CNC-Zykluszeit berechnen: Formeln & Praxisbeispiele für Fräsen, Drehen & Bohren

Für präzise Kostenschätzung, Terminplanung und Prozessvergleich ist die CNC-Zykluszeit (Cycle Time) essenziell. Sie bestimmt: Wie lange dauert die reine Bearbeitung? Passt das ins Budget? Welches Verfahren ist schneller? Dieser Artikel liefert die Grundformeln und Beispiele für die gängigsten Zerspanprozesse.

Was ist CNC-Bearbeitung?

Computergesteuerte Fertigung: CAD-Modell → CAM → G-Code → Maschine (Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen) formt Rohling zum Fertigteil. Werkstoffe bei AMI: Rigid Foam, Carving Foam, Phenolharze, Kunststoffe (POM, PEEK, PTFE, PMMA, PC). Branchen: Auto, Luftfahrt, Elektronik, Militär, Medizintechnik, Sicherheit. Massenfertigung präziser Teile nach Zeichnung.

Was ist CNC-Zykluszeit?

Die reine Bearbeitungszeit (Spindel läuft, Werkzeug schneidet) – ohne Rüsten, Messen, Werkzeugwechsel, Teilehandling. Basis für: Kalkulation (Maschinenstundensatz × Zeit), Liefertermin, Prozessvergleich (z. B. Fräsen vs. Drehen). Einfach zu berechnen, aber prozessabhängig (Fräsen, Drehen, Bohren, Gewindeschneiden).

Grundformel

Analog zu Strecke / Geschwindigkeit:

Bearbeitungszeit = Bearbeitungslänge / Vorschubgeschwindigkeit

In Zerspanungsgrößen:

• T_m = L / (f × n)
• L = Bearbeitungslänge (mm) – inkl. Anfahrweg, Überfahrt, Sicherheitsabstand
• f = Vorschub pro Umdrehung (mm/U)
• n = Spindeldrehzahl (U/min)

Drehzahlberechnung: n = (1000 × v_c) / (π × d)
v_c = Schnittgeschwindigkeit (m/min) – werkstoff-/werkzeugabhängig
d = Werkzeugdurchmesser (mm) (beim Drehen: Werkstückdurchmesser)

Praxisbeispiel: Bohren (Zoll/Inch)

Gegeben: Bohr-Ø 1″, Tiefe 0,75″, Anfahrweg 0,1″, Vorschub 7 Zoll/min (IPM).

1. Bewegungsweg = 0,75″ + 0,1″ = 0,85″
2. T_Bohren = 0,85″ / 7 IPM = 0,1214 min
3. Sekunden = 0,1214 × 60 = 7,28 s

Vorschub in IPM (Inch Per Minute) bestimmen: Handbücher geben oft Vorschub pro Umdrehung (IPR) an.

• n (RPM) = 3,82 × SFM / Ø (Zoll) (SFM = Surface Feet Per Minute = Schnittgeschwindigkeit in ft/min)
• IPM = n × IPR
• Bei Mehrschneiden: IPR = IPT (Inch Per Tooth) × Schneidenanzahl

Wichtig: Bei Durchmesseränderung während der Bearbeitung (z. B. Plandrehen, Kegeldrehen) ändert sich n bei konstanter v_c (Constant Surface Speed – CSS). → Für jeden Pass/Schnitt neue n & IPM berechnen.

CNC-Fräsen: Zykluszeitberechnung

Fräsen erzeugt Nuten, Taschen, Freiformflächen. Vorschub oft pro Zahn (mm/Zahn).

T_m = (L × i) / (f_z × z × n)

• L = Bearbeitungslänge pro Pass (Anfahrt + Bearbeitungsweg + Überfahrt + Zwangslauf)
• i = Anzahl der Schnitpässe (Schruppen + Schlichten)
• f_z = Vorschub pro Zahn (mm/Zahn)
• z = Anzahl der Schneiden (Zähne) am Fräser
• n = Spindeldrehzahl (U/min) = (1000 × v_c) / (π × d_Fräser)

Genauigkeit bei L, f_z, z, n ist entscheidend für realistische Zeit.

CNC-Drehen: Zykluszeitberechnung

Drehen: Werkstück rotiert, Werkzeug fährt linear (Längs/Plan) oder konturiert. Zwei Bewegungen: Hauptbewegung (Rotation), Vorschub.

T_m = L / (f × n) (analog Grundformel)

• L = Anfahrweg + Bearbeitungslänge + Überfahrwege × Passanzahl
• f = Vorschub pro Umdrehung (mm/U)
• n = Mittlere Drehzahl = (1000 × v_c) / (π × d_mittel)
• d_mittel = (Außendurchmesser + Kerndurchmesser) / 2 (bei Plandrehen) oder Außendurchmesser (Längsdrehen)

Bei Mehrpassbearbeitung (Schruppen/Schlichten) und Durchmesseränderung: Mitteldurchmesser pro Pass bilden oder CSS (Constant Surface Speed) nutzen → Maschine regelt n automatisch.

Weitere Prozesse (Kurzformeln)

• Gewindeschneiden: T = Gewindelänge / (Steigung × n) (n synchron zu Spindel)
• Reiben: Wie Bohren, aber niedrigerer Vorschub, höhere Drehzahl.
• Schleifen: T = (L × i) / v_t (v_t = Tischvorschub mm/min)

Praxis-Tipps für realistische Zeiten

1. Nebenzeiten addieren: Werkzeugwechsel (Tool Change Time), Spannen, Messen, Späneabluft, Palettenwechsel. Oft 20–40 % der Hauptzeit.
2. Schnittdaten aus Werkzeugkatalogen (Hersteller: Sandvik, Seco, Kennametal, Walter, Mitsubishi) – nicht schätzen.
3. CAM-Simulation liefert realistischste Zykluszeiten (inkl. Leerfahrten, Rampen, Helix-Eintauchen).
4. Material & Werkzeugzustand beeinflussen v_c & f_z stark.
5. Puffer (10–20 %) für Unvorhergesehenes einplanen.

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