Schnitttiefe bei der Bearbeitung: Definitionen und Berechnungsmethoden

Bei der CNC-Bearbeitung zur Herstellung eines Teils bestimmen mehrere Schlüsselparameter die endgültige Produktqualität. Dabei spielt die Schnitttiefe eine zentrale Rolle. Neben Vorschub und Schnittgeschwindigkeit hat sie direkten Einfluss auf die Bearbeitungseffizienz, die Oberflächengüte und die Werkzeugstandzeit.

In diesem umfassenden Handbuch wird erklärt, was die Schnitttiefe ist, warum sie wichtig ist, wie sie sich auf andere Bearbeitungsparameter auswirkt und wie Sie sie genau berechnen können.

Was ist die Schnitttiefe bei der Bearbeitung?

Die Schnitttiefe beschreibt, wie weit ein Schneidwerkzeug bei jedem Durchgang in die Oberfläche eines Werkstücks eindringt. Wenn sich das Werkzeug seitlich bewegt (wie beim Drehen) oder rotiert, während das Werkstück stillsteht (wie beim Fräsen), trägt es eine Materialschicht ab, deren Dicke der Schnitttiefe entspricht. Stellen Sie es sich wie das Abhobeln einer dünnen Käsescheibe vor – die Dicke dieser Scheibe bestimmt die Schnitttiefe.

Beim Fräsen dringt das rotierende Werkzeug um einen festgelegten Betrag in das Material ein. Beim Drehen dringt das feststehende Schneidwerkzeug radial um einen festgelegten Betrag in das rotierende Werkstück ein. CNC-Hersteller Geben Sie die Schnitttiefe in Millimetern (mm) oder Zoll (in) an. Typische Werte für das Metallschneiden liegen zwischen 0.1 mm und 2 mm pro Durchgang.

Arten der Schnitttiefe

Bei Bearbeitungsvorgängen gibt es zwei Hauptarten von Schnitttiefen.

Typ	Abkürzung	Anleitung	Auch bekannt als
Radiale Schnitttiefe	RDOC	Senkrecht zur Werkzeugachse	Querzustellung, Schnittbreite
Axiale Schnitttiefe	EIN DOKTOR	Entlang der Werkzeugachse, senkrecht ins Material	Step Down, Schnitttiefe

Die radiale Schnitttiefe gibt an, wie weit das Werkzeug seitlich in das Werkstück eindringt. Die axiale Schnitttiefe gibt an, wie tief das Werkzeug in das Werkstück eindringt. Beide Werte tragen zur Materialabtragsrate und den Schnittkräften bei.

Warum die Kontrolle der Schnitttiefe wichtig ist

Die Kontrolle der Schnitttiefe ist entscheidend für Leistung und Qualität. Ist die Tiefe zu gering, kann der Prozess ineffizient werden. Ist sie zu tief, kann das Werkzeug beschädigt, das Material überhitzt oder die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigt werden.

Hier sind einige Gründe, warum DOC wichtig ist:

• Der Werkzeugverschleiß nimmt mit zunehmender Schnitttiefe zu: Ein tieferer Schnitt erfordert mehr Kraft und erzeugt mehr Hitze an der Werkzeugspitze, wodurch das Werkzeug viel schneller verschleißen kann.
• Die Oberflächenbeschaffenheit wird beeinträchtigt: Wenn der DOC zu hoch ist, kann es aufgrund von Vibrationen, Spanbildung oder Durchbiegung zu rauen oder unebenen Oberflächen kommen.
• Aufbaukantenrisiko (BUE): Insbesondere bei weichen Metallen wie Aluminium kann ein übermäßiger DOC zur Bildung von BUE führen, bei dem Material am Werkzeug haften bleibt und die Oberfläche verformt.
• Die Maßgenauigkeit kann nachlassen: Eine größere Schnitttiefe erhöht die Belastung sowohl des Werkzeugs als auch des Werkstücks, was zu Durchbiegungen oder Verformungen führen kann.

Ejemplo: Bei Drehvorgängen an weichen Metallen kann eine unkontrollierte BUE-Bildung eine raue Oberfläche hinterlassen und zu einem Werkzeugversagen führen, wenn der DOC nicht richtig eingestellt ist.

Wie sich die Schnitttiefe auf andere Bearbeitungsvariablen auswirkt

Obwohl die Schnitttiefe manuell oder durch G-Code, es interagiert auf sinnvolle Weise mit anderen Bearbeitungsfaktoren. Sie müssen alle diese Faktoren ausbalancieren, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Schnittgeschwindigkeit und Vorschub

Schnittgeschwindigkeit (Oberflächengeschwindigkeit des Werkzeugs) und Vorschub (Werkzeugbewegung pro Umdrehung) bestimmen zusammen mit der Schnitttiefe das Zeitspanvolumen (MRR). Änderungen an einem Parameter wirken sich auf die anderen aus. Wird beispielsweise die Schnitttiefe erhöht, muss möglicherweise der Vorschub oder die Geschwindigkeit reduziert werden, um eine Überhitzung des Werkzeugs zu vermeiden.

Kühlung und Schmierung

Kühlmittel können die Temperatur in den Schnittzonen regulieren. Interessanterweise kann jedoch übermäßiger Kühlmitteleinsatz bei geringen Schnitttiefen den Werkzeugverschleiß erhöhen. Dies kann dazu führen, dass sich die Späne verdichten und die Wärme an der Werkzeugschnittstelle staut. In solchen Fällen kann der Einsatz eines Spanbrechers effektiver sein als die bloße Zugabe von Kühlmittel.

Spanwinkel und Materialtyp

Einige Werkstoffe, wie beispielsweise Thermoplaste, sind wärmeempfindlich. Bei der Bearbeitung solcher Werkstoffe müssen Spanwinkel und Schnitttiefe des Werkzeugs sorgfältig aufeinander abgestimmt sein, um thermische Verformungen und klebrige Späne zu vermeiden.

Werkzeuggeometrie und DOC

Der Spanwinkel des Schneidwerkzeugs und die Schnittgeschwindigkeit müssen mit der Schnitttiefe im Einklang stehen. Dies ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von Kunststoffen oder Weichmetallen. Diese Materialien reagieren empfindlicher auf Hitze und Verformung. Die Verwendung eines ungeeigneten Spanwinkels kann zu klebrigen Spänen oder zum Feststecken des Werkzeugs führen.

So berechnen Sie die Schnitttiefe

Die Methode zur Berechnung des DOC hängt von der Art des Bearbeitungsprozesses ab – Drehen oder Fräsen.

Bevor Sie die Schnitttiefe berechnen, müssen Sie Folgendes entscheiden:

1. Bearbeitungsprozess: Fräsen, Drehen, Bohren usw.
2. Werkstückmaterial: Stahl, Aluminium, Kunststoff usw.
3. Werkzeugmaterial und Beschichtung: Hartmetall, Schnellarbeitsstahl (HSS), Diamantausführung usw.
4. Maschinenfähigkeit: Maximale Spindelleistung, Steifigkeit und Verfahrgrenzen.
5. Erforderliche Oberflächenbeschaffenheit: Rauheitswert oder Toleranzbereich.

Drehoperationen

In DrehbearbeitungBei der Bearbeitung dreht sich das Werkstück, während sich das Werkzeug radial bewegt. Die Schnitttiefe ist der Abstand von der Außenfläche zur Schnittfläche. Der radiale Eingriff entspricht der Schnitttiefe. Die Schnitttiefe wird aus dem beabsichtigten Materialabtrag pro Durchgang berechnet:

• Thema: Werkzeugweg
• Aktion: Bewegt sich radial in das Teil hinein
• Ergebnis: Erzeugt einen Chip mit einer Dicke gleich DOC

Beispielrechnung:
Ein Stab wird von 50.0 mm Durchmesser auf 48.0 mm Durchmesser gedreht. Der DOC pro Durchgang beträgt:

DOC = (50.0 – 48.0)/2 = 1.0 mm

Parameter	Wert
Anfangsdurchmesser	50.0mm
Endgültiger Durchmesser	48.0mm
Schnitttiefe (pro Durchgang)	1.0mm

Fräsarbeiten

In Fräsbearbeitung, das Werkzeug dreht sich, während das Werkstück stationär bleibt. Die Schnitttiefe gibt an, wie tief das Werkzeug vertikal in das Material eindringt.

Beim Fräsen gibt es typischerweise zwei Tiefenrichtungen:

• Axiale Schnitttiefe – Tiefe entlang der Spindelachse
• Radiale Schnitttiefe – Tiefe senkrecht zur Spindelachse

Obwohl es keine feste Formel zum Fräsen von DOC gibt, lautet die allgemeine Faustregel:

• Bei Werkzeugen mit einem Durchmesser größer als 20 mm wird der DOC oft auf das 4-fache des Werkzeugdurchmessers eingestellt
• Bei Werkzeugen kleiner als 20 mm kann der DOC bis zum 10-fachen Werkzeugdurchmesser betragen, abhängig von der Stabilität des Aufbaus.

Stellen Sie immer sicher, dass Ihre Maschine den durch diese Werte entstehenden Kräften standhält.

Typische Schnitttiefen bei gängigen Verfahren

Die Schnitttiefen variieren stark zwischen BearbeitungsvorgängeDie folgende Tabelle fasst typische Bereiche zusammen:

Prozess	Typischer Tiefenbereich (mm)	Notizen
Drehung	0.5 - 3.0	Abhängig von der Härte des Werkstücks
Planfräsen	0.5 - 10.0	Bestimmt durch Fräserdurchmesser und Leistung
Umfangsfräsen	1.0 - 5.0	Höher zum Schruppen, niedriger zum Schlichten
Schlitzen	0.1 - 3.0	Kleiner für schmale Schlitze
Bohren	Volle Lochtiefe	Steuerung durch Bohrerlänge
Schleifen	0.01 - 0.1	Sehr flach für Präzision
Anstich	0.05 - 0.5	Basierend auf der Räumzahngeometrie
Hobeln/Formen	0.2 - 5.0	Variiert je nach Material und Werkzeug
EDM	Variable	Pro Impuls und benötigte Gesamttiefe einstellen

Einstellen der Schnitttiefe: Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung

BOYI TECHNOLOGY empfiehlt den folgenden Arbeitsablauf zur Auswahl einer anfänglichen Schnitttiefe:

1. Lesen Sie den empfohlenen Bereich des Werkzeugherstellers.
2. Materialeigenschaften und Werkstückgeometrie prüfen.
3. Berücksichtigen Sie die Maschinenkapazität und den aktuellen Wartungsstatus.
4. Geben Sie für einen ersten Testschnitt eine konservative Tiefe ein.
5. Führen Sie den Test durch und messen Sie dann Werkzeugverschleiß, Oberflächenbeschaffenheit und Teileabmessungen.
6. Erhöhen oder verringern Sie die Tiefe in kleinen Schritten, bis die Ergebnisse den Zielen entsprechen.
7. Sichern Sie sich die endgültigen Parameter und dokumentieren Sie sie für Wiederholungsaufträge.

Spandicke vs. Schnitttiefe

Ein weit verbreiteter Irrtum ist die Annahme, dass die Spandicke gleich der Schnitttiefe ist. Tatsächlich ist die Spandicke jedoch meist größer als die Schnitttiefe.

Beim Schneiden wird das Material entlang einer Scherebene geschert. Dadurch wird der Span komprimiert und dicker als die ungeschnittene Schicht (DOC).

Lassen Sie uns einige Definitionen verwenden:

• Schnitttiefe (t₀): Die normale Distanz, um die sich die Werkzeugspitze in das Material bewegt.
• Spandicke (tₐ): Die Dicke des Metallbandes oder -spans, nachdem es vom Werkstück abgeschert wurde.

Durch die Scherwirkung an der Schneide beträgt die Spandicke in der Regel mehr als die Schnitttiefe. Dies liegt daran, dass sich das Material vor der Trennung verformt und komprimiert.

Spandickenverhältnis (Schneidverhältnis):

Das Verhältnis zwischen Schnitttiefe und Spandicke wird als Schnittverhältnis (r) bezeichnet:

r = DOC / Spandicke

Ein niedrigeres Verhältnis weist auf eine stärkere Materialkompression hin, die häufig zu mehr Hitze und erhöhtem Werkzeugverschleiß führt.

Scherwinkel- und Spanwinkeleffekte

Beim Scheren wird der Span komprimiert und gleitet über die Spanfläche. Die Geometrie ergibt:

Kennzahlen:

• ϕ ist der Scherebenenwinkel.
• α ist der Spanwinkel des Werkzeugs.

Ein größerer Spanwinkel α vergrößert den Scherwinkel ϕ und verringert die Schnittkraft, verändert aber auch die Spandicke.

Der Zusammenhang zwischen Schnitttiefe, Schnittkräften und Leistung

Mit zunehmender Schnitttiefe steigen auch die auf Werkzeug und Maschine wirkenden Kräfte. Die Berechnung dieser Kräfte kann helfen, festzustellen, ob das Werkzeug oder die Maschine die Belastung bewältigen kann.

Schnittkraft (Fc)

Dies ist die Hauptkraft, die zum Scheren des Materials erforderlich ist.

Schneidleistung (Pc)

Kennzahlen:

• Pc = Leistung (W)
• Fc = Schnittkraft (N)
• V = Schnittgeschwindigkeit (m/min)

Die zum Schneiden benötigte Energie umfasst:

• Scherspezifische Energie (us): Energie, die zum Verformen des Materials benötigt wird.
• Reibungsspezifische Energie (uf): Energieverlust durch Reibung zwischen Span und Werkzeug.

Diese Werte werden durch die Schnitttiefe beeinflusst. Eine größere Tiefe erfordert mehr Energie, was eine leistungsstärkere Maschine oder eine steifere Werkzeugkonfiguration erfordert.

TIPP: Wenn Sie sich nicht sicher sind, warum Ihr Werkzeug überhitzt oder schnell verschleißt, überprüfen Sie die Schnitttiefe und berechnen Sie die Kräfte neu.

BOYI TECHNOLOGY: Ihr Partner für die Bearbeitung

BOYI TECHNOLOGY ist spezialisiert auf CNC-Bearbeitung in ganz Europa und Nordamerika. Wir kombinieren:

• Erweitert 5-Achs-Bearbeitungszentren
• Zertifizierte Werkzeugwege, optimiert für die Spanabfuhr
• Eigene Prüfung der Schnittkräfte und der Leistungsaufnahme
• 100 % Maßprüfung auf Premium-KMG-Geräten

Unsere Ingenieure arbeiten mit Ihnen zusammen, um die optimale Schnitttiefe, den optimalen Vorschub und die optimale Schnittgeschwindigkeit für Ihre Material- und Toleranzanforderungen festzulegen. Ob Sie kleine Prototypen oder Großserienteile fertigen, unsere Ingenieure sorgen dafür, dass Schnitttiefe und andere kritische Faktoren optimal auf Qualität, Geschwindigkeit und Kosten abgestimmt sind. Kontaktieren Sie uns um mehr darüber zu erfahren, wie wir Sie bei Ihren Fertigungszielen unterstützen können.

Fazit

Die Schnitttiefe ist mehr als nur eine Zahl in Ihrem CNC-Programm. Sie beeinflusst das Ergebnis Ihres Teils und die Lebensdauer Ihres Werkzeugs. Eine falsche Einschätzung der Schnitttiefe kann zu Werkzeugbruch, schlechter Qualität und Materialverschwendung führen.

Bei der Planung eines Bearbeitungsauftrags:

• Beginnen Sie mit den Empfehlungen des Herstellers zur Schnitttiefe basierend auf Material und Werkzeug.
• Berücksichtigen Sie die Fähigkeiten Ihrer Maschine – mehr Tiefe erfordert mehr Stabilität und Leistung.
• Passen Sie den DOC zusammen mit der Schnittgeschwindigkeit und der Vorschubgeschwindigkeit an, um die Standzeit des Werkzeugs und die Produktivität in Einklang zu bringen.

Durch die sorgfältige Kontrolle der Schnitttiefe und das Verständnis ihrer Auswirkungen auf andere Parameter können Sie einen stabileren, effizienteren und kostengünstigeren Bearbeitungsprozess schaffen. Durch die Zusammenarbeit mit BOYI-TECHNOLOGIE, Sie reduzieren die Werkzeugkosten, verkürzen die Zykluszeiten und erzielen gleichbleibend hochwertige Teile.