Einheit 2: Schnittgeschwindigkeit & Vorschub – CNC-Bearbeitungseffizienz meistern

Lernziele

Nach dieser Einheit können Sie:

• Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe beschreiben.
• RPM für verschiedene Materialien und Durchmesser bestimmen.
• Vorschub beim Drehen beschreiben.
• Drehzahl-Einstellung beschreiben.
• Vorschub-Einstellung beschreiben.

Für effizienten Maschinenbetrieb muss der Zerspaner die Bedeutung von Schnittgeschwindigkeiten und Vorschüben verstehen. Falsche Einstellungen kosten viel Zeit. Um Zeitverluste zu vermeiden, sollten erforschte und getestete Metallabtragsraten von Stahl- und Werkzeugherstellern genutzt werden – zu finden im Anhang oder im Machinery's Handbook.

Am konventionellen Drehbank lässt sich der Vorschub über Wechselräder im Schnellwechselgetriebe (Quick-Change Gearbox) steuern. Lehrbuchempfehlung: Möglichst nur zwei Schnitte – Schrupp- und Schlichtschnitt – um Durchmesser auf Maß zu bringen. Erfahrung zeigt: Mindestens drei Schnitte sind besser. 1. Grober Schruppschnitt (schnelles Materialabtragen), 2. Schnitt für Oberfläche und Werkzeugdruck, 3. Schlichtschnitt. Bei reinen Gewindedreharbeiten: Zwei Schnitte – erster lässt 0,002–0,003" Material, letzter hält Maß und Oberfläche. In manchen Betrieben Standard.

Haben Sie bemerkt: Sehr kleiner Schnitt (0,001–0,002") gibt oft schlechte Oberfläche, während der vorherige Schruppschnitt gut war? Grund: Etwas Werkzeugdruck ist bei Schlichtschnitten erwünscht.

IPM = Zoll pro Minute (Inches Per Minute)
RPM = Umdrehungen pro Minute
Feed = IPM
#T = Zahnzahl des Fräsers
Feed/Tooth = Spanlast pro Zahn (Chip Load)
Chip/Tooth = Vorschub pro Zahn
Feed Rate = Chip/Tooth × #T × RPM

Beispiel: Aluminium, 3" Fräser, 5 Zähne, Chip Load 0,018/Zahn, RPM 3000 → IPS = 0,018 × 5 × 3000 = 270 IPM

Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe

1. Schnittgeschwindigkeit = Geschwindigkeit (meist ft/min), mit der Werkzeug schneidet.
2. Vorschub = Werkzeugweg pro Spindelumdrehung.
3. Vorschub und Schnittgeschwindigkeit bestimmen Abtragsrate, Leistungsbedarf, Oberflächengüte.
4. Hauptsächlich durch Werkstoff bestimmt. Auch Schnitttiefe, Maschinengröße/-zustand, Steifigkeit beachten.
5. Schruppschnitte (0,01–0,03" Tiefe) bei Alulegierungen: Vorschub 0,005–0,020 IPM; Schlichtschnitte (0,002–0,012"): 0,002–0,004 IPM.
6. Weichere Materialien → höhere Schnittgeschwindigkeit. Härteres Werkzeugmaterial → höhere Schnittgeschwindigkeit.
7. Merke: Pro 1/1000" Schnitttiefe verringert sich der Durchmesser um 2/1000".

Stahl → Eisen → Aluminium → Blei

Abbildung 1: Steigende Schnittgeschwindigkeit basierend auf Werkstoffhärte

Kohlenstoffstahl → Schnellarbeitsstahl → Hartmetall

Abbildung 2: Steigende Schnittgeschwindigkeit basierend auf Schneidwerkzeughärte

Schnittgeschwindigkeiten (Cutting Speeds)

Die Schnittgeschwindigkeit an der Drehbank ist die Geschwindigkeit, mit der ein Punkt am Werkstückumfang an der Schneide vorbeiläuft. Ausgedrückt in m/min oder ft/min. Industrie verlangt schnellste Bearbeitung → aktuelle Schnittgeschwindigkeiten für den Werkstoff nutzen. Zu hoch → Schneide bricht schnell → Zeitverlust. Zu niedrig → Zeitverlust, geringe Produktion. Basierend auf Forschung von Stahl- und Werkzeugherstellern: Empfohlene Schnittgeschwindigkeiten für HSS für effiziente Abtragsraten. Leicht variierbar für Maschinenzustand, Werkstoffart, Sand-/Harthärten im Metall.

RPM-Einstellung an der Drehbank:

Formel: RPM = (Schnittgeschwindigkeit × 4) / Durchmesser

Zuerst empfohlene Schnittgeschwindigkeit für den zu bearbeitenden Werkstoff ermitteln. Machinery's Handbook und andere Quellen nutzen.

BEISPIEL: Wie schnell muss ein 3/8" Bohrer bei Baustahl drehen?
Empfohlene Schnittgeschwindigkeit 100 für Baustahl.
(100 × 4) / 0,375 = 1067 RPM

RPM beim Drehen eines 0,375" Durchmessers aus Baustahl?
RPM = 100 × 4 / 1,00 = 400 RPM

Empfohlene Schnittgeschwindigkeiten für sechs Materialien in RPM

Diese Tabellen gelten für HSS-Werkzeuge. Bei Hartmetall (Carbide) können die Werte erhöht werden.

Drehbankvorschub (Lathe Feed)

Der Vorschub einer Drehbank ist der Weg, den das Schneidwerkzeug pro Spindelumdrehung entlang der Werkstücklänge zurücklegt. Beispiel: Einstellung 0,020" → Werkzeug fährt 0,020" pro voller Werkstückumdrehung. Der Vorschub hängt von der Geschwindigkeit der Leitspindel oder Vorschubwelle ab, gesteuert durch Wechselräder im Schnellwechselgetriebe.

Möglichst zwei Schnitte: Schruppschnitt (schnelles Materialabtragen, Oberfläche nebensächlich) → grober Vorschub. Schlichtschnitt (Maß & Oberfläche) → feiner Vorschub.

Empfohlene Vorschübe für diverse Materialien mit HSS-Werkzeugen (siehe Tabelle). Allgemein: 0,005–0,020" pro Umdrehung für Schruppen, 0,002–0,004" für Schlichten.

Für Bohrvorschub beachten:

1. Bohrtiefe – Spanabfuhr
2. Werkstoff – Zerspanbarkeit
3. Kühlung – Flut, Nebel, Pinsel
4. Bohrergröße
5. Aufbaustabilität
6. Lochgüte und Genauigkeit

Vorschubwerte für Drehen (Feed Rates for Turning)

Allgemein: Schruppen 0,005–0,020" pro Umdrehung, Schlichten 0,002–0,004" pro Umdrehung.

Drehzahlen an der Drehbank einstellen (Setting speeds)

Drehbanken arbeiten mit verschiedenen Spindeldrehzahlen für verschiedene Materialien (RPM). Veränderung über Kegelriemenscheiben (Cone Pulleys) oder Ganghebel. Bei Riemenantrieb: Flachriemen und Backengewinde wechseln. Bei Zahnradkopf: Ganghebel in Positionen laut RPM-Tabelle an der Maschine (meist am Spindelkopf) verschieben. Beim Schalten: Eine Hand auf Spannplatte/Futter, diese langsam von Hand drehen → Hebel greifen ohne Kratzen in Zahnräder. Nie bei laufender Maschine schalten. Bei stufenlosen Antrieben: Drehzahl per Drehknopf/Handrad bei laufender Maschine ändern.

Vorschub einstellen (Setting feeds)

Der Vorschub (Weg des Schlittens pro Spindelumdrehung) hängt von Vorschubwellen-/Leitspindelgeschwindigkeit ab, gesteuert durch Wechselräder im Schnellwechselgetriebe. Dieses bezieht Antrieb vom Spindelkopf über das Stirnradgetriebe. Ein Vorschub- und Gewindetabelle am Getriebekasten zeigt erreichbare Vorschübe und metrische Steigungen oder Gänge pro Zoll bei entsprechenden Hebelstellungen.

Vorschub an Acura-Drehbank einstellen

Beispiel:

1. Gewünschten Vorschub in Tabelle wählen (siehe Abb. 2)
2. Vorschub 0,007 – LCS8W wählen (siehe Abb. 2)
3. L = Hoch/Niedrig-Hebel wählen (siehe Abb. 3)
4. C = Vorschubbereiche auf C stellen (siehe Abb. 3)
5. S = Vorschubbereiche auf S stellen (siehe Abb. 3)
6. 8 = Getriebekasten auf 8 stellen (siehe Abb. 3)
7. W = Vorschubbereiche auf W stellen (siehe Abb. 3)

Vor Maschinenstart: Alle Hebel vollständig eingerastet prüfen – Spindelkopf von Hand drehen, Vorschubwelle muss mitlaufen.

EINHEITSTEST

1. Was sind IPM und RPM?
2. Formel für Vorschubrate?
3. RPM bei 1,00" Durchmesser Baustahl, HSS-Werkzeug?
4. RPM bei 1,00" Durchmesser Baustahl, Hartmetall-Werkzeug?
5. Schnittgeschwindigkeit für Kohlenstoffstahl, Plan-Durchmesser 6,00". Richtige RPM?
6. Zentrierbohrer mit 1/8" Bohrspitze. Richtige RPM für Kohlenstoffstahl?
7. Schnittgeschwindigkeit Aluminium 300 SFM, Werkstückdurchmesser 4,00". RPM?
8. Schrupp- und Schlichtvorschub für Aluminium?
9. Schruppvorschub aus Abbildung 5 einstellen.
10. Schlichtvorschub aus Abbildung 5 einstellen.