Hauptzeit-Berechnung (Drehen, Fräsen, Bohren)
Berechnen Sie die Hauptzeit t_h für Längsdrehen, Umfangs-/Stirnfräsen und Bohren ins Volle: aus Werkzeuggeometrie, Schnittgeschwindigkeit vc oder Drehzahl n sowie Vorschub f bzw. Zahnvorschub fz ergeben sich Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, Gesamtvorschubweg und die reine Schnittzeit je Werkstück - inklusive Plausibilitäts-Warnhinweisen und min:s-Anzeige.
Berechnung
Skizze: Zusammensetzung des Gesamtvorschubwegs L
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Formeln und Grundlagen
Hauptzeit und Nebenzeit
Die Hauptzeit t_h ist die reine Schnittzeit, in der das Werkzeug tatsächlich im Eingriff steht und Werkstoff abträgt. Werkzeugwechsel, Einrichten, Spannen, Positionieren und Messen zählen dagegen zur Nebenzeit - sie hängt von Maschine, Vorrichtung und Organisation ab und ist nicht Teil dieser Berechnung. Erst Haupt- plus Nebenzeit ergeben die Fertigungszeit je Werkstück.
Drehzahl und Schnittgeschwindigkeit
Drehzahl und Schnittgeschwindigkeit hängen über den Werkzeug- bzw. Werkstückdurchmesser d zusammen; je nach Vorgabe rechnet der Rechner in die jeweils andere Richtung um:
Hauptzeit beim Längsdrehen
Beim Längsdrehen fährt das Werkzeug über die Drehlänge l hinaus zusätzlich einen Anlauf l_a (bis zum vollen Eingriff) und einen Überlauf l_u (freier Auslauf, z. B. am Bund oder Absatz 0 setzen). Der Gesamtvorschubweg je Schnitt ist damit L = l + l_a + l_u, bei i Schnitten (z. B. beim Schruppen in mehreren Zustellungen) folgt die Hauptzeit zu:
Hauptzeit beim Fräsen
Beim Umfangs- oder Stirnfräsen ergibt sich aus dem Zahnvorschub fz, der Zähnezahl z und der Drehzahl n die Vorschubgeschwindigkeit vf = fz·z·n. Mit demselben Gesamtvorschubweg L = l + l_a + l_u (Anlauf beim Fräsen oft in der Größenordnung des halben Fräserdurchmessers d/2, damit der Fräser vor der Werkstückkante bereits im vollen Eingriff ist) folgt:
Hauptzeit beim Bohren ins Volle
Beim Bohren ins Volle steht die Bohrerspitze erst nach dem Anschnittweg l_s vollständig im Eingriff. Für den Standard-Spitzenwinkel σ = 118° folgt l_s aus der Kegelgeometrie der Spitze (halber Durchmesser durch den Tangens des halben Spitzenwinkels):
Mit dem Gesamtvorschubweg L = l + l_s + l_u (Überlauf l_u nur bei Durchgangsbohrungen, sonst 0) und k gleichen Bohrungen ergibt sich die Hauptzeit zu:
Mehrschnitt beim Schruppen und Bezug zum Schnittdaten-Rechner
Reicht die zulässige Schnitttiefe ap nicht aus, um das Aufmaß in einem Schnitt abzutragen, wird in i = Aufmaß/ap Schnitten (Zustellungen) geschruppt - jeder zusätzliche Schnitt verlängert die Hauptzeit proportional. Die Wahl geeigneter Werte für vc, f bzw. fz und ap nach Werkstoff und Schneidstoff liefert der Schnittdaten-Rechner; dieser Rechner übernimmt die Kinematik und errechnet daraus die resultierende Zeit.
Rechenbeispiel
Durchgerechnetes Beispiel Drehen: Werkstückdurchmesser d = 50 mm, Drehlänge l = 100 mm, Anlauf l_a = 2 mm, Überlauf l_u = 2 mm, Schnittgeschwindigkeit vc = 200 m/min, Vorschub f = 0,2 mm/U, ein Schnitt (i = 1). Die Drehzahl ist n = 1000·200/(pi·50) = 1273,24 1/min, der Gesamtvorschubweg L = 100 + 2 + 2 = 104 mm. Die Hauptzeit ergibt sich zu t_h = 104·1/(0,2·1273,24) = 0,408 min ≈ 24,5 s.
Würde man mit demselben Vorschub in zwei Schnitten schruppen (i = 2, z. B. weil das Aufmaß die zulässige Schnitttiefe ap überschreitet), verdoppelt sich die Hauptzeit auf t_h ≈ 0,816 min ≈ 49 s - der Gesamtvorschubweg L bleibt gleich, nur die Anzahl der Schnitte i geht linear in t_h ein.
Beim Fräsen und Bohren gilt dieselbe Kinematik mit anderer Vorschubgröße: Für einen Fräser mit d = 63 mm, z = 5 Zähnen, Fräslänge l = 150 mm, Anlauf l_a = 32 mm (Vorschlag d/2), Überlauf l_u = 2 mm, vc = 180 m/min und fz = 0,1 mm folgt n = 909,46 1/min, v_f = 454,73 mm/min und t_h = 184/454,73 = 0,4046 min. Für eine Bohrung mit d = 8,5 mm, l = 25 mm, vc = 30 m/min, f = 0,15 mm/U und k = 4 gleichen Bohrungen (Anschnittzuschlag l_s = 0,3·8,5 = 2,55 mm) folgt n = 1123,45 1/min und t_h = 4·27,55/(0,15·1123,45) = 0,654 min.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Hauptzeit und Nebenzeit?
Die Hauptzeit t_h ist ausschließlich die Schnittzeit, in der das Werkzeug tatsächlich Werkstoff abträgt - genau das berechnet dieser Rechner. Werkzeugwechsel, Einrichten, Spannen und Lösen, Positionierbewegungen im Eilgang sowie Messen zählen zur Nebenzeit; sie hängt von Maschine, Vorrichtung, Programmierung und Organisation ab und lässt sich nicht allgemeingültig berechnen. Fertigungszeit je Werkstück ist immer Hauptzeit plus Nebenzeit.
Woher kommen die Werte für Schnittgeschwindigkeit vc und Vorschub f?
Schnittgeschwindigkeit und Vorschub richten sich nach Werkstoff, Schneidstoff, Werkzeuggeometrie und gewünschter Standzeit - dafür gibt es Richtwerttabellen der Werkzeughersteller. Dieser Rechner übernimmt vc bzw. n und f/fz als gegebene Werte und berechnet daraus nur die resultierende Kinematik und Zeit; die Wahl der Schnittwerte selbst liefert der Schnittdaten-Rechner (Drehen/Fräsen/Bohren) mit Werkstoff-Richtwerten.
Warum braucht man einen Anschnittzuschlag beim Bohren?
Ein Spiralbohrer hat eine kegelige Spitze (Standard-Spitzenwinkel 118°). Bis die volle Bohrernenndrehzahl mit vollem Durchmesser im Eingriff steht, muss die Spitze zunächst komplett eintauchen - dieser zusätzliche Weg l_s = 0,3·d (aus der Kegelgeometrie: (d/2)/tan(59°)) wird zur eigentlichen Bohrtiefe addiert, sonst würde die Hauptzeit systematisch unterschätzt.
Wie viele Schnitte braucht man beim Schruppen?
Die Anzahl der Schnitte (Zustellungen) i ergibt sich aus dem abzutragenden Aufmaß geteilt durch die je Schnitt zulässige Schnitttiefe ap: i = Aufmaß/ap, aufgerundet auf eine ganze Zahl. Jeder zusätzliche Schnitt verlängert die Hauptzeit proportional (t_h skaliert linear mit i), da derselbe Vorschubweg mehrfach durchlaufen wird.
Gilt die Berechnung für CNC- und konventionelle Maschinen gleichermaßen?
Ja, die Kinematik (Drehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, Weg, Zeit) ist maschinenunabhängig und gilt für konventionelle wie CNC-gesteuerte Maschinen gleichermaßen. Unterschiede zwischen den Maschinentypen zeigen sich vor allem in der Nebenzeit (Werkzeugwechsel, Programmablauf, Rüsten), die hier bewusst nicht berücksichtigt wird.
Wie berechne ich daraus die Taktzeit einer Fertigungsoperation?
Die Taktzeit einer Operation ergibt sich aus der Summe aller Hauptzeiten (ggf. mehrerer Werkzeuge/Schnitte) plus der Nebenzeiten je Werkstück (Werkzeugwechsel, Spannen, Messen, Programmlaufzeiten ohne Schnitt). Dieser Rechner liefert die Hauptzeit-Bausteine dafür; die Nebenzeiten sind betriebs- und maschinenspezifisch zu ergänzen, etwa mit dem Fahrsatz-Taktzeit-Rechner für reine Positionierachsen.
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