Vorschubgeschwindigkeit

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An der Drehmaschine: Drehzahl, Schnittgeschwindigkeit, Zustellung und Vorschub
An der Fräsmaschine.

Die Vorschubgeschwindigkeit v_f ist ein Begriff aus der Zerspantechnik einem Teilgebiet der Fertigungstechnik. Sie gibt die momentane Geschwindigkeit des Werkzeuges in Vorschubrichtung an. Bei Werkzeugmaschinen unterscheidet man zwischen Eilgangverfahren (m/min) und die für die Bearbeitung notwendige Vorschubbewegung (mm/min). In der CNC - Technik erteilt man der Maschine über eine bestimmte Programmiersprache z.B. DIN-ISO-Steuerung, Siemens-Steuerung, Fanuc-Steuerung oder Heidenhain-Steuerung (Klartext) vorgegebene Verfahrwege. Hierbei unterscheidet man zwischen Punkt-,Strecken-und Bahnsteuerung (je nach Maschinenart: X/A-, Y/B-,Z/C-Achse, wobei die Achsen A,B und C die Schwenkachsen der Haupt-Bearbeitungsachsen X,Y und Z zugehören). Die Vorschubbewegung "G1" (Wegbedinung "G" Funktion)kann man sich in einem Übertragbaren Sinne, wie die Fahrt innerorts eines Auto mit beschränkter bzw. vorgegebener Geschwindigkeit ( v ) vorstellen. Die Autobahnfahrt mit unbeschränkter Geschwindigkeit wäre bildlich gesprochen das Eilgangverfahren "G0". Dieser wird mit einem gewissen Sicherheitsabstand vor einer bestimmten zu bearbeitende Kontur und oder vor dem "Werkstücknullpunkt" des Bauteils Positioniert bzw. nach Konturende an dem sogenannten "programmnullpunkt" gesetzt (z.B. Werkzeugwechsel). Die Größe der Vorschubgeschwindigkeit berechnet sich aus dem Weg, den das Werkzeug (Drehen) oder das Werkstück (Fräsen) in Vorschubrichtung, in Abhängigkeit von der zu leistende Umdrehungsfrequenz, in einer Minute zurücklegt. [1]

Vorschubgeschwindigkeit beim Drehen und Bohren [2]
v_f = n \cdot f
 n Umdrehungsfrequenz 1/min
 f Vorschub mm
Vorschubgeschwindigkeit beim Fräsen
v_f = n \cdot f_z \cdot z= n \cdot f
 n Umdrehungsfrequenz 1/min
f_{z} Vorschub je Schneide mm
 z Anzahl der Schneiden

Es setzen sich sehr viel Faktoren zusammen, die für die Vorschubgeschwindigkeitsauswahl beim Drehen eine entscheidende Rolle spielen. Bei diesem Fertigungsverfahren übt die Hauptspindel, wo das Werkstück mit Harte- oder Weichebacken sicher gespannt wird (Arbeitssicherheit), eine Leistungsstarke und Kraftvolle (je nach Getriebestufe) Rotierende Bewegung aus. Dabei verändert das Werkzeug(Drehmeisel) die vorgegebene Lage im Raum "Vorschubbewegung". Mit einer bestimmten Zustelltiefe (ap = 4mm), sowie einem negativen Neigungswinkel (3°)(Schruppen) der Schneidplatte bzw. des Werkzeughalters und den für den Werkstoff adaptierten Schneidwerkstoff (HT = 4215) (HC,HW,HT(Cerment),HSS) ebenso wie ein richtig ausgewählten Spanungsquerschnitt (ae), in Abhängigkeit von der Wendeschneidplattengeometrie (CNMM120412-PR 4215) ergibt sich eine spezifische Schnittkraft von 4445 N/mm². Dazu kommt noch für dem zu bearbeitende Werkstoff (30CrNiMo8V) die ideale Schnittgeschwindigkeit (Umfangsgeschwindigkeit "Vc" = 140 m/min) zu wählen. Durch diese Geometrisch bestimmte Schneidwerkzeuge und die notwendige sehr hohe Flächenpressung zwischen Schneidstoff und Werkstoff wird die Vorschubgeschwindigkeit von F0.5 mm/min durch den Tangentialen Kontakt der beiden Ebenen (Werkstück u. Werkzeug) das Material in Helix Bewegung abreißen, sodass Zerspanung im Moment des Kontaktes beginnt.

Die Vorschubgeschwindigkeit Vf verhält sich bei konstanter Drehzahl proportional zu der Umdrehungsfrequenz n. bei CNC-Gesteuerte Werkzeugmaschinen kann man zwischen "konstanter G97" und "ansteigender G96" Drehzahl wählen. Bei ansteigende Drehzahl z.B. Quer-Plandrehen steigt die Umdrehungsfrequenz je kleiner der Durchmesser wird und im Gegensatz nimmt diese bei immer größer werdenden Durchmesser ab. Das hat die Folge, das beim Schruppen/Schlichten die Umdrehungsfrequenz auf jeden unterschiedlichen Durchmesser angepasst wird, sodass der Vorschub für die gegebenen Oberflächenbeschaffenheiten konstant bleibt. Erfahrungswerte zeigen jedoch, dass wenn bestimmte Toleranzen (Spiel-,Übergangs- oder Übermaßpassungen) gefordert bzw. gefertigt werden müssen, die ansteigende Drehzahl eher ungünstige Auswirkungen auf enge Toleranzen bewirken kann. Die Vorschubgeschwindigkeit muss sich laut der immer ändernden Umdrehungsfrequenz anpassen. Es kann möglich sein, dass der Vorschub mit der Drehzahl nicht mit kommt und somit wellenartige Oberfläche durch zu hoher Umdrehungsfrequenz erzeugen kann (Form-,Lagetoleranz nicht gegeben). Nicht nur, die Standzeit (Verschleiß) einer Werkzeugschneide hängt von der Schnittgeschwindigkeit ab. Also um so schneller man wird, desto mehr Reibung muss die Schneide überwinden. Um so mehr Reibung überwunden werden muss, desto mehr Wärme entsteht. Um so mehr Wärme entsteht, desto mehr Hitze muss die Schneide aufnehmen und weiterleiten(Warmhärte). Bei nicht ausreichender Kühlung der Schneidplatte wird es zum Standzeit ende der z.B. Wendeschneidplatte kommen, sodass geforderte Maßeinheiten nicht mehr eingehalten werden können.

Die Vorschubgeschwindigkeit ist also, genau sowie beim Menschen "das Gehen", notwendig, die durch die veränderte Lage im Raum, Arbeit zu verrichten, die davon erworbene Leistung umzusetzten, um bestimmte Ziele zu erreichen.



Da sie bei einzelnen Bearbeitungsverfahren nur umständlich angewendet werden kann, arbeitet man meist mit der Größe Vorschub f. Sie ist der Weg in Vorschubrichtung des Werkstücks oder Werkzeugs, der pro Umdrehung oder Hub zurückgelegt wird. Der Vorschub wird nach der Belastbarkeit der Schneiden, dem Werkstoff und beim Schlichten nach der gewünschten Oberflächenrauheit gewählt.

  • Beim Drehen wird der Vorschub in Millimeter pro Umdrehung des Werkstücks angegeben, da sich so bei unterschiedlichen Werkstückdurchmessern immer ein gleich dicker Span bildet.
  • Da die Werkzeuge beim Fräsen häufig viele gleichzeitig arbeitende Schneiden besitzen, wird hier bei Bedarf mit dem Zahnvorschub f_Z über die Werkzeugumdrehung pro Minute (1/min) der Werkzeugvorschub pro Minute (mm/min) errechnet.
  • Beim Schleifen kann der Vorschub stark variieren. Beim Längsschleifen ist es allerdings wichtig, dass der Vorschub je Schleifscheibenumdrehung die Breite der Scheibe nicht übersteigt, da sonst unbearbeitete Flächen übrig bleiben.
  • Keinen Vorschub gibt es beim Räumen, denn hier ist der Vorschub in die Räumnadel integriert, es wird nur mit der Schnittgeschwindigkeit gerechnet.

Quellen[Bearbeiten]

  1. Europa Lehrmittel: Zerspantechnik Fachbildung (2.Auflage)
  2. Europa Lehrmittel: Tabellenbuch Metall (44.Auflage)