von Mastercam ermöglichen es Ihnen, einen maximalen Pick, einen minimalen Pick und einen Reduktionsfaktor zu definieren.
  • Clear Plane: Die Z-Ebene, unterhalb der sich das Werkzeug mit Vorschubgeschwindigkeit bewegt.

Schritte zum Design effizienter Bohrzyklen

Der Aufbau eines effizienten Bohrzyklus erfordert einen methodischen Ansatz. Befolgen Sie diese Schritte, um die Produktivität zu maximieren.

Schritt 1: Analyse von Lochgeometrie und Material

Vor dem Schreiben eines Werkzeugpfades den Druck und den Druckstoff untersuchen. Lochdurchmesser, Tiefe, Toleranz und ob das Loch durch, blind oder gebohrt ist. Werkstückmaterial bewerten: Aluminium erzeugt lange Späne; Gusseisen erzeugt kurze Späne; Edelstahl verarbeitet schnell; Titan erfordert niedrige Geschwindigkeiten und hohen Kühlmitteldruck. Bei tiefen Löchern (Längen-Durchmesser-Verhältnis > 3:1) ist ein Hacken zu planen. Bei Präzisionslöchern (Toleranz < 0,0005′′) ist ein Plan zum Reiben oder Bohren zu erstellen.

Schritt 2: Wählen Sie den geeigneten Zyklustyp

Wählen Sie auf der Grundlage der Analyse in Schritt 1 den Zyklustyp aus, z. B.:

  • Flache Durchgangslöcher in Aluminium → Standardbohrer (G81).
  • Tiefes Sackloch in Stahl → Peckbohrer (G83) mit vollem Rückzug.
  • Gewindeloch → starrer Gewindebohrer (G84) mit synchronem Gewindebohrer.
  • Präzisionsbohrung für Lagersitz → Bohrzyklus (G86) mit Verweilen.
  • Kombinierte operationen verwenden sie zuerst einen spot-bohrzyklus, dann einen pick-bohrer, dann einen wasserhahn - alles innerhalb einer mastercam-operationsgruppe.

Die Auswahl des Bohrzyklus von Mastercam erfolgt über die Drill Toolpath-Parameter. Verwenden Sie die Dropdown-Liste “Cycle”, um den genauen Zyklustyp und die Registerkarte “Drill”-Parameter auszuwählen, um die Feinabstimmung vorzunehmen.

Schritt 3: Optimale Parameter mit zuverlässigen Daten festlegen

Eingabegeschwindigkeiten und Geschwindigkeiten von Werkzeuglieferanten wie Kennametal oder Sandvik Coromant. Mastercam ermöglicht es Ihnen, diese in Werkzeugbibliotheken zu speichern. Für Pickzyklen legen Sie die Picktiefe auf 1,5-3x des Bohrerdurchmessers fest. Für Spanbruchzyklen legen Sie das Retraktionsschritt auf 0,001′′–0,030′′ fest. Passen Sie die Verweilzeiten nur bei Bedarf an. Verwenden Sie den Depth Rechner in Mastercam, um automatisch die Bohrpunktlänge zu berücksichtigen - dies eliminiert Rätselraten und reduziert die Luftschneide.

Schritt 4: Verwenden Sie Muster- und Transformationsoptionen für mehrere Löcher

Wenn Sie Arrays von Löchern (Bolzkreise, rechteckige Muster oder zufällige Punkte) programmieren, verwenden Sie Mastercams Pattern Toolpaths oder Transform Operation. Anstatt einzelne Bohrvorgänge für jedes Loch zu erstellen, definieren Sie einen Bohrzyklus und wenden Sie ein Muster an. Dies reduziert die Dateigröße und macht die Bearbeitung schneller – ändern Sie einen Parameter und aktualisieren Sie alle Löcher. Für nicht einheitliche Muster verwenden Sie Point Selection, um Löcherzentren aus dem Modell oder aus Punkten auszuwählen, die in CAM erstellt wurden. Mastercam kann automatisch Löcher mit dem gleichen Durchmesser mit einer einzelnen Operation verbinden, indem Sie die Group by Depth oder Group by Diameter Features verwenden.

Schritt 5: Simulieren und Verifizieren

Führen Sie niemals einen Bohrzyklus ohne Simulation durch. Verwenden Sie Mastercams Backplot, um die Werkzeugbewegung in 2D anzuzeigen, dann Verify (oder Simulate in späteren Versionen) für eine vollständige 3D-Materialentfernung.

  • Freiraumprobleme – Werkzeugschlagklemmen oder -vorrichtungen.
  • Übermäßige schnelle Bewegungen - stellen Sie die Freigabeebene so ein, dass sie höher als Hindernisse, aber niedriger als die Oberseite des Teils ist.
  • Werkzeugauslenkung – vor allem bei tiefen Löchern mit kleinen Durchmessern. Wenn Simulation Ratterspuren zeigt, verringern Sie die Picktiefe oder erhöhen Sie den Vorschub.
  • Wärmeaufbau – Überprüfen Sie, ob das Kühlmittel korrekt angewendet wird. Mastercam kann das Ein-/Ausschalten des Kühlmittels simulieren, wenn es in der Maschinendefinition definiert ist.

Verwenden Sie die Funktion Collision Detection, um die Überprüfung auf Eingriffe in den Werkzeughalter zu automatisieren.

Fortgeschrittene Optimierungstechniken

Peck Bohrstrategien für tiefe Löcher

Bei Löchern mit einem Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser von mehr als 5:1 können Standard-Peckzyklen immer noch mit der Chip-Evakuierung zu kämpfen haben.

  • Variable Peck Tiefe: Verwenden Sie einen ersten Peck von 2 x Durchmesser, dann reduzieren Sie jeden nachfolgenden Peck um 20%, wenn sich das Loch vertieft.
  • Nur auf Chip Break Position zurückziehen: In Gummimaterialien wie Aluminium, nur 0,020′′ über dem vorherigen Peck (G73-Stil) zurückziehen, um die Zykluszeit zu reduzieren.
  • Add Dwell at Retract: Ein kurzes Verweilen (0,1 sec) an der Spitze jedes Picks ermöglicht es, dass sich Chips absetzen und Kühlmittel eindringen kann.
  • Durchdrehkühler: Programmieren Sie den Bohrzyklus, um das Kühlmittel einzuschalten, bevor der Zyklus beginnt. Mastercams Kühlmittelsteuerung (M08/M09) kann in den Werkzeugpfadparametern eingestellt werden.

Schraubenförmiges Rampenbohren

Bei der Herstellung großer Löcher (über 1,5′′ Durchmesser) ist es oft schneller, eine Wendelrampe mit einer Bohrmaschine zu verwenden als einen großen Drehbohrer.

  • Reduziert Schneidkräfte, indem der Schnitt über viele Durchgänge geteilt wird.
  • Beseitigt die Notwendigkeit für mehrere Bohrergrößen.
  • Produziert ausgezeichnete Lochrundheit und Oberflächengüte.
  • Ermöglicht die Verwendung des gleichen Werkzeugs sowohl für das Schruppen als auch für das Finishing.

Verwenden Sie in Mastercam den Werkzeugpfad Circular Mill oder Helical Bore, um diese Bewegung zu erzeugen. Stellen Sie den Rampenwinkel auf 1°–5° ein, abhängig vom Durchmesser und Material des Schneiders. Diese fortschrittliche Technik kann die Zykluszeiten um 30% im Vergleich zum Bohren und Bohren separat reduzieren.

Verwenden von Tool Libraries und Templates

Erstellen und Speichern von Werkzeugbibliotheken in Mastercam mit voreingestellten Zuführungen, Geschwindigkeiten, Picktiefen und Zyklusparametern für gemeinsame Operationen. Zum Beispiel einen Bibliothekseintrag für "1/4" HSS-Bohren in 1018 Stahl" mit 2000 UPM, 12 IPM-Zuführung und einer Picktiefe von 0,75 ". Wenn Sie dieses Werkzeug in einen neuen Job laden, sind alle Parameter bereit. Diese Standardisierung eliminiert Wiedereingabefehler und beschleunigt die Programmierung. Zusätzlich speichern Sie ganze Bohrvorgänge als Vorlagen (Operation Library) für wiederkehrende Lochmuster wie Bolzenkreise oder kundenspezifische Bohranforderungen.

Optimierung von Feed und Geschwindigkeit für verschiedene Materialien

Die Effizienz ist ohne korrekte Schneidparameter nicht möglich. Verwenden Sie festgelegte Ansatzpunkte und passen Sie sie auf der Grundlage der Maschinenfähigkeit an.

  • Aluminium (6061): Hohe Geschwindigkeiten (5000-8000 SFM für Hartmetall) und hohe Vorschubraten (0,005-0,010 IPR für Bohrer). Achten Sie auf aufgebaute Kante - verwenden Sie polierte Flötenbohrer und reichlich Kühlmittel.
  • Milder Stahl (1018): 200–300 SFM für HSS, 400–600 SFM für Hartmetall. Zufuhr von 0,003–0,006 IPR. Chip-Evakuierung ist kritisch – Verwendung von Peckzyklen für Löcher über 2x Durchmesser.
  • Edelstahl (304): 100–150 SFM für HSS, 250–350 SFM für Hartmetall. Feed 0.002–0.004 IPR. Work-Hardening ist ein Risiko – verwenden Sie aggressives Futter, um zu vermeiden, zu reiben, und lassen Sie den Bohrer niemals im Schnitt verweilen.
  • Titan (6Al-4V): Sehr niedrige Geschwindigkeiten (30-50 SFM für HSS, 80-120 SFM für Hartmetall). Verwenden Sie Hochdruckkühlmittel und flache Picks (0,5 × Durchmesser). Feed 0.001-0,003 IPR. Werkzeuglebensdauer ist kurz - Plan für Werkzeugwechsel.
  • Gasteisen: Moderate Geschwindigkeiten (200–400 SFM) und moderate Feeds (0.004–0.008 IPR). Verwenden Sie Chip Break Cycles (G73) um kurze, staubige Chips zu verwalten.

Beziehen Sie sich immer auf Daten aus seriösen Quellen wie Modern Machine Shop oder Apps von Werkzeugherstellern für die aktuellsten Parameter.

Häufige Fehler zu vermeiden

Selbst erfahrene Programmierer fallen in diese Fallen. Sie zu erkennen wird Ihnen helfen, bessere Zyklen zu entwerfen.

  • Überblickende Bohrpunktlänge: Wenn die Meisselkante und der Punktwinkel nicht berücksichtigt werden, führt dies zu Löchern, die entweder zu flach sind oder durch die Rückseite des Teils brechen.
  • Zu tief zuerst Peck: Beginnend mit einem Pick tiefer als 3 x Durchmesser kann Bohrwandern und Bruch verursachen.
  • Unzureichender Abstand: Das Einstellen der Freiraumebene kann dazu führen, dass das Werkzeug beim Bewegen zwischen Löchern mit Klemmen kollidiert. Simulieren Sie mit modellierten Vorrichtungen.
  • Unnötige Wohnung: Hinzufügen von Verweilzeit zu jedem Bohrzyklus verschwendet Zeit.
  • Werkzeugablenkung ignorieren: Lange, schlanke Bohrer lenken sich unter schweren Schnitten ab, wodurch ovale Löcher oder Bruch entstehen. Verwenden Sie kürzere Bohrer, wenn möglich, und reduzieren Sie die Picktiefe für kleine Durchmesser.
  • Überrückverfolgung in Peck-Zyklen: Vollständige Rückzüge (G83) brauchen Zeit. Wenn das Material überschaubare Chips produziert, verwenden Sie G73-Chip-Bruch mit einem 0,020′′-Rückzug. Testen Sie an einer Probe, um die Chip-Freigabe zu bestätigen.
  • Verwendung von Wrong Cycle für Gewinde: Der Versuch, mit einem Standardbohrzyklus zu tippen, wird den Hahn unterbrechen.

Schlussfolgerung

Effiziente Bohrzyklen in Mastercam beeinflussen direkt die Rentabilität jedes Bohrvorgangs. Durch das Verständnis der Stärken jedes Zyklustyps, das Einstellen von Parametern basierend auf Material und Geometrie, das Ausnutzen von Mustern und Bibliotheken und die rigorose Simulation vor dem Schneiden können Sie die Zykluszeiten um 20% bis 50% reduzieren, während die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert und die Konsistenz der Teile verbessert wird. Die Flexibilität von Mastercam ermöglicht es Ihnen, den gesamten Prozess vom Punktbohren bis zum Anzapfen oder Reiben innerhalb einer einzigen Operationsgruppe zu automatisieren. Verfeinern Sie Ihre Vorlagen und Werkzeugbibliotheken kontinuierlich, während Sie empirische Daten aus der Werkstatt sammeln. Mit einem disziplinierten Ansatz für das Bohrzyklusdesign wird eine schnelle und zuverlässige Bohrlochproduktion zu einem Standardergebnis und nicht zu einem gelegentlichen Erfolg.

Für weitere Informationen lesen Sie Mastercams offizielle Dokumentation zu Bohrzyklen oder lesen Sie Tutorials aus In-House Solutions für reale Beispiele.Beachten Sie auch Werkzeughandbücher aus Haas Automation, um maschinenspezifische Zyklusverhalten zu verstehen.