Schnitttiefe bei der Bearbeitung: Formeln, Grenzen und Optimierung

Das Verständnis der Schnitttiefe (DOC) ist entscheidend für eine gute Bearbeitungsqualität bei gleichbleibender Produktivität. Ein erfahrener Maschinenbediener sollte die Formeln, Grenzen und Optimierungsmöglichkeiten der Schnitttiefe genau kennen. So lässt sich unter Berücksichtigung der Möglichkeiten der CNC-Maschine ein optimales Zeitspanvolumen (MRR) erzielen.

Schnitttiefe – Was sie wirklich bedeutet

Die Schnitttiefe ist ein wichtiger Parameter bei der Zerspanung. Eine optimale Schnitttiefe ermöglicht eine optimale Materialabtragsrate (MRR), ohne die Oberflächenqualität zu beeinträchtigen. Eine korrekte Schnitttiefe verhindert unerwünschte Auswirkungen auf die Werkzeugstandzeit, das Werkstückmaterial und die Gesamtbearbeitungseffizienz.

Axialer DOC im Vergleich zum radialen DOC

Die axiale Schnitttiefe (ADOC) ist die vertikale Tiefe, die das Werkzeug in das Werkstück eindringt. Die radiale Schnitttiefe (RDOC) hingegen ist die Breite des Werkzeugs, die in das Material eingreift. Sowohl ADOC als auch RDOC beeinflussen die Materialabtragsrate (MRR).

Wie sich der Spanungsabstand von der Spandicke und der Schrittweite unterscheidet

Die Spandicke gibt lediglich den Durchschnitt der Materialdicke an, die pro Durchgang entfernt wird. Der Schrittweitenwert hingegen gibt die Breite des entfernten Spans an, sofern dieser als flach und ohne Welligkeit angenommen wird.

Warum die Schnitttiefe ein Drittel der Bearbeitungs-Triade „Geschwindigkeit-Vorschub-Tiefe“ ausmacht

DOC trägt 1/3^rd Bedeutung bei der Einstellung der Bearbeitungsparameter. Die anderen 2/3^rd Wichtig sind Geschwindigkeit und Vorschub. Wenn ein Maschinist beispielsweise die Geschwindigkeit um 100 U/min erhöhen möchte, erhöht sich der MRR nur, wenn Vorschub und Tiefe proportional angepasst werden. Ein ausgewogenes Verhältnis dieser drei Faktoren führt zu den gewünschten Ergebnissen.

Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe bei der CNC-Bearbeitung

Eine optimale Einstellung der CNC-Schneidparameter, bei der Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe ausgewogen sind, führt zu guten Ergebnissen. Eine unausgewogene Einstellung kann zu Problemen wie übermäßigem Werkzeugverschleiß, Werkstückschäden, schlechter Oberflächengüte, Rattern oder sogar uneinheitlichen Abmessungen führen.

Schnittgeschwindigkeit vs. Schnitttiefe

Die Schnittgeschwindigkeit, üblicherweise in SFM gemessen, gibt die Geschwindigkeit an, mit der sich die Schneide relativ zum Material bewegt. Die Schnitttiefe (DOC) ist die Tiefe, in der das Werkzeug in das Substrat eindringt. Bei einer Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit sollte die Schnitttiefe entsprechend verringert werden. Andernfalls kann eine übermäßige Krafteinwirkung auf das Werkzeug zu dessen Verschleiß oder sogar zum Bruch führen. Dies kann auch zu Rattern und einer schlechten Oberflächenqualität führen.

Vorschubgeschwindigkeit vs. Schnitttiefe

• Was ist der Unterschied zwischen Vorschub und Schnitttiefe?

Der Vorschub ist die Distanz, die das Werkzeug pro Umdrehung zurücklegt. Beide Schnittparameter sollten ausgewogen sein. Bei erhöhter Schnitttiefe sollte der Vorschub moderat gehalten werden, um eine Überlastung des Werkzeugs zu vermeiden.

Geschwindigkeit, Vorschub und DOC – Den optimalen Punkt finden

Der optimale Punkt liegt in der richtigen Balance zwischen Geschwindigkeit, Vorschub und Spantiefe. Dieser Punkt sollte erreicht werden, wenn die Materialabtragsrate ausreichend, der Werkzeugverschleiß gering und die Oberflächenqualität optimal ist.

Axialer vs. radialer DOC nach Betrieb

Axiale Schnitttiefe (ADOC) und radiale Schnitttiefe (RDOC) spielen bei verschiedenen CNC-Bearbeitungen wie Drehen, Fräsen und Bohren unterschiedliche Rollen. Während das Hauptziel eine höhere Produktivität bleibt, ist eine ausgewogene Einstellung von ADOC und RDOC notwendig. Der Anwender muss mit diesen Einstellungen bei der CNC-Bearbeitung vertraut sein.

Drehen (Schruppnut vs. Schlichtdurchgang)

Bei Drehbearbeitungen ist RDOC sehr gering. Der ADOC-Wert hängt von Faktoren wie Werkzeuggeometrie, Materialeigenschaften und CNC-Maschinenkapazität ab. Bei Schruppdurchgängen ist ADOC in der Regel höher, da MRR gegenüber der Oberflächengüte Priorität hat. Umgekehrt gilt dies für Schlichtdurchgänge.

Fräsen (Nutfräsen, Scheibenfräsen, HEM adaptiv)

Bei Fräsarbeiten wie dem Nutenfräsen ist der ADOC geringer, während das Werkzeug mit voller Breite im Werkstück greift, d. h. der RDOC ist auf Maximum eingestellt. Beim Längsfräsen sind sowohl ADOC als auch RDOC moderat. Die Werkzeuge greifen nur teilweise in der Breite ein. Beim HEM-Fräsen (Hochleistungsfräsen) wird der ADOC hoch gehalten, während der RDOC auf Minimum eingestellt ist.

Bohren und Ausbohren (Stufenbohr- vs. Tiefbohrzyklen)

Bei Bohr- und Ausdrehanwendungen spielt die radiale Schnitttiefe keine Rolle. Das gesamte Werkzeug dringt in das Werkstück ein.

Formeln für die Schnitttiefe und ihre Berechnung

Eine korrekte Berechnung der Schnitttiefe ist unerlässlich. Eine vorherige Berechnung der Schnitttiefe hilft bei der Entwicklung guter Werkzeugwegstrategien und sorgt für einen vorhersehbaren MRR. Es gibt Schnitttiefenformeln und Referenztabellen, mit denen Maschinenbediener die Schnitttiefe im Voraus berechnen können.

Drehformel: DOC = (D_out – D_in) ⁄ 2

Die Formel für die Schnitttiefe beim Drehen lautet:

DOC (zum Drehen) = (D (außen) – D (innen))/2

Kennzahlen:

• D_äußereist der ursprüngliche Durchmesser des Werkstücks
• D_innere ist der Durchmesser nach einem Durchgang
• Es wird durch 2 geteilt, da an beiden Enden über den Durchmesser hinweg eine Reduzierung stattgefunden hat.

Wenn beispielsweise der ursprüngliche Durchmesser 12 mm beträgt und der neue Durchmesser nach einem Durchgang 11 mm beträgt, beträgt die Schnitttiefe:

(12-11)/2= 0.5 mm

Fräsformel: DOC = (Gesamtschnitttiefe – vorheriger Durchgang)

Die Formel für die Schnitttiefe beim Fräsen lautet:

DOC = Gesamtschnitttiefe – Tiefe des vorherigen Durchgangs

Praktischer Tiefentisch für Schaftfräser

Was begrenzt die Schnitttiefe bei der Bearbeitung?

Für jeden Maschinenbediener ist es wünschenswert, ein maximales Zeitspanvolumen (MRR) zu erreichen, ohne Kompromisse bei Standzeit und Oberflächengüte einzugehen. Es gibt jedoch einige Einschränkungen wie Maschinenkapazitäten, Werkzeugtyp, Werkzeughonung, Materialeigenschaften usw., die die Schnitttiefe begrenzen können.

• Welche Regel gilt bei der Bestimmung der Schnitttiefe?

Tatsächlich ist es besser, die Schnitttiefe für Bearbeitungsvorgänge im Voraus zu berechnen. Beginnen Sie dann mit einer niedrigen Schnitttiefe und erhöhen Sie diese schrittweise, um ein Optimum zu erreichen, ohne die anderen Qualitätsparameter der Bearbeitung negativ zu beeinflussen.

Werkstückmaterial

Ein härteres und festeres Werkstückmaterial erlaubt keine hohe Schnitttiefe. Umgekehrt gilt dies für Werkstücke mit mittlerer Zugfestigkeit. Ein sehr duktiles Material bringt zudem Probleme wie Aufhäufung und Bruchfestigkeit mit sich. Daher sollte eine ausgewogene Anpassung der Schnitttiefe angestrebt werden.

Bearbeitungswerkzeuge

Spezielle Bearbeitungswerkzeuge wie Hartmetallwerkzeuge oder beschichtete Werkzeuge ermöglichen eine größere Schnitttiefe, während Werkzeuge aus Werkzeugstahl eine moderate Schnitttiefe ermöglichen. Geschliffene oder abgerundete Kanten halten vergleichsweise höheren Belastungen stand.

Maschinen und Vorrichtungen

Maschinensteifigkeit und Vorrichtungsstabilität tragen dazu bei, Rattern und Vibrationen zu vermeiden. Dadurch kann eine größere Schnitttiefe erreicht werden. Dies hängt auch von der Spindelleistung ab. Höhere Leistung kann mehr Material in einem Durchgang fördern.

Gewünschte Oberflächenbeschaffenheit

Beim Schruppen hat die MRR Vorrang vor der Oberflächengüte, daher wird eine größere Schnitttiefe angestrebt. Für die abschließende Schlichtbearbeitung hingegen ist eine niedrige und schonende Schnitttiefe erforderlich, um die gewünschte Oberflächenglätte zu erreichen.

Kühlmittelzufuhr und Spanabfuhr

Eine gute Kühlmittelzufuhr hilft, Schäden an Werkzeug und Werkstück durch Überhitzung zu vermeiden. Dadurch kann der Spanabtrag erhöht werden. In manchen Fällen führt das Kühlmittel jedoch zu einer Aufrollung der Späne, was die Oberflächengüte beeinträchtigen kann. In diesen Fällen kann der Einsatz von Spanbrechern Abhilfe schaffen.

Empfohlene Schnitttiefenbereiche nach Material

Die Einhaltung der empfohlenen Schnitttiefenbereiche trägt zur optimalen Einstellung der Schnittparameter bei der CNC-Bearbeitung bei. Es gibt Referenztabellen, die je nach Materialart erstellt werden. Diese Tabellen sollten zur Erleichterung der Arbeit in der Werkstatt ausgehängt werden.

Aluminium 6061 und 7075

Edelstahl 304/316

Titan Ti-6Al-4V

Inconel 718

Wie erreicht man hocheffizientes Fräsen (HEM)?

• Was ist HEM?

Hocheffizientes Fräsen (HEM) ist eine neuartige Bearbeitungsstrategie, die mithilfe von CAM Schnittparameter festlegt und eine effiziente Werkzeugwegstrategie generiert. Der Fokus liegt auf einem niedrigen RDOC und einem hohen ADOC, um den MRR zu maximieren und gleichzeitig Spanlast, Werkzeugeingriff und Wärmeverteilung zu kontrollieren.

Konzept mit niedriger radialer Schnitttiefe und axialer Schnitttiefe durch die gesamte Nut

Die folgende Tabelle vergleicht die traditionelle Frässtrategie mit der HEM-Strategie. Beachten Sie die Unterschiede in den Schnittparametern:

Eingriffswinkelrechner für adaptive Werkzeugwege

Beispielsweise wären bei einer CNC-Maschine mit einem 12-mm-Hartmetall-Schaftfräser aus 4140-Stahl die folgenden Schnittparameter vorzuziehen:

Werkzeugdurchmesser: 12 mm

Radialer DOC: 1.2 mm (10 % des Werkzeugdurchmessers)

Axialer DOC: 24 mm (2× Werkzeugdurchmesser)

Vorschub pro Zahn (fz): 0.03mm

RPM: 4000

Vorschubgeschwindigkeit: 480 mm / min

Eingriffswinkel: 35 - 45 °

Fehlerbehebung: Wenn die DOC-Einstellungen falsch sind

Ein erfahrener Maschinist sollte in der Lage sein, Mängel in der Bearbeitungsqualität zu diagnostizieren und anschließend Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Einige der häufigsten Mängel und deren Behebung werden im Folgenden erläutert:

Tool-Chatter

Hohe Schwingungen, Welligkeit im Schnitt und Werkzeugverschleiß sind charakteristisch für Werkzeugrattern. Diese können durch eine Reduzierung der axialen Schnitttiefe, die Wahl eines steiferen Werkzeugs (z. B. Hartmetallwerkzeug) und die Verwendung eines starren Werkzeughalters verhindert werden.

Brennende oder blaue Chips

Brennende oder blaue Späne deuten auf eine Überhitzung hin. Eine reichliche Kühlmittelzufuhr und der Einsatz von Spanbrechern können dies verhindern.

Schlechte Oberflächenbeschaffenheit

Raue, gerissene oder gezackte Oberflächen können durch Verringerung der radialen Schnitttiefe verhindert werden

Aufrechterhaltung eines konstanten Vorschubs pro Zahn. Durch Gleichlauffräsen kann eine bessere Oberflächenintegrität erzielt werden.

Weitere wichtige Schnittparameter bei der CNC-Bearbeitung

Neben der Triade aus Vorschub, Drehzahl und Schnitttiefe gibt es mehrere weitere Schnittparameter, die den MRR und die Qualitätsparameter bei der CNC-Bearbeitung beeinflussen. Im Folgenden finden Sie eine kurze Beschreibung dieser Parameter:

Radiale Schnittbreite (Zustellung)

Auch als Schrittweite bezeichnet. Dies ist die Breite des Schnitts in radialer Richtung. Sie wirkt sich auf die Oberflächengüte, den Werkzeugeingriffswinkel und die Spanbelastung aus.

Werkzeugeingriffswinkel

Dies ist der Winkel, in dem das Werkzeug mit dem Material in Kontakt ist. Ein hoher Eingriffswinkel erhöht die Hitze. Deshalb werden bei HEM kleinere Winkel verwendet.

Span- und Freiwinkel

Diese sind Teil der Werkzeuggeometrie. Sie beeinflussen den Spanfluss und die Schneidleistung des Werkzeugs.

Schneidflüssigkeitsstrategie

Ein optimaler Kühlmittelfluss trägt dazu bei, übermäßige Hitzeentwicklung zu vermeiden. Dies wirkt sich indirekt auf die Oberflächenbeschaffenheit aus.

Spindelleistung und Drehmomentgrenzen

Es sollte eine Kompatibilität zwischen Maschinenfunktionen wie Spindelleistung und Drehmoment sowie Vorschub und Geschwindigkeit bestehen.

Werkzeugwegstil

Der Werkzeugwegstil beeinflusst den Werkzeugverschleiß, die Spanbelastung und die Wärmekontrolle.

Welchen Einfluss hat die Schnitttiefe auf andere Bearbeitungsfaktoren?

Die Spantiefe beeinflusst Faktoren wie Werkzeugstandzeit, Oberflächengüte, Maschinenbelastung und Spankontrolle. Eine hohe Spantiefe erhöht die Belastung von Werkzeug und Maschinenmotor. Ist sie nicht optimal, verkürzt sich die Werkzeugstandzeit, die Oberflächengüte wird rauer und die Maschinenbelastung erhöht sich.

Fazit

Bei TUOFA Precision CNC verfügen wir über ein erfahrenes Bearbeitungsteam und erfüllen internationale Standards. Wir wenden bewährte Industrieverfahren wie HEM an und stellen sicher, dass unsere Schnitttiefe optimal bleibt. Dadurch liefern wir unseren Kunden eine hervorragende Oberflächenqualität und steigern gleichzeitig unsere Produktivität. So können wir unsere Qualitäts- und Lieferverpflichtungen problemlos erfüllen.

FAQs

Was ist eine gute Schnitttiefe für Anfänger?

Beginnen Sie mit einem Werkzeugdurchmesser-DOC von 25 % und erhöhen Sie ihn schrittweise bis zum optimalen Niveau.

Kann ich DOC-Diagramme von Aluminium auf Edelstahl kopieren?

Ja, die Diagramme in diesem Blog können gut kopiert und verwendet werden.