Lernfeld 5 · Prüfung Teil 1

Schnittdaten, Standzeit, Zeitspanungsvolumen und Hauptnutzungszeit

Schnittdaten im Werkzeugbau: Drehzahl, Vorschub, wirksamer Durchmesser am Kugelfräser, Zeitspanungsvolumen, Leistung, Hauptnutzungszeit.

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Darum geht es

Aus der Schnittgeschwindigkeit im Werkzeugdatenblatt und dem Durchmesser ergibt sich die Drehzahl, aus Drehzahl, Schneidenzahl und Zahnvorschub die Vorschubgeschwindigkeit. Die Schnittgeschwindigkeit hat den größten Einfluss auf die Standzeit: Schon eine kleine Erhöhung lässt die Temperatur an der Schneide steigen und verkürzt die Standzeit deutlich. Das Standzeitende legt der Betrieb nach einem Kriterium fest, etwa Verschleißmarkenbreite, Rauheit, Maßabweichung oder Grat.

Beim Kugelfräser arbeitet bei kleiner Schnitttiefe nur ein kleiner Kreis um die Spitze. Mit dem Nenndurchmesser gerechnet wäre die Schnittgeschwindigkeit dort viel zu klein, deshalb rechnet man mit dem wirksamen Durchmesser oder stellt das Werkzeug an. Trochoidales Fräsen hält den Eingriffswinkel klein, nutzt die volle Schneidenlänge und erreicht so trotz längerer Wege oft ein höheres Zeitspanungsvolumen.

Das Zeitspanungsvolumen beschreibt, wie viel Werkstoff je Minute abgetragen wird. Mit der spezifischen Schnittkraft folgt daraus die Schnittleistung, mit dem Wirkungsgrad die nötige Antriebsleistung. Die Hauptnutzungszeit ist die Zeit, in der das Werkzeug im Vorschub Späne abnimmt: Vorschubweg mit An- und Überlauf mal Anzahl der Schnitte, geteilt durch die Vorschubgeschwindigkeit. Sie ist die Grundlage für Vorgabezeiten und Kosten.

Das solltest du dir merken

Drehzahl aus vc mal 1000 durch Pi mal Durchmesser; vc in m/min, d in mm.
Die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst die Standzeit stärker als Vorschub und Schnitttiefe.
Am Kugelfräser mit kleinem ap mit dem wirksamen Durchmesser rechnen.
Bei der Hauptnutzungszeit An- und Überlauf und die Zahl der Schnitte nicht vergessen.
Schnittleistung durch Wirkungsgrad ergibt die Antriebsleistung, nie mal Wirkungsgrad.

Formeln

Drehzahl: $n = \frac{v _{c} \cdot 1000}{π \cdot d}$; $n$ Drehzahl in 1/min, $v_{c}$ Schnittgeschwindigkeit in m/min, $d$ Durchmesser in mm
Vorschubgeschwindigkeit beim Fräsen: $v_{f} = n \cdot z \cdot f_{z}$; $v_{f}$ in mm/min, $z$ Schneidenzahl, $f_{z}$ Zahnvorschub in mm
Wirksamer Durchmesser am Kugelfräser: $d_{e f f} = 2 \cdot a_{p} \cdot (d - a_{p})$; $d_{e f f}$ wirksamer Durchmesser in mm, $a_{p}$ Schnitttiefe in mm, $d$ Nenndurchmesser in mm
Zeitspanungsvolumen und Antriebsleistung: $Q = \frac{a _{e} \cdot a _{p} \cdot v _{f}}{1000}, P = \frac{Q \cdot k _{c}}{60 000 \cdot η}$; $Q$ in cm³/min, $a_{e}$ , $a_{p}$ in mm, $v_{f}$ in mm/min, $k_{c}$ in N/mm², $P$ in kW, $η$ Wirkungsgrad
Hauptnutzungszeit: $t_{h} = \frac{L \cdot i}{v _{f}}$; $t_{h}$ in min, $L$ Vorschubweg mit An- und Überlauf in mm, $i$ Anzahl der Schnitte, $v_{f}$ in mm/min

Typische Fehler in der Prüfung

Den Faktor 1000 bei der Drehzahl vergessen; die Drehzahl wird tausendmal zu klein.
Den Kugelfräser mit dem Nenndurchmesser gerechnet; die Schneide quetscht an der Spitze.
Bei der Leistung mit dem Wirkungsgrad multipliziert statt geteilt.
Hauptnutzungszeit ohne An- und Überlauf oder nur für einen Schnitt gerechnet.

Tipps aus der Werkstatt

Häufiger Prüfungsfehler: am Kugelfräser mit dem Nenndurchmesser gerechnet. Bei kleinem ap gilt d_eff = 2 · √(ap · (d − ap)). Und die Antriebsleistung ist Schnittleistung durch η, nie mal η.

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15 Aufgaben zu „Schnittdaten, Standzeit, Zeitspanungsvolumen und Hauptnutzungszeit“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Werkzeugmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 5 (Formgeben von Bauelementen durch spanende Fertigung). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.