Einzelschneiden vs. Mehrschneiden-Werkzeuge: Unterschiede in der Zerspanung

Grundlagen der Zerspanung

Zerspanen (Metal Cutting) ist ein sekundärer Fertigungsprozess, bei dem überschüssiges Material schrittweise vom Werkstück entfernt wird, um gewünschte Oberfläche, Maß und Toleranz zu erreichen. Für effizientes und wirtschaftliches Bearbeiten vielfältiger Materialien haben sich verschiedene Verfahren entwickelt. Grob unterteilt in: konventionelles Zerspanen (Makro und Mikro), Schleifbearbeitung und unkonventionelle Verfahren (NTM). Konventionelle Verfahren sind etabliert und umfassen viele Operationen: Drehen, Fräsen, Gewindeschneiden, Wälzfräsen, Planen, Bohren, Reiben etc. Alle werden mit einem Schneidwerkzeug durchgeführt, das Material in Form von Spanen abträgt.

Schneidwerkzeug und Schneide

Schneidwerkzeug (Cutter) ist ein keilförmiges, scharfkantiges Werkzeug, das während der Zerspanung eine dünne Schicht Werkstückmaterial zusammendrückt und abschert (Spanbildung). Die Werkzeugmaschine hält Werkzeug und Werkstück und erzeugt die relativen Bewegungen (Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe). Das Werkzeug ist essenziell für jeden konventionellen Zerspanvorgang; Form und Größe variieren je nach zu erzeugendem Merkmal und Verfahren. Jedes Werkzeug muss eine scharfe Schneide besitzen, um Material mit minimalem Kraftaufwand zu entfernen. Eine Schneide entsteht durch den Schnitt zweier Werkzeugflächen (Spanfläche, Hauptfrei- und Nebenfreifläche). Je nach Anzahl der Schneiden unterscheidet man Einzelschneiden- und Mehrschneiden-Werkzeuge.

Definitionen

Ein Einzelschneiden-Werkzeug besitzt nur eine Hauptschneide, die aktiv an der Spanbildung in einem Schnitt teilnimmt. Eine Schneide trägt das gesamte Spanvolumen pro Pass. Ein Mehrschneiden-Werkzeug hat mindestens zwei Schneiden, die alle gleichzeitig in einem Pass spanbildend wirken. Die Spanlast pro Schneide verringert sich dadurch stark. Operationen mit Einzelschneiden: Drehen, Schlichten, Planen, Bohren (Einzelbohrer), Freischneiden etc. Mehrschneiden: Fräsen, Bohren (Spiralbohrer), Reiben, Wälzfräsen, Hobeln, Schleifen etc. Ein Mehrschneiden-Werkzeug kann von zwei (Bohrer, Schaftfräser) bis zu hunderten Schneiden (Schleifscheibenkörner) haben.

Vergleichstabelle: Einzelschneiden vs. Mehrschneiden

Detaillierte Analyse

Anzahl der Schneiden

Einzelschneiden: eine Hauptschneide. Nächster Pass: gleiche oder neue Schneide. Hinweis: Wendeschneidplatten (z. B. 3–4 Schneiden am Werkzeugkörper) sind trotzdem Einzelschneiden-Werkzeuge, da immer nur eine schneidet. Mehrschneiden: mehrere Schneiden gleichzeitig aktiv.

Kontakt Werkzeug–Werkstück und Folgen

Einzelschneiden: kontinuierlicher Kontakt → starker Temperaturanstieg → Verschleiß, Plastifizierung, geringere Standzeit. Gegenmaßnahmen: niedrigere Parameter, Kühlmittel, Beschichtungen. Mehrschneiden: simultanes Ein-/Ausrücken → Wärmeabfuhr in Ausrückphase → Überhitzungsschutz. Aber: Unterbrechender Schnitt erhöht Vibration und unausgeglichene Kräfte.

Spanlast

Spanlast = Bereich des Werkstückmaterials vor der Schneide im Moment (mathematisch: Vorschub × Schnitttiefe = f × a_p). Einzelschneiden: gesamte Last auf einer Schneide. Mehrschneiden: Last auf alle Schneiden verteilt → jede Schneide trägt deutlich weniger.

Höhere Schnittparameter

Einzelschneiden: höhere Parameter → höhere Spanlast → vorzeitiges Versagen (Bruch). Mehrschneiden: höhere Parameter problemlos. MRR ∝ v × f × a_p → höhere MRR → höhere Produktivität.

Bruch der Schneide

Einzelschneiden: unvorhergesehener Bruch (Materialinhomogenität, Vibration, Spanverstopfung, Maschinenfehler) → sofortiger Stopp, Werkzeugwechsel. Mehrschneiden: Bruch einer Schneide → andere intakte Schneiden ermöglichen Fortsetzung (besonders bei vielen Schneiden). Bei wenigen Schneiden (z. B. Bohrer) schwieriger.

Konstruktion und Fertigung

Einzelschneiden: einfache Geometrie → leicht zu konstruieren und fertigen. Mehrschneiden: komplexer.

Literaturhinweise

• Machining and Machine Tools von A. B. Chattopadhyay (1. Auflage, Wiley).
• Manufacturing Engineering and Technology: SI Edition von S. Kalpakjian und S. R. Schmid (7. Auflage, Pearson Ed Asia).