Bei der CNC-Bearbeitung bezeichnet die Werkzeugstandzeit die Zeit, die die Werkzeugspitze während des gesamten Bearbeitungsprozesses vom Beginn der Bearbeitung bis zum Abtragen der Werkzeugspitze am Werkstück schneidet, oder die tatsächliche Länge der Werkstückoberfläche während des Schneidvorgangs.
1. Kann die Werkzeugstandzeit verbessert werden?
Die Werkzeugstandzeit beträgt nur 15–20 Minuten. Lässt sie sich weiter verbessern? Natürlich ist eine Verbesserung möglich, allerdings nur unter der Voraussetzung einer reduzierten Liniengeschwindigkeit. Je niedriger die Liniengeschwindigkeit, desto deutlicher die Steigerung der Werkzeugstandzeit (allerdings führt eine zu niedrige Liniengeschwindigkeit zu Vibrationen während der Bearbeitung, was die Werkzeugstandzeit weiter verkürzt).
2. Hat die Verlängerung der Werkzeugstandzeit eine praktische Bedeutung?
An den Bearbeitungskosten des Werkstücks ist der Anteil der Werkzeugkosten sehr gering. Selbst bei erhöhter Werkzeugstandzeit und sinkender Liniengeschwindigkeit verlängert sich die Bearbeitungszeit des Werkstücks. Die Anzahl der vom Werkzeug bearbeiteten Werkstücke steigt dadurch nicht zwangsläufig, die Kosten der Werkstückbearbeitung jedoch schon.
Es gilt zu verstehen, dass es sinnvoll ist, die Anzahl der Werkstücke so weit wie möglich zu erhöhen und gleichzeitig die Werkzeugstandzeit so weit wie möglich zu gewährleisten.
3. Faktoren, die die Werkzeugstandzeit beeinflussen
1. Liniengeschwindigkeit
Die Umfangsgeschwindigkeit hat den größten Einfluss auf die Werkzeugstandzeit. Liegt die Umfangsgeschwindigkeit über 20 % der im Muster angegebenen Umfangsgeschwindigkeit, halbiert sich die Standzeit; bei einer Erhöhung auf 50 % beträgt sie nur noch ein Fünftel. Um die Werkzeugstandzeit zu verlängern, müssen Material, Zustand des Werkstücks und der Umfangsgeschwindigkeitsbereich des gewählten Werkzeugs bekannt sein. Die Umfangsgeschwindigkeiten von Schneidwerkzeugen variieren je nach Hersteller. Eine erste Recherche anhand der vom Hersteller bereitgestellten Muster kann hilfreich sein. Anschließend können die Umfangsgeschwindigkeiten an die spezifischen Bearbeitungsbedingungen angepasst werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die Daten zur Umfangsgeschwindigkeit beim Schruppen und Schlichten unterscheiden sich. Beim Schruppen geht es hauptsächlich um das Abtragen von Materialgraten, daher sollte die Umfangsgeschwindigkeit niedrig sein. Beim Schlichten hingegen stehen Maßgenauigkeit und Oberflächengüte im Vordergrund, weshalb eine hohe Umfangsgeschwindigkeit erforderlich ist.
2. Schnitttiefe
Der Einfluss der Schnitttiefe auf die Werkzeugstandzeit ist nicht so groß wie der der Umfangsgeschwindigkeit. Jede Nutform weist einen relativ großen Schnitttiefenbereich auf. Bei der Schruppbearbeitung sollte die Schnitttiefe möglichst hoch sein, um eine maximale Abtragsrate zu erzielen; bei der Schlichtbearbeitung sollte sie hingegen so gering wie möglich sein, um die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität des Werkstücks zu gewährleisten. Die Schnitttiefe darf jedoch den Bearbeitungsbereich der Geometrie nicht überschreiten. Ist die Schnitttiefe zu groß, kann das Werkzeug der Schnittkraft nicht standhalten, was zu Ausbrüchen führt; ist sie zu gering, schabt und quetscht das Werkzeug lediglich die Werkstückoberfläche, was zu starkem Verschleiß an der Freifläche und damit zu einer verkürzten Werkzeugstandzeit führt.
3. Füttern
Im Vergleich zu Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe hat der Vorschub den geringsten Einfluss auf die Werkzeugstandzeit, aber den größten auf die Oberflächenqualität des Werkstücks. Bei der Schruppbearbeitung kann ein höherer Vorschub die Abtragsrate am Rand erhöhen; bei der Schlichtbearbeitung kann ein geringerer Vorschub die Oberflächenrauheit des Werkstücks erhöhen. Sofern die Rauheit dies zulässt, kann der Vorschub zur Steigerung der Bearbeitungseffizienz maximal erhöht werden.
4. Vibration
Neben den drei Hauptbearbeitungselementen ist die Vibration der Faktor mit dem größten Einfluss auf die Werkzeugstandzeit. Vibrationen können viele Ursachen haben, darunter die Steifigkeit der Werkzeugmaschine, des Werkzeugs und des Werkstücks, die Schnittparameter, die Werkzeuggeometrie, der Radius des Werkzeugspitzenbogens, der Freiwinkel der Schneide, die Verlängerung des Werkzeughalters usw. Die Hauptursache liegt jedoch darin, dass das System nicht ausreichend steif ist, um der Schnittkraft während der Bearbeitung standzuhalten. Dies führt zu ständigen Vibrationen des Werkzeugs auf der Werkstückoberfläche. Um Vibrationen zu eliminieren oder zu reduzieren, müssen alle Aspekte berücksichtigt werden. Die Werkzeugvibrationen auf der Werkstückoberfläche lassen sich als ständiges Aneinanderschlagen von Werkzeug und Werkstück verstehen. Anstelle eines normalen Schnitts entstehen dadurch kleine Risse und Ausbrüche an der Werkzeugspitze. Diese Risse und Ausbrüche erhöhen die Schnittkraft, was wiederum die Vibrationen verstärkt und zu mehr Rissen und Ausbrüchen führt. Dadurch verkürzt sich die Werkzeugstandzeit erheblich.
5. Klingenmaterial
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks werden hauptsächlich das Werkstoffmaterial, die Anforderungen an die Wärmebehandlung und die Frage, ob die Bearbeitung unterbrochen wird, berücksichtigt. Beispielsweise sind die Sägeblätter für die Bearbeitung von Stahlteilen und Gusseisen sowie die Sägeblätter mit Bearbeitungshärten von HB215 und HRC62 nicht unbedingt identisch. Ebenso unterscheiden sich die Sägeblätter für die diskontinuierliche und die kontinuierliche Bearbeitung. Stahlsägeblätter werden für Stahlteile, Gusssägeblätter für Gussteile und CBN-Sägeblätter für gehärteten Stahl verwendet. Bei gleichem Werkstückmaterial sollte für die kontinuierliche Bearbeitung ein Sägeblatt mit höherer Härte eingesetzt werden. Dies erhöht die Schnittgeschwindigkeit, reduziert den Verschleiß der Werkzeugspitze und verkürzt die Bearbeitungszeit. Für die diskontinuierliche Bearbeitung hingegen ist ein Sägeblatt mit höherer Zähigkeit vorteilhaft. Dadurch lassen sich anormale Verschleißerscheinungen wie Ausbrüche effektiv reduzieren und die Standzeit des Werkzeugs verlängern.
6. Anzahl der Klingenverwendungen
Beim Einsatz des Werkzeugs entsteht viel Wärme, wodurch sich die Klinge stark erhitzt. Ohne Nachbearbeitung oder Kühlung mit Kühlwasser kühlt sich die Klinge ab. Dadurch befindet sie sich ständig in einem erhöhten Temperaturbereich und dehnt sich durch die Hitze aus und zieht sich wieder zusammen, was zu kleinen Rissen führt. Bei der ersten Schneide ist die Standzeit des Werkzeugs normal; mit zunehmender Nutzung breiten sich die Risse jedoch auf weitere Klingen aus und verkürzen deren Standzeit.
Veröffentlichungsdatum: 10. März 2021
