Fertigungstechnik - Zerspanen

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1 Fertigungstechnik - Zerspanen Bilder und Tabellen Prof. Dr. Beier 19. März 2006

2 Inhaltsverzeichnis 1 Abbildungen und Begriffe Bewegungs-, Schnitt- und Eingriffsgrößen beim Spanen Ebenen im Werkzeug-Bezugssystem Werkzeugwinkel am Drehmeißel Kräfte beim Drehen Verschleiß und Standzeit Drehen Zusammenstellung der Gleichungen - Drehen Schnittkraft- und Leistungsberechnung Berechnung der Hauptzeit: Zusammenstellung der Gleichungen - Hobeln und Stoßen Schnittkraft- und Leistungsberechnung Berechnung der Hauptzeit: Zusammenstellung der Gleichungen - Fräsen Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Stirnfräsen Berechnung der Hauptzeit - Mittiges Stirnfräsen Berechnung der Hauptzeit - Außermittiges Stirnfräsen Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Umfangsfräsen Berechnung der Hauptzeit - Umfangsfräsen Zusammenstellung der Gleichungen - Bohren Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Bohren ins Volle Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Aufbohren mit Spiralbohrer Berechnung der Hauptzeit - Bohren und Aufbohren mit Spiralbohrer Zusammenstellung der Gleichungen - Senken Schnittkraft- und Leistungsberechnung Berechnung der Hauptzeit: Zusammenstellung der Gleichungen - Schleifen Schnittkraft- und Leistungsberechnung Berechnung der Hauptzeit - Rund-Längsschleifen Berechnung der Hauptzeit - Flachschleifen mit dem Schleifkörperumfang Bezeichnung von Schleifkörpern 35 1

3 1 Abbildungen und Begriffe 1.1 Bewegungs-, Schnitt- und Eingriffsgrößen beim Spanen Abbildung 1: Gliederung der Fertigungsverfahren nach DIN 8589 Abbildung 2: Schnitt-, Vorschub- und Wirkbewegung beim Bohren (nach DIN 6580) Abbildung 3: Schnitt-, Vorschub- und Wirkbewegung beim Fräsen (nach DIN 6580) 2

4 Abbildung 4: Schnitt-, Vorschub- und Wirkbewegung beim Schleifen (nach DIN 6580) Abbildung 5: Schnittweg l c, Vorschubweg l f und Wirkweg l e beim Gegenlauffräsen Die Zahlen 1 und 2 zeigen die Bewegung der Fräserzähne. Abbildung 6: Arbeitsebene P fe, Vorschubrichtungswinkel ϕ und Wirkrichtungswinkel η beim Drehen Abbildung 7: Arbeitsebene P fe, Vorschubrichtungswinkel ϕ und Wirkrichtungswinkel η beim Gegenlauffräsen Abbildung 8: Flächen und Vorschub f beim Drehen Abbildung 9: Zahnvorschub f z, Schnittvorschub f c und Wirkvorschub f e beim Gegenlauffräsen 3

5 Abbildung 10: Schnittbreite a p, Arbeitseingriff a e und Vorschubeingriff a f beim Umfangsfräsen Abbildung 11: Schnittbreite a p, Arbeitseingriff a e und Vorschubeingriff a f beim Stirnfräsen Abbildung 12: Schnittbreite a p, Arbeitseingriff a e und Vorschubeingriff a f beim Umfangsschleifen Abbildung 13: Eingriffsgrößen des Werkzeuges und der Schneide beim Umfangsplanfräsen Abbildung 14: Eingriffsgrößen, Schneidenbezugspunkt D und Nennspanungsbreite b D beim Längsdrehen Abbildung 15: Spanungsgrößen bei geraden Schneiden, dargestellt am Beispiel des Längsdrehens mit einem Neigungswinkel λ S = 0. Der betrachtete Schneidenpunkt ist die Schneidenecke. 4

6 Hauptschneide S: Schneide, deren Schneidkeil bei Betrachtung in der Arbeitsebene in Vorschubrichtung weist (Abbildungen 16 bis 18) Nebenschneide S : Schneide, deren Schneidkeil bei Betrachtung in der Arbeitsebene nicht in Vorschubrichtung weist (Abbildungen 16 bis 18) Schneidenecke: Ecke, an der eine Haupt- und Nebenschneide mit gemeinsamer Spanfläche zusammentreffen (Abbildungen 16 bis 19) Vielfach wird an der Schneidenecke eine Eckenrundung oder Eckenfase eingebracht (Abbildung 19) Eckenrundung: Rundung der Schneidenecke Der Radius der Eckenrundung wird in der Werkzeugbezugsebene P r gemessen und mit Eckenradius r ɛ bezeichnet (Abbildung 19) Eckenfase: Fase an der Schneidenecke Die Breite der Eckenfase wird in der Werkzeugbezugsebene P r gemessen und mit b ɛ bezeichnet (Abbildung 19) Schneidenkantenrundung: Rundung, die durch den gerundeten Übergang zwischen der Span-und Freifläche gebildet wird Der Radius der Schneidenkantenrundung wird in der Schneiden-Normalebene P n gemessen und mit Schneidenkantenradius r n (r β ) bezeichnet (Abbildung 19) Schneidteil: Teil bzw. Teile des Werkzeugs, der bzw. die den Spanungsvorgang bewirken (Abbildungen 16 bis 19) Werkzeugschaft oder Werkzeugbohrung: Teil des Werkzeugs, der für Aufnahme und Spannung bestimmt ist (Werkzeugschaft siehe Abbildungen 16 bis 18 Werkzeugbohrung siehe Abbildung 17) Werkzeugachse: Gedachte Linie, die im Allgemeinen in der Mitte des Werkzeugschaftes oder der Werkzeugbohrung liegt (Abbildungen 17 und 18) Auflagefläche: Fläche am Werkzeugschaft, die für die Lagebestimmung des Werkzeugs bei seiner Herstellung, Instandhaltung und beim Spanungsvorgang benötigt wird (Abbildung 16) Schneidkeil: Schneidteil, der von der Span-und Freifläche eingeschlossen wird. Er kann sowohl einer Hauptals auch einer Nebenschneide zugeordnet werden. 5

7 Abbildung 16: Flächen, Schneiden und Schneidenecken am Dreh- oder Hobelmeißel A γ Spanfläche, A α Freifläche, A α Nebenfreifläche, S Hauptschneide, S Nebenschneide Abbildung 17: Flächen, Schneiden und Schneidenecken am Walzenstirnfräser Abbildung 18: Flächen, Schneiden und Schneidenecken am Spiralbohrer Abbildung 19: Eckenradius r ɛ, Breite der Eckenfase b ɛ und Schneidenradius r n 6

8 1.2 Ebenen im Werkzeug-Bezugssystem Abbildung 20: Ebenen im Werkzeug-Bezugssystem Werkzeug-Bezugsebene P r : Ebene senkrecht zur angenommenen Schnittrichtung im betrachteten Schneidenpunkt Sie ist im Allgemeinen parallel oder senkrecht zu einer Fläche oder Achse des Werkzeugs ausgerichtet. Werkzeug-Schneidenebene P s : Ebene, die die Schneide enthält und senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene P r steht. Bei gekrümmten Schneiden ist sie eine Tangentialebene zur Schneide im betrachteten Schneidenpunkt. Werkzeug-Orthogonalebene P o : Ebene senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene P r und senkrecht zur Werkzeug- Schneidenebene P s im betrachteten Schneidenpunkt. Schneiden-Normalebene P n : Ebene senkrecht zur Schneide im betrachteten Schneidenpunkt. Bei gekrümmten Schneiden steht sie senkrecht zur Tangente im betrachteten Schneidenpunkt. Angenommene Arbeitsebene P f : Ebene senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene P r im betrachteten Schneidenpunkt, die die angenommene Vorschubrichtung enthält. Sie ist im Allgemeinen parallel oder senkrecht nach einer Fläche oder Achse des Werkzeugs ausgerichtet. Werkzeug-Rückebene P p : Ebene senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene P r und senkrecht zur angenommenen Arbeitsebene P f im betrachteten Schneidenpunkt. Spanflächen-Orthogonalebene P g : Ebene senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene P r und senkrecht zur Spanfläche A γ im betrachteten Schneidenpunkt. Freiflächen-Orthogonalebene P b : Ebene senkrecht zur Werkzeug-Bezugsebene P r und senkrecht zur Freifläche A a im betrachteten Schneidenpunkt. 7

9 1.3 Werkzeugwinkel am Drehmeißel Abbildung 21: Werkzeugwinkel am Drehmeißel Werkzeug-Einstellwinkel χ r : Winkel zwischen P s und P f, gemessen in P r Werkzeug-Einstellergänzungswinkel ψ r : Winkel zwischen P s und P p, gemessen in P r Werkzeug-Neigungswinkel λ s : Winkel zwischen S und P r, gemessen in P s Werkzeug-Eckenwinkel ɛ r : Winkel zwischen P s und P s, gemessen in P r Werkzeug-Spanwinkel γ o : Winkel zwischen P r und A γ, gemessen in P o Werkzeug-Freiwinkel α o : Winkel zwischen P s und A α, gemessen in P o Werkzeug-Keilwinkel β o : Winkel zwischen A α und A γ, gemessen in P o 8

10 Abbildung 22: Werkzeugwinkel für einen Punkt der Hauptschneide am Drehmeißel; Vereinfachte Darstellung Abbildung 23: Gegenüberstellung Werkzeug- und Wirkbezugssystem am Drehmeißel (nach DIN 6581) 9

11 1.4 Kräfte beim Drehen Abbildung 24: Komponenten der Zerspankraft beim Drehen, nach DIN 6584 (F f ist meist wesentlich kleiner als F c ) Spanungskraft F : ist die bei einem Spanungsvorgang auf den Schneidkeil wirkende Gesamtkraft Komponenten der Spanungskraft ergeben sich durch Zerlegung in entsprechende Ebenen bzw. Richtungen. Aktivkraft F a : Projektion der Spanungskraft auf die Arbeitsebene Passivkraft F p : Projektion der Spanungskraft auf eine Ebene senkrecht zur Arbeitsebene Vorschubkraft F f : Projektion der Spanungskraft auf die Vorschubrichtung Schnittkraft F c : Projektion der Spanungskraft auf die Schnittrichtung 1.5 Verschleiß und Standzeit Drehen Abbildung 25: Standbegriffe 10

12 Abbildung 26: Verschleißgrößen am Drehmeißel KV F Kantenversatz an der Freifläche Freiflächenverschleiß V B: Als Freiflächenverschleiß bezeichnet man den annähernd gleichmäßigen Abtrag von Schneidstoff an der Freifläche des Werkzeugs, wobei die Verschleißfläche, die so genannte Verschleißmarke, etwa parallel zur Schnittrichtung liegt (Abbildung 26). Die Verschleißmarkenbreite V B wird in der Schneidenebene senkrecht zur Schneidkante gemessen, von der tatsächlichen Schneidkante bis zu einer ausgeglichenen Geraden, die parallel zur Schneidkante durch die Verschleißgrenze gelegt wird (mittlerer Freiflächenverschleiß), oder bis zur maximalen Verschleißgrenze (maximaler Freiflächenverschleiß). Kantenversetzung an der Spanfläche SKV : Durch den Freiflächenverschleiß ergibt sich eine Rückversetzung der Schneidkante (von 0 bis 1 in Abbildung 26). Diese Versetzung, als Kantenversetzung an der Spanfläche SKV bezeichnet, wird auf der Spanfläche senkrecht zur Schneidkante gemessen und erstreckt sich von der ursprünglichen bis zur tatsächlichen Kante. Schneidkantenverschleiß: Als Schneidkantenverschleiß wird der gleichmäßige Abtrag von Schneidstoff entlang der Schneidkante bezeichnet, die sich dabei etwa in Form eines Kreiszylindersegments ausgebildet. Der Radius r n dieses Segments wird in einer Ebene senkrecht zur Schneidkante gemessen. Kolkverschleiß: Als Kolkverschleiß bezeichnet man den muldenförmigen Abtrag von Schneidstoff auf der Spanfläche; es bildet sich der so genannte Kolk. Beim Kolkverschleiß werden Kolklippenbreite KL, Kolkbreite KB und Kolktiefe KT ausgemessen (Abbildung 26). Kolklippenbreite: Als Kolklippenbreite KL wird der Abstand von der tatsächlichen Schneidkante bis zum Kolkanfang bezeichnet, gemessen auf der Spanfläche und senkrecht zur Schneidkante. Kolkbreite: Als Kolkbreite KB wird der Abstand von Kolkanfang bis Kolkende bezeichnet, gemessen auf der Spanfläche und senkrecht zur Schneidkante. Kolktiefe: Als Kolktiefe KT wird der Abstand von der Spanfläche bis zur tiefsten Stelle des Kolks bezeichnet, gemessen senkrecht zur Spanfläche. 11

13 Abbildung 27: Schematische Darstellung der Spanbildung (freier Schnitt) Abbildung 28: Schematische Einteilung der Schneidstoffe nach den Kriterien Zähigkeit und Verschleißfestigkeit 12

14 Abbildung 29: Wärmeentstehungszone beim Spanen 1 Kontaktzone Spanfläche-Span (Reibungswärme), 2 Scherzone (Wärmeentwicklung infolge Zerstörung des molekularen und u.u. des atomaren Zusammenhangs im Werkstoff), 3 Kontaktzone Freifläche-Werkstück (Reibungswärme) Abbildung 30: Temperaturverteilung in einem Hartmetalldrehmeißel P 20 bei einer Schnittgeschwindigkeit v c = 20 m/min Abbildung 31: Verschleißfortschritt mit zunehmender Drehzeit (Werkstoff, Schneidstoff, a p, f und Schneidenform konstant) Abbildung 32: Standzeitdiagramm (Werkstoff, Schneidstoff, a p, f und Schneidenform konstant) 13

15 Abbildung 33: Einfluss des Werkstoffs auf die Schnittkraft F c Abbildung 34: Einfluss des Vorschubs f auf die Schnittkraft F c Abbildung 35: Einfluss der Schnitttiefe a p auf die Schnittkraft F c Abbildung 36: Einfluss des Spanungsverhältnisses G auf die Schnittkraft F c ; G = ap f Abbildung 37: Einfluss des Spanwinkels γ o auf die Schnittkraft F c Abbildung 38: Einfluss des Einstellwinkels χ r auf die Schnittkraft F c Abbildung 39: Einfluss der Schnittgeschwindigkeit v c auf die Schnittkraft F c Abbildung 40: Einfluss des Schneidstoffs auf die Schnittkraft F c Abbildung 41: Einfluss der Kühl- und Schmierwirkung auf die Schnittkraft F c Abbildung 42: Einfluss des Verschleißes auf die Schnittkraft F c Abbildung 43: Einfluss von Spanungsdicke h (bzw. Vorschub f) auf die spezifische Schnittkraft k c (Steigungswinkel und Höhe der Geraden je nach Werkstoff verschieden!) Abbildung 44: Einfluss der Spanungsbreite b (bzw. Schnitttiefe a p ) auf die spezifische Schnittkraft k c 14

16 Abbildung 45: Abhängigkeit des Korrekturfaktors K vc von der Schnittgeschwindigkeit - gültig für Stahl, Stahlguss und Gusseisen; a p < 5 mm, f = 0, , 2 mm/u, γ o = , χ r = Abbildung 46: Lage von geometrischem und wirklichem Profil sowie Rauheitskennwerte senkrecht zur Mittellinie m 15

17 Abbildung 47: Kennzeichnung von Oberflächen in Zeichnungen durch Symbole, Rauheitsmaße und Zusatzangaben nach DIN ISO 1302 oder Rauheitklasse Nr. 1 bis N 12. a Mittenrauhwert R a in µm, b Fertigungsverfahren, Behandlung, Überzug usw., c Bezugsstrecke, Grenzwellenlänge, d Rillenrichtung (Kennzeichnung siehe DIN ISO 1302), e Bearbeitungszugabe, f andere Rauhigkeitsmessgrößen z.b. R z in µm Abbildung 48: Vergleich der Symbole und Rauheitsangaben zwischen DIN ISO 1302 und der früheren Norm DIN

18 Werkstoff m c k c1.1 N/mm 2 S185 (St33), S235JR(St37), S275 (ST44) 0, S355, E295 (St50) 0, E335 (St60) 0, E360 (St70) 0, C15 0, C35 0, C45E (Ck45) 0, C60E (Ck60) 0, CrMo5 0, MnCr5 0, CrNi6 0, MnCr5 0, CrMo4, 41Cr4 0, CrNiMo8 0, CrNiMoS4 0, MnV7 0, MnSi5 0, CrMo4 0, CrV4 0, NiCrMoV6N 0, NiCrMoV6N vergütet 0, Mn-, CrNi-Stähle 0, CrMo- u.a. legierte Stähle 0, Nichtrostende Stähle 0, Mn-Hartstahl 0, NiCr80.20 legiert 0, GG-15 (GJL 150) 0, GG-20 (GJL 200) 0, GG-25 (GJL 250) 0, GGG-40 (GJS 400) 0, GGG-40.3 (GJS ) 0, GGG-50 (GJS 500) 0, GGG-60 (GJS 600) 0, GGG-70 (GJS 700) 0, GGG-80 (GJS 800) 0, GS , GS , Tabelle 1: Spezifische Schnittkräfte der spanenden Formung 17

19 Abbildung 49: Erreichbare Rauheiten R z in Abhängigkeit unterschiedlicher spanender Bearbeitungsverfahren 18

20 2 Zusammenstellung der Gleichungen - Drehen 2.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung Zur Schnittkraft-und Leistungsberechnung beim Drehen empfiehlt sich folgender systematischer Berechnungsvorgang: 1. h = fsinχ r χ r = χ 2. b = a p sinχ r 3. k c = k c1.1 h mc 4. A = bh = a p f 2 in N/mm 2 k c1.1 und m c nach Tab.1 5. Festlegung der Korrekturfaktoren K γ = 1 γ γ K 66, 7 γ 0 = γ γ=vorh., γ k = 6 für Stahl, γ k = 2 für Gusseisen 6. K sch = 0, , 95 K ver = 1, , 5 7. F c = bhk c K γ K vc K sch K ver in N K vc nach Abb.45 oder K vc = ( 100 υ c ) mv mit m v = 0,143 für υ c 100 m/min m v = 0,071 für υ c >100 m/min 8. P c = F cv c in kw 9. P a = P c η in kw 2.2 Berechnung der Hauptzeit: Die Hauptzeit ergibt sich zu t h = L i f n = L i v f in min Setzt man in diese Gleichung aus v c = d π n 1000 t h = L d π i f v c 1000 für n = v c 1000 d π in min ein, so wird 19

21 Abbildung 50: Vorschubweg und Bearbeitungszugaben L Drehweg (Vorschubweg; Abbildung 50), L = l + 2Z l + l a + l u l a Anlauf des Werkzeuges l Werkstücklänge (Fertiglänge nach Zeichnung) l u Überlauf des Werkzeuges (für l a und l u genügt i.allg. ein Zuschlag von einigen Millimetern) Z l Längenzugabe Z a Durchmesserzugabe Längen- und Durchmesserzugabe sind nach den vorliegenden Verhältnissen (Rohlingsart, Werkstück, Genauigkeit der Werkzeugmachine usw.) zu bestimmen D Drehdurchmesser, D = d + Z a n Drehzahl in U/min f Vorschub /U ν f Vorschubgeschwindigkeit /min ν c Schnittgeschwindigkeit in m/min i Anzahl der Schnitte d Fertigdurchmesser Abbildung 52: Formen von Innendrehwerkzeugen Abbildung 51: Formen von Außendrehwerkzeugen 20

22 3 Zusammenstellung der Gleichungen - Hobeln und Stoßen 3.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung Abbildung 53: Wege und Bearbeitungszugaben beim Hobeln 1. h = fsinχ r χ = χ r 2. k c = k c1.1 h mc in N/mm 2 m c ; K c1,1 nach Tabelle 1 3. A = bh = a p f 2 4. Festlegung der Korrekturfaktoren K γ = 1 γ γ K γ 0 = γ 66, 7 nach Abbildung 45 oder s.drehen oder K vc K vmittel = 1, 18 bei v c = m/min K sch = 1 K ver = 1, , 5 5. F c = bhk c K γ K vc K ver in N 6. P c = F cv c in kw 7. P a = P c η in kw v m mittlere Schnittgeschwindigkeit in m/min v c Schnittgeschwindigkeit bzw. Vorlaufgeschwindigkeit des Tisches oder Stößels in m/min v r Rücklaufgeschwindigkeit in m/min q Geschwindigkeitsverhältnis, q = v r /v c q = 1,4...3,5 bei Langhobelmaschinen, kleineres q: kürzere Hobellängen; Antrieb durch Zahnstange und Ritzel, größeres q: längere Hobellängen; hydraulischer Antrieb. q =1,4...2 bei Stoßmaschinen mit schwingender Kurbelschleife q = 1 bei Stoßmaschinen mit einfachem Kurbelantrieb (Hublänge < 250mm) L Hobellänge (Abbildung 53) L = l + 2Z l + l a + l u 21

23 3.2 Berechnung der Hauptzeit: t h = Bi fn D in min B Hobelbreite (Abbildung 53; B = b + 2Z b + b a + b u Bei Langhobelmaschinen z.b. ist b a + b u 6mm; l a + l u 200mm Bei Stoßhobelmaschinen z.b. ist b a + b u 3 mm; l a + l u mm n D = v m L v m = 2v cv r q = 2v c v c + v r 1 + q in DH/min in m/min 22

24 4 Zusammenstellung der Gleichungen - Fräsen Abbildung 54: Eingriffsverhältnisse beim Stirnfräsen Abbildung 55: Spanungsquerschnitt beim Stirnfräsen Abbildung 56: Schnittverhältnisse beim Stirnfräsen Abbildung 57: Schnittkraftverlauf eines einzelnen Fräserzahns Abbildung 58: Vorschubrichtungswinkel und Schnittbogenwinkel beim Stirnfräsen Abbildung 59: Bestimmung der Rechengrößen U 1 und U 2 23

25 4.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Stirnfräsen 1. cos ϕ 1 = 1 2U 1 D ϕ 1 =...in Grad 2. cos ϕ 2 = 1 2U 2 D 3. ϕ s = ϕ 2 ϕ 1 in Grad ϕ 2 =...in Grad 4. f z = v f nz /z 5. h m = 114, 6 a e f z sin χ r ϕ s D 6. b = a p sin χ r 7. k c = k c1.1 h mc m in N/mm 2 (Tab 1) 8. Festlegung der Korrekturfaktoren K γ = 1 γ γ k γ = γ 0 66, 7 K vc nach Abbildung 45 zu bestimmen oder s. Formel Drehen; K ver = 1, , 4 9. F cmz = bh m k c K γ K vc K sch K ver in N 10. z ie = zϕ s P c = F cmz v c z ie in kw P a = P c η in kw f z nach Tabellen der WZ-Hersteller (s.a. Degner, Anhang) 4.2 Berechnung der Hauptzeit - Mittiges Stirnfräsen t h = L i v f in min Formel gilt für Stirnfräsen Abbildung 60: Anschnitt und Überlauf beim mittigen Stirnen (Schruppen) Abbildung 61: Anschnitt und Überlauf beim mittigen Stirnen (Schlichten) Es gilt für den Fräsweg L = l + 2Z l + l a + l u Für das Schruppen ergibt sich der Anlaufweg zu l a = 1, 5 + D 2 0, 5 D 2 a 2 e 24

26 D Fräserdurchmesser a e Fräsbreite (Abbildung 50) Der Überlaufweg wir l u = 1,5 mm gesetzt l a + l u = 3 + D 2 0, 5 D 2 a 2 e Für das Schlichten gilt: l a + l u = 3 + D 4.3 Berechnung der Hauptzeit - Außermittiges Stirnfräsen Abbildung 62: Anschnitt und Überlauf beim außermittigen Stirnen (Schruppen) Abbildung 63: Anschnitt und Überlauf beim außermittigen Stirnen-Sonderfall (Schruppen) Für den Anlaufweg gilt nach Abbildung 62 l a = 1, 5 + D 2 ( D 2 )2 (a e) 2 Für das Schruppen wird l u = 1,5 mm, also l a + l u = 3 + D ( 2 D 2 )2 (a é ) 2 Bei dem Sonderfall, dass der Fräsermittelpunkt nicht innerhalb des Werkstücks liegt (Abbildung 63), gilt für l a die Gleichung l a = 1, 5 + ( D 2 )2 y 2 ( D 2 )2 (a e y) 2 Mit l u = 1,5 mm für Schruppen wird l a = 3 + ( D 2 )2 y 2 ( D 2 )2 (a e y) 2 Für das Schlichten gilt beim außermittigen Stirnen in allen Fällen l a + l u = 3 + D Gegenüber der allgemein gültigen Rechnung ergeben sich hier einige Vereinfachungen: κ r = 90 ϕ s = ϕ 2 da ϕ 1 = 0 Ferner ist die Spanungsbreite b gleich der Schnittbreite a p, also b = a p 25

27 Abbildung 64: Gleich- und Gegenlauffräsen Abbildung 65: Eingriffsverhältnisse beim Umfangsfräsen 26

28 4.4 Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Umfangsfräsen 1. cos ϕ s = 1 2a e D ϕ s =...in Grad 2. f z = v f nz /z die Wahl des Zahnvorschubs f z erfolgt entsprechend der Bearbeitungsaufgabe (WZ-Hersteller, Degener) 3. h m = 114, 6 a e f z ϕ s D 4. k c = k c1.1 h mc m in N/mm 2 K c1,1 ; m c nach Tabelle 1 5. Festlegung der Korrekturfaktoren siehe Abschnitt Stirnfräsen, Punkt 8 6. F cmz = a p h m k c K γ K vc K ver in N γ 0 = γ 7. z ie = zϕ s P c = F cmzv c z ie in kw 9. P a = P c η in kw 4.5 Berechnung der Hauptzeit - Umfangsfräsen t h = Li v f in min L = l + 2Z l + l a + l u Für das Schruppfräsen ergibt sich demnach l a + l u = 3 + Da e a 2 e Für das Schlichten ergibt sich: l a + l u = Da e a 2 e l Werkstücklänge nach Zeichnung Z l Bearbeitungszugabe (stirnseitig) l a Anlaufweg des Fräsers l u Überlaufweg des Fräsers a e Arbeitseingriff D Fräserdurchmesser 1,5 mm = Minimalabstand des Fräsers vom Werkstück vor Einschalten des Vorschub L Fräslänge (Fräsweg) i Anzahl der Schnitte v f Vorschubgeschwindigkeit /min 27

29 5 Zusammenstellung der Gleichungen - Bohren Abbildung 66: Spanungsquerschnitt beim Aufbohren Abbildung 67: Spanungsquerschnitt beim Bohren ins Volle 5.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Bohren ins Volle 1. h = f z sin σ 2 wobei f z = f/z /z ist (z = 2 beim Spiralbohrer) 2. k c = k c1.1 h mc in N/mm 2 k c1.1 und m c nach Tab. 1 bestimmen 3. Festlegung des Korrekturfaktors für den Schneidenverschleiß K ver = 1, , 4 Verfahrensfaktor f B = 1,0 4. F cz = D 2 f zk c f B K ver in N 5. M d = F cz D P c = M dn oder P c = F czv c in N cm in kw in kw 7. P a = P c η in kw, η = 0, , Schnittkraft- und Leistungsberechnung - Aufbohren mit Spiralbohrer siehe Bohren ins Volle 3. K ver = 1, , 4 f B = 0, F cz = D d f z k c f B K ver in N 2 5. M d = F cz D + d 20 in N cm 6. P c nach Bohren ins Volle, oder P c = F czv c (1 + d ) in kw D 7. Siehe Bohren ins Volle 28

30 5.3 Berechnung der Hauptzeit - Bohren und Aufbohren mit Spiralbohrer Allgemein gilt t h = L f n L = l + l a + l u in min und l a = 1 + D 2 tan σ 2 D Bohrerdurchmesser σ Spitzenwinkel in Grad n Bohrerdrehzahl in U/min f Vorschub /U L Gesamtbohrerweg l Werkstückdicke l a Anlaufweg l u Überlaufweg Für den Überlaufweg setzt man l u = 2mm beim Bohren von Durchgangsbohrungen und l u = 0mm beim Bohren von Grundbohrungen. Der Gesamtbohrweg L ist L = l D 2 tan σ 2 bei Durchgangsbohrungen L = l D 2 tan σ 2 bei Grundbohrungen Überschlägig kann bei Spiralbohrern zur Stahl- und Gussbearbeitung (σ = 118 ) für den Weg x = D/(2 tan σ/2) etwa x = 0, 3D gesetzt werden. Abbildung 68: An- und Überlauf beim Bohren ins Volle Abbildung 69: Anlaufweg beim Aufbohren Für das Aufbohren gelten dieselben Gleichungen, lediglich der Anlaufweg verkürzt sich. Es ergibt sich l a = l + D d 2 tan σ 2 29

31 6 Zusammenstellung der Gleichungen - Senken 6.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung siehe Bohren ins Volle, besonders zu beachten f z = f/z 3. K ver = 1, 3 f Se = 1, 0 4. siehe Aufbohren mit Spiralbohrer 5. M d = F cz z D + d 40 in N cm 6. P c nach Bohren ins Volle, oder P c = F czv c (1 + d ) in kw D 7. siehe Bohren ins Volle Abbildung 70: Abstand des Kraftangriffs von der Senkerachse 6.2 Berechnung der Hauptzeit: Es gilt dieselbe Gleichung wie beim Bohren: t h = L fn in min Man setzt beim Senken für l a 3mm für l u 3mm, sodass sich der Gesamtweg L ergibt zu L = l + l a + l u = l + 6 Für Kopfsenker wird l a = 2mm l u = 0mm also L = l + l a + l u = l

32 7 Zusammenstellung der Gleichungen - Schleifen 7.1 Schnittkraft- und Leistungsberechnung s. Abbildung 12 für ebene Werkstückflächen ae h m = f z D = λ ke ae q D für gekrümmte Werkstückflächen h m = λ ke q a e ( 1 D ± 1 d ) + für Außenschleifen für Innenschleifen a e Arbeitseingriff D Schleifkörperdurchmesser d Werkstückdurchmesser (zu schleifender Durchmesser) q Geschwindigkeitsverhältnis, q = v c /v w v c Schnittgeschwindigkeit (Schleifkörperumfangsgeschwindigkeit) in m/s v w Werkstückumfangsgeschwindigkeit in m/s λ ke effektiver Kornabstand (nach Abbildung 71 zu bestimmen) Damit wird die spezifische Schnittkraft als Mittelwert berechnet: k cm = k c1.1 f h mc Schl K v in N/mm 2 m f Schl nach Abbildung 72 mittlere Schnittkraft je Schneide F cmz = bh m k cm in N Der für die Berechnung der im Eingriff befindlichen Schneiden (Körner) z ie benötigte Eingriffswinkel ϕ errechnet sich näherungsweise wie folgt: ϕ 360 a e in Grad π D(1 ± D/d) Die Gleichung gilt nur bis ϕ 60! + für Außenschleifen für Innenschleifen Rundschleifen: 0,2-4 Stirnschleifen: s. Fräsen 31

33 Abbildung 71: Effektiver Kornabstand λ ke in Abhängigkeit vom Arbeitseingriff a e beim Flächenschleifen und Außenrundschleifen für verschiedene Schleifscheibenkörnungen Abbildung 72: Einfluss von Körnung und mittlerer Spanungsdicke h m auf den Verfahrensfaktor beim Schleifen Der Korrekturfaktor für die Schnittgeschwindigkeit ist primär nur für das Hochgeschwindigkeitsschleifen von Bedeutung und kann dann gesetzt werden: K v = 0, , 9 z ie = πd ϕ λ ke 360 F c = F cm z ie in N oder F c = bh m k cm z ie in N b = Vorschub f beim Außenrundschleifen b = Breite des zu schleifenden Absatzes beim Außenrundschleifen (Schleifkörperbreite B > b) b = Schnitttiefe (Zustellung a p ) für Stirnschleifen. b = Schleifkörperbreite beim Flachschleifen mit Umfang der Schneide, b Schleifkörperbreite Die Schnittleistung wird P c = F cv c 1000 in kw und die Antriebsleistung P c = P c η in kw Der Wirkungsgrad kann mit η = 0, 8 angenommen werden. 32

34 7.2 Berechnung der Hauptzeit - Rund-Längsschleifen Spanen im Futter oder zwischen Spitzen Es gilt i. Allg.: t h = L i in min oder t h = L i d π f n w f v w 1000 in min Abbildung 73: Schleifweg L beim Außenschleifen L Schleifweg (Schaltweg) i Anzahl der Schnitte (Hübe) n w Drehzahl des Werkstücks in U/min v w Werkstück-Umfangsgeschwindigkeit in m/min d Werkstückdurchmesser f Längsvorschub je Werkstückumdrehung /U Die Anzahl der Hübe ergibt sich beim Außenrund-Längsschleifen zu i = d a1 d a2 2a p d a1 Werkstückaußendurchmesser vor dem Schleifen d a2 Werkstückaußendurchmesser nach dem Schleifen a p Zustellung (Schnitttiefe) Für das Innenrund-Längsschleifen gilt i = d i1 d i2 2a p d i1 Werkstückinnendurchmesser nach dem Schleifen d i2 Werkstückinnendurchmesser vor dem Schleifen Die Ermittlung des Schleifweges (Schaltweges) L hängt vom Überlauf des Schleifkörpers ab. In der Regel lässt man den Schleifkörper nicht ganz überlaufen (Abbildung 73). Man erhält dann für den Schleifweg L = l 1 3 B 1 l Werkstücklänge B 1 Schleifkörperbreite Die gleichen Betrachtungen gelten auch für das Innenrund-Längsschleifen. 33

35 7.3 Berechnung der Hauptzeit - Flachschleifen mit dem Schleifkörperumfang Abbildung 74: Flachschleifen mit dem Schleifkörperumfang; 1 Richtung der Schleifkörpergeschwindigkeit, 2 Richtung der Tischgeschwindigkeit, 3 Richtung der seitlichen Verschiebung, 4 Richtung der Zustellung Es gilt t h = B i f n in min i Anzahl der Schnitte (Zustellungen) in Richtung der Werkstückoberfläche B Schaltweg in Richtung der Werkstückbreite f (seitlicher) Vorschub je Doppelhub /DH n Anzahl der Doppelhübe je Minute in DH/min Die Anzahl der Doppelhübe ergibt sich zu n = 1000 v fw 2L in DH/min v fw Werkstückgeschwindigkeit in m/min (Vorschubgeschwindigkeit in Hubrichtung) L Hublänge 34

36 8 Bezeichnung von Schleifkörpern Zur Bezeichnung von Schleifkörpern sei auf die entsprechenden Normen verwiesen. Sie umfassen: Benennung des Schleifkörpers Form, Abmessung, Angabe der Norm Schleifmittel (C - Siliziumkarbid, A - Edelkorund, D - Diamant, B - Bornitrid) Körnung (grob: 4-24; mittel: 30-60; fein: ; sehr fein ) Härtegrad (G, H, I, Jot, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U) Gefüge (sehr dicht: 1, 2; dicht: 3, 4; mittel: 5, 6, 7, 8; offen: 9, 10, 11; sehr offen: 12, 13, 14) Bindung (V - keramisch, Mg - Magnesit, R - Gummi, RF - Gummi faserstoffverstärkt, B - Kunstharz, BF - Kunstharz armiert, E - Schellack, M - Metall, K - Kunststoff) Merkmal Schleifmittel Werkstoff A für langspanende Werkstoffe C für kurzspanende Werkstoffe Körnung (auch Kombinationen sind möglich) Härte V: P, Q, R, S B: P/Q, R/S für empfindliche und schmierende Werkstoffe: V: M, N, O B: L/M, N/O Umfangsgeschwindigkeit V: v s B: v s BF: v s Tabelle 2: Grobauswahl wichtiger Schleifscheibenmerkmale in Abhängigkeit vom Werkstoff; V keramisch gebundene Scheibe, B kunstharzgebundene Scheibe, v s Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe 35

37 Schleifart Handgeführtes Schleifen Freihandschleifen Umfangsgeschwindigkeit m/s U s von 30 bis 80, je nach Bindung und Zulassung durch DSA S s von 25 bis 50, je nach Bindung und Zulassung U s von 30 bis 80, je nach Bindung und Zulassung S s von 25 bis 80, je nach Bindung und Zulassung Tabelle 3: Empfohlene Umfangsgeschwindigkeiten der Schleifscheibe; U s Umfangsschleifen, S s Seitenschleifen Werkstoff Schleif- Körnung Härte Gefüge, Bemerkungen mittel Bindung Aluminium A 36 M/T, N/T 3, V getalgt NE-Metalle C 14/16 O, P 3, V EN-GJL (GG) C 20/24 Q, R 2, V 24/30 O/Q, R/S 3, V 45 m/s Stahl, 0,3% C A 24/30 P, Q 2, V Cu-Legierung C 36/40 O,P 3, V Stahl, hl A 60 N, O 3, V Alpaka C 54/60 O, P 3, V Tiefziehblech (Fe) A 30/36 P/Q, R/S 2, B 45 m/s A 30/36 P/Q 2, BF 80 m/s Bronze, hart C 20/24 P/Q 3, B Bronze, weich C 20/30 O/P 3, V getalgt Messing C 30 P/T 3, V getalgt Elektron C 30 N/T 3, V getalgt Federstahl A 20/24 P/Q 3, V A 14/20 Q 3, V Stahl A 30/36 N/Q, P/Q 3, V A 14/20 P/Q, R/S 4, V Glas A 150/180 N, O 2, V 8 bis 15 m/s Tabelle 4: Beispielhafte Schleifkörperauswahl für Werkstoffe 36

38 Abbildungsverzeichnis 1 Gliederung der Fertigungsverfahren nach DIN Schnitt-, Vorschub- und Wirkbewegung beim Bohren (nach DIN 6580) Schnitt-, Vorschub- und Wirkbewegung beim Fräsen (nach DIN 6580) Schnitt-, Vorschub- und Wirkbewegung beim Schleifen (nach DIN 6580) Wege beim Gegenlauffräsen Arbeitsebene, Vorschubrichtungswinkel und Wirkrichtungswinkel beim Drehen Arbeitsebene, Vorschubrichtungswinkel und Wirkrichtungswinkel beim Gegenlauffräsen Flächen und Vorschub f beim Drehen Zahnvorschub, Schnittvorschub und Wirkvorschub beim Gegenlauffräsen Schnittbreite a p, Arbeitseingriff a e und Vorschubeingriff a f beim Umfangsfräsen Schnittbreite a p, Arbeitseingriff a e und Vorschubeingriff a f beim Stirnfräsen Schnittbreite a p, Arbeitseingriff a e und Vorschubeingriff a f beim Umfangsschleifen Eingriffsgrößen des Werkzeuges und der Schneide beim Umfangsplanfräsen Eingriffsgrößen, Schneidenbezugspunkt D und Nennspanungsbreite b D beim Längsdrehen Spanungsgrößen bei geraden Schneiden, dargestellt am Beispiel des Längsdrehens Flächen, Schneiden und Schneidenecken am Dreh- oder Hobelmeißel Flächen, Schneiden und Schneidenecken am Walzenstirnfräser Flächen, Schneiden und Schneidenecken am Spiralbohrer Eckenradius r ɛ, Breite der Eckenfase b ɛ und Schneidenradius r n Ebenen im Werkzeug-Bezugssystem Werkzeugwinkel am Drehmeißel Werkzeugwinkel für einen Punkt der Hauptschneide am Drehmeißel Gegenüberstellung Werkzeug- und Wirkbezugssystem am Drehmeißel (nach DIN 6581) Komponenten der Zerspankraft beim Drehen, nach DIN Standbegriffe Verschleißgrößen am Drehmeißel Schematische Darstellung der Spanbildung (freier Schnitt) Schematische Einteilung der Schneidstoffe Wärmeentstehungszone beim Spanen Temperaturverteilung in einem Hartmetalldrehmeißel P Verschleißfortschritt mit zunehmender Drehzeit Standzeitdiagramm Einfluss des Werkstoffs auf die Schnittkraft F c Einfluss des Vorschubs f auf die Schnittkraft F c Einfluss der Schnitttiefe a p auf die Schnittkraft F c Einfluss des Spanungsverhältnisses G auf die Schnittkraft F c ; G = ap f Einfluss des Spanwinkels γ o auf die Schnittkraft F c Einfluss des Einstellwinkels χ r auf die Schnittkraft F c Einfluss der Schnittgeschwindigkeit v c auf die Schnittkraft F c Einfluss des Schneidstoffs auf die Schnittkraft F c Einfluss der Kühl- und Schmierwirkung auf die Schnittkraft F c Einfluss des Verschleißes auf die Schnittkraft F c Einfluss von Spanungsdicke h (bzw. Vorschub f) auf die spezifische Schnittkraft k c Einfluss der Spanungsbreite b (bzw. Schnitttiefe a p ) auf die spezifische Schnittkraft k c Abhängigkeit des Korrekturfaktors K vc von der Schnittgeschwindigkeit Lage von geometrischem und wirklichem Profil Kennzeichnung von Oberflächen in Zeichnungen durch Symbole Vergleich Symbole und Rauheitsangaben neu/alt Erreichbare Rauheiten R z Vorschubweg und Bearbeitungszugaben Formen von Außendrehwerkzeugen Formen von Innendrehwerkzeugen Wege und Bearbeitungszugaben beim Hobeln Eingriffsverhältnisse beim Stirnfräsen Spanungsquerschnitt beim Stirnfräsen Schnittverhältnisse beim Stirnfräsen Schnittkraftverlauf eines einzelnen Fräserzahns

39 58 Vorschubrichtungswinkel und Schnittbogenwinkel beim Stirnfräsen Bestimmung der Rechengrößen U 1 und U Anschnitt und Überlauf beim mittigen Stirnen (Schruppen) Anschnitt und Überlauf beim mittigen Stirnen (Schlichten) Anschnitt und Überlauf beim außermittigen Stirnen (Schruppen) Anschnitt und Überlauf beim außermittigen Stirnen-Sonderfall (Schruppen) Gleich- und Gegenlauffräsen Eingriffsverhältnisse beim Umfangsfräsen Spanungsquerschnitt beim Aufbohren Spanungsquerschnitt beim Bohren ins Volle An- und Überlauf beim Bohren ins Volle Anlaufweg beim Aufbohren Abstand des Kraftangriffs von der Senkerachse Effektiver Kornabstand λ ke in Abhängigkeit vom Arbeitseingriff Einfluss von Körnung und mittlerer Spanungsdicke h m auf den Verfahrensfaktor Schleifweg L beim Außenschleifen Flachschleifen mit dem Schleifkörperumfang Tabellenverzeichnis 1 Spezifische Schnittkräfte der spanenden Formung Grobauswahl Schleifscheibenmerkmale Empfohlene Umfangsgeschwindigkeiten der Schleifscheibe Beispielhafte Schleifkörperauswahl für Werkstoffe