Außenrunddrehen

Außenrunddrehen – Grundlagen, Werkzeuge und Anwendung

Das Außenrunddrehen gehört zu den wichtigsten Verfahren der spanenden Metallbearbeitung und ist eine der grundlegenden Operationen auf konventionellen und CNC-gesteuerten Drehmaschinen. Dabei wird die Außenfläche eines rotierenden Werkstücks mit einem Drehwerkzeug bearbeitet, um einen definierten Durchmesser, eine bestimmte Kontur und die gewünschte Oberflächengüte herzustellen.

Das Verfahren wird im Maschinenbau, Werkzeugbau, Fahrzeugbau und in der industriellen Serienfertigung für unterschiedlichste rotationssymmetrische Bauteile eingesetzt.

Wie funktioniert das Außenrunddrehen?

Beim Außenrunddrehen wird das Werkstück in der Drehmaschine gespannt und um seine eigene Achse gedreht. Das Drehwerkzeug führt gleichzeitig eine Vorschubbewegung entlang oder quer zur Werkstückachse aus.

Die eigentliche Schnittbewegung entsteht durch die Rotation des Werkstücks. Die Schneide des Drehwerkzeugs dringt mit einer definierten Schnitttiefe in das Material ein und trägt dieses in Form von Spänen ab.

Die wichtigsten Bearbeitungsparameter sind:

• Schnittgeschwindigkeit vc
• Drehzahl n
• Vorschub f
• Schnitttiefe ap
• Werkzeuggeometrie
• Schneidstoff
• Kühlung bzw. Schmierung

Die richtige Abstimmung dieser Parameter ist entscheidend für Werkzeugstandzeit, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität.

Längsdrehen

Das Längsdrehen ist die klassische Form des Außenrunddrehens. Das Werkzeug bewegt sich dabei parallel zur Drehachse des Werkstücks.

Dadurch wird der Außendurchmesser über eine bestimmte Länge reduziert.

Typische Anwendungen sind:

• Wellen
• Bolzen
• Achsen
• Zapfen
• Passsitze
• zylindrische Absätze

Durch mehrere Bearbeitungsdurchgänge können auch größere Materialmengen zuverlässig abgetragen werden.

Schruppen beim Außenrunddrehen

Beim Schruppen steht ein möglichst hoher Materialabtrag im Vordergrund. Das Rohteil soll schnell und wirtschaftlich auf ein Maß gebracht werden, das nur noch ein geringes Aufmaß für die anschließende Fertigbearbeitung besitzt.

Typisch sind:

• größere Schnitttiefen
• höhere Vorschübe
• robuste Wendeschneidplatten
• stabile Werkzeughalter
• hohe Zerspanungsleistung

Für Schruppoperationen werden häufig negative Wendeschneidplatten wie CNMG oder WNMG eingesetzt. Durch ihre stabile Schneidengeometrie eignen sie sich besonders für höhere Schnittkräfte und größere Spanungsquerschnitte.

Schlichten beim Außenrunddrehen

Beim Schlichten steht dagegen nicht der maximale Materialabtrag, sondern die Qualität des fertigen Werkstücks im Vordergrund.

Ziel sind:

• hohe Maßhaltigkeit
• gute Rundheit
• geringe Oberflächenrauheit
• präzise Konturen
• Einhaltung enger Toleranzen

Hierfür werden kleinere Schnitttiefen und in der Regel geringere Vorschübe verwendet.

Je nach Werkstück und Bearbeitung können beispielsweise DCMT-, CCMT- oder VBMT-Wendeschneidplatten eingesetzt werden. Die konkrete Auswahl hängt jedoch stark von Werkstoff, Werkzeughalter, Bearbeitungsrichtung und gewünschter Oberfläche ab.

Wendeschneidplatten für das Außenrunddrehen

Die Wahl der richtigen Wendeschneidplatte hat erheblichen Einfluss auf den Zerspanungsprozess.

Entscheidend sind insbesondere:

Plattenform:
Sie beeinflusst Stabilität, Zugänglichkeit und mögliche Konturen.

Spanbrecher:
Der Spanbrecher sollte zur Schnitttiefe, zum Vorschub und zum Werkstoff passen. Eine kontrollierte Spanbildung ist insbesondere auf CNC-Drehmaschinen wichtig.

Hartmetallsorte:
Schneidstoff und Beschichtung werden passend zum Werkstückmaterial ausgewählt.

Die ISO-Werkstoffgruppen bieten dabei eine erste Orientierung:

• P – Stahl
• M – Edelstahl
• K – Gusseisen
• N – Aluminium und andere NE-Metalle
• S – hitzebeständige Superlegierungen und Titan
• H – gehärtete Werkstoffe

Eine für Stahl optimierte Wendeschneidplatte ist deshalb nicht automatisch die beste Wahl für Aluminium oder Edelstahl.

Positive und negative Wendeschneidplatten

Beim Außenrunddrehen kommen sowohl positive als auch negative Schneidengeometrien zum Einsatz.

Negative Wendeschneidplatten

Negative Platten bieten eine hohe Schneidenstabilität und besitzen je nach Ausführung mehrere nutzbare Schneidkanten. Sie werden häufig bei stabilen Bearbeitungsverhältnissen und höheren Zerspanungsleistungen eingesetzt.

Typische Vertreter sind beispielsweise CNMG und WNMG.

Positive Wendeschneidplatten

Positive Platten erzeugen im Allgemeinen geringere Schnittkräfte. Sie eignen sich deshalb unter anderem für kleinere Maschinen, filigrane Werkstücke, instabile Spannverhältnisse oder Anwendungen, bei denen eine besonders leichtschneidende Geometrie benötigt wird.

Typische Beispiele sind CCMT und DCMT.

Die Bedeutung des Eckenradius

Der Eckenradius der Wendeschneidplatte beeinflusst sowohl die Stabilität der Schneide als auch die erzielbare Oberfläche.

Häufig verwendete Radien sind beispielsweise:

• 0,2 mm
• 0,4 mm
• 0,8 mm
• 1,2 mm

Ein größerer Eckenradius kann eine stabilere Schneide und höhere Vorschübe ermöglichen, erzeugt jedoch auch höhere Kräfte und kann bei ungünstigen Bearbeitungsverhältnissen Vibrationen begünstigen.

Kleinere Eckenradien eignen sich dagegen häufig für feine Konturen, geringere Schnitttiefen und Schlichtbearbeitungen.

Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl

Die richtige Schnittgeschwindigkeit hängt insbesondere von Werkstoff, Schneidstoff, Beschichtung und Bearbeitungsart ab.

Zwischen Schnittgeschwindigkeit, Werkstückdurchmesser und Drehzahl besteht folgender Zusammenhang:

n = (vc × 1000) / (π × d)

Dabei gilt:

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

Beim Außenrunddrehen verändert sich die Schnittgeschwindigkeit bei konstanter Drehzahl mit dem Werkstückdurchmesser. Moderne CNC-Drehmaschinen können deshalb mit einer konstanten Schnittgeschwindigkeit arbeiten und die Drehzahl automatisch an den aktuellen Durchmesser anpassen.

Bedeutung der Werkstückspannung

Eine stabile Werkstückspannung ist für eine präzise Drehbearbeitung entscheidend.

Typische Spannmittel sind:

• Dreibackenfutter
• Vierbackenfutter
• Spannzangen
• Kraftspannfutter
• zwischen Spitzen gespannte Werkstücke

Besonders bei langen, schlanken Werkstücken kann zusätzliche Unterstützung durch Reitstock, mitlaufende Spitze oder Lünette erforderlich sein.

Eine zu geringe Steifigkeit kann zu Vibrationen, Maßabweichungen und schlechten Oberflächen führen.

Häufige Probleme beim Außenrunddrehen

Rattermarken:
Mögliche Ursachen sind eine zu große Werkzeugauskragung, instabile Werkstückspannung oder ungeeignete Schnittparameter.

Schlechte Spanbildung:
Lange oder unkontrollierte Späne können auf einen ungeeigneten Spanbrecher oder nicht passende Vorschub- und Schnitttiefenbereiche hinweisen.

Schlechte Oberfläche:
Mögliche Ursachen sind Werkzeugverschleiß, Aufbauschneiden, Vibrationen oder ungeeignete Vorschubwerte.

Maßabweichungen:
Werkzeugverschleiß, thermische Veränderungen, Werkzeugabdrängung oder eine instabile Spannung können dazu führen, dass der gewünschte Durchmesser nicht eingehalten wird.

Typische Anwendungen des Außenrunddrehens

Das Verfahren wird unter anderem eingesetzt zur Herstellung von:

• Wellen und Achsen
• Bolzen
• Buchsen
• Passsitzen
• Lagerstellen
• Gewindegrunddurchmessern
• Absätzen
• Zapfen
• rotationssymmetrischen Maschinenbauteilen

Vom einfachen Bolzen bis zur hochpräzisen Antriebswelle ist das Außenrunddrehen damit eines der vielseitigsten Verfahren der Zerspanung.

Fazit

Das Außenrunddrehen ist ein grundlegendes Fertigungsverfahren zur präzisen Bearbeitung zylindrischer Außenflächen. Moderne CNC-Drehmaschinen ermöglichen dabei eine hohe Produktivität bei gleichzeitig hoher Maß- und Wiederholgenauigkeit.

Entscheidend für ein optimales Bearbeitungsergebnis sind die richtige Kombination aus Drehwerkzeug, Wendeschneidplatte, Schneidstoff, Spanbrecher, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe.

Insbesondere die werkstoffgerechte Auswahl der Wendeschneidplatte trägt dazu bei, kontrollierte Späne, hohe Standzeiten und eine gute Oberflächenqualität zu erreichen.