Abstechen – Grundlagen, Werkzeuge und praktische Anwendung

Beim Abstechen wird ein Werkstück auf einer Drehmaschine vollständig durchtrennt. Ein schmales Abstechwerkzeug fährt dabei radial zur Drehachse in das rotierende Werkstück ein, bis das fertige Bauteil vom restlichen Rohmaterial getrennt ist.

Obwohl das Verfahren auf den ersten Blick einfach erscheint, gehört das Abstechen zu den anspruchsvolleren Drehoperationen. Lange Werkzeugauskragungen, schmale Schneiden, schlechte Spanabfuhr und sinkende Schnittgeschwindigkeit in Richtung Werkstückmitte können zu Vibrationen, Werkzeugbruch oder einer ungleichmäßigen Trennfläche führen.

Was versteht man unter Abstechen?

Das Abstechen ist ein spanendes Fertigungsverfahren aus dem Bereich Drehen. Dabei bewegt sich die Schneide normalerweise entlang der X-Achse radial von außen zur Werkstückmitte.

Typische Anwendungen sind:

• Abtrennen fertig bearbeiteter Werkstücke vom Stangenmaterial
• Herstellen einzelner Bauteile in der Serienfertigung
• Ablängen von Rohren, Wellen und Buchsen
• Abtrennen eines Werkstücks auf CNC-Drehmaschinen
• Kombination mit vorhergehenden Einstechoperationen

Im Unterschied zum Einstechen wird beim Abstechen nicht nur eine Nut hergestellt. Das Werkzeug fährt vollständig bis zur Drehachse und trennt das Werkstück komplett durch.

Aufbau eines Abstechwerkzeugs

Ein modernes Abstechsystem besteht üblicherweise aus:

• Werkzeughalter oder Stechschwert
• Wendeschneidplatte
• Plattensitz beziehungsweise Klemmmechanismus
• optionaler innerer Kühlmittelzuführung

Die Wendeschneidplatte bestimmt durch ihre Breite die entstehende Schnittfuge. Eine schmale Schneidplatte reduziert Materialverlust und Schnittkräfte. Gleichzeitig nimmt mit abnehmender Plattenbreite auch die Stabilität der Schneide ab.

Die Werkzeugbreite sollte deshalb so schmal wie möglich, aber so stabil wie notwendig gewählt werden.

Die richtige Werkzeugauswahl

Bei der Auswahl des Abstechwerkzeugs sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen:

• Werkstückdurchmesser
• erforderliche Einstechtiefe
• Werkstückwerkstoff
• Maschinenleistung
• Stabilität der Aufspannung
• Kühlmittelversorgung
• gewünschte Oberflächenqualität
• zulässiger Restzapfen
• Spanform und Spanabfuhr

Für kleine Durchmesser können schmale Schneidplatten verwendet werden. Bei größeren Durchmessern wird eine höhere Stabilität benötigt. Hier kommen häufig Stechschwerter oder verstärkte Werkzeughalter zum Einsatz.

Die Schneidstoffsorte und Beschichtung müssen zum Werkstückmaterial passen. Für Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Aluminium und hochwarmfeste Legierungen werden unterschiedliche Geometrien und Hartmetallsorten angeboten.

Werkzeug korrekt ausrichten

Die korrekte Ausrichtung ist beim Abstechen besonders wichtig. Bereits geringe Abweichungen können Seitenkräfte erzeugen und dadurch Vibrationen oder Werkzeugbruch verursachen.

Folgende Punkte sollten kontrolliert werden:

1. Die Schneide muss sich exakt auf Spitzenhöhe befinden.
2. Das Werkzeug muss rechtwinklig zur Drehachse ausgerichtet sein.
3. Die Auskraglänge sollte so kurz wie möglich gewählt werden.
4. Werkzeughalter und Stechschwert müssen sicher gespannt sein.
5. Die Wendeschneidplatte muss vollständig und sauber im Plattensitz sitzen.
6. Der Werkstücküberstand aus dem Spannfutter sollte möglichst gering sein.

Steht die Schneide oberhalb oder unterhalb der Werkstückmitte, können ein größerer Restzapfen, schlechte Oberflächen oder ein Schneidenbruch entstehen.

Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl

Die erforderliche Drehzahl wird aus Werkstückdurchmesser und empfohlener Schnittgeschwindigkeit berechnet:

n = (vc × 1.000) ÷ (π × D)

Dabei gilt:

• n = Drehzahl in min⁻¹
• vc = Schnittgeschwindigkeit in m/min
• D = Werkstückdurchmesser in mm

Beispiel

Ein Werkstück mit 30 mm Durchmesser soll mit einer Schnittgeschwindigkeit von 100 m/min abgestochen werden:

n = (100 × 1.000) ÷ (3,1416 × 30)

n ≈ 1.061 min⁻¹

Die geeignete Schnittgeschwindigkeit und der Vorschub müssen den Angaben des Werkzeugherstellers entnommen werden. Sie hängen insbesondere von Werkstoff, Schneidstoff, Beschichtung, Werkzeugstabilität und Kühlung ab.

Besonderheit der Schnittgeschwindigkeit

Während das Werkzeug zur Werkstückmitte fährt, wird der wirksame Durchmesser immer kleiner. Bei gleichbleibender Drehzahl sinkt dadurch die tatsächliche Schnittgeschwindigkeit.

Moderne CNC-Drehmaschinen können deshalb mit konstanter Schnittgeschwindigkeit arbeiten. Dabei erhöht die Steuerung die Drehzahl, während sich das Werkzeug der Mitte nähert.

Wichtig ist eine sinnvoll eingestellte maximale Spindeldrehzahl. Ohne Begrenzung könnte die Maschine bei sehr kleinem Durchmesser eine unzulässig hohe Drehzahl anfordern.

Vorschub beim Abstechen

Der Vorschub beeinflusst:

• Spanbildung
• Schnittkräfte
• Bearbeitungszeit
• Oberflächenqualität
• Schneidenbelastung
• Prozesssicherheit

Ein zu geringer Vorschub kann dazu führen, dass die Schneide nicht mehr sauber schneidet, sondern überwiegend reibt. Dadurch entstehen Wärme, Verschleiß und Aufbauschneiden.

Ein zu hoher Vorschub erhöht dagegen die Schnittkräfte und kann die Wendeschneidplatte oder das Stechschwert überlasten.

Der Vorschub pro Umdrehung wird mit der Drehzahl zum Vorschub pro Minute umgerechnet:

vf = f × n

Dabei gilt:

• vf = Vorschubgeschwindigkeit in mm/min
• f = Vorschub pro Umdrehung in mm/U
• n = Drehzahl in min⁻¹

Spanbildung und Spanabfuhr

Beim Abstechen entstehen die Späne in einer schmalen Nut. Sie müssen zuverlässig aus dieser Nut abgeführt werden, ohne zwischen Werkzeug und Werkstück eingeklemmt zu werden.

Eine geeignete Schneidengeometrie formt den Span möglichst schmaler als die Schnittfuge. Dadurch kann er leichter aus der Nut austreten.

Probleme bei der Spanabfuhr können verursachen:

• Kratzer an den Nutflanken
• Spanstau
• Beschädigung der Schneidplatte
• Werkzeugbruch
• schlechte Oberflächen
• Unterbrechung der Kühlmittelzufuhr

Lange Bandspäne sollten vermieden werden. Eine passende Kombination aus Schneidengeometrie, Vorschub und Schnittgeschwindigkeit unterstützt die kontrollierte Spanbildung.

Bedeutung der Kühlung

Eine gezielte Kühlmittelzufuhr verbessert die Prozesssicherheit beim Abstechen erheblich. Das Kühlmittel sollte möglichst direkt an die Schneidzone gelangen.

Vorteile einer wirksamen Kühlung sind:

• geringere Schneidentemperatur
• verbesserte Spanabfuhr
• weniger Aufbauschneiden
• längere Werkzeugstandzeit
• höhere Prozesssicherheit
• bessere Oberflächenqualität

Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzuführung bringen das Kühlmittel direkt zur Schneide. Das ist besonders bei tiefen Einstichen, rostfreien Stählen und schwer zerspanbaren Werkstoffen vorteilhaft.

Restzapfen und Gratbildung

Beim Erreichen der Werkstückmitte kann ein kleiner Restzapfen entstehen. Dessen Größe wird unter anderem durch folgende Faktoren beeinflusst:

• Schneidenhöhe
• Schneidengeometrie
• Vorschub
• Werkstückdurchmesser
• Werkzeugausrichtung
• Steifigkeit des Werkzeugs

Spezielle Schneiden mit einem Einstellwinkel können die Grat- oder Zapfenbildung auf einer bestimmten Werkstückseite reduzieren. Dabei entstehen allerdings seitliche Kräfte. Eine solche Geometrie sollte daher nur eingesetzt werden, wenn sie für die Bearbeitungsaufgabe erforderlich ist.

Häufige Probleme beim Abstechen

Vibrationen und Rattern

Mögliche Ursachen:

• zu große Auskraglänge
• instabile Werkstückspannung
• Werkzeug nicht rechtwinklig ausgerichtet
• ungeeignete Schnittwerte
• zu breites oder zu schmales Werkzeug
• verschlissene Schneidplatte

Abhilfe:

• Auskraglänge reduzieren
• Werkstücküberstand verkürzen
• Werkzeugausrichtung kontrollieren
• Vorschub und Schnittgeschwindigkeit anpassen
• stabileren Werkzeughalter einsetzen

Schneidenbruch

Mögliche Ursachen:

• Spanstau in der Nut
• zu hoher Vorschub
• unterbrochene Kühlmittelzufuhr
• falsche Schneidstoffsorte
• Schneide nicht auf Spitzenhöhe
• seitliche Belastung des Stechschwerts

Schlechte Oberfläche

Mögliche Ursachen:

• instabile Bearbeitung
• beschädigte Schneidkante
• unzureichende Kühlung
• zu geringer Vorschub
• Werkzeug nicht rechtwinklig ausgerichtet

Großer Restzapfen

Mögliche Ursachen:

• falsche Spitzenhöhe
• ungeeignete Schneidengeometrie
• Werkzeugauslenkung
• zu frühes Beenden der Zustellbewegung

Abstechen auf CNC-Drehmaschinen

Beim CNC-Abstechen wird die Werkzeugbewegung meistens über die X-Achse programmiert. Je nach Steuerung kann die Bearbeitung mit konstantem Vorschub, konstanter Schnittgeschwindigkeit oder speziellen Stechzyklen erfolgen.

Ein typischer Arbeitsablauf umfasst:

1. Werkzeug in Sicherheitsposition fahren
2. Spindeldrehzahl oder konstante Schnittgeschwindigkeit aktivieren
3. Kühlmittel einschalten
4. Werkzeug im Arbeitsvorschub radial zustellen
5. Drehzahl in Richtung Werkstückmitte begrenzen
6. Werkstück vollständig abtrennen
7. Werkzeug im Eilgang zurückziehen

Maschine, Spannmittel und Teilefänger müssen so eingerichtet sein, dass das abgetrennte Werkstück keine Schäden verursacht.

Abstechen über die Y-Achse

Bei entsprechend ausgestatteten Dreh- oder Dreh-Fräszentren kann das Abstechen über die Y-Achse erfolgen. Hierbei wird das Stechschwert so ausgerichtet, dass die Schnittkräfte in eine steifere Richtung des Werkzeugs wirken.

Das kann insbesondere bei großen Durchmessern und langen Werkzeugauskragungen die Stabilität erhöhen. Hersteller beschreiben für diese Bearbeitungsstrategie eine geringere Vibrationsneigung und die Möglichkeit höherer Vorschübe. Voraussetzung sind eine geeignete Maschine und ein dafür vorgesehenes Werkzeugsystem. Sandvik Coromant

Praxistipps für sicheres Abstechen

• Werkzeugauskragung immer minimieren.
• Schneide exakt auf Spitzenhöhe einstellen.
• Werkzeug rechtwinklig zur Drehachse ausrichten.
• Werkstück möglichst nah am Spannfutter abstechen.
• Stabile Werkzeughalter und passende Schneidplatten verwenden.
• Kühlmittel gezielt an die Schneide führen.
• Schnittwerte nicht ohne Berücksichtigung des Werkstoffs übernehmen.
• Maximale Spindeldrehzahl bei konstanter Schnittgeschwindigkeit begrenzen.
• Spanbildung während der Bearbeitung beobachten.
• Verschlissene oder beschädigte Schneidplatten rechtzeitig wechseln.
• Bei langen Stangen auf sichere Stangenführung achten.
• Das abgetrennte Werkstück kontrolliert auffangen.

Zusammenfassung

Abstechen ist ein häufig eingesetztes, aber technisch anspruchsvolles Drehverfahren. Eine stabile Aufspannung, kurze Werkzeugauskragung, exakte Ausrichtung und zuverlässige Kühlung sind entscheidend für einen sicheren Prozess.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen die Spanabfuhr und die sinkende Schnittgeschwindigkeit in Richtung Werkstückmitte. Mit einem passend ausgewählten Abstechsystem und geeigneten Schnittwerten lassen sich kurze Bearbeitungszeiten, gute Trennflächen und lange Werkzeugstandzeiten erreichen.

Kurzdefinition:
Abstechen bezeichnet das vollständige Durchtrennen eines rotierenden Werkstücks mit einem schmalen Drehwerkzeug, das radial bis zur Werkstückmitte zugestellt wird.