R.I.O. Uhrenkunde Blog und Shop

Als Fachdozent der Hessischen Uhrmacherschule unterrichte ich im Meisterkurs. Ein Meister muss alle Kenntnisse der Ausbildung vermitteln können und noch tiefere Kenntnisse in vielen Feldern besitzen.
Hier veröffentliche ich einige der unterrichteten Inhalte.

Definition

Für Drehen, Fräsen und Bohren

Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich die wirkende Werkzeugschneide durch das Werkstück bewegt.

Da die Einheit der Schnittgeschwindigkeit durch Konvention in Metern pro Minute angegeben wird, ergänzen wir den Term der Schnittgeschwindigkeit bei drehender Bearbeitung (Drehen, Fräsen, Bohren) im Allgemeinen um einen weiteren Term.
Hierdurch soll das Herauskürzen beim praktischen Rechnen mit dieser Formel vereinfacht werden.

Da sich der angehängte Term vollständig herauskürzen lässt, verändern wir hierdurch die Formel nicht:

Wieso ist sie wichtig?

Durch die Definition der Schnittgeschwindigkeit, kann man einen idealen Drehzahlbereich für die Zerspanung definieren. Hierdurch weiß der Zerspaner an der Maschine, welche Drehzahl er einstellen sollte, damit die Oberflächengüte maximiert ist, und der Werkzeugverschleiß minimiert.

Durch praktische Versuche wurden Tabellen ermittelt, die die ideale Schnittgeschwindigkeit für verschiedene Werkstückmaterialien bei bestimmten Schneidwerkzeugen angeben.

In der Praxis werden manchmal auch direkt die idealen Drehzahlen angegeben. Man findet zum Beispiel auf vielen Bohrmaschinen eine Drehzahltabelle in Abhängigkeit vom Bohrerdurchmesser, meist mit mehreren Tabellenspalten für unterschiedliche Materialien.

Da Drehzahltabellen zu groß und unübersichtlich werden, wenn man in ihr für jedes Werkzeug (insbesondere beim Fräsen), Material (Tausende Legierungen) und Durchmesser eine Angabe haben möchte, gibt man einfach nur die ideale Schnittgeschwindigkeit eines Werkzeugs in Abhängigkeit vom Material an*. Der Zerspaner kann sich dann seine ideale Drehzahl selbst ausrechnen:

*Hierbei spielen auch weitere Bearbeitungsparameter wie Vorschub oder Schnitttiefe eine große Rolle. Beim Bohren gilt die ideale Schnittgeschwindigkeit aus der Tabelle also nicht, wenn wir mit aller Kraft am Hebel ziehen oder nur mit minimaler Zustellung arbeiten.
Auch wenn wir beim Drehen mit sehr großen Schnitttiefen oder sehr hohen Zustellgeschwindigkeiten arbeiten, gilt unsere Schnittgeschwindigkeit aus der Tabelle ggf. nicht mehr und muss bei Bedarf angepasst werden.

Bedeutung in Industrie und Einzelfertigung

Die Schnittgeschwindigkeit ist in der Industrie entscheidend für die Effizienz und Qualität von Zerspanungsprozessen wie Drehen, Fräsen und Bohren. Sie beeinflusst direkt die Werkzeugstandzeit, die Oberflächengüte und die Produktivität. Eine optimal gewählte Schnittgeschwindigkeit minimiert den Werkzeugverschleiß, verhindert übermäßige Wärmeentwicklung und gewährleistet eine präzise Bearbeitung. Zudem wirkt sie sich auf die Kosten und die Dauer der Bearbeitung aus, da eine zu hohe oder zu niedrige Schnittgeschwindigkeit die Werkzeugleistung und die Endqualität negativ beeinflussen kann.

In der Serienfertigung spielt die Beachtung der richtigen Schnittgeschwindigkeit eine größere Rolle als in der Einzelfertigung. Während in der Serienfertigung die Wahl der richtigen Schnittgeschwindigkeit einen großen Unterschied bei den Kosten spielt, da sie direkt Bearbeitungsdauer, Werkzeugverbrauch und Oberflächengüte beeinflusst, haben wir in der Einzelfertigung einen größeren Spielraum: Solange wir eine gute Oberflächengüte erzielen und das Werkzeug nicht bricht, müssen wir hier nicht jeden Schnitt exakt berechnen, sondern greifen als Uhrmacher regelmäßig auf Erfahrungswerte zurück.

Woher bekomme ich Angaben für Schnittgeschwindigkeiten

Es gibt jede Menge Quellen um Anhaltspunkte für Schnittgeschwindigkeiten zu finden, zum Beispiel:

• Technische Datenblätter der Hersteller von Drehwerkzeugen oder Fräsern
• Fachliteratur wie „Fachkunde Metall“ oder „Zerspanungstechnik“
• Normen für Bearbeitungsverfahren
• Angaben Fertigungssoftware beim CNC
• Anleitungen von Maschinenherstellern
• Tabellen auf Schildern direkt auf Maschinen
• Foren, Internetbeiträge, Videos
• Fachzeitschriften und technische Artikel

Zusammenhänge

Höhere Schnittgeschwindigkeiten:

• Weiche oder leicht zerspanbare Werkstoffe
  • Für Uhrmacher bei Messing
• Schneidwerkzeug aus Hartmetall
• Schlichtbearbeitung für hohe Oberflächengüte, typischerweise einhergehend mit geringer Schnitttiefe
• Bei der Verwendung von Kühlschmierstoffen

Niedrigere Schnittgeschwindigkeiten:

• Harte oder schwer zerspanbare Werkstoffe
• HSS-Werkzeuge (Schnellarbeitsstahl)
• Schruppen (Grobzerspanung)
• Empfindliche Maschinen oder Werkstücke
  • Lagerung und Vibrationsverhalten der Uhrmacherdrehbank
  • Kleine Werkstücke und Wellen sind die Regel als Uhrmacher
• Trockenbearbeitung (ohne Kühlschmierstoffe)

Materialien in der Uhrmacherei

Schnittgeschwindigkeit mit HSS-Werkzeugen

• „Silberstahl“ 1.2210 oder 115CrV3 ungehärtet Schnittgeschwindigkeit vc ≈ 20 bis 30 m/min abhängig von der Schmierung, Werkzeug, Maschinen, Werkstücken usw.
• Messing Ms58 oder CuZn39Pb3 Schnittgeschwindigkeit vc ≈ 60 bis 120 m/min
• Sandvik 20AP Schnittgeschwindigkeit ungehärtet vc ≈ 25 bis 30 m/min
• Blauharter Stahl (115CrV3 oder vergleichbare legierte Stähle) vc ≈ 8 bis 15 m/min

Schnittgeschwindigkeit mit Hartmetall-Werkzeugen

• „Silberstahl“ 1.2210 oder 115CrV3 ungehärtet Schnittgeschwindigkeit vc ≈ 50 bis 70 m/min abhängig von der Schmierung, Werkzeug, Maschinen, Werkstücken usw.
• Messing Ms58 oder CuZn39Pb3 Schnittgeschwindigkeit vc ≈ 160 bis 400 m/min
• Sandvik 20AP Schnittgeschwindigkeit ungehärtet vc ≈ 50 bis 70 m/min
• Blauharter Stahl (115CrV3 oder vergleichbare legierte Stähle) vc ≈ 25 bis 40 m/min

Auch wenn man die Schnittgeschwindigkeit nicht exakt einhält, kann man einige Faustregeln aus den Empfehlungen ableiten.

1. Messing wird in der Regel mit der dreifachen Schnittgeschwindigkeit gedreht wie Stahl
2. Beim Einsatz von Hartmetallwerkzeugen Verdoppelung der Schnittgeschwindigkeit (Höchste Werte für Wendeplatten, noch mehr als Hartmetall-Drehmeißel)
3. Blauharter Stahl wird in der Regel mit einem Drittel der Schnittgeschwindigkeit gedreht, wie normaler Stahl. Wegen niedrigem Drehmoment bei sehr langsamer Drehzahl auf der Uhrmacherdrehbank reduzieren wir stattdessen regelmäßig Schnitttiefe und Zustellgeschwindigkeit.

Anmerkung

Bei bestimmten Situationen können die Schnittgeschwindigkeiten stark abweichen, zum Beispiel beim Schlichten mit geringer Schnitttiefe. Beim Feinschlichten können die angegebenen Werte teils verdoppelt werden. Hier ist je nach Problematik der gesunde Menschenverstand gefragt, im Endeffekt zählt das Ergebnis!

Zusammenfassung für Bohren, Drehen und Fräsen

Aufgrund Einzelfertigung, unserer häufig kleinen Werkstücke, empfindlichen Maschinen (Vibration), Trockenbearbeitung und meist HSS-Werkzeugen sollten wir uns als Uhrmacher eher unterhalb allgemeiner Empfehlungen bei den Schnittgeschwindigkeiten halten oder dort einsteigen. Erst bei Schwierigkeiten erhöhen wir die Schnittgeschwindigkeit (üblicherweise durch Erhöhung der Drehzahl)

Ausnahmen sind hier sehr kleine Bohrungen, sehr geringe Schnitttiefen oder sehr kleine Werkstücke, bei denen wir im Rahmen des gesunden Menschenverstands die Drehzahlkapazität unserer Maschinen voll ausnutzen.
Bei Bohrungen unter 0,3mm oder dem Drehen von Zapfen von 0,1mm bis 0,3mm errechnen wir meist Drehzahlen weit oberhalb der maximal möglichen Drehzahlen unserer Maschinen. Hier sollten dann die Parameter Vorschub und Schnitttiefe reduziert werden. Einige Beispiele finden sich weiter unten bei „Berechnungen und Beispiele“.

Schnittgeschwindigkeiten in anderen Anwendungsfällen

Auch beim Feilen, Hobeln oder Sägen kann die Schnittgeschwindigkeit angegeben werden, hierbei wird in der Formel der Wert π*d ersetzt durch 2*L wobei L=Werkstücklänge.

Berechnungen und Beispiele

Aufgabe: Welche Schnittgeschwindigkeiten ergeben sich aus folgenden Beispielen:

Bohren von 1mm, 3mm und 8mm Bohrung in 2mm Messingblech

Bohren von 1mm, 3mm und 8mm Bohrung in 2mm Stahlblech

Drehen einer Unruhwelle mit HSS aus blauhartem Stahl

Drehen einer Aufzugwelle aus Silberstahl

Drehen eines Pfeilers von 2mm aus Messing für eine Taschenuhr

Drehen eines Federhauses aus Messing von 50mm

Drehen einer Welle aus Sandvik AP20 von 3mm und 6mm

Zapfeneinbohren 0,2mm Vergleich gehärtet und angelassen

Feilen eines Werkstücks aus Messing von 50mm Länge