Versuch5

Praktikum Automatisierungstechnik SS 2012 

Praktikum 

Automatisierungstechnik 

SS 2012 

Versuch 5 

NC-Programmierung 

Fertigung eines 

Drehteils 

SS 2012 

Betreuer: Dipl.-Wirtsch.-Ing. M. Rüggeberg 

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TEIL 1: NC-PROGRAMMIERUNG 

1 Programmierung von NC-gesteuerten Fertigungseinrichtungen 

1.1 Numerische Steuerungen 

Die Bearbeitung eines Werkstücks auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine wird 

durch das Werkstückprogramm, auch NC-Programm genannt, beschrieben. Die NC-Programme 

können dabei über verschiedenste Datenträger (Diskette, CD usw.) eingelesen werden. NC- 

Steuerungen verfügen zudem meist über eine serielle V.24-Schnittstelle, mit deren Hilfe die Daten 

an die Steuerung übertragen werden können. 

Zudem ist in der Regel eine Handeingabe des NC-Programms möglich. Die Steuerung ist dazu mit 

Funktionstasten entsprechend komfortabel gestaltet. Überdies ist meist ein NC-Programmspeicher 

vorhanden, der es ermöglicht, bereits eingelesene NC-Programme über das Bedienfeld zu verändern 

bzw. zu korrigieren. 

Die eingegebenen Informationen des Werkstückprogramms und die zu verarbeitenden Korrekturen 

werden in der Steuerung dekodiert und – getrennt nach geometrischen und technologischen 

Daten – weiterverarbeitet. Geometrische Daten sind alle Angaben über die zu verfahrenden Werkzeugwege, 

aus denen die gewünschte Geometrie des Werkstücks entsteht. Technologische Informationen 

sind die Schaltfunktionen für z. B. Vorschubgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl, Werkzeugwechsel, 

Kühlmittelschaltung usw. 

Die Programmierung der zu erzeugenden Kontur erfolgt durch die Angabe von Konturendpunktkoordinaten 

und der Art der Verbindungen zwischen jeweiligem Anfangs- und Endpunkt als 

Wegbedingung (z. B. Gerade, Kreisbogen, usw.). Je nach Verlauf der Bewegung sind Steuerungen 

unterschiedlicher Komplexität für deren Realisierung geeignet. Man unterscheidet diesbezüglich 

zwischen Punkt-, Strecken- und Bahnsteuerungen. 

1.2 Aufbau eines NC-Programms 

1.2.1 Allgemeines 

Bei der NC-Programmierung wird die Folge der einzelnen Steuerinformationen festgelegt, die für 

die Bearbeitung eines Werkstücks auf einer NC-Maschine erforderlich ist. Zur rationellen Programmierung 

werden heute unterschiedliche rechnerunterstützte Programmierverfahren angewandt, 

deren Einsatz von der Maschinenart, dem Schwierigkeitsgrad der Werkstückbearbeitung 


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und von der Ausrüstung des Anwenderbetriebes abhängt. Das NC-Programm wird in einer definierten 

Form auf einem Datenträger gespeichert und in die Steuerung der betreffenden Maschine 

eingegeben. 

Das NC-Programm besteht aus einer Anzahl von Sätzen, die jeweils einem Bearbeitungsschritt 

entsprechen. Die Bearbeitungsanweisungen in einem Satz werden durch so genannte "Wörter", 

einer Kombination aus Kennbuchstaben bzw. Adresse und Ziffernfolge (mit oder ohne Vorzeichen) 

verschlüsselt. Die Bedeutung und die Anordnung dieser Wörter ist im Programmschlüssel der jeweiligen 

NC-Steuerung festgelegt, dem üblicherweise die DIN 66025 (entsprechend ISO 6983) 

zugrunde liegt. 

Im Folgenden sind die in der DIN 66025 festgelegten Adressbuchstaben, Zusatzfunktionen und 

Wegbedingungen tabellarisch aufgelistet. Alle nicht genannten Adressbuchstaben, Zusatzfunktionen 

und Wegbedingungen sind nicht belegt und frei verfügbar. Darüber hinaus besteht aber auch 

keine zwingende Bindung an die Norm. Abwandlungen von Steuerungs- und Maschinenherstellern 

sind verbreitet. 

N5 G97 V100 X20 T0505 M04 M08 M41 

Ziffernfolge 

Adreßbuchstabe 

bis zu 3 M-Anweisungen 

Programmwort 

max. 1 G-Anweisung 

in einem Programmsatz 

Satznummer 

Bild 1: NC-Programmsatz am Beispiel der Traub TX-8D Steuerung 

Adressbuchstaben 

A Winkelmaß um X-Achse N Satznummer 

B Winkelmaß um Y-Achse O Offset (Achsparalleler Werkzeugversatz) 

möglichst nicht 

verwenden 

C Winkelmaß um Z-Achse P Dritte Eilgangbegrenzung 

D Winkelmaß um Zusatzachse oder Q Zweite Eilgangbegrenzung 

frei verfügbar 

E Winkelmaß um Zusatzachse oder R Erste Eilgangbegrenzung 

frei verfügbar 

F Vorschubgeschwindigkeit S Hauptspindeldrehzahl 


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G Vorbereitende Wegbedingungen T Werkzeugnummer, evtl. mit Korrekturwert 

H Werkzeuglängenkorrektur U Zweite Achse parallel zur X- 

Achse 

I 

J 

K 

Hilfsparameter für Kreisinterpolation 

oder Gewindesteigung parallel zur 

X-Achse 



Y-Achse 



Z-Achse 

V Zweite Achse parallel zur Y- 

Achse 

W Zweite Achse parallel zur Z- 

Achse 

X 

Erste Hauptachse 

L frei verfügbar Y Zweite Hauptachse 

M Maschinenbefehle, Schaltfunktionen Z Dritte Hauptachse 

Zusatzfunktionen 

Zusatzfunktionen werden durch den Adressbuchstaben M und eine Nummer gekennzeichnet. Sie 

stellen in der Regel Befehle dar, um spezielle Funktionen ein- und auszuschalten. 

M 00 Programm HALT; Spindel, Kühlmittel 

und Vorschub AUS; erneuter 

Start über die Taste "Start" 

M 01 Wahlweiser Halt, wirkt wie M 00, 

wenn Schalter "Wahlweiser Halt" 

auf EIN steht 

M 13 

M 14 

Spindel EIN, Rechtslauf und 

Kühlmittel EIN 

Spindel EIN, Linkslauf und 

Kühlmittel EIN 

M 02 Programm ENDE M 19 Spindel STOP in bestimmter 

Werkzeuglage 

M 03 Spindel EIN, Rechtslauf M 30 wie M00, zusätzlich Lochstreifen 

zurückspulen 

M 04 Spindel EIN, Linkslauf M 31 Verriegelung aufheben 

M 05 Spindel STOP M 40 – Getriebestufen-Umschaltung 

M 45 

M 06 Werkzeugwechsel ausführen M 50 Kühlmittel 3 EIN 

M 07 Kühlmittel 2 EIN M 51 Kühlmittel 4 EIN 

M 08 Kühlmittel 1 EIN M 60 Werkstückwechsel 

M 09 Kühlmittel AUS M 68 Werkstück spannen 

M 10 Klemmung EIN M 69 Werkstück entspannen 

M 11 Klemmung AUS 


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Wegbedingungen 

Wegbedingungen werden durch den Adressbuchstaben G und eine Nummer gekennzeichnet. Sie 

zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Funktion immer einen Bezug zur Bewegung und der Beschreibung 

des aktiven Koordinatensystems als Grundlage der Bewegung hat. Ebenso wie die 

Zusatzfunktionen haben die Befehle der Wegbedingungen einen selbsthaltenden Charakter. Das 

heißt, dass die Funktionen nach einmaligem Aufruf so lange aktiv bleiben, bis sie deaktiviert oder 

von einem anderen Befehl ersetzt werden. 

G 00 Gerade im Eilgang G 54 – Nullpunktverschiebung 

G 59 

G 01 Gerade im Vorschub G 60 Einfahrtoleranz 1 

G 02 

G 03 

Kreisinterpolation, im Uhrzeigersinn 

Kreisinterpolation, gegen den 

Uhrzeigersinn 

G 61 

G 62 

Einfahrtoleranz 2, auch Schleife 

fahren 

Schnelles Positionieren, nur 

Eilgang 

G 04 Verweilzeit G 63 Vorschub 100% setzen, z. B. 

Gewindebohren 

G 17 Ebenenauswahl XY G 64 Vorschub- und/oder Drehzahlwechsel 

G 18 Ebenenauswahl XZ G 70 Z-Achse in Ausgangsposition 

fahren 

G 19 Ebenenauswahl YZ G 73 Programmierter Vorschub - 

Achsvorschub 

G 33 

G 34 

G 35 

G 40 

G 41 

G 42 

G 46 

G 53 

Gewindeschneiden mit konstanter 

Steigung 

Gewindesteigung mit zunehmender 

Steigung 

Gewindeschneiden mit abnehmender 

Steigung 

Löschen aller abgerufenen 

Werkzeugkorrekturen 

Werkzeugradiuskorrektur, Versatz 

nach rechts 

Werkzeugradiuskorrektur, Versatz 

nach links 

Schneidenradiuskompensation 

EIN 

Löschen der abgerufenen Nullpunktverschiebung 

G 74 

G 75 

G 80 

G 81- 

G 89 

G 90 

G 91 

G 92 

G 94 

G 95 

Referenzpunkt anfahren der 

1. und 2. Achse 

Referenzpunkt anfahren der 

3. und 4. Achse 

Löschen der abgerufenen Zyklen 

Festgelegte Bohrzyklen 

Bezugsmaßeingabe 

Relativmaßeingabe 

Programmierte Bezugspunktverschiebung 

Vorschub in mm pro Minute 

Vorschub in mm pro Umdrehung 


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1.2.2 Koordinatensysteme und Bezugspunkte 

Die Festlegung von Koordinatensystemen und Bezugspunkten im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine 

ist eine notwendige Voraussetzung für die Beschreibung der Bearbeitungsbewegungen. 

Anzahl und Art der Achsen sind dabei maschinenabhängig. Es wurden folgende allgemeingültige 

Festlegungen getroffen: 

Verwendet wird ein rechtshändiges, rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Achsen X, Y und Z, 

das auf die Hauptführungsbahnen der Maschine ausgerichtet ist und sich auf das in der Maschine 

eingespannte Werkstück bezieht. Die Z-Achse liegt parallel zur Achse der Arbeitsspindel bzw. ist 

mit dieser identisch. Die positive Richtung der Z-Achse verläuft vom Werkstück zum Werkzeug 

bzw. bei Drehmaschinen von der Arbeitsspindel zum Werkstück. 

Die X-Achse ist die Hauptachse in der Positionierebene. Sie liegt grundsätzlich parallel zur Werkstückspannfläche 

und verläuft möglichst horizontal. Sind Koordinatenachsen parallel zur X-, Y- 

oder Z-Achse vorhanden, so werden diese mit U, V und W bezeichnet. Die Buchstaben A, B und C 

kennzeichnen Drehachsen, wie z. B. Drehtische, die den X-, Y- und Z-Koordinaten zugeordnet 

sind. Der positive Drehsinn ist nach der Rechtsschraubenregel festgelegt. 

Im Arbeitsraum der Maschine sind eine Reihe von Null- und Bezugspunkten angeordnet, die in den 

Bildern 2 und 3 am Beispiel der CNC-Drehmaschine TNS-60 der Fa. Traub dargestellt sind. Diese 

Maschine ist am IWF vorhanden und soll in diesem Versuch programmiert werden. 

R 

M 

W 

T 

M = Maschinennullpunkt 

W = Werkstücknullpunkt 

R = Referenzpunkt 

T = Werkzeugträgerbezugspunkt 

Bild 2: Nullpunkte und Bezugspunkte bei einer CNC-Drehmaschine 


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Maschinennullpunkt und -koordinatensystem: Der Maschinennullpunkt ist ein Punkt auf der 

Spindelachse in Höhe der Anlagefläche des Spannmittels. Er ist der Nullpunkt des Maschinenkoordinatensystems, 

in dem die Lage aller anderen Bezugspunkte angegeben wird. 

Werkstücknullpunkt: Der Werkstücknullpunkt liegt ebenfalls auf der Spindelachse der Maschine. 

Er wird vom Programmierer bzw. Maschinenbediener durch die Angabe seines Abstandes 

zum Maschinennullpunkt definiert. Dieser Abstand berechnet sich aus Futter und Backenhöhe 

plus der Rohteillänge, minus dem rechten Aufmaß bei einem Werkstücknullpunkt auf der 

vorderen Werkstückkante (Regelfall), 

plus dem linken Aufmaß bei einem Werkstücknullpunkt auf der hinteren Werkstückkante. 

 

 

Je nach Werkstückform und Bearbeitungsstrategie können auch verschiedene Werkstücknullpunkte 

sinnvoll sein. Der Werkstücknullpunkt stellt ein Hilfsmittel zur Vereinfachung der Programmierung 

dar. Innerhalb eines NC-Programms erfolgt eine Nullpunktverschiebung. Diese 

entspricht einer Koordinatentransformation durch Verschieben des Maschinennullpunkts in den 

aktuellen Werkstücknullpunkt. Durch diese Maßnahme wird es möglich, die Werkstückabmessungen, 

gegeben durch Zeichnung oder CAD-Modell, direkt zur Beschreibung der Bearbeitung 

innerhalb des NC-Programms heranzuziehen. Abweichende Rohteilmaße können so z. B. 

durch Änderung der Nullpunktsverschiebung einfach korrigiert werden, ohne den Rest des 

Programms überarbeiten zu müssen. Unterschiedliche Befehle zur Nullpunktverschiebung gestatten 

die Angabe von Offsets innerhalb der Maschinenkonfiguration oder direkt im NC- 

Programm. Erstere sind ideal zur Einbeziehung von Spannvorrichtungen, welche sich selten 

ändern. Letztere erlauben eine schnelle Korrektur, z. B. bei ständig schwankenden Rohteilabmessungen. 

Werkzeugbezugspunkt: Der Werkzeugbezugspunkt bezeichnet einen definierten Punkt an 

der Werkzeugaufnahme des Revolvers. Die Maschinensteuerung kann die Lage des Werkzeugbezugspunktes 

jederzeit über das maschineneigene Messsystem feststellen. Für die Bearbeitung 

der Werkstückkontur ist jedoch die Lage der Werkzeugspitze entscheidend. Da der 

eigentliche Bezugspunkt immer fest mit der Werkzeugaufnahme verbunden ist, Werkzeuge 

aber ganz unterschiedliche Abmessungen haben können, sind für jedes Werkzeug die Werkzeugabmessungen 

X und Z in der Maschinensteuerung einzugeben. Hieraus berechnet die 

Steuerung die für die Konturbearbeitung richtigen Verfahrbewegungen des Revolvers. Mit 

Auswahl des Werkzeugs werden auch die entsprechenden Abmessungen des Werkzeugs aktiviert. 

In der Praxis verfügen Maschinen für jedes Werkzeug über zwei Speicher, deren Inhalte 


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addiert werden. Der erste nimmt dabei die erwähnten Werkzeugabmessungen auf, der zweite 

kann einen Werkzeugverschleiß in Form von Korrekturdaten berücksichtigen. 

 

Referenzpunkt: Der Referenzpunkt bezeichnet eine durch Nockenschalter fest definierte Position 

des Kreuzschlittens (Die im Bild angegebenen Koordinaten sind nur beispielhaft und maschinenabhängig!). 

Da Maschinensteuerungen die Position der Schlitten oft inkrementell, d. h. 

durch ein Abzählen von Impulsen, erfassen, ist es nach jedem Ein- bzw. Aus- und Wiedereinschalten 

der Maschine bzw. der Steuerung erforderlich, einen fest definierten Punkt anzufahren. 

Diese Maßnahme ist in den meisten Fällen vom Bediener auszulösen. Die Steuerung kann 

erst nach dem Anfahren des Referenzpunktes mit dem Messsystem arbeiten und Positionswerte 

in das Maschinenkoordinatensystem übertragen. 

Maschinenkoordinatensystem 

X 

Aufmaß 

Werkstücklänge 

Aufmaß 

Spindel 

Fertigteil 

Z 

Maschinennullpunkt 

Rohteil 

Werkstücknullpunkt 

hinten 

© 159-03-00 

Futter- und 

Backenhöhe 

Rohteillänge 

nach: IFAO 

Bild 3: Maschinen- und Werkstücknullpunkt, Maschinenkoordinatensystem 

Das Bild 4 zeigt ein Beispiel für ein NC-Programm zum Einbringen zweier Bohrungen in eine Stahlplatte. 


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MNP 

Werkzeug 

15.742 R 

0 15 23 

Z 

Y 

X 

Spitzenwinkel: 

Seitenspanwinkel: 

Werkzeugaufnahme: 

Einstellmaß Z: 

0 

21 

14 

WNP 

Technologie-Stammdaten Werkzeugdatei 

IDENT-NR.: 15.742R 

Text: SPIRALBOHRER 

BOHRERTYP W 

ANSCHLIFF B 

MIT MITNEHMER 

130 Grad 

35 Grad 

MultiBore 2 

112.0 mm 

8,85 MM 

RECHTS 

NACH DIN 1412 

2 

1 

8,9 

Programm Nr. 768 

N10 G54 

T01 

(Verschiebung des Werkstücknullpunktes) 

Aufruf von Werkzeug Nr. 1) D01 (Korrekturwert für Werkz.) 

(Anfahren einer Vorposition, Sicherheitsabstand 1mm): 

N20 G00 X23 Y14 Z13 (Koordinatenwert) 

F50 (Vorschub 50mm/min) S800 (Drehfreq. d. Spindel in 1/min) 

N30 G01 (Arbeitsvorschub) Z-2 (Bohren bis Z = -2 mm) 

N40 G01 Z13 (Rückzugsbewegung des Bohrers) 

N50 G00 X15 Y21 

N60 G01 Z-2 

© 159-08-00 

N70 G01 Z13 

N80 G53 (Abwahl der Werkstücknullpunkt-Verschiebung) 

M30 (Programmende mit Rücksetzen) 

nach: F. Wagner 

Bild 4: Beispielprogramm 

1.3 Methoden der NC-Programmierung 

1.3.1 Manuelle Programmierung nach DIN 66025 

Es existieren derzeit vier grundsätzliche Methoden der NC-Programmerstellung (Bild 5). 

Bei der manuellen Programmierung (Bild 6) erstellt ein Programmierer ein Teileprogramm nach 

DIN 66025. Die Programmierung kann an der Maschine oder einem externen Programmierplatz 

erfolgen. 

Der Programmierer muss zunächst die Bauteilgeometrie aus der Fertigungszeichnung herauslesen 

und im Programmiersystem neu beschreiben. Dazu muss er sich das fertige dreidimensionale 

Bauteil vorstellen und die einzelnen zweidimensionalen Schnitte und Ansichten gedanklich einander 

zuordnen. Dieser Prozess stellt eine der Schwierigkeiten der manuellen Programmierung dar. 


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Methoden 

Manuell 

Maschinell 

Grafisch interaktiv 

% 

N0001G91G00X0Y0Z0 

S79 T01 M03 

. 

. 

N009 G01 X28214 Y19754 

. 

. 

N015 G00 

N016 M30 

PARTNO TEST 

. 

. 

L1 = LINE/0,0,10,0 

L2 = LINE/10,0,10,10 

. 

. 

GOLFT/L1,PAST,L2 

. 

. 

FINI 

grafische Werkstattprogrammierung 

NC-Programmierung 

mit CAD/CAM 

© 159-09-01 

nach: Grabowski 

Bild 5: Methoden der NC-Programmerstellung 

Zeichnung 

Spannmittelkartei 

Maschinen- 

Kartei 

Ermittlung der Maschine 

und der Arbeitsfolge 

Arbeitsplan 

Zerspanungsrichtwerte 

Programmablaufplan 

Werkzeugkartei 

Stückliste 

Festlegung der Werkstückspannung 

und Werkzeugwege 

Detaillierung des Arbeitsablaufs 

Bestimmung der Schnittwerte 

Programmablaufskizze 

Programmieranleitung 

Verschlüsselung der Arbeitsgänge 

zu Programmsätzen 

Programmliste 

Erstellen und Prüfen des 

Informationsträgers 

© 

159-10-00 

NC 

Programm 

(DIN 66025) 

Ablaufzeichnung 

Einrichteblatt 

Programmblatt 

Aufspannblatt 

Werkzeugplan 

Bild 6: Manuelle NC-Programmerstellung 


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Bei sehr komplexen Bauteilen, die häufig eine Programmierzeit von insgesamt mehr als 40 Stunden 

haben, kann der Zeitanteil für das Eindenken in das Bauteil bis zu 20% der gesamten Programmierzeit 

betragen. Die zeilenweise Neudefinition der bearbeitungsrelevanten Geometrie ohne 

die Möglichkeit einer Überprüfung der errechneten Geometriewerte ist eine Hauptursache für fehlerhafte 

NC-Programme. Simulationsabläufe anhand der erstellten Programme erleichtern zwar die 

Fehlersuche und verhindern Komplikationen bei der Programmerprobung, können aber die Verursachung 

von Fehlern nicht verhindern. 

1.3.2 Maschinelle (rechnergestützte) Programmierung 

Zur Erleichterung der Programmerstellung setzt sich mit dem Verfügbarwerden geeigneter Systeme 

in den letzten Jahren immer mehr die grafisch interaktive Programmierung durch. Die Definition 

des Roh- und Fertigteils erfolgt dabei im grafisch interaktiven Dialog oder durch Übernahme von 

Geometriedaten aus einem CAD-System. Ein wichtiger Schritt, nämlich die Übertragung der Teilegeometrie 

in die Bearbeitungsgeometrie, wird so vom System geleistet und entlastet den Bediener 

deutlich. 

Werkstattprogrammierung 

Der Begriff Werkstattprogrammierung umfasst alle Programmierverfahren, die in der Werkstatt 

durchgeführt werden. Darunter fallen CNC-interne aber auch CNC-externe Programmierverfahren 

in der Werkstatt. Die CNC-interne Programmierung erfolgt direkt an der Steuerung der CNC- 

Maschine in der Werkstatt. In Abhängigkeit von der CNC-Rechnerleistung besteht die Möglichkeit 

zur textuellen oder grafisch-interaktiven Programmeingabe. Die textuelle Programmeingabe ist mit 

der manuellen Programmierung vergleichbar. Das Steuerprogramm wird im Handeingabebetrieb 

über das Bedienfeld der Maschinensteuerung eingegeben. Moderne CNCs vereinfachen diese 

Programmierung bereits durch interaktive Bedienerführung und Eingabemasken. So können z.B. 

steuerungsspezifische Zyklen und Konturzüge aufgerufen werden. 

Die grafisch-interaktive Programmeingabe wird dabei als WOP (Werkstattorientierte Programmierung) 

bezeichnet. Nach H. B. Kief ist darunter "ein durchgängiges Konzept für die rechnergestützte, 

dialoggeführte und grafisch unterstützte Programmierung numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen“ 

zu verstehen [Kief, 1993]. Zur Ausstattung einer CNC-Steuerung mit WOP gehören 

u. a. eine interaktive Bedienerführung, ein Grafikbildschirm für die Eingabe-, Hilfs- und Simulationsgrafik 

sowie ein Bedienfeld mit Softkeys, die unterhalb des Bildschirms angeordnet sind und 

denen die Software verschiedene Funktionen zuweist. Der Programmiervorgang an einer CNC- 

Drehmaschine mit integrierter WOP sieht z. B. wie folgt aus: 


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1. Erstellung der Roh- und Fertigteilkontur, der Geometrie des Werkstücks, mit Hilfe der Zeichnung 

und der Eingabegrafik, 

2. Eingabe des Arbeitsablaufs, der Technologie mit Hilfe der Eingabe- und Hilfsgrafik, 

3. Darstellung der Werkzeuge und Simulation des Bearbeitungsablaufs. 

Im Gegensatz zur DIN-Programmierung werden bei der WOP nicht die Werkzeugbewegungen, 

sondern die Roh- und Fertigteilkontur programmiert. Erst im Anschluss daran erfolgt die Festlegung 

der Technologie. 

Die Ziele der werkstattorientierten Programmierung werden in [Kief, 1993] folgendermaßen definiert: 

1. gleiche Programmierung mit einheitlichen Dialogen für alle Fertigungstechnologien, 

2. getrennte Programmierung der Geometrie und Technologie, 

3. grafisch-dynamische Simulation des Bearbeitungsprozesses, 

4. gleiches Vorgehen bei der Programmerstellung und -änderung, 

5. gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Bildschirmmasken, 

6. Programmierung während der Bearbeitung, 

7. "fehlerfreie" Programme zur direkten Bearbeitung (kein Probelauf erforderlich), 

8. Ein- und Ausgabemöglichkeit der Quellprogramme, Grafiken, Arbeitspläne etc., 

9. Integration in ein CIM-Umfeld mit der Möglichkeit zur CAD-Datenübernahme. 

Als Vorteile der werkstattorientierten Programmierung werden von den Anwendern eine schnelle 

Reaktionsfähigkeit der Werkstatt, ein geringer Verwaltungsaufwand und eine Aufwertung des Arbeitsplatzes 

an der Maschine genannt. Zu den Schwachstellen der WOP gehört die derzeit sehr 

unterschiedliche Realisierung des Konzepts. Die mit einem WOP-System erstellten Steuerprogramme 

sind häufig auf anderen CNC-Maschinen nicht lauffähig. 

Neben der CNC-internen Programmierung existiert die Möglichkeit der Programmierung an einem 

externen CNC-Programmiergerät. Dieses maschinenspezifische, werkstattgeeignete Programmiergerät 

ist wie das CNC-Bedienfeld mit einer Symbol- und Funktionstastatur sowie grafischer 

Unterstützung ausgestattet und an den CNC-internen Rechner angeschlossen. Die Programmeingabe 

kann textuell oder grafisch-interaktiv erfolgen und hat den Vorteil, dass nicht stehend an 

der Maschine programmiert werden muss. 


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CAD-interne Programmierung 

Die heutigen Funktionen der CAD-Systeme umfassen alle Vorgänge zur rechnergestützten Herstellung 

von Werkstückzeichnungen, Stücklisten, Arbeitsplänen und Steuerinformationen für NCbzw. 

CNC-Werkzeugmaschinen. Mit Hilfe eines CAD-internen NC-Moduls können aus geometrischen, 

rechnerinternen Modellen direkt Teileprogramme für die Fertigung erzeugt werden. Das 

Vorgehen ist identisch mit der maschinellen grafisch-interaktiven Programmierung. Der Vorteil der 

CAD-internen Programmierung liegt in der Reduzierung der unternehmensinternen Schnittstellen. 

Generierte Steuerprogramme können der Fertigung direkt zur Verfügung gestellt werden. Dabei 

sind aber die hohen Arbeitsplatzkosten des CAD-Systems und die meist vorhandenen Kommunikationsprobleme 

zwischen Konstruktion und Fertigung zu beachten. 

CAD-CAM-Kopplung 

Die CAD-CAM-Kopplung ist die informationstechnische, rechnergestützte Verbindung zwischen 

dem CAD- und CAM-System. Sie hat die Rationalisierung des Informationsflusses von der Produktentwicklung 

bis zum fertigen Produkt als Ziel und wird auch als "CAE" (Computer Aided Engineering) 

bezeichnet. Ein wichtiger Aspekt der CAD-CAM-Kopplung besteht in der datentechnischen 

Verbindung zwischen dem CAD- und dem NC-Programmiersystem. Aufgabe dieser Verbindung 

ist die Übertragung von Geometriedaten und deren Umsetzung in NC-Programme für die 

Fertigung. Der Datentransfer muss so realisiert werden, dass kein Verlust und keine Verfälschung 

der CAD-Daten auftritt. Sie gewährleistet den Informationsaustausch miteinander kommunizierender 

Systeme oder Systemkomponenten durch die Definition fester Regeln und Bedingungen für 

den Datentransfer. Für die Kopplung von CAD- und NC-Programmiersystemen fungieren Schnittstellen 

somit als Übersetzerprogramme, die den Datenaustausch ermöglichen. Zu den standardisierten 

Schnittstellen auf dem Gebiet gehören: 

 

 

 

 

 

DXF (Drawing Interchange Format) zur Übertragung technischer Zeichnungen, 

IGES (Initial Grafics Exchange Specification) zur Übertragung von technischen Zeichnungen 

und Drahtmodellen, 

SET (Standard d´Echange et de Transfert) zur Übertragung geometrischer Daten, 

STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) zur Übertragung von geometrischen, 

technologischen und verwaltungstechnischen Daten, 

VDAFS (Verband der deutschen Automobilindustrie Flächenschnittstelle) zur Übertragung von 

beliebigen Freiformflächen. 


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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine CAD-CAM-Kopplung zu realisieren, die im Bild 7 gezeigt 

werden. 

CAD- 

System 

mit NC- 

Modul 

CAD- 

System 

mit NC- 

Modul 

CAD- 

System 

CADsystem 

CAD- 

System 

CAD- 

System 

Quellprogramm 

genormte 

Schnittstelle 

individuelle 

Schnittstelle 

NC-Programmiersystem 




CLDATA (DIN 66125) 

Postprozessoren 

Steuerprogramm (DIN 66025) 

Bild 7: Möglichkeiten der CAD-NC-Kopplung 

Programmerstellung mittels Programmiersprache 

Der Vollständigkeit halber soll an dieser Stelle noch die Möglichkeit erwähnt werden, ein NC- 

Programm mit Hilfe einer höheren Programmiersprache zu erstellen. Beispielhaft wäre an dieser 

Stelle EXAPT zu nennen, das eine Weiterentwicklung von APT darstellt: 

EXAPT - 

EXtended Subset of APT (erweiterte Untermenge der Programmiersprache APT), 

APT - Automatically Programmed Tool (selbsttätig programmiertes Werkzeug). 

Mit der Entwicklung von APT wurde 1955 in den USA begonnen, um Flugzeugteile mit komplizierten 

Formen rationell bearbeiten zu können. Das seit 1964 entwickelte Programmiersystem 

EXAPT ermöglicht im Gegensatz zu APT und den APT-ähnlichen Systemen umfangreiche technologische 

Ermittlungen. EXAPT ist ein modular aufgebautes Programmiersystem für alle NC- 

Bearbeitungen wie NC-Drehen, NC-Bohren, NC-Fräsen, NC-Nibbeln, NC-Brennschneiden und 

NC-Drahterodieren. BASIC-EXAPT, Grundbaustein des EXAPT-Systems, kann für alle NC- 

Programmieraufgaben eingesetzt werden. 


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Das Prinzip der maschinellen Programmierung mittels EXAPT ist in Bild 8 dargestellt. Durch entsprechende 

Konverter-Programme (Postprozessoren) kann auch hieraus das spezifische NC- 

Programm für die jeweilige Steuerung generiert werden. Mit Einführung der grafisch interaktiven 

Programmierung haben Programmiersysteme wie EXAPT an Bedeutung verloren. Im Gegensatz 

dazu hat – trotz immer leistungsfähigerer Systeme zur grafisch-interaktiven Programmierung – die 

manuelle Erstellung von Programmen noch nicht überall ihre Bedeutung verloren. In Bereichen, in 

denen die Programmerstellung einen großen Kostenfaktor der Produktion darstellt, z. B. in der 

Einzelteilfertigung, kann manuell nicht mehr wirtschaftlich programmiert werden. In der Massenfertigung, 

in der ein Programm für größte Stückzahlen über lange Zeiträume genutzt wird, ist der Anteil 

der Programmerstellung von untergeordneter Bedeutung. Hier bietet sich die manuelle Programmierung 

gegebenenfalls sogar an, da das spezifische Know-how von Programmierern unter 

Umständen höher optimierte NC-Programme liefert, als es durch die schematischen Algorithmen 

eines Programmiersystems möglich wäre. 

Bild 8: Prinzip der maschinellen Programmierung 


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1.4 Ausgewählte NC-Befehle 

Beispielhaft werden in der Folge einige NC-Befehle vorgestellt, deren Wegbedingungen auch im 

genormten Befehlsumfang enthalten sind. 

1.4.1 Gerade im Eilgang G00 

G00 N5 G97 X/U.. Z/W.. V100 I/A.. X20K.. T0505 F.. S.. M04 B.. M08 T.. M.. M41 

für Abwahl SRK 

Koordinaten des Zielpunktes 

im Bezugs- oder Kettenmaß 

M-Anweisungen 

Werkzeugaufruf 

B-Anweisungen 

Drehzahl oder 

Schnittgeschwindigkeit 

Vorschub, nur R-Achse 

Startpunkt 

U+ 

Z 

Zielpunkt 

W 

U 

W- 

Startpunkt 

U- 

W+ 

X 

Durch die G00-Anweisung wird das Werkzeug (Schneidenspitze) im Eilgang, d. h. mit größtmöglicher 

Geschwindigkeit, an den programmierten Zielpunkt gefahren. Die Werkzeugbahn wird von der 

CNC-Steuerung durch Geradeninterpolation ermittelt, d. h. der Verfahrweg verläuft in gerader Linie 

(kürzeste Verbindung zwischen Start- und Zielpunkt). Dabei überwacht die Steuerung die maximal 

zulässige Eilganggeschwindigkeit für jede Achse. Die Höhe der Eilganggeschwindigkeit lässt 

sich in den Maschinendaten der CNC-Steuerung verändern. Durch Eingabe der Adressen X und Z 

wird der Zielpunkt der Schneidenspitze programmiert. Die Adresse T (Werkzeugaufruf) sollte während 

einer G00-Bewegung nicht zum Schwenken auf eine andere Werkzeugstation verwendet 

werden, sondern lediglich zum Umschalten auf eine eventuell vorhandene zweite Werkzeugspitze 

(z. B. bei einem Einstechwerkzeug). Die G00-Anweisung bewirkt automatisch Genauhalt (G9). Bei 


Seite 16

G0 


Programmierung von G00 bleibt der (eventuell vorher) unter F programmierte Vorschub erhalten 

und wird z. B. mit G1 wieder wirksam. 

Beispiel: Programmzeile: G0 X20 Z2 M8 (M8=Kühlmittelein) 

X+ 

2 

Schneidenspitze 

20 

Zielpunkt 

1.4.2 Gerade im Vorschub G01 

G01 N5 X/U.. G97 Z/W.. V100A.. 

X20 D/R.. T0505 F.. E.. M04 S.. B.. M08 T.. M41 M.. 

Vorschub 

Übergangsfase 

Übergangsradius 

Winkelangabe 



M-Anweisungen 

Werkzeugaufruf 

B-Anweisung 

Drehzahl oder 


Vorschub Übergangselemente 


Seite 17


U 

Zielpunkt 

A 

Startpunkt 

X 

W 

Z 

Durch die G1-Anweisung wird das Werkzeug (Schneidenspitze) in Vorschubgeschwindigkeit an 

den programmierten Zielpunkt gefahren. Die Vorschubgeschwindigkeit wird mit F (FEED-RATE) 

programmiert – bei rotierender Hauptspindel in [mm/U] (siehe G95), bei stillgesetzter Hauptspindel 

in [mm/min] (siehe G94). Die Vorschubgeschwindigkeit F ist modal (selbsthaltend), d. h. wenn sie 

einmal programmiert wurde, bleibt sie solange wirksam, bis ein neues F programmiert wird. Die 

Werkzeugbahn wird von der CNC-Steuerung durch Geradeninterpolation ermittelt, d. h. der Verfahrweg 

verläuft in gerader Linie. Es können achsparallele und konisch verlaufende Bewegungen 

ausgeführt werden (siehe Beispiele). Mit den Adressen X und Z wird der Zielpunkt der 

Schneidenspitze im Bezugsmaß programmiert. Die Programmierung des Zielpunktes im Kettenmaß 

geschieht mit den Adressen U und W. 

Beispiel: Programmzeile: G1 Z-15 F0.2 (Vorschub 0.2 mm/U) 

Zielpunkt 

X+ 

G1 

Schneidenspitze 

20 

W Z+ 

15 

Achsparallele Bewegung 

Programm mit G0: G0 X20 Z2; G1 Z-15 F0.2; G1 X40 Z-25 


Seite 18


Zielpunkt 

X+ 

40 

G1 

20 

W Z+ 

15 

25 

Konische Bewegung 

1.4.3 Kreisbogen G02/G03 

G02/ X/U.. Z/W.. I.. K.. D/C.. H.. F.. E.. S.. B.. M.. 

G03 

P.. Q.. 

N5 G97 V100R.. 

X20 T0505 M04 M08 M41 

B-Anweisung 

Drehzahl oder 


Vorschub Übergangselemente 

Vorschub 

Schnittpunktangabe 

Übergangsfase 

Übergangsradius 

M-Anweisungen 

Kreismittelpunktangabe 

(I/K = Kettenmaß, P/Q = Bezugsmaß, R = Radius) 




Seite 19


I+ 

R 

K 

I 

Startpunkt 

X 

K- 

K+ 

I- 

Z 

P+ 

Q 

X 

P 

Q- 

Q+ 

P- 

Z 


Seite 20


TEIL 2: FERTIGUNGSTECHNIK 

2 Einführung in die Zerspanungstechnologie 

2.1 Grundlagen zum Drehen 

Drehen ist ein spanabhebendes Verfahren mit rotatorischer Hauptbewegung (Schnittbewegung). 

Beim Drehen rotiert das Werkstück, während das Werkzeug die Vorschubbewegung ausführt. 

Nach DIN 8589 Teil 1 wird das Drehen nach den Ordnungsgesichtspunkten erzeugte Oberfläche, 

Werkzeugform und Kinematik des Zerspanvorgangs unterteilt. 

Die Orientierung des Schneidteils zum Werkstück hängt davon ab, ob die Vorschubrichtung parallel 

(Längsdrehen) oder senkrecht zur Werkzeugachse (Plandrehen) liegt (Bild 1). 

© 343-75-00 

Bild 1: Bewegungen und Schnittgrößen beim Drehen 

Die Verfahren Plan- und Längsdrehen unterscheiden sich hinsichtlich der Zerspankräfte durch die 

vertauschten Richtungsvektoren der Passivkraft F p und der Vorschubkraft F f . Die Schnittkraft F c 

liegt stets senkrecht auf der Werkzeugbezugsebene P r (Zeichnungsebene). 

Zerspankräfte werden sowohl durch das Werkzeug wie auch durch das Werkstück in der Aufspannung 

aufgenommen. Abhängig von der jeweiligen Anordnung existieren für das Werkstück 

unterschiedliche Spannprinzipien (Bild 2). 


Seite 21


Spannprinzipien für rotationssymmetrische Werkstücke 

1 fliegend 

1.1 2.1 

2 zwischen Spitzen 

l 

l w 

ohne Querkraft 

Kraft von außen nach innen 

1.2 

Kraft von innen nach außen 

1.3 

2.2 

Mitnahme über Drehherz 

zusätzliche Abstützung mit 

Lünette 

2.3 

2.4 

F n 

Stirnmitnehmer 

l w 

ohne Querkraft mit Querkraft 

Axialkraft gegen 

Referenzfläche 

l 

Selbsttätiger Mitnehmer 

© 

344-28-00 

Bild 2: Spannprinzipien beim Drehen 

Für das Plandrehen existieren zwei unterschiedliche Varianten. Dabei wird entweder die Schnittgeschwindigkeit 

v c oder die Werkstückdrehzahl n konstant gehalten. Beim Plandrehen mit konstanter 

Drehzahl fällt die Schnittgeschwindigkeit zur Rotationsachse hin ab. Bei der Variante mit 

konstanter Schnittgeschwindigkeit steigen Werkstückdrehzahl n und Vorschubgeschwindigkeit v f 

mit abnehmenden Radius bis zur Drehzahlgrenze an (Bild 3). 


Seite 22

d i 

a 


r 

r 

n = konst. 

v = v 

c 

c, max 

konst. 

d 

v (r) c 

n (r) 

v c, min 

v , n 

c 

n min 

v , n c 

© 

344-21-00 

v c, max 

n max 

v (r) = n (r) · f 

Bild 3: 

Verlauf von Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl über Werkstückradius (Plandrehen) 

2.2 Orthogonaler Zerspanprozess mit geometrisch bestimmten Werkzeug 

Bei einem orthogonalen Prozess spannen Schneide, Schnittgeschwindigkeit und Zustellung ein 

rechtwinkliges Koordinatensystem auf (Bild 4). Die Hauptschneide ist identisch mit dem Wirkprofil. 

Nebenschneiden existieren beim orthogonalen Zerspanprozess nicht. Schnittgeschwindigkeit v c (x- 

Achse) und Zustellung h D1 (y-Achse) stehen senkrecht auf der Schneidkante (z-Achse) 


Seite 23


positiver Spanwinkel > 0 

y 

h D2 

y 

Werkzeug 

b D2 

b D1 

Wirkprofil WP 

bildet sich ab = 

Schneidprofil SP 

h D1 

Metall > 0 

x 

z 

Werkstück 

Spanwinkel = 0 

h D2 

Spanfläche 

v c 

h D1 

 

Freifläche 

 

negativer Spanwinkel 

< 0 

 

 

h D1 

 

stark positiver Spanwinkel 

>> 0 

y 

 

Auffederung 

infolge Elastizität 

© 343-18-00 

Holz 

x 

nach Saljé 

Bild 4: Spanen im Orthogonalprozess 

Der Schneidkeil dringt mit der Schnittgeschwindigkeit v c in den Werkstückstoff ein. Während des 

Spanbildungsvorgangs wird der Werkstückstoff in der Trennebene zunächst elastisch und anschließend 

plastisch bis hin zum vollständigen Fließen verformt. Der so verformte Werkstückstoff 

gleitet über der Spanfläche des Schneidkeils ab und bildet sich dabei zu einem Span aus. 

Bei allen spanabhebenden Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide werden die 

Prozesskenngrößen (Spanbildung, Zerspankraft, Schneidenverschleiß und Arbeitsergebnis) we- 


Seite 24


sentlich durch die Geometrie des Schneidkeils beeinflusst. Beim Orthogonalprozess beschreiben 

der Freiwinkel und der Keilwinkel die Lage des Werkstückes zur Schneide. Keil-, Frei- und 

Spanwinkel ergänzen sich stets zu einem rechten Winkel, wobei der Spanwinkel positiv oder negativ 

eingestellt werden kann. Die Größe des Spanwinkels beeinflusst die Stabilität des Schneidkeils. 

Stark positive Spanwinkel können infolge erhöhter Schneidkeilschwächung zum Bruch des 

Werkzeuges führen. Als Vorteile eines positiven Spanwinkels sind geringere Zerspankräfte und 

bessere Werkstückoberflächen zu nennen. 

Das Werkstück kann beim Eindringen des Schneidkeils je nach E-Modul und Abmessung ausweichen 

und zurückfedern. Der Span läuft bedingt durch Stauchen, Deformieren und Brechen 

(instationärer Vorgang) diskontinuierlich auf der Spanfläche. Für das folgende Beispiel (Bild 5) wird 

vereinfachend angenommen, dass der Zerspanvorgang kontinuierlich abläuft (stationärer Vorgang) 

und ein Orthogonalprozess vorliegt. 

v 

v c 

v f 

z 

z 

v f 

 

x 

v c 

z 

 

 

a=b 

p 

D1 

h D1 = f r = 90° 

v f 

Werkzeug- 

Hauptschneide 

x 

nach Saljé © 343-19-00 

Bild 5: Beispiel zum angenäherten Orthogonalprozeß: Abdrehen eines Rohres 

v f n h n 

f 

D1 

A f a h b 

v 

D p D1 D1 

c 

 

Dn 


Seite 25


2.3 Der Zerspanvorgang 

Beim Zerspanungsvorgang lässt sich die Spanentstehungsstelle in fünf Bereiche (a - e) aufteilen 

(Bild 6). Der Strukturverlauf im Werkstück (Bereich a) geht durch einfaches Scheren entlang der 

Scherebene in den Strukturverlauf des Spans (Bereich b) über. Bei der Zerspanung spröder Werkstoffe 

führt bereits eine geringe Verformung in der Scherebene zur Werkstofftrennung. Bei zäheren 

Werkstoffen erfolgt die Trennung unmittelbar vor der Schneidkante im Bereich e. Die Zugbelastung 

der Werkstückfasern unter gleichzeitig senkrecht wirkendem Druck und den hohen Zerspanungstemperaturen 

führen zu starken Verformungen des Werkstoffes auf der Schnittfläche und entlang 

der Spanfläche. 

© 

343-11-00 

nach: König 

Bild 6: Die Spanentstehungsstelle 

2.3.1 Spanarten 

Die Spanart (Bild 7) wird bestimmt durch die Vorgänge in der Spanentstehungsstelle. Sie ist abhängig 

vom Werkstückstoff, den Schnittbedingungen, insbesondere von der Schnittgeschwindigkeit 

und der Spanungsdicke, der geometrischen Gestalt des Schneidkeils und der Lage des 

Schneidkeils relativ zum Werkstück. Man unterscheidet: Reißspan, Scherspan, Wellenspan, Fließspan 

und Kontinuusspan. 


Seite 26


 

 

 

 

Reißspäne entstehen bei der Zerspanung von spröden Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge. 

Die Späne werden nicht exakt abgetrennt, sondern aus der Werkstückoberfläche 

(Schnittfläche) gerissen. Die Werkstückoberfläche weist kleine Ausbrüche auf und ist entsprechend 

rau. 

Scherspäne entstehen bei der Zerspanung von spröden Werkstoffen oder bei Werkstoffen bei 

denen der Zerspanvorgang eine Versprödung im Gefüge hervorruft. Ihre Form erhalten sie 

durch Spanteile, die in der Scherebene aufgetrennt und wieder zusammengeschweißt werden. 

Wellenspäne entstehen bei der Zerspanung von Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge 

oder bei schwankenden Zerspanungsbedingungen (z.B. infolge von Schwingungen). 

Fließspäne entstehen bei der Zerspanung von Werkstoffen mit guten Verformungseigenschaften 

und homogenem Gefüge. 

© 

343-23-00 

Reißspan Scherspan Wellenspan Fließspan Kontinuusspan 

Bild 7: 

Spanarten 

2.3.2 Spanformen 

Neben den Spanarten unterscheidet man Spanformen (Bild 8). Die Spanformen beschreiben die 

Gestalt des Spanes und sind abhängig von des Schnittbedingungen und den Eigenschaften des 

Werkstückstoffs. Die Spanformen werden unterteilt in: Bröckelspäne, Wendelspäne, Spiralspäne, 

Bandspäne, Wirrspäne und Spanlocken. 


Seite 27


Verformungsgrad des Werkstückstoffes 

© 

Bandspäne 

343-22-00 

zyl. Wendelspäne 

Wirrspäne 

Lange Späne 

Spanlocken 

ungünstige Spanformen 

Spiral- (-Wendel) Späne 

Bröckelspäne 

Scherfestigkeit des Werkstückstoffes 

Kurze (gebrochene) Späne 

günstige Spanformen 

Bild 8: Spanformen 

Für einen störungsfreien Zerspanvorgang, insbesondere bei Automaten und NC-Drehmaschinen 

und zum Schutz des Maschinenbedieners ist eine günstige Spanbildung von großer Bedeutung. 

Üblicherweise werden möglichst kurze Späne angestrebt. Bei Wendelspänen besteht darüber hinaus 

die Gefahr, dass der rücklaufende Span die Schnittfläche beschädigt. 

Um die Späne möglichst kurz zu halten, haben sich in der Praxis Spanformer, Spanbrecher oder 

Spanstufen durchgesetzt. Dabei wird der Span soweit gekrümmt, dass er infolge Versprödung 

bricht. Spanstufen können auf den Schneidkörper aufgeklemmt oder aufgelötet werden. Häufiger 

werden heute jedoch Wendeschneidplatten mit eingeformten oder auch eingeschliffenen Spanleitstufen 

verwendet (Bild 9). 


Seite 28


© 

343-12-00 

nach: Sandvik 

Bild 9: Wendeschneidplatten mit eingeformter Spanleitstufe 

Von den Werkzeugherstellern werden „Spanpläne“ mitgeliefert, die für jeden Wendeschneidplattentyp 

unterschiedlich sein können (Bild 10). Mit Hilfe des Spanplanes können die Schnittwerte 

bereits in der Arbeitsvorbereitung so festgelegt werden, dass beim Bearbeitungsvorgang ein kontrollierter 

Spanbruch gewährleistet wird. Ein Spanplan zeigt den Zusammenhang zwischen der 

Schnittiefe a p und der Spanungsdicke h D in seiner Wirkung auf die entstehende Spanform. Es 

muss jedoch berücksichtigt werden, dass während des Prozesses die Werkzeugschneide verschleißt 

und sich dabei die Schnittbedingungen, also auch die Spanformen ändern. 

1,0 

mm 

0,8 

0,7 

Bröckelspäne 

Spanungsdicke h D 

0,6 

0,5 

0,4 

0,3 

0,2 

Bandspäne 

Bereich günstiger Spanformen 

Wirrspäne 

lange zyl. 

Wendelspäne 

0,1 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 mm 

Spantiefe a p 

© 342-95-00 

10 

11 

Bild 10: Spanformenempfehlung für Werkzeuge mit eingeformter Spanleitstufe (schematisch) 


Seite 29


2.4 Dreidimensionaler Zerspanprozeß mit geometrisch bestimmtem Werkzeug 

2.4.1 Bezugssysteme zur Festlegung der Werkzeuggeometrie 

Begriffe und Bezeichnungen an spanabhebenden Werkzeugen sind im Normblatt DIN 6581 festgelegt 

(Bild 12). 

Schaft 

Spanfläche 

Nebenschneide 

Freiflächenfase der 

Nebenschneide 

Nebenfreifläche 

Schneidenecke 

mit Eckenrundung 

Hauptfreifläche 

Hauptschneide 

Spanflächen der 

Hauptschneide 

Freiflächenfase der 

Hauptschneide 

Vorschubrichtung 

Werkzeug- 

Schneidenebene 

P S 

angenommene 

Schnittrichtung 

P o 

Werkzeug- 

Orthogonalebene 

betrachteter 

Schneidenpunkt 

© 338-60-00 

P r 

Werkzeug-Bezugsebene, 

senkrecht zur angenommenen 

Schnittrichtung und parallel zur 

Auflageebene 

Bild 11: Werkzeugbezugssystem am Drehmeißel nach DIN 6581 

 

 

 

Der Schneidkeil ist derjenige Teil des Werkzeuges, an dem durch Relativbewegungen zwischen 

Werkzeug und Werkstück der Span entsteht. 

Die Durchdringungslinien der den Schneidkeil begrenzenden Flächen sind die Schneiden. 

Der Schneidteil ist der wirksame Teil des Werkzeuges, an dem sich die Schneidkeile mit den 

Schneiden befinden. 


Seite 30


 

 

 

 

 

 

 

 

Die Spanfläche ist die Fläche am Schneidkeil, auf der der Span abläuft. 

Die Freifläche ist die Fläche am Schneidkeil, die der entstehenden Werkstückoberfläche zugekehrt 

ist. 

Die Hauptschneide ist die Schneide, deren Schneidkeil bei Betrachtung in der Arbeitsebene in 

Vorschubrichtung weist. 

Die Arbeitsebene ist eine „gedachte“ Ebene, die durch den Schnittrichtungsvektor und den 

Vektor der Vorschubrichtung aufgespannt wird. 

Die Schneidenecke ist diejenige Ecke des Schneidteils, an der eine Haupt- und eine Nebenschneide 

mit gemeinsamer Spanfläche zusammentreffen. Der Eckenradius wird mit r bezeichnet. 

Der Werkzeug-Neigungswinkel ist der Winkel zwischen der Hauptschneide und der Werkzeug-Bezugsebene 

P r , gemessen in der Werkzeug-Schneidenebene P s . liegt immer so, daß 

seine Spitze zur Schneidenecke hinweist und ist positiv, wenn die Schneidenecke gegenüber 

den anderen Schneidenpunkten in Schnittrichtung vorauseilt. 

Der Werkzeug-Einstellwinkel r ist der Winkel zwischen der Werkzeug-Schneidenebene P s 

und der Arbeitsebene P f , gemessen in der Werkzeug-Bezugsebene P r. r liegt immer so, daß 

seine Spitze zur Schneidenecke hinweist und ist stets positiv. 

Der Eckenwinkel r ist der Winkel zwischen zusammengehörigen Haupt- und Nebenschneiden, 

gemessen in der Werkzeug-Bezugsebene. 

2.4.2 Zerspankraftkomponenten beim dreidimensionalen Zerspanprozeß 

F 

Zerspankraft 

F = F c + F f + F p 

auf den Schneidkeil wirkende Gesamtkraft 

F a Aktivkraft Projektion der Zerspankraft auf die Arbeitsebene P f 

F c Schnittkraft leistungsverzehrend 

F f Vorschubkraft leistungsverzehrend 

F p Passivkraft Passivkraft nimmt mit r zu (Gefahr von Ratterschwingungen) 


Seite 31


Werkstück 

Passivkraft 

Vorschubkraft 

F p 

Werkzeug 

Schnittkraft 

F f 

Aktivkraft 

Arbeitsebene P f 

F c 

F a 

Zerspankraft 

F 

© 343-20-00 

Bild 13: Zerspankraftkomponenten und Arbeitsebene P f beim Längsdrehen 

Die Zerspankraft (Bild 13) ist ein wichtiger Beurteilungsmaßstab für die Zerspanbarkeit von Werkstoffen. 

Im Allgemeinen steigen die Zerspankräfte bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren 

Werkstoffen. Neben den Werkstoffeigenschaften ist die Zerspankraft auch von weiteren Faktoren 

abhängig. Die Schnittbedingungen und die Schneidteilgeometrie sind hier als wesentliche Einflussgrößen 

zu nennen. 

2.4.3 Schnittenergie, Schnittleistung, Zeitspanungsvolumen, spezifische Schnittkraft 

Für die Auslegung von Fertigungsprozessen oder die Dimensionierung von Werkzeugmaschinen 

wird die Wirkleistung P e herangezogen. Sie ergibt sich aus den Zerspankraftkomponenten und 

den in ihrer Richtung wirkenden Geschwindigkeitskomponenten: 

P e = F c v c + F f v f 

Da die Vorschubgeschwindigkeit in der Regel sehr viel kleiner ist als die Schnittgeschwindigkeit 

kann in den meisten Fällen die Vorschubkomponente vernachlässigt werden: 

P e P c = F c v c 

Die Schnittenergie E c ergibt sich zu: 

E c = P c t c 

mit t c = Schnittzeit 

Das Zeitspanungsvolumen Q W ist das in der Schnittzeit t c abgespante Werkstoffvolumen V W : 

Q 

W 

 

V 

t 

W 

c 

 

 

 

mm 

s 

3 

 

 

 

Für das Drehen ergibt sich: 


Seite 32


Q W = A D v c =a p f v c = b D h D v c 

V W = f a p v c t c = Q W t c = A D v c t c 

Die spezifische Schnittkraft k c ist die auf den Spanungsquerschnitt bezogene Schnittkraft: 

k 

c 

 

F 

A 

c 

D 

 

Fc 

a f 

p 

Fc 

 

b h 

D 

D 

Schnittenergie 

 

Spanvolumen 

Schnittleistung 

Zeitspanungsvolumen 

h 

D 

 

f 

sin 

r 

b 

D 

 

a 

p 

sin 

r 

z 

Werkstück 

x 

b D1 

r 

re = 0° 

R t f² / 8r 

 

a p 

D 

A D 

r 

h D1 

Schneidteil 

v f 

f 

© 342-91-00 

Bild 14: Schnitt und Spanungsgrößen beim Drehen 

Die spezifische Schnittkraft k c1.1 ist der Hauptwert der spezifischen Schnittkraft k c . Sie gibt die 

Schnittkraft an, die zum Abspanen eines Spans der Spanungsbreite b D = 1 mm und der Spanungsdicke 

h D = 1 mm erforderlich ist. Der Exponent m ist der Steigungsfaktor der Geraden 

k c = f(h D ) im doppeltlogarithmischen Diagramm. Die Zusammenhänge zwischen diesen Größen 

wurden erstmalig durch O. Kienzle beschrieben: 

k k h D 

c 

c11 

. 

m 


Seite 33


damit ist: 

F k b h D 

c c11 

. D 

1m 

Hauptwert und Steigungsfaktor der spezifischen Schnittkraft können nur mit Einschränkung als 

Werkstoffkenngrößen angesehen werden. Die Gleichung von Kienzle erfasst nicht den Einfluss der 

Geometrie des Schneidkeils, der Schnittgeschwindigkeit und der Nebenschneide auf die spezifische 

Schnittkraft. 

Aus Tabelle 1 wird deutlich, dass die spezifische Schnittkraft k c und der Hauptwert der spezifischen 

Schnittkraft k c1.1 abhängig von den Schnittbedingungen, jedoch unabhängig von der Festigkeit 

des Werkstoffes sind. 

Werkstoff 

B 

k c1.1 

k c [N/mm²] für h D [mm] k c1.1 / B m 

[N/mm²] 

[N/mm²] 

0,06 0,1 0,25 0,4 

St 50.11 520 1990 4200 3610 2830 2500 3,7 0,26 

Ck 45 670 2220 3240 3040 2660 2500 3,3 0,14 

16MnCr5 770 2100 4350 3830 3020 2660 2,7 0,26 

42CrMo4 730 2500 5000 4500 4000 3550 3,4 0,26 

Tabelle 1: Vergleich einiger Werkstoffkennwerte; Schnittbedingungen v c = 2 m/s, = 6° 

2.4.4 Wärmebeanspruchung des Schneidteils 

Verformungs- und Reibungsvorgänge wandeln den größten Teil aufgewendeter mechanischer 

Energie ( Schnittenergie E c ) in Wärme um. Der größte Teil der Wärme wird vom Span abgeführt 

(Bild 15). Der Hauptteil der mechanischen Energie wird unmittelbar in der Scherzone umgesetzt. 

Die an den einzelnen Entstehungstellen anfallenden Wärmemengen werden durch Wärmeleitung, 

Strahlung und Konvektion an die Umgebung abgeführt. Als Folge bilden sich im Werkstück und im 

Werkzeug Temperaturfelder aus, die sich bei der Zerspanung orts- und zeitabhängig solange verändern 

bis sich ein Gleichgewicht einstellt (stationärer Zustand). 

Bei zähen Werkstückstoffen wird die höchste Temperatur in der Regel hinter der Schneidkante 

gemessen. Der Span reibt auf der Spanfläche (erhöhte Kolkverschleißneigung). Bei spröden 


Seite 34


Werkstückstoffen wird die höchste Temperatur in der Regel unmittelbar an der Schneidkante gemessen. 

Der Span bricht an der Schneidkante (erhöhte Freiflächenverschleißneigung). 

Werkstück 

5 % 

2 % 

18 % 

75 % 

380 °C 

130 

80 

500 

30 

300 310 

400 

650 700 600 

450 

500 

Span 

© 339-47-00 

nach Kronberg und Vieregge 

600 

Werkzeug 

Bild 15: Wärme- und Temperaturverteilung in Werkstück, Span und Werkzeug 

2.5 Schneidstoffauswahl 

Schneidstoffe haben die Aufgabe, Werkstoffe zu trennen. Dabei treten sie unmittelbar mit dem 

Werkstoff in Kontakt, schließen den Kraftfluss zwischen Maschine und Werkstück und übertragen 

somit die Prozesskräfte. Trennvorgängen liegen in der Regel Verformungs-, Reibungs-, Bruch- und 

Rissfortpflanzungsvorgänge zugrunde. Die damit einhergehenden Begleiterscheinungen wie innere 

Spannungen, hohe Prozesstemperaturen und chemische Reaktionen bilden zusammen mit der 

verfahrensspezifischen Kinematik und den Eingriffsverhältnissen für jeden Anwendungsfall ein 

spezielles Belastungskollektiv und legen damit ein Anforderungsprofil für einen Schneidstoff fest. 

Neben den geforderten mechanisch-physikalischen und chemischen Eigenschaften sind die Anforderungen 

an die Schneidteilgeometrie, die durch Bearbeitungsqualität und Schnittkräfte gegeben 

sind, für die Schneidstoffauswahl von großer Bedeutung. 

Interessierende Eigenschaften von Schneidstoffen sind u.a.: Härte und Druckfestigkeit, Biegefestigkeit 

und Zähigkeit, Kantenfestigkeit, Bindefestigkeit (innere), Warmfestigkeit, Zunderbeständigkeit, 

Diffusions- und Klebeneigung gegenüber Werkstückstoff, Wärmeleitfähigkeit, Wärmedehnung, 

Elastizitätsmodul. 

Gebräuchliche Schneidstoffe für die spanende Bearbeitung sind: Werkzeugstähle, Schnellarbeitsstähle, 

Stellite bzw. Hartlegierungen, Hartmetalle, Cermets, Sinteroxide wie kubisches Bornitrid, 

natürliche und künstliche Diamanten, polykristalline Diamanten. Bild 16 zeigt die Einteilung der 

Schneidstoffe für die Zerspanung mit definierter Schneide. 


Seite 35


Bild 16: Einteilung der Schneidstoffe für die Zerspanung mit definierter Schneide 

Zwei wichtige Eigenschaften der Schneidstoffe, Verschleißfestigkeit (Warmhärte) und Zähigkeit, 

sind gegenläufig, d.h. es besteht eine umgekehrt proportionale Abhängigkeit dieser beiden Haupteigenschaften. 

Ein „idealer Schneidstoff“ vereint jedoch höchste Warmfestigkeit mit höchster Zähigkeit 

und ist chemisch inert gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstückstoff. Durch Verbundwerkstoffe 

versucht man seit einigen Jahren, sich dem „idealen Schneidstoff“ zu nähern. Auf zähe 

Grundkörper werden verschleißfeste Schichten (z.B. Titankarbid TiC und Titannitrid TiN) aufgebracht. 

Dieses Prinzip wurde zunächst mit Erfolg bei Hartmetall angewendet. Durch eine stetige 

Weiterentwicklung der Beschichtungsverfahren lassen sich heute auch Schnellarbeitsstähle problemlos 

beschichten. 

Wie die beschichteten Schneidstoffe, gewinnen auch andere nichtmetallische Schneidstoffe wie 

Cermets, Keramik, polykristallines Bornitrid (PKB) und polykristalliner Diamant (PKD) zunehmend 

an Bedeutung. Keramische Schneidstoffe und Cermets zeichnen sich gegenüber metallischen 

Schneidstoffen insbesondere durch größere Warmhärte aus. Mit ihnen sind daher grundsätzlich 

höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich (Bild 17). 

Aufgrund ihrer hohen Härte und Sprödigkeit ist für einen wirtschaftlichen Einsatz der bei Schlagund 

Stoßbeanspruchung zu Ausbrüchen neigenden nichtmetallischen Schneidstoffe, eine besondere 

Abstimmung auf die Bearbeitungsaufgabe erforderlich, insbesondere eine Anpassung der 

Schneidkeilgeometrie (große Keilwinkel, z. T. negative Spanwinkel). 


Seite 36


Bild 17: Schneidstoffspezifische Schnittgeschwindigkeitsbereiche 

Eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit mit nichtmetallischen hochharten Schneidstoffen wird in erster 

Linie durch Erhöhung der Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit erreicht. Hierdurch ergibt sich 

eine Verkürzung der Hauptzeiten. Unter Beibehaltung konventioneller Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten 

kann durch die höhere Standzeit dieser Schneidstoffe eine wesentliche Einsparung 

an Nebenzeiten erzielt werden. 

Neben dieser theoretischen Betrachtung spielen bei der Schneidstoffauswahl in der Praxis noch 

andere Faktoren eine entscheidende Rolle. Grundsätzlich ist bei der Auswahl eines Schneidstoffes 

eine entsprechende Prozeßsicherheit zu gewährleisten, mit der sich reproduzierbare Arbeitsergebnisse 

erreichen lassen. Dies gilt um so mehr, wenn die Fertigung automatisiert erfolgt. Als 

Grundregel gilt, abrasiver Verschleiß ist risikoärmer als Ausbrüche oder Schneidenbruch, da diese 

stochastisch auftreten. Die Bruchsicherheit ist daher im Gesamtgefüge der Anforderungen einer 

hochautomatisierten Fertigung an Schneidstoffe und Werkzeuge die wichtigste Eigenschaft. 

DIN/ISO 513 nimmt eine grobe Zuordnung von Anwendungsgebieten zu den einzelnen Schneidstoffen 

vor und legt eine normierte, klassifizierende Kurzbezeichnung für die verschiedenen 

Schneidstoffgruppen fest (Bild 18). Die bisher von den Hartmetallen und der Norm DIN 4990 bekannten 

Zerspanungshauptgruppen werden um die Werkstoffgruppen N, S und H erweitert. Die 

Schneidstoffbezeichnung kennzeichnet die Art und seine Hauptanwendung. 


Seite 37


Bild 18: Normkurzbezeichnung und Anwendungsgebiete der Schneidstoffe nach DIN/ISO 

513 

2.6 Ermittlung optimaler Schnittbedingungen 

Neben den Maßnahmen zur konstruktiven Optimierung von Werkzeugen ist es erforderlich, die 

Schnittwerte zu optimieren. Eine wichtige Einflussgröße ist dabei die Schnittgeschwindigkeit, die 

im Wesentlichen die Standzeit der Werkzeuge beeinflusst. Je höher die Schnittgeschwindigkeit v c , 

desto geringer ist in der Regel die Standzeit T. In einer doppeltlogarithmischen Darstellung von T 

über v c ergibt sich näherungsweise eine Gerade (Bild 19). Die Abhängigkeit der Standzeit von der 


Seite 38


Schnittgeschwindigkeit kann mathematisch durch folgende Gleichung beschrieben werden (nach 

Taylor): 

T = C . v -m c 

Hierbei ist m = tan, die Steigung der Standzeitgeraden. In der Praxis liegt m in der Größenordnung 

von 3,5 ... 5. C ist der Koeffizient der Standzeitgeraden. 

log t 

log T 

log v c 

log v c 

Bild 19: Logarithmische T-v c -Darstellung 

Für das Drehens ergibt sich: Mit geringerer Standzeit erhöhen sich die Werkzeugkosten K wz . 

Gleichzeitig verringern sich mit steigender Schnittgeschwindigkeit die zeitproportionalen Kosten. 

Die Fertigungseinzelkosten K E , die durch die Herstellung eines einzelnen Bauteiles anfallen, sind 

die Summe aus zeitproportionalen- und Werkzeugkosten (Bild 20). 

K [DM/Stk] 

E 

Bereich kostengünstiger 

Schnittgeschwindigkeiten 

Fertigungskosten 

K min 

E 

anteilige 

Werkzeugkosten 

Hauptzeitkostenanteil 

v c 

opt, K 

Fixkostenanteil 

v c [m/min] 

Bild 20: Fertigungseinzelkosten K E in Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeit v c [nach 

Saljé] 

Durch die gegenläufigen Einflüsse der Kostenanteile weist die Summenkurve ein Minimum auf. Bei 

der dazugehörigen Schnittgeschwindigkeit wird somit mit minimalen Kosten gefertigt. 

Ermittlung der kostenoptimalen Schnittgeschwindigkeit v c [K E =>min] für den Fall des Drehens eines 

Bolzens. Es gilt: 


Seite 39


K E = t c . k MH + K WZ /m T 

t c = V W /Q W 

k MH 

K WZ 

m T = T/t c 

Bearbeitungszeit 

Maschinenstundensatz 

Werkzeugkosten 

Standmenge 

K 

E 

V 

Q k K t w 

c 

 

MH wz 

T 

w 

Q W = A D . v c 

Zeitspanungsvolumen 

K 

E 

V 

 

w 

k 

A 

D 

MH 

v 

K 

V 

1 wz w k 

1 

c 

vc 

C AD 

Das Kostenminimum ergibt sich für K E /v c = 0. Nach entsprechender Ableitung folgt die kostenoptimale 


v 

c 

 

K 

E 

min 

 

 

 

 

 

 

k 1 

K 

C k 

MH 

wz 

1 

k 

 

 

 

Ebenso kann die Standzeit T sowohl nach Kosten (T OK ) als auch nach Zeit (T OT ) optimiert werden. 

Es ergibt sich (ohne Herleitung): 

K 

T k t 

 

OK 

w 

k 

wz 

1 kostenoptimale Standzeit 

MH 

 

 

 

T k1 t 

zeitoptimale Standzeit 

OT 

w 

2.7 Werkzeugverschleiß 

Im Laufe der Zerspanung ändert der Schneidteil verschleißbedingt ständig seine Gestalt. Wichtige 

Einflussgrößen ändern sich mit der Zeit bzw. sind Funktionen der Zeit. Daher ist jeder Zerspanungsvorgang, 

auch wenn es zunächst häufig nicht danach aussieht, instationär. 

2.7.1 Verschleißursachen 

Unter dem Sammelbegriff „Werkzeugverschleiß“ lassen sich folgende Verschleißursachen aufzählen: 

Umformung der Schneidkante, Abrieb, Abscheren von Verklebungen und Verschweißungen 

zwischen Werkstoff und Schneidstoff, Diffusionsvorgänge, Verzunderung des Schneid- 


Seite 40


stoffes und Ausbrüche. Die Verschleißursachen sind bedingt durch mechanische, thermische, 

chemische und elektrische Störgrößen, durch hohe örtliche Pressungen (bis 2500 N/mm²) und 

hohe Temperaturen (bis 1700 K). Zwischen Werkzeugschneide und Werkstück bestehen dabei 

hohe Relativgeschwindigkeiten. Grundsätzlich „erliegt“ daher jedes Werkzeug nach einer bestimmten 

Schnittzeit. Das Erliegen kann sich durch stetiges Verschleißwachstum ankündigen (systematischer 

bzw. kontinuierlicher Vorgang) oder plötzlich erfolgen, wie z.B. bei Schneidenbruch (stochastisch). 

Abhängig vom Erliegekriterium wird eine begrenzte Standzeit definiert. 

Einzelursachen des Verschleißes: 

Mechanischer Abrieb: hohe örtliche Pressung und Temperatur unter Gleitbewegung; bei sinkender 

Warmhärte wird Werkzeugstoff leichter abgetragen. Im Verschleißgebiet entstehen große 

Rauhtiefen, z.B. durch harte Einschlüsse, die wiederum Verschleiß fördern (Bild 21). 

Bei hohen örtlichen Pressungen und Temperaturen können sich Werkzeugstoffe plastisch verformen. 

Das wiederum kann Temperaturen und Pressungen weiterhin erhöhen. Es entstehen 

Klebeerscheinungen und Pressschweißungen zwischen den Reibpartnern. Verschweißte Partikel 

werden durch die Relativbewegung abtransportiert. 

F p 

= Passivkraft 

F c = Schnittkraft 

v c = Schnittgeschwindigkeit 

- F c 

vSpan 

- F p 

F p 

v c 

F c 

© 

336-25-00 

nach Pauksch 

Bild 21: Reibung beim Zerspanprozess 

Dort, wo Luft Zutritt hat - d.h. außerhalb der Kontaktzone - können Verzunderungen auftreten. Bei 

kurzspanenden Werkstoffen können auch auf der Spanfläche in der Kontaktzone Oxidschichten 

entstehen, die sich leicht abtragen lassen. 


Seite 41


Diffusionserscheinungen zwischen Span und Werkzeug treten bei Temperaturen in Höhe der 

0,3 ... 0,4-fachen Schmelztemperatur auf. So wird z.B. den Hartmetallkarbiden WC und TiC Kohlenstoff 

entzogen. Dabei können auch Legierungen mit Kobalt entstehen, so dass dabei Karbide 

freigespült werden. Die Intensität der Diffusion hängt u. a. ab von Temperatur, Konzentrationsgefälle 

und Gefügegleichgewicht zwischen den Reibpartnern. 

Zwischen Schneidstoff und Werkstück können bei großen Potentialunterschieden Ströme fließen. 

Dies führt zu einem Schneidstofftransport (elektrochemischer Verschleiß). Es hat sich gezeigt: 

Anlegen einer Spannung - je nach Polung - beschleunigt oder verzögert den Verschleiß. Man kann 

ferner feststellen dass die Werkzeugschneide durch den Stromfluß magnetisch wird. Wird der 

Stromfluß unterbrochen, kann dieses einen geringeren Verschleiß zur Folge haben. 

Stochastisch können Schneidenausbrüche auftreten. Ursachen sind u.a. Ermüdungserscheinungen 

infolge Dauerbeanspruchung. Ebenso können Ausbrüche und Risse durch Wärmespannungen 

(z.B. bei unterbrochenem Schnitt) auftreten. Daneben sind mechanische Wechselkräfte durch 

Schwingungen möglich. 

Verschleißvorgänge sind außerordentlich kompliziert. Die Bedeutung einzelner Ursachen ist von 

Fall zu Fall verschieden. Die Ursachen sind abhängig von der Werkstück-Werkzeugpaarung und 

von den Schnittbedingungen. Verschleißursachen, die z.B. im niedrigen Schnittgeschwindigkeitsbereich 

vernachlässigbar sind, können im hohen Schnittgeschwindigkeitsbereich überwiegen 

(Bild 22). 

Diffusionsvorgänge 

Gesamtverschleiß 

Abscheren von Preßschweißstellen 

mechanischer Abrieb 

(plastische Verformung) 

Verzunderung 

© 

339-46-00 

Schnittemperatur 

(Schnittgeschwindigkeit; Vorschub u.a.) 

nach Vieregge 

Bild 22: Verschleißursachen am Werkzeug in Abhängigkeit von der Temperatur 


Seite 42


2.7.2 Verschleißformen spanender Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide 

Bei stetigem Verschleiß, d.h. unter Ausschluss von stochastischen Ereignissen, wie z.B. Schneidenbruch, 

bilden sich am spanenden Werkzeug bestimmte, halbwegs definierbare Verschleißgrundformen 

aus. Dieses sind Verschleiß von: Spanfläche, Schneidkante und Freifläche. Es ist 

jedoch selten, daß nur eine der drei Verschleißgrundformen auftritt. 

Die Verschleißformen und Verschleißmeßgrößen sind schematisch in Bild 23 dargestellt. Man unterscheidet 

die Verschleißmarkenbreite VB, den Schneidenversatz SV und SV in Richtung der 

Frei-, bzw. Spanfläche gemessen sowie die Kolktiefe KT und der Kolkmittenabstand KM. 

A 

a 

c 

b 

A 

a - Kolkverschleiß 

b - Freiflächenverschleiß 

c - Oxydationsverschleiß 

VB 

SV 

SV 

SV 

 

KL 

KM 

A-A 

 

KT 

VB 

VBmax 

 

 

SV 

SV 

VB 

KL 

KT 

KM 

Spanwinkel 

Freiwinkel 

Schneidenversatz in Richtung 

Spanfläche 

Schneidenversatz in Richtung 

Freifläche 

Verschleißmarkenbreite 

Kolklippenbreite 

Kolktiefe 

Kolkmittenabstand d.h. Abstand 

der tiefsten Stelle der Kolkung 

von der jeweiligen Schneide 

Freifläche 

© 339-45-00 

A 

Spanfläche 

SV 

Bild 23: Verschleißformen und Meßgrößen am Schneidteil [König] 


Seite 43


2.7.3 Standzeiten von Werkzeugen 

Die Verschleißmarkenbreite VB steigt im allgemeinen degressiv mit der Schnittzeit. Auf logarithmisch 

geteilten Achsen ergeben sich annähernd Geraden. Mit zunehmender VB nimmt die Werkstückqualität 

ab. Außerdem wächst die Gefahr des Schneidenausbruchs, die Nachschärfkosten 

können zu hoch werden. Man läßt deshalb nur bestimmte Beträge für VB zu. Der Betrag ist abhängig 

von den jeweiligen Schnittbedingungen und den Werkzeug-Kostenanteilen. 

Die Standzeit T ist die Schnittzeit t c während der ein Werkzeug bis zum Unbrauchbarwerden aufgrund 

eines vorgegebenen Standzeitkriteriums Zerspanarbeit leistet. Die Begrenzung der Verschleißmarkenbreite 

VB (bzw. anderer Verschleißkenngrößen) auf einen zulässigen Maximalwert 

führt zum Standzeitkriterium. 

Ähnlich wie für die Verschleißmarkenbreite VB ergeben sich für den Kolkverschleiß Standzeitkriterien 

und Abhängigkeiten von v c und h D . Im Bereich hoher Schnittgeschwindigkeiten bestimmt 

häufig der Kolk, im Bereich kleiner Schnittgeschwindigkeiten die Verschleißmarkenbreite das 

Standzeitende. 

Entsprechende Beziehungen ergeben sich für Standzeitgleichungen als f(h D ). Dies führt zur erweiterten 

Taylor-Gleichung. 

k 

T (VB) = C · h Di · v c 

In einem räumlichen Koordinatensystem mit den Achsen log T, log v c und log h D ergibt sich eine 

Fläche (Bild 24): 

i · log h D + k · log v c - log T = konst. - log C = 0 

Aus dieser Darstellung erhält man die üblichen Standzeitdiagramme, z. B. T (VB) = f(v c ) mit Parameter 

h D = konst.. Normiert ergeben sich die Achsen zu log T/T 0 , log v c /v c0 und log h D /h D0 . 


Seite 44


log T [min] 

log T To 

h > 

D2 

h D1 

k = tan 

 

c 

i = tan 

h D1 

h D2 

log v c 

 

[m/min] 

 

 

 

log h D [mm] 

log v c 

v 

c0 

log h D 

h 

D0 

erweiterte 

Taylorgleichung: 

i 

D 

T = C · h · v 

k 

c 

© 

344-24-00 

Bild 24: Werkzeugstandzeit als Funktion von v c und h D in der Standzeitebene [nach Saljé] 

2.8 Betriebsmittelhauptnutzungszeit beim Drehen 

Die Hauptnutzungszeit t h ist die Zeit, in der das Betriebsmittel bei der Fertigung einer Mengeneinheit 

arbeitet (Bild 25). Die Nebennutzungszeit t n ist die Zeit, in der das Betriebsmittel nicht arbeitet, 

aber zum Ablauf benötigt wird. Beispiele hierfür sind: das Spannen auf der Maschine oder das 

Messen im eingespannten Zustand. 

Bei stufenloser Umdrehungsfrequenzeinstellung 

für Längsrunddrehen (Faustformel) 

t 

h 

d 

L i 

 

f v 

c 

für Querplandrehen (Faustformel) 

t 

h 

( d 

a 

d 

i 

) 

L i 

 

2 f v 

c 

Bei fester Umdrehungsfrequenzeinstellung 

t 

h 

 

L i 

f n 

 

L i 

v 

f 

d [mm] Größter Durchmesser 


Seite 45


d a [mm] Außendurchmesser des Werkstückes 

d i [mm] Innendurchmesser des Werkstückes 

f [mm] Werkzeugvorschub pro Werkstückumdrehung 

i Anzahl der Schnitte (Zustellung a p ) 

L [mm] Bearbeitungsweg 

l a [mm] Anlaufweg 

l ü [mm] Überlaufweg 

l w [mm] Drehlänge 

n [min -1 ] Umdrehungsfrequenz, bezogen auf den größten Durchmesser 

v c [m/min] Schnittgeschwindigkeit, bezogen auf den größten Durchmesser 

v f [mm/min] Vorschubgeschwindigkeit 

Quer-Plandrehen: Vollzylinder Quer-Plandrehen 

Längs-Runddrehen 

ohne Zapfen mit Zapfen Hohlzylinder 

ohne Zapfen mit Zapfen 

d a 

d a 

d a 

d i 

L 

L 

l ü 

l w 

l a 

l w 

l a 

d i 

l ü 

a p 

a p 

l a 

d a 

2 

L 

l a 

L 

l a 

L 

d 

L = a *) d a - d *) 

2 

+ l a L = i 

+ l 2 a 

d a - d 

L = i 

+ l + 2 a 

*) 

l ü 

L = l w + l a + l ü 

L = l w + l a 

*) 

Beim Quer-Plandrehen von innen nach außen vertauschen sich l aund l 

ohne weitere Angabe l = l = 2 mm annehmen 

a 

ü 

ü 

352-37-00 

Bild 25: Betriebsmittelhauptnutzungszeit beim Drehen 


Seite 46

Versuch5

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