CNC-Drehen vs. Schleifen: Wann welches Verfahren für die Präzisionswellenfertigung am besten geeignet ist
CNC-Drehen und Schleifen: 2 sich ergänzende Materialabtragsverfahren
CNC-Drehen und -Schleifen sind die beiden wichtigsten Materialabtragsverfahren für die Präzisionsfertigung. Welle Die Fertigung und die beiden Verfahren unterscheiden sich hinsichtlich des Schneidmechanismus, der erreichbaren Oberflächenrauheit, der erreichbaren Maßtoleranz und der Kosten. Beim CNC-Drehen wird ein Einpunkt-Schneidwerkzeug verwendet, das Material durch Scherung abträgt. CNC-Drehen eignet sich für Schrupp- und Vorschlichtbearbeitungen mit Abtragsraten von 1–50 cm³/min und einer erreichbaren Oberflächenrauheit von Ra 0,8–6,3 μm. Beim Schleifen wird eine Schleifscheibe mit Hunderten von Schneidkanten verwendet, die Material durch Mikroschneiden und Abrieb abträgt. Schleifen eignet sich für Schlichtbearbeitungen mit Abtragsraten von 0,01–1 cm³/min und einer erreichbaren Oberflächenrauheit von Ra 0,1–1,6 μm.
Die beiden Prozesse ergänzen sich im typischen Fall. Motorwelle Fertigungsablauf: Beim CNC-Drehen werden in den Schrupp- und Vorschlichtbearbeitungsphasen 90–99 % des Materials abgetragen (der Stangendurchmesser wird von 50–80 mm auf den Enddurchmesser von 20–60 mm reduziert). Anschließend werden beim Schleifen die restlichen 1–10 % des Materials entfernt, um die endgültige Maßtoleranz (typischerweise IT5–IT7 für Lagersitze) und die endgültige Oberflächenrauheit (typischerweise Ra 0,4–0,8 μm für Lagersitze) zu erreichen. Die Kombination aus CNC-Drehen und Schleifen ermöglicht die Präzision der Wellentoleranzen, die mit keinem der beiden Verfahren allein erzielt werden kann.
Für Käufer von Motorwellen bedeutet dies, dass beide Prozesse für jede Präzisionsmotorwelle Bei Wellen mit Lagersitz sollte der Käufer sicherstellen, dass der Lieferant sowohl CNC-Drehen (typischerweise 5–10 CNC-Drehmaschinen) als auch Schleifen (typischerweise 3–5 Rundschleifmaschinen) im eigenen Haus ermöglicht. Ein Lieferant, der nur über CNC-Drehkapazitäten verfügt, muss das Schleifen des Lagersitzes an einen externen Schleifbetrieb auslagern. Dies verlängert die Lieferzeit in der Regel um 1–2 Wochen und reduziert die Qualitätskontrolle des Schleifprozesses. Ein Lieferant, der beide Bearbeitungskapazitäten im eigenen Haus besitzt, kann die komplette Welle innerhalb der gleichen Produktionszeit von 30–45 Tagen liefern.
ISO 21920-2 Oberflächenrauheit: Vergleich CNC-Drehen vs. Schleifen
Der Vergleich der Oberflächenrauheit zwischen CNC-Drehen und Schleifen wird gemäß der ISO 21920-2:2021 Norm für Oberflächenrauheit (die die ältere Norm ISO 4287 ersetzte). Die Norm ISO 21920-2 definiert fünf Einstellklassen (Sc1 bis Sc5) für unterschiedliche Rauheitsbereiche. Die typischen Ra-Werte beim CNC-Drehen und -Schleifen fallen in verschiedene Einstellklassen: Beim CNC-Drehen liegt der typische Ra-Wert von 0,8–6,3 μm in den Einstellklassen Sc3 (Ra ≤ 2 μm) bis Sc4 (Ra ≤ 10 μm), beim Schleifen hingegen der typische Ra-Wert von 0,1–1,6 μm in den Einstellklassen Sc2 (Ra ≤ 0,1 μm) bis Sc3 (Ra ≤ 2 μm).
| Verfahren | Typischer Ra (μm) | ISO 21920-2 Einstellklasse | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|
| Sandguss | 12,5-25 | Sc5 (Tag > 10) | Gehäuse aus Guss, Maschinengestelle |
| Schruppdrehen / Fräsen | 3.2-6.3 | Sc4 (Ra ≤ 10) | Allgemeine maschinell bearbeitete Oberfläche |
| Fertigdrehen / Fräsen | 0,8-3,2 | Sc3-Sc4 (Ra 0,1-10) | Standard-CNC-Oberflächenbearbeitung |
| Präzisionsdrehen | 0,4-0,8 | Sc3 (Ra ≤ 2) | Scharfe Werkzeuge + feine Vorschübe |
| Rundschleifen | 0,2-1,6 | Sc2-Sc3 (Ra 0,02-2) | Lagersitze, Dichtflächen |
| Präzisionsschleifen | 0,1-0,4 | Sc2 (Ra ≤ 0,1) | Hochpräzise Lagersitze |
| Honen | 0,05-0,4 | Sc1-Sc2 (Ra ≤ 0,4) | Hydraulikzylinder, Plateau-Oberflächen |
| Runden | 0,025-0,2 | Sc1 (Ra ≤ 0,02) | Dichtflächen, Messblöcke |
Die Rauheitsgrenze von 0,8 μm (Ra) markiert die Trennlinie zwischen CNC-Drehen und Schleifen und ist der wichtigste Entscheidungspunkt bei der Wahl zwischen CNC-Drehen und Schleifen. Oberhalb von Ra 0,8 μm (Bereich CNC-Drehen) lässt sich die gewünschte Oberflächengüte durch CNC-Drehen mit scharfen Werkzeugen und geringen Vorschüben erzielen. Unterhalb von Ra 0,8 μm (Bereich Schleifen) erfordert die Oberflächengüte Schleifen, Läppen oder Honen als Nachbearbeitung. Die 0,8-μm-Ra-Grenze dient als Faustregel in der Fertigung; der tatsächliche Übergang hängt vom Material, dem Werkzeug, der Leistungsfähigkeit der CNC-Drehmaschine und dem Können des Bedieners ab.
Für Motor Welle Bei den meisten Anwendungen sind die typischen Anforderungen an die Oberflächenrauheit: (1) Haupt Welle (1) Durchmesser: Ra 1,6–3,2 μm (CNC-Drehbereich); (2) Lagersitz: Ra 0,4–0,8 μm (Schleifbereich); (3) Dichtfläche: Ra 0,4–0,8 μm (Schleifbereich); (4) Sicherungsringnut: Ra 1,6–3,2 μm (CNC-Drehbereich); (5) Fase: Ra 3,2–6,3 μm (CNC-Drehbereich). Diese fünf Merkmale definieren zusammen den Prozessplan für einen typischen Motor. WelleDer Prozessplan dient dem Lieferanten als Grundlage für seine Zykluszeit- und Kostenkalkulation.
ISO 3685 CNC-Drehparameter für Präzisionsmotorwellen
Die typischen CNC-Drehparameter für eine Präzisionsmotorwelle gemäß der ISO 3685 Einpunkt-Drehnorm Die Schnittparameter sind: (1) Schnittgeschwindigkeit v = 100–300 m/min (beschichtete Hartmetallwerkzeuge auf 4140/4340-Stahl), wobei der untere Bereich für das Schruppen (100–150 m/min) und der obere Bereich für das Schlichten (200–300 m/min) geeignet ist; (2) Vorschub f = 0,05–0,25 mm/U, wobei der untere Bereich für das Schlichten (0,05–0,10 mm/U) und der obere Bereich für das Schruppen (0,15–0,25 mm/U) geeignet ist; (3) Schnitttiefe d = 0,2–1,0 mm, wobei der untere Bereich für das Schlichten (0,2–0,5 mm) und der obere Bereich für das Schruppen (0,5–1,0 mm) geeignet ist. Diese drei Parameter bestimmen gemeinsam die Abtragsrate (MRR = v × f × d), den Werkzeugverschleiß, die Schnittkraft und die Oberflächenrauheit.
Die Optimierung der drei Parameter für ein bestimmtes Motorwellenmaterial erfolgt typischerweise mithilfe des Taguchi-Versuchsplans und einer ANOVA-Analyse, um den jeweils dominanten Parameter für die Bearbeitungsergebnisse zu ermitteln. Der dominante Parameter für die Oberflächenrauheit ist der Vorschub (40–63 % der Variation der Oberflächenrauheit), die dominanten Parameter für die Abtragsrate sind Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe, und der dominante Parameter für den Werkzeugverschleiß ist die Schnittgeschwindigkeit. Die optimierten Parameter für eine typische Motorwelle aus 4140-Stahl sind v = 175 m/min, f = 0,05 mm/U und d = 0,1 mm für den Schlichtgang. Mit diesen optimierten Parametern wird eine Oberflächenrauheit Ra von 0,4–0,8 μm bei akzeptablem Werkzeugverschleiß (Werkzeugstandzeit 60–90 Minuten pro Schneide) erreicht.
Bei gehärteten Motorwellen (über 45 HRC), die nach der Wärmebehandlung bearbeitet werden, gelten andere CNC-Drehparameter: Die Schnittgeschwindigkeit wird auf 50–100 m/min reduziert (da der gehärtete Stahl die Werkzeugstandzeit drastisch verringert), der Vorschub auf 0,05–0,10 mm/U (um die Schnittkraft zu reduzieren) und die Schnitttiefe auf 0,1–0,3 mm (um den Werkzeugverschleiß zu minimieren). Das CNC-Drehen von gehärtetem Stahl ist teurer als das CNC-Drehen von ungehärtetem Stahl (3–5-mal höhere Werkzeugkosten pro Stück) und wird typischerweise nur für Merkmale eingesetzt, die nicht geschliffen werden können (z. B. die Sicherungsringnut an einem Lagerzapfen).
Wann man sich für CNC-Drehen entscheiden sollte: 5 Auswahlkriterien
CNC-Drehen ist dem Schleifen bei der Bearbeitung von Motorwellenmerkmalen vorzuziehen, wenn: (1) die geforderte Oberflächenrauheit Ra 0,8–3,2 μm beträgt (im Bereich des Drehens); (2) die Maßtoleranz IT7–IT9 ist (typisch für Merkmale ohne Lagersitz); (3) es sich um einen zylindrischen Durchmesser, eine Planfläche oder eine Fase handelt, die mit einem Einpunktwerkzeug bearbeitet werden kann; (4) die Produktionsmenge hoch ist (über 100 Stück pro Charge) und die Zykluszeit kritisch ist; (5) es sich nicht um den Lagersitz handelt (der für die Oberflächengüte stets geschliffen werden muss). Diese fünf Auswahlkriterien definieren gemeinsam die Anwendungsgrenze für CNC-Drehen und bilden die Grundlage für die Prozessplanung des Lieferanten.
Typische Merkmale von Motorwellen, die per CNC-Drehen bearbeitet werden, sind: der Hauptwellendurchmesser (die primäre tragende Fläche zwischen Welle und Lager), der Außendurchmesser der Verzahnung (der Außendurchmesser des verzahnten Abschnitts, der mit dem Gegenstück zusammenpasst), die Sicherungsringnut (die Nut zur Aufnahme des Sicherungsrings), die Ölbohrung (die quergebohrte Bohrung zur Schmierung), die Fase (die Kante zum Zusammenfügen) und die Stirnfläche (die Endfläche der Welle). Diese sechs Merkmale machen zusammen 80–90 % der Oberfläche der Motorwelle aus und stellen den größten Teil der CNC-Dreharbeit dar. Die Zykluszeit für das CNC-Drehen einer Motorwelle beträgt typischerweise 2–10 Minuten pro Welle, und die Kosten für das CNC-Drehen sind in der Regel 3–5 Mal niedriger als die Kosten für das Schleifen bei gleichem Materialabtrag.
Das CNC-Drehen ist das vielseitigste Verfahren zur Herstellung von Motorwellen und ermöglicht die Fertigung einer breiten Palette von Merkmalen (zylindrische Durchmesser, Kegel, Gewinde, Nuten, Fasen, Planflächen, Ölbohrungen) in einer einzigen Aufspannung. Es bietet zudem die größte Flexibilität bei Konstruktionsänderungen, da diese durch Anpassung des CNC-Programms ohne Werkzeugwechsel umgesetzt werden können. Das CNC-Drehen ist das wichtigste Verfahren in der Motorwellenfertigung und bestimmt maßgeblich die Zykluszeit und die Kosten.
Wann man mahlen sollte: 5 Auswahlkriterien
Schleifen ist dem CNC-Drehen bei der Bearbeitung von Motorwellenmerkmalen vorzuziehen, wenn: (1) die geforderte Oberflächenrauheit Ra 0,1–0,8 μm beträgt (im Bereich des Schleifens); (2) die Maßtoleranz IT5–IT7 ist (typisch für Lagersitze und Dichtflächen); (3) es sich um ein zylindrisches Merkmal mit submikrometergenauer Rundheit und Zylindrizität handelt; (4) das Material über 45 HRC gehärtet ist (wodurch Drehwerkzeuge schnell verschleißen); (5) es sich um einen Lagersitz, eine Dichtfläche oder eine Präzisionspassung handelt. Diese fünf Auswahlkriterien definieren gemeinsam die Anwendungsgrenze für das Schleifen und bilden die Grundlage für die Prozessplanung des Lieferanten für die hochpräzisen Merkmale.
Typische Merkmale von Motorwellen, die geschliffen werden, sind: der Lagersitz (die zylindrische Fläche, die das Lager trägt), die Dichtfläche (die zylindrische Fläche, die die Dichtung berührt), der Passungsdurchmesser (der Durchmesser, der mit einem Passungsteil zusammenpasst) und die Messfläche (die Fläche für die abschließende Maßprüfung). Diese vier Merkmale machen zusammen 10–20 % der Oberfläche der Motorwelle aus, sind aber die wichtigsten für deren Leistungsfähigkeit. Die Bearbeitungszeit für einen Lagersitz an einer Motorwelle beträgt typischerweise 1–5 Minuten pro Welle, und die Schleifkosten sind in der Regel 3–5 Mal höher als die Kosten für das CNC-Drehen bei gleichem Materialabtrag.
Für alle Motorwellenmerkmale mit einer Oberflächenrauheit unter Ra 0,8 μm ist das Schleifen erforderlich. Es ist das einzige Verfahren, mit dem sich eine submikronfeine Oberflächengüte in der Produktion konstant erzielen lässt. Beim Schleifen wird eine gebundene Schleifscheibe mit Hunderten von Schneidkanten verwendet. Das Verfahren ermöglicht einen kontrollierten Materialabtrag bei minimaler Oberflächenbeschädigung. Da beim Schleifen Wärme entsteht, die bei unkontrollierten Schleifparametern zu thermischen Schäden (Schleifbrand) führen kann, ist eine sorgfältige Überwachung der Schleifparameter und der Oberflächenintegrität unerlässlich.
5-Fragen-Angebotsanfrage für Lieferanten zur Auswahl des CNC-Dreh- vs. Schleifverfahrens
CNC-Drehen vs. Schleifen: Checkliste mit 5 Fragen für Angebotsanfragen
- Verfügt der Lieferant sowohl über CNC-Drehmaschinen (5-10 CNC-Drehmaschinen) als auch über Rundschleifmaschinen (3-5 Rundschleifmaschinen) im eigenen Haus, und wie hoch ist die Produktionskapazität pro Monat? Der Lieferant sollte sowohl CNC-Drehen als auch Schleifen im eigenen Haus durchführen, um das Schleifen nicht auslagern zu müssen. Er sollte die Produktionskapazität in Wellen pro Monat für jeden Bearbeitungsprozess angeben. Außerdem sollte er die Zykluszeit pro Welle für die typische Motorwellenkonstruktion angeben.
- Welche Oberflächenrauheit ist gemäß ISO 21920-2 für die CNC-Dreh- und Schleifprozesse des Lieferanten erreichbar, und wie hoch ist der Cpk-Wert für jeden Prozess? Der Lieferant sollte den typischen Ra-Bereich für jeden Prozess angeben (CNC-Drehen Ra 0,8–3,2 μm, Schleifen Ra 0,1–0,8 μm) sowie den Prozessfähigkeitsindex Cpk (typischerweise ≥ 1,33 für einen kontrollierten Prozess). Zudem sollte der Lieferant die Messdaten der Oberflächenrauheit aus den letzten Produktionschargen bereitstellen.
- Welche CNC-Drehparameter gemäß ISO 3685 verwendet der Lieferant für das Material des Käufers (typischerweise Stahl 4140/4340), und wie hoch ist die Werkzeugstandzeit pro Schneide? Der Lieferant sollte die Schnittgeschwindigkeit, den Vorschub und die Schnitttiefe für Schruppen und Schlichten sowie die Standzeit pro Schneide (typischerweise 60–120 Minuten für beschichtete Hartmetallwerkzeuge auf 4140/4340-Stahl) angeben. Zudem sollte er das Verfahren zur Überwachung des Werkzeugverschleißes bereitstellen.
- Welche Schleifparameter verwendet der Lieferant (Schleifscheibenkörnung, Schleifscheibenhärte, Tischgeschwindigkeit, Abrichtfrequenz) und wie hoch ist die Ausschussquote bei Schleifbrand? Der Lieferant sollte die Spezifikation der Schleifscheibe (typischerweise Aluminiumoxid, Körnung 60–80 für Feinschleifen oder CBN für die Serienfertigung), die Tischgeschwindigkeit (5–15 m/min für Rundschleifen) und die Abrichtfrequenz angeben. Die Ausschussquote sollte bei einem kontrollierten Schleifprozess unter 1 % liegen.
- Führt der Lieferant an 100 % der geschliffenen Wellen eine Prüfung auf Schleifbrandspuren durch (Säureätzung, Barkhausen-Rauschen oder Mikrohärteprüfung), und wie sieht der Qualitätskontrollbericht pro Charge aus? Der Lieferant sollte an jeder Welle eine Schleifbrandprüfung durchführen. Der Qualitätskontrollbericht pro Charge sollte die Messung der Oberflächenrauheit, die Messung der Maßtoleranzen, das Ergebnis der Schleifbrandprüfung sowie das Ergebnis der Sichtprüfung enthalten. Der Lieferant sollte einen Beispiel-Qualitätskontrollbericht einer kürzlich produzierten Charge vorlegen.
Die Angebotsanfrage mit fünf Fragen ist das Dokument, das der Käufer von Motorwellen vor der ersten Bestellung an den Lieferanten senden sollte. Die fünf Fragen dienen der Überprüfung, ob die internen CNC-Dreh- und Schleifkapazitäten des Lieferanten, die erreichbare Oberflächenrauheit und der Cpk-Wert, die CNC-Drehparameter und die Werkzeugstandzeit, die Schleifparameter und die Abbrandrate sowie der Qualitätskontrollbericht pro Charge vorhanden sind. Anhand dieser fünf Fragen qualifiziert der Käufer den Lieferanten als geeigneten Anbieter für CNC-gedrehte und -geschliffene Motorwellen.
Für einen Käufer, der ein CNC-gedrehtes und geschliffenes Teil benötigt. CNC-Bearbeitung Welle Lieferant, das JEC-Team ist erreichbar unter Kontaktieren Sie uns Für die Dokumentation unserer internen CNC-Dreh- und Schleifkapazitäten, die Cpk-Daten zur Oberflächenrauheit, den Qualitätskontrollbericht pro Charge und die Zykluszeit pro Welle. Das Werk kann innerhalb von 7 Tagen nach der Anfrage eine Musterwelle mit vollständigem Bericht zur Oberflächenrauheit und den Abmessungen erstellen und innerhalb von 30–45 Tagen nach Auftragsbestätigung eine Produktionscharge mit der Prozessdokumentation pro Welle bereitstellen. JEC fertigt die gesamte Produktion. Motorwelle Produktserie mit CNC-Drehen und Rundschleifen im eigenen Haus.
Häufig gestellte Fragen
Worin besteht der Unterschied zwischen CNC-Drehen und Schleifen bei der Präzisionswellenfertigung?
CNC-Drehen und Schleifen sind die beiden wichtigsten Bearbeitungsverfahren für die Präzisionswellenfertigung. Sie unterscheiden sich im Schneidmechanismus, der erreichbaren Oberflächenrauheit, der realisierbaren Maßtoleranz und den Kosten. Beim CNC-Drehen wird ein Einpunkt-Schneidwerkzeug eingesetzt, das Material durch Scherung abträgt. Dieses Verfahren eignet sich für Schrupp- und Vorschlichtbearbeitungen mit Abtragsraten von 1–50 cm³/min und einer erreichbaren Oberflächenrauheit von Ra 0,8–6,3 μm. Beim Schleifen hingegen wird eine Schleifscheibe mit Hunderten von Schneidkanten verwendet, die Material durch Mikroschneiden und Abrieb abträgt. Dieses Verfahren eignet sich für Schlichtbearbeitungen mit Abtragsraten von 0,01–1 cm³/min und einer erreichbaren Oberflächenrauheit von Ra 0,1–1,6 μm. Die beiden Verfahren ergänzen sich: Beim CNC-Drehen werden 90-99% des Materials in den Schrupp- und Vorschlichtphasen abgetragen, und beim Schleifen werden die letzten 1-10% des Materials entfernt, um die endgültige Maßtoleranz und Oberflächenrauheit zu erreichen.
Welche Oberflächenrauheit kann beim CNC-Drehen gemäß ISO 21920-2 erreicht werden?
CNC-Drehen ermöglicht Oberflächenrauheiten von Ra 0,8–6,3 μm gemäß ISO 21920-2:2021. Der typische Ra-Bereich liegt bei 0,8–3,2 μm für das Schlichtdrehen mit scharfen Werkzeugen und geringen Vorschüben. Der Schwellenwert von 0,8 μm markiert die Grenze zwischen Dreh- und Schleifbereich. Bei Ra-Werten unter 0,8 μm ist in der Regel ein Schleifen als Nachbearbeitung erforderlich. Die erreichbare Oberflächenrauheit beim CNC-Drehen hängt von drei Faktoren ab: (1) dem Vorschub (geringerer Vorschub führt zu geringerer Oberflächenrauheit; ein Vorschub von 0,05 mm/U mit scharfem Werkzeug ergibt Ra 0,4–0,8 μm); (2) dem Eckenradius (größerer Eckenradius führt zu geringerer Oberflächenrauheit; ein Eckenradius von 0,4–0,8 mm ergibt Ra 0,4–1,6 μm). (3) Schnittgeschwindigkeit (höhere Schnittgeschwindigkeiten mit beschichteten Werkzeugen führen zu niedrigeren Ra-Werten; Schnittgeschwindigkeiten von 150–300 m/min mit beschichtetem Hartmetall ergeben Ra 0,4–0,8 μm). Bei Motorwellenanwendungen, bei denen typischerweise Ra 0,8 μm gefordert ist, kann die gewünschte Oberflächenrauheit durch CNC-Drehen ohne Schleifvorgang erreicht werden.
Welche Oberflächenrauheit kann durch Schleifen gemäß ISO 21920-2 erreicht werden?
Durch Schleifen lässt sich eine Oberflächenrauheit von Ra 0,1–1,6 μm gemäß ISO 21920-2:2021 erzielen, wobei der typische Ra-Bereich für Präzisionsschleifen bei 0,1–0,8 μm liegt. Der Wert von 0,1 μm markiert die Grenze zwischen dem Bereich des Schleifens und dem Bereich des Läppens/Honens. Bei einem Ra-Wert unter 0,1 μm ist Läppen oder Honen als nachfolgender Bearbeitungsschritt erforderlich. Die beim Schleifen erreichbare Oberflächenrauheit (Ra) hängt von vier Faktoren ab: (1) der Körnung der Schleifscheibe (feinere Körnung führt zu einer geringeren Oberflächenrauheit; Körnung 60–80 ergibt Ra 0,4–0,8 μm, Körnung 100–150 ergibt Ra 0,1–0,4 μm); (2) der Härte der Schleifscheibe (weichere Schleifscheiben führen zu einer geringeren Oberflächenrauheit, aber zu schnellerem Verschleiß; Härtegrad HJ ergibt Ra 0,2–0,4 μm). (3) Tischgeschwindigkeit (geringere Tischgeschwindigkeit führt zu niedrigeren Ra-Werten; 5–10 m/min ergeben Ra 0,1–0,4 μm); (4) Abrichtfrequenz (häufiges Abrichten führt zu niedrigeren Ra-Werten; Abrichten alle 10–20 Wellen ergibt Ra 0,1–0,4 μm). Für Anwendungen mit Motorwellenlagern, bei denen typischerweise Ra 0,4–0,8 μm gefordert ist, ist Schleifen das Standardverfahren.
Welche typischen CNC-Drehparameter gelten für die Fertigung einer Präzisionsmotorwelle?
Die typischen CNC-Drehparameter für eine Präzisionsmotorwelle gemäß ISO 3685 (Einpunktdrehen) sind: (1) Schnittgeschwindigkeit v = 100–300 m/min (beschichtete Hartmetallwerkzeuge auf 4140/4340-Stahl), wobei der niedrigere Bereich für das Schruppen und der höhere Bereich für das Schlichten geeignet ist; (2) Vorschub f = 0,05–0,25 mm/U, wobei der niedrigere Bereich für das Schlichten und der höhere Bereich für das Schruppen geeignet ist; (3) Schnitttiefe d = 0,2–1,0 mm, wobei der niedrigere Bereich für das Schlichten und der höhere Bereich für das Schruppen geeignet ist. Die drei Parameter bestimmen gemeinsam die Abtragsrate (MRR = v × f × d), den Werkzeugverschleiß, die Schnittkraft und die Oberflächenrauheit. Die Optimierung der drei Parameter für ein bestimmtes Motorwellenmaterial erfolgt typischerweise mithilfe des Taguchi-Versuchsplans und einer ANOVA-Analyse, um den jeweils dominanten Parameter für die Bearbeitungsergebnisse zu ermitteln.
Wann sollte bei der Bearbeitung einer Motorwelle das CNC-Drehen dem Schleifen vorgezogen werden?
CNC-Drehen ist dem Schleifen bei Motorwellenmerkmalen vorzuziehen, wenn: (1) die geforderte Oberflächenrauheit Ra 0,8–3,2 μm beträgt (innerhalb des Bearbeitungsbereichs); (2) die Maßtoleranz IT7–IT9 ist (typisch für Merkmale ohne Lagersitz); (3) es sich um einen zylindrischen Durchmesser, eine Planfläche oder eine Fase handelt, die mit einem Einpunktwerkzeug bearbeitet werden kann; (4) die Produktionsmenge hoch ist (über 100 Stück pro Charge) und die Zykluszeit kritisch ist; (5) es sich nicht um den Lagersitz handelt (der für die Oberflächengüte immer geschliffen werden muss). Typische Motorwellenmerkmale, die per CNC-Drehen bearbeitet werden, sind: der Hauptwellendurchmesser, der Außendurchmesser der Verzahnung, die Sicherungsringnut, die Ölbohrung, die Fase und die Planfläche. Die Zykluszeit beim CNC-Drehen einer Motorwelle beträgt typischerweise 2–10 Minuten pro Welle, und die Kosten für das CNC-Drehen sind typischerweise 3–5 Mal niedriger als die Kosten für das Schleifen bei gleichem Materialabtrag.
Wann sollte beim Bearbeiten einer Motorwelle das Schleifen dem CNC-Drehen vorgezogen werden?
Schleifen ist dem CNC-Drehen bei der Bearbeitung von Motorwellenmerkmalen vorzuziehen, wenn: (1) die geforderte Oberflächenrauheit Ra 0,1–0,8 μm beträgt (im Bereich des Schleifens); (2) die Maßtoleranz IT5–IT7 ist (typisch für Lagersitze und Dichtflächen); (3) es sich um ein zylindrisches Merkmal mit submikrometergenauer Rundheit und Zylindrizität handelt; (4) das Material über 45 HRC gehärtet ist (wodurch Drehwerkzeuge schnell verschleißen); (5) es sich um einen Lagersitz, eine Dichtfläche oder eine Präzisionspassung handelt. Typische Motorwellenmerkmale, die geschliffen werden, sind: der Lagersitz, die Dichtfläche, der Durchmesser der Präzisionspassung und die Messfläche. Die Bearbeitungszeit für einen Lagersitz einer Motorwelle beträgt typischerweise 1–5 Minuten pro Welle, und die Schleifkosten sind typischerweise 3–5-mal höher als die Kosten für das CNC-Drehen bei gleichem Materialabtrag.
Wie sehen die Kosten im Vergleich zwischen CNC-Drehen und Schleifen einer Motorwelle aus?
Der Kostenvergleich zwischen CNC-Drehen und Schleifen einer Motorwelle hängt vom Maschinenstundensatz, der Zykluszeit und dem Werkzeug-/Schleifscheibenverbrauch ab. Der typische Stundensatz für CNC-Drehen liegt bei 20–50 US-Dollar für eine Präzisions-CNC-Drehmaschine, die Zykluszeit beträgt 2–10 Minuten pro Welle. Der typische Stundensatz für Schleifen liegt bei 40–100 US-Dollar für eine Präzisions-Rundschleifmaschine, die Zykluszeit bei 1–5 Minuten pro Welle. Die Stückkosten für CNC-Drehen betragen typischerweise 1–5 US-Dollar pro Welle, die für Schleifen 2–10 US-Dollar pro Welle. Die Schleifkosten sind 2–3 Mal höher als die Stückkosten für CNC-Drehen, jedoch ist das Schleifen für den Lagersitz und die Dichtfläche erforderlich, da die CNC-Bearbeitung die erforderliche Oberflächenrauheit und Maßtoleranz nicht erreichen kann. Eine Motorwelle, die sowohl CNC-Drehen als auch Schleifen erfordert, verursacht Gesamtbearbeitungskosten von 3–15 US-Dollar pro Welle, wobei die Schleifkosten für den Lagersitz den größten Kostenfaktor darstellen.