Zerspanung: Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen

Das Wichtigste auf einen Blick

• DIN 8589-0 unterteilt die spanenden Fertigungsverfahren in Gruppen wie Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen.
• Beim Drehen von Stahl C45 liegt die Schnittgeschwindigkeit mit Hartmetall bei etwa 200 m/min.
• Der Vorschub reicht beim Schruppen von 0,25 bis 0,5 mm/U und sinkt beim Schlichten auf 0,05 bis 0,15 mm/U.
• Wendeschneidplatten kosten je nach Sorte und Hersteller etwa 8 bis 30 Euro pro Schneide.
• Vor Schichtbeginn prüft die Bedienperson Spannmittel, Schutzhaube und Kühlmittel nach den Vorgaben der BAuA.

Vom Arbeitsplan bis zur Endkontrolle

Jeder Zerspanungsauftrag beginnt in der Arbeitsvorbereitung. Der Fertigungsplaner liest die Zeichnung, prüft Toleranzen und Werkstoff und legt das Rohteil fest. Danach schreibt er den Arbeitsplan mit der Reihenfolge aller Aufspannungen.

Diese Reihenfolge steht fest, bevor der erste Span fällt:

1. Arbeitsvorbereitung, Tag 1: Der Fertigungsplaner erstellt den Arbeitsplan, wählt die Werkzeuge und schätzt die Stückzeit.
2. Rüsten, Tag 1, 30 bis 90 Minuten: Der Einrichter spannt die Vorrichtung, setzt vermessene Werkzeuge ein und fährt das Programm im Einzelsatz.
3. Erste Aufspannung, Tag 2, Schichtbeginn: Der Maschinenbediener dreht die Außenkontur und legt ein Messprotokoll an.
4. Zweite Aufspannung, Tag 2: Nuten und Taschen entstehen im Fräsen, danach folgen die Passbohrungen.
5. Endkontrolle, Schichtende: Der Prüfer misst im Messraum, gibt das Los frei und meldet Abweichungen an die Arbeitsvorbereitung zurück.

Der Einrichter bleibt für Werkzeugwechsel und Nullpunktkorrektur zuständig. Der Maschinenbediener verantwortet Maßhaltigkeit, Kühlmittelzufuhr und Spanabfuhr. Der Fertigungsplaner pflegt die Ist-Zeiten anschließend in den Arbeitsplan ein.

Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Drehzahl

Die Schnittgeschwindigkeit gibt an, wie schnell die Schneide relativ zum Werkstück läuft. Sie hängt von Werkstoff, Schneidstoff, Kühlung und Verfahren ab. Beim Drehen von Stahl C45 mit Hartmetall sind 180 bis 220 m/min üblich.

Der Vorschub bestimmt, wie viel Material je Umdrehung oder je Zahn abgetragen wird. Schruppen arbeitet mit großem Vorschub und großer Zustellung. Schlichten senkt beide Werte, damit Maßhaltigkeit und Oberfläche stimmen.

Verfahren	Werkstoff und Schneidstoff	Schnittgeschwindigkeit	Vorschub
Drehen, Schruppen	Stahl C45, Hartmetall	180 bis 220 m/min	0,25 bis 0,5 mm/U
Drehen, Schlichten	Stahl C45, Hartmetall	220 bis 260 m/min	0,05 bis 0,15 mm/U
Drehen	Edelstahl 1.4301, Hartmetall	120 bis 160 m/min	0,15 bis 0,25 mm/U
Fräsen	Stahl C45, VHM-Schafffräser	120 bis 200 m/min	0,06 bis 0,10 mm je Zahn
Bohren	Stahl C45, HSS-E	25 bis 35 m/min	0,10 bis 0,20 mm/U
Schleifen	gehärteter Stahl, Korund	25 bis 35 m/s	0,005 bis 0,02 mm Zustellung

Die Tabellenwerte sind Richtwerte je Werkstoffgruppe. Angaben des Werkzeugherstellers auf der Packung der Wendeschneidplatte gehen vor. Beim Bohren mit VHM-Werkzeugen liegen die Richtwerte bei 60 bis 90 m/min.

Rechenbeispiel: Drehzahl und Hauptzeit

Beispielrechnung für eine Welle aus C45 mit 80 mm Durchmesser und 300 mm Drehlänge. Angenommen werden eine Schnittgeschwindigkeit von 200 m/min und ein Vorschub von 0,3 mm/U.

1. Drehzahl: n = (vc x 1000) / (3,14 x d) = (200 x 1000) / (3,14 x 80) = 796 Umdrehungen je Minute.
2. Vorschubgeschwindigkeit: vf = f x n = 0,3 mm/U x 796 = 239 mm/min.
3. Hauptzeit: th = L / vf = 300 mm / 239 mm/min = 1,26 min je Bauteil.
4. Bei einer Losgröße von 50 Stück ergeben sich rund 63 Minuten reine Schnittzeit.

Drehen: außen, innen und Gewinde

Beim Längsdrehen fährt die Schneide parallel zur Werkstückachse, beim Plandrehen quer dazu. Gewindedrehen folgt der Steigung über mehrere Zustellungen. Für Innenkonturen kommen Bohrstangen zum Einsatz, deren Auskraglänge als Erfahrungswert das Vier- bis Sechsfache des Durchmessers nicht überschreiten sollte.

Sandvik Coromant führt im Produktprogramm für Zerspanungswerkzeuge Wendeschneidplatten für Stahl, Edelstahl und Gusseisen. Die Sorten sind nach ISO-Anwendungsgruppen wie P, M und K geordnet, passend zu Werkstoff und Schnittbedingungen.

Beim Drehen von Edelstahl 1.4301 sinken die Werte auf 120 bis 160 m/min. Emulsion als Kühlschmierstoff ist Pflicht, weil austenitischer Edelstahl zur Kaltverfestigung neigt. Eine verschlissene Schneide erzeugt Rattermarken und steigende Schnittkräfte.

Fräsen: drei Achsen, fünf Achsen und Werkzeugwahl

Beim Umfangsfräsen greift der Schaftfräser mit der Mantelfläche, beim Planfräsen mit Stirn und Ecken. Der Vorschub je Zahn liegt bei VHM-Werkzeugen zwischen 0,06 und 0,10 mm. Die Zustellung ap reicht beim Schruppen bis zur halben Werkzeugbreite.

DMG MORI beschreibt im Maschinenprogramm für Fräsmaschinen Bearbeitungszentren mit drei und fünf Achsen. Zwei zusätzliche Drehachsen erlauben das Bearbeiten von fünf Seiten in einer Aufspannung.

Iscar ergänzt das Angebot um Wendeschneidplatten für das Hochvorschubfräsen. Im Beispiel sinkt die Rüstzeit beim Wechsel von vier Aufspannungen auf eine einzige um 40 bis 60 Prozent. Die Verantwortung für Werkzeugstandzeiten liegt beim Einrichter, die Programmfreigabe beim Fertigungsplaner.

Bohren: zentrieren, ins Volle, reiben

Der Ablauf beginnt mit dem Zentrieren bei 90 Grad Spitzenwinkel. Danach folgt das Bohren ins Volle, bei Bedarf das Aufbohren und zum Schluss das Reiben für Passungen der Toleranzklasse H7.

Mit HSS-E-Bohrern werden 25 bis 35 m/min gefahren, mit VHM-Bohrern 60 bis 90 m/min. Der Vorschub liegt bei 0,10 bis 0,20 mm/U. Ab einer Bohrungstiefe vom Dreifachen des Durchmessers ist Innenkühlung über Kanäle im Werkzeug nötig.

Kennametal listet im Produktkatalog für Zerspanungswerkzeuge Wendeschneidplatten, Vollbohrer und Aufbohrwerkzeuge. Der Bediener prüft vor jedem Bohrzyklus Kühlmittelstrahl, Spannzange und Rundlauf.

Schleifen: rund, flach und werkzeug

Beim Außenrundschleifen liegt die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe zwischen 25 und 35 m/s. Die Zustellung beträgt 0,005 bis 0,02 mm je Hub. Nach dem Schleifen folgt das Abrichten mit Diamantwerkzeugen, meist alle 20 bis 40 Werkstücke.

Flachschleifen arbeitet mit dem Umfang oder der Seite der Scheibe. Werkzeugschleifen erzeugt Freiwinkel und Spanräume an Bohrern und Fräsern neu. Kühlschmierstoff verhindert Anlassen und Brandflecken an der gehärteten Randzone.

Normen, Werkzeuge und Kosten je Bauteil

Zuständig für die Zerspanungsnormen ist der Normenausschuss Maschinenbau beim DIN. Die Teile 1 bis 3 der DIN 8589 behandeln Drehen, Bohren und Fräsen, Teil 11 das Schleifen mit rotierendem Werkzeug. Wie eine Norm entsteht, beschreibt die Seite Alles über DIN-Normen.

Wendeschneidplatten für Stahl und Edelstahl kosten je nach Sorte und Geometrie zwischen 8 und 30 Euro pro Schneide. Beispielrechnung: Eine Platte für 18 Euro trägt vier Schneiden, das sind 4,50 Euro je Schneide. Bei 20 Minuten Standzeit entstehen 0,23 Euro je Minute.

Für ein Bauteil mit drei Minuten Hauptzeit ergeben sich daraus 0,68 Euro Schneidkosten. Hinzu kommen Maschinenkosten, die im Beispiel mit 60 Euro je Stunde für ein Drei-Achs-Bearbeitungszentrum angenommen werden. Bei 50 Teilen und 1,26 Minuten Hauptzeit liegt der Maschinenanteil dann bei rund 63 Euro je Los.

Die BAuA fasst die Anforderungen an Schutzhauben, Not-Halt und Spannmittel in ihren Hinweisen zur Maschinen- und Betriebssicherheit zusammen. Vor jedem Rüstvorgang prüft der Einrichter diese Punkte und dokumentiert die Abweichung im Schichtbuch.

Häufige Fragen

Welche Schnittgeschwindigkeit gilt beim Drehen von Stahl?

Für Stahl C45 mit Hartmetall gelten 180 bis 220 m/min beim Schruppen und 220 bis 260 m/min beim Schlichten. Bei Edelstahl 1.4301 sinkt der Wert auf 120 bis 160 m/min.

Warum wird erst geschruppt und dann geschlichtet?

Schruppen trägt mit großem Vorschub und großer Zustellung schnell Material ab, lässt aber Maß und Oberfläche offen. Schlichten mit 0,05 bis 0,15 mm/U stellt Endmaß und Rauheit her.

Was kostet eine Wendeschneidplatte?

Platten für Stahl und Edelstahl liegen meist zwischen 8 und 30 Euro pro Schneide. Eine Platte mit vier Schneiden für 18 Euro ergibt 4,50 Euro je Schneide.

Welche Norm regelt die Zerspanung?

Die DIN 8589 beschreibt die spanenden Fertigungsverfahren. Teil 1 behandelt das Drehen, Teil 2 das Bohren, Teil 3 das Fräsen und Teil 11 das Schleifen mit rotierendem Werkzeug.

Woran erkennt man ein verschlissenes Werkzeug?

Typische Zeichen sind Rattermarken, glänzende Freiflächen, steigende Schnittkräfte und Maßabweichungen. Der Bediener prüft nach jedem Los die Standzeit und tauscht die Schneide oder den Bohrer.