Werkzeugstandzeit maximieren & Produktivität steigern: 5 bewährte Strategien

Was ist das Geheimnis für optimierten Durchsatz und längere Werkzeugstandzeiten? Wir fassen die wichtigsten Methoden zusammen, die den größten Nutzen für die Teilefertigung bringen.

Die Wahl der richtigen Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten beim Zerspanen erfordert ein sensibles Gleichgewicht zwischen Produktivität, Teilequalität und Werkzeugauswahl. Wer Maschinen und Schneidwerkzeuge zu stark belastet, riskiert, dass die für Werkzeugwechsel benötigte Zeit jegliche Produktivitätsgewinne auffrisst – und Zerspaner ihre Werkzeuge zu schnell verschleißen.

Andererseits schont eine zu vorsichtige Bearbeitung zwar die Werkzeuge, aber auf Kosten des Durchsatzes. Und in der Teilefertigung gilt nun einmal: Zeit ist Geld. Deshalb kann die Suche nach dem Sweet Spot aus optimaler Standzeit und maximaler Produktivität wie eine schwer fassbare Quest erscheinen – selbst für erfahrene Zerspaner und Programmierer.

Hier sind fünf Techniken, die Maschinenbedienern helfen, die Werkzeugstandzeit zu erhöhen und das richtige Gleichgewicht aus Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben für jede Anwendung zu finden.

Werkzeugstandzeit: Fokus auf Schnittgeschwindigkeit und Vorschub

Von den drei Schnittparametern – Vorschub, Geschwindigkeit und Schnitttiefe – ist die Schnittgeschwindigkeit bei weitem der wichtigste. Sie wird in Metern pro Minute (oder surface feet pro Minute im angloamerikanischen Raum) gemessen und beschreibt die relative Geschwindigkeit, mit der Werkzeug und Werkstück aneinander vorbeibewegen.

Jeder Zerspanvorgang sollte damit beginnen, die optimale Schnittgeschwindigkeit basierend auf dem zu bearbeitenden Material sowie dem verwendeten Hartmetallgrad und der Beschichtung zu bestimmen. Höhere Schnittgeschwindigkeiten erzeugen mehr Wärme und damit verstärkten Flankenverschleiß, können aber gleichzeitig den Aufbauschneiden (Built-Up Edge, BUE) reduzieren – die Hauptursache für Werkzeugversagen bei Nickelbasislegierungen.

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Flankenverschleiß in die Vorschubformel einbeziehen

In den USA messen Dreher die Vorschubgeschwindigkeit in Zoll pro Umdrehung (IPR), während Fräser Zoll pro Minute (IPM) verwenden – berechnet aus Spanlast pro Zahn mal Zahnanzahl.

In beiden Fällen erzeugt ein höherer Vorschub mehr Wärme und verstärkten Flankenverschleiß, produziert aber auch mehr Teile in kürzerer Zeit.

Flankenverschleiß ist die „beste“ Verschleißart, die man haben kann. Daher ist es ratsam, am oberen Ende der Empfehlungen des Werkzeugherstellers zu vorschneiden – vorausgesetzt, die Maschine ist stabil genug und das Werkstück wird sicher gespannt.

Schnitttiefe optimieren

Die optimale Schnitttiefe (ap) beim Drehen hängt weitgehend davon ab, wie viel Material pro Schnitt entfernt werden kann, ohne das Teil aus dem Spannfutter zu reißen. Die Schnitttiefe sollte jedoch nie die Hälfte des eingeschriebenen Kreises (IC) der Wendeschneidplatte überschreiten.

Auf Bearbeitungszentren sind Schnitttiefen radial und axial definiert: Radial entspricht der Schnittbreite, axial der Tiefe des Eingriffs ins Werkstück.

Moderne Frässtrategien wie das Trochoidalfräsen setzen in der Regel auf eine geringe radiale Schnitttiefe und maximalen axialen Eingriff, soweit Werkzeug, Werkzeughalter und Maschine es zulassen.

Die Schnitttiefe hat den geringsten Einfluss auf die Standzeit, auch wenn eine geringe Tiefe mehr Schlichtgänge erfordert und damit den Plattenverbrauch erhöhen kann.

Vorsicht: Eine zu aggressive Schnitttiefe kann Rattermarken, Werkzeugbruch oder herumfliegende Teile verursachen.

Präzise Werkzeugsorten gezielt einsetzen

Es spricht einiges gegen „zu viele Wendeschneidplatten“ im Werkzeugschrank. Überbestände binden Kapital, und mehr Plattengeometrien, -sorten, -beschichtungen und -marken als für die Fertigungsaufgaben nötig sind, verursachen oft ungewollte Verschwendung.

Die Kehrseite: Werkzeughersteller optimieren ihre Produkte gezielt für bestimmte Werkstoffklassen und sogar Einzelwerkstoffe, um maximale Performance zu erzielen.

Universelle Schneidwerkzeuge reichen für allgemeine Zerspanungsarbeiten. Bei hoher Serienfertigung mit schwierigen Werkstoffen wie CFK-Verbunden, Titan und anderen lohnt sich jedoch eine fein abgestimmte Plattenauswahl.

Richtige Programmierung nutzen

Die perfekte Kombination aus Vorschub, Geschwindigkeit und Schnitttiefe nützt nichts, wenn die Werkzeugbahnen nicht stimmen. Deshalb sollten Zerspaner alle verfügbaren Techniken aus dem Programmierer-Werkzeugkasten prüfen.

Beispielsweise nutzen trochoidale Werkzeugbahnen den Spanverdünnungseffekt, um praktisch jeden Aspekt der Bearbeitung zu verbessern.

Beim Schlichtfräsen lassen sich Ecken „ausräumen“. Das Bogenförmige Ein- und Austauchen funktioniert auf CNC-Fräsen und -Drehmaschinen gleichermaßen. Gleiches gilt für das Vorfasen von Teilen, um den Werkzeugschock beim Eintritt zu reduzieren.

Das Senkfräsen ist eine alternative, effektive Methode zum Ausräumen tiefer Taschen. High-Feed-Frässtrategien leiten die Schnittkräfte in den Spindelkonus – hilfreich bei großen Werkzeugauskragungen.

Positiv geformte Schneidwerkzeuge steigern die Produktivität enorm, aber die Vorschubgeschwindigkeiten müssen erhöht werden, um den dünneren Span auszugleichen – sonst entsteht Reibung. Für Stabilität und minimalen Rundlauf sorgen hochwertige Frässpannfutter, Schrumpf- und Hydraulikspannfutter.

Hydraulische Spannsysteme sollten wo immer möglich eingesetzt werden. Bei Schnittwerten immer mit den veröffentlichten Richtlinien des Werkzeugherstellers starten – diese liegen oft höher als erwartet (und nein, nicht um mehr Platten zu verkaufen).

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