Drehen in der Zerspanung: Definition, Arten und Anwendungen

Was ist Drehen?

Drehen ist ein Zerspanungsprozess, bei dem ein Schneidwerkzeug, typischerweise ein nicht rotierendes Werkzeug (Wendeplatte), eine Helix-Werkzeugbahn beschreibt, indem es sich mehr oder weniger linear bewegt, während sich das Werkstück dreht.

Normalerweise ist der Begriff „Drehen“ für die Erzeugung äußerer Oberflächen durch diese Schneidwirkung reserviert, während dieselbe wesentliche Schneidwirkung, wenn sie auf innere Oberflächen angewendet wird, als „Ausbohren“ bezeichnet wird.

Daher kategorisiert der Begriff „Drehen und Ausbohren“ die größere Familie von Prozessen, die als Drehen (Lathing) bekannt sind. Das Schneiden von Stirnflächen am Werkstück, sei es mit einem Dreh- oder Ausbohrwerkzeug, wird als „Plandrehen“ bezeichnet und kann als Teilmenge in eine der beiden Kategorien eingeordnet werden.

Drehen kann manuell an einer konventionellen Drehmaschine durchgeführt werden, die oft eine kontinuierliche Bedienersupervision erfordert, oder an einer automatisierten Drehmaschine, die dies nicht tut. Heute ist die häufigste Art dieser Automatisierung die computergesteuerte numerische Steuerung, besser bekannt als CNC.

Beim Drehen wird das Werkstück (z. B. Holz, Metall, Kunststoff oder Stein) gedreht und ein Schneidwerkzeug in 1, 2 oder 3 Bewegungsachsen bewegt, um präzise Durchmesser und Tiefen zu erzeugen. Drehen kann entweder an der Außenseite des Zylinders oder an der Innenseite (auch als Bohren bekannt) durchgeführt werden, um röhrenförmige Komponenten mit verschiedenen Geometrien herzustellen.

Obwohl heutzutage ziemlich selten, konnten frühe Drehmaschinen sogar verwendet werden, um komplexe geometrische Figuren, sogar die platonischen Körper, herzustellen; seit dem Aufkommen der CNC ist es jedoch unüblich geworden, nicht-computergesteuerte Werkzeugbahnsteuerung für diesen Zweck zu verwenden. Wenn Sie nach CNC-Drehteilen suchen, ist YIJIN Hardware der beste CNC-Drehteile-Lieferant in China.

Die Drehprozesse werden typischerweise an einer Drehmaschine durchgeführt, die als das älteste der Werkzeugmaschinen gilt und verschiedene Typen haben kann, wie Plandrehen, Kegeldrehen, Profilieren oder äußeres Nuten.

Mit diesem Drehprozess können verschiedene Materialformen wie gerade, kegelförmige, gekrümmte oder genutete Werkstücke hergestellt werden. Beim Drehen wird allgemein einfaches Einzelschneiden verwendet. Jede Gruppe von Werkstückmaterialien hat einen optimalen Satz von Werkzeugwinkeln, die über die Jahre entwickelt wurden.

Die Abfallspäne vom Drehen werden in Nordamerika als Chips (Späne) und in Großbritannien als Swarf (Drehspäne) bezeichnet. In einigen Gebieten werden sie auch als Drehspäne bezeichnet.

Drehprozess

Drehen ist eine Form der Zerspanung, ein Materialabtragsprozess, der verwendet wird, um rotationssymmetrische Teile durch Abtragen unerwünschten Materials zu erstellen. Der Drehprozess erfordert eine Drehmaschine oder Drehbank, Werkstück, Spannvorrichtung und Schneidwerkzeug.

Das Werkstück ist ein Stück vorgeformtes Material, das an der Vorrichtung befestigt ist, die selbst an der Drehmaschine angebracht ist und sich mit hoher Drehzahl drehen darf. Der Schneider ist typischerweise ein einschneidiges Schneidwerkzeug, das ebenfalls in der Maschine gesichert ist, obwohl einige Operationen Mehrschneiden-Werkzeuge verwenden.

Das Schneidwerkzeug fährt in das rotierende Werkstück ein und schneidet Material in Form kleiner Späne ab, um die gewünschte Form zu erzeugen.

Drehen wird verwendet, um rotationssymmetrische, typischerweise achsensymmetrische Teile herzustellen, die viele Merkmale haben, wie Bohrungen, Nuten, Gewinde, Kegel, verschiedene Durchmesserstufen und sogar konturierte Oberflächen. Teile, die vollständig durch Drehen gefertigt werden, umfassen oft Komponenten, die in begrenzten Mengen verwendet werden, vielleicht für Prototypen, wie maßgeschneiderte Wellen und Befestigungselemente.

Drehen wird auch häufig als Sekundärprozess verwendet, um Merkmale an Teilen hinzuzufügen oder zu verfeinern, die mit einem anderen Verfahren hergestellt wurden. Aufgrund der hohen Toleranzen und Oberflächengüten, die Drehen bieten kann, ist es ideal, um präzise rotationssymmetrische Merkmale an einem Teil hinzuzufügen, dessen Grundform bereits erstellt wurde.

Drehoperationen

Drehen ist die häufigste Drehmaschinen-Operation. Während des Drehprozesses entfernt ein Schneidwerkzeug Material vom Außendurchmesser eines rotierenden Werkstücks. Das Hauptziel des Drehens ist es, den Werkstückdurchmesser auf die gewünschte Dimension zu reduzieren. Es gibt zwei Arten von Drehoperationen: Schruppen und Schlichten.

Eine Vielzahl von Operationen kann während des Prozesszyklus am Werkstück durchgeführt werden, um die gewünschte Form des Teils zu erhalten. Diese Operationen können als extern oder intern klassifiziert werden.

Externe Operationen ändern den Außendurchmesser des Teils, während interne Operationen den Innendurchmesser ändern. Die folgenden Operationen sind jeweils durch den Typ des verwendeten Schneiders und den Pfad definiert, den dieser Schneider nimmt, um Material vom Werkstück zu entfernen.

Drehspezifische Operationen (Extern)

• Längsdrehen. Ein einzelschneidiges Drehwerkzeug bewegt sich axial, entlang der Seite des Werkstücks, entfernt Material, um verschiedene Merkmale zu bilden, einschließlich Stufen, Kegel, Fasen und Konturen. Diese Merkmale werden typischerweise bei einer kleinen radialen Schnitttiefe bearbeitet und es werden mehrere Durchgänge gemacht, bis der Enddurchmesser erreicht ist.
• Kegeldrehen. Kegeldrehen erzeugt eine zylindrische Form, die sich allmählich vom einen zum anderen Ende im Durchmesser verringert.
• Hartdrehen. Hartdrehen ist eine Art des Drehens, das an Materialien mit einer Rockwell-C-Härte über 45 durchgeführt wird. Es wird typischerweise nach der Wärmebehandlung des Werkstücks durchgeführt. Der Prozess soll herkömmliche Schleifoperationen ersetzen oder begrenzen. Hartdrehen, wenn es rein zum Materialabtrag angewendet wird, konkurriert günstig mit dem Schruppschleifen. Wenn es jedoch für die Fertigbearbeitung angewendet wird, bei der Form und Maß kritisch sind, ist Schleifen überlegen.
• Plandrehen (Facing). Ein einzelschneidiges Drehwerkzeug bewegt sich radial, entlang des Endes des Werkstücks, und entfernt eine dünne Materialschicht, um eine glatte ebene Fläche zu erzeugen. Die Tiefe der Fase, typischerweise sehr klein, kann in einem einzigen Durchgang bearbeitet werden oder durch Bearbeitung mit einer kleineren axialen Schnitttiefe und mehreren Durchgängen erreicht werden.
• Abstechen (Parting). Ähnlich wie Nuten, bewegt sich ein einzelschneidiges Abstechwerkzeug radial in die Seite des Werkstücks und fährt fort, bis die Mitte oder der Innendurchmesser des Werkstücks erreicht ist, wodurch ein Abschnitt des Werkstücks abgetrennt oder abgeschnitten wird.
• Nuten (Grooving). Ein einzelschneidiges Drehwerkzeug bewegt sich radial in die Seite des Werkstücks und schneidet eine Nut, die in der Breite dem Schneidwerkzeug entspricht. Mehrere Schnitte können gemacht werden, um Nuten zu bilden, die breiter sind als die Werkzeugbreite, und spezielle Formwerkzeuge können verwendet werden, um Nuten mit unterschiedlichen Geometrien zu erstellen.

Nicht-spezifische Operationen (Intern)

• Ausbohren (Boring). Ein Ausbohrwerkzeug dringt axial in das Werkstück ein und schneidet entlang einer inneren Oberfläche, um verschiedene Merkmale zu bilden, wie Stufen, Kegel, Fasen und Konturen. Das Ausbohrwerkzeug ist ein einzelschneidiges Schneidwerkzeug, das auf den gewünschten Durchmesser eingestellt werden kann, indem ein verstellbarer Ausbohrkopf verwendet wird. Ausbohren wird häufig nach dem Bohren eines Lochs durchgeführt, um den Durchmesser zu vergrößern oder präzisere Abmessungen zu erhalten.
• Bohren (Drilling). Wird verwendet, um Material von der Innenseite eines Werkstücks zu entfernen. Dieser Prozess verwendet Standardbohrer, die stationär im Reitstock oder Werkzeughalter der Drehmaschine gehalten werden. Der Prozess kann auch mit separaten Bohrmaschinen durchgeführt werden.
• Rändeln (Knurling). Das Schneiden eines geriffelten Musters auf die Oberfläche eines Teils, um es als Handgriff oder als visuelle Verbesserung zu verwenden, mit einem speziellen Rändelwerkzeug.
• Reiben (Reaming). Die Maßoperation, die eine kleine Menge Metall aus einem bereits gebohrten Loch entfernt. Sie wird durchgeführt, um Innenlöcher mit sehr genauen Durchmessern herzustellen. Zum Beispiel wird ein 6-mm-Loch durch Bohren mit einem 5,98-mm-Bohrer erstellt und dann auf genaue Abmessungen gereibt.
• Gewindeschneiden (Threading). Ein einzelschneidiges Gewindeschneidwerkzeug, typischerweise mit einer 60-Grad-Spitze, bewegt sich axial entlang der Seite des Werkstücks und schneidet Gewinde in die Außenfläche. Die Gewinde können auf eine bestimmte Länge und Steigung geschnitten werden und können mehrere Durchgänge erfordern, um geformt zu werden.
• Polygon-Drehen (Polygonal Turning). Bei dem nicht-kreisförmige Formen bearbeitet werden, ohne die Rotation des Rohmaterials zu unterbrechen.

Schneidparameter

Beim Drehen werden die Geschwindigkeit und Bewegung des Schneidwerkzeugs durch mehrere Parameter spezifiziert. Diese Parameter werden für jeden Vorgang basierend auf Werkstückmaterial, Werkzeugmaterial, Werkzeuggröße und mehr ausgewählt.

• Schneidvorschub (Cutting Feed) – Die Strecke, die das Schneidwerkzeug oder Werkstück während einer Spindelumdrehung zurücklegt, gemessen in Zoll pro Umdrehung (IPR). In einigen Operationen fährt das Werkzeug in das Werkstück und in anderen fährt das Werkstück in das Werkzeug. Bei einem Mehrschneiden-Werkzeug ist der Schneidvorschub auch gleich dem Vorschub pro Zahn, gemessen in Zoll pro Zahn (IPT), multipliziert mit der Anzahl der Zähne am Schneidwerkzeug.
• Schnittgeschwindigkeit (Cutting Speed) – Die Geschwindigkeit der Werkstückoberfläche relativ zur Schneide des Werkzeugs während eines Schnitts, gemessen in Fuß pro Minute (SFM).
• Spindeldrehzahl (Spindle Speed) – Die Drehzahl der Spindel und des Werkstücks in Umdrehungen pro Minute (RPM). Die Spindeldrehzahl ist gleich der Schnittgeschwindigkeit geteilt durch den Umfang des Werkstücks, an dem der Schnitt gemacht wird. Um eine konstante Schnittgeschwindigkeit beizubehalten, muss die Spindeldrehzahl basierend auf dem Durchmesser des Schnitts variieren. Wenn die Spindeldrehzahl konstant gehalten wird, variiert die Schnittgeschwindigkeit.
• Vorschubgeschwindigkeit (Feed Rate) – Die Geschwindigkeit der Bewegung des Schneidwerkzeugs relativ zum Werkstück, während das Werkzeug einen Schnitt macht. Die Vorschubgeschwindigkeit wird in Zoll pro Minute (IPM) gemessen und ist das Produkt aus Schneidvorschub (IPR) und Spindeldrehzahl (RPM).
• Axiale Schnitttiefe (Axial Depth of Cut) – Die Tiefe des Werkzeugs entlang der Achse des Werkstücks, während es einen Schnitt macht, wie bei einer Plandrehoperation. Eine große axiale Schnitttiefe erfordert einen niedrigen Vorschub, sonst resultiert eine hohe Belastung des Werkzeugs und verringert die Standzeit. Daher wird ein Merkmal typischerweise in mehreren Durchgängen bearbeitet, wobei das Werkzeug bei jedem Durchgang auf die angegebene axiale Schnitttiefe bewegt wird.
• Radiale Schnitttiefe (Radial Depth of Cut) – Die Tiefe des Werkzeugs entlang des Radius des Werkstücks, während es einen Schnitt macht, wie bei einer Dreh- oder Ausbohroperation. Eine große radiale Schnitttiefe erfordert einen niedrigen Vorschub, sonst resultiert eine hohe Belastung des Werkzeugs und verringert die Standzeit. Daher wird ein Merkmal oft in mehreren Schritten bearbeitet, während das Werkzeug bei der radialen Schnitttiefe vorschreitet.

Werkzeuge

Die verschiedenen Winkel, Formen und Größen eines einzelschneidigen Schneidwerkzeugs stehen in direktem Zusammenhang mit der resultierenden Oberfläche eines Werkstücks während der Zerspanungsoperationen. Es gibt verschiedene Arten von Winkeln wie Spanwinkel, Seitenwinkel, Schneidenwinkel, Freiwinkel, Eckenradius, die existieren und in Bezug auf das Werkstück unterschiedlich sein können.

Es gibt auch viele Formen von einzelschneidigen Schneidwerkzeugen wie V-förmig und quadratisch. Ein spezieller Werkzeughalter wird normalerweise verwendet, um das Schneidwerkzeug während der Operation an Ort und Stelle zu halten.

FAQs.

Was ist Drehen?

Drehen ist ein Zerspanungsprozess, bei dem ein Schneidwerkzeug, typischerweise ein nicht rotierendes Werkzeug, eine Helix-Werkzeugbahn beschreibt, indem es sich mehr oder weniger linear bewegt, während sich das Werkstück dreht.

Was ist der Drehprozess?

Drehen ist eine Form der Zerspanung, ein Materialabtragsprozess, der verwendet wird, um rotationssymmetrische Teile durch Abtragen unerwünschten Materials zu erstellen. Der Drehprozess erfordert eine Drehmaschine oder Drehbank, Werkstück, Spannvorrichtung und Schneidwerkzeug.