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Schnittdaten via Excel zuverlässig berechnen

Wer einen Beruf aus der Welt der Zerspanungstechnik ergreift, muss viele Formeln beherrschen, um zum Beispiel mit den richtigen Maschinenparametern das jeweilige Material optimal zu bearbeiten. Natürlich gibt es elektronische Helfer, wie etwa Taschenrechner, die derartige Berechnungen erleichtern, doch ist das Eintippen der notwendigen Zahlen oft zeitraubend und mitunter fehlerbehaftet. Besser sind APPs geeignet, wie sie für Apples iPad angeboten werden. Doch warum sich so ein Software-Helferlein nicht selbst erstellen und nebenbei viel Lernen, was eine Tabellenkalkulation bietet?


Nachdem Apple mit seinen Geräten wie iPhone und iPad die Welt der Computer aufgewirbelt hat, schicken sich die darauf laufenden Programme, APP genannt, an, auch die Software-Welt zu verändern. Mittlerweile gibt es Programme für diese Gerätegattung, die dem Zerspanungsfachmann mühseliges, da manuelles Rechnen abnehmen, um etwa die Drehzahl oder den Leistungsbedarf der Maschine berechnen. Zweifellos sind diese Programme nützlich, doch sollten gerade Jung-Facharbeiter sich nicht scheuen, derartige Sachen selbst zu verwirklichen. Schließlich sind gerade Tabellenkalkulationsprogramme dafür besonders geeignet und zudem etwa in Form von Open-Office et cetera kostenlos zu beziehen, was Azubis Geldbeutel dankbar vermerkt.

Drehzahl, Vorschub & Co.

Solche Projekte werden am sinnvollsten Schritt für Schritt realisiert, schließlich hat auch die Erschaffung der Welt sieben Tage gedauert. Es bietet sich an, zunächst von der Tabellenkalkulation die Drehzahl und den Vorschub eines Fräsers berechnen zu lassen.

Es werden also zunächst in Feldern, die idealerweise untereinanderstehen, die entsprechenden Bezeichnung eingetragen: Durchmesser, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub pro Zahn und Zähnezahl des Fräsers. Aus diesen Angaben werden die Drehzahl und der Vorschub berechnet. Die Formel für die Drehzahl lautet: n=(Vc*1000)/(D*3,14). Der Vorschub pro Zahn wird nach der Formel fz=n*z*fz berechnet.

Start in die eigene APP


Zunächst werden die Beispielwerte neben die Bezeichnungen eingetragen. Die Benennungen wie „mm“ oder „m/min“ dürfen nicht im Klartext neben die Zahl geschrieben werden, da sonst keine Berechnungen mehr möglich sind. Der Grund ist, dass Excel den Inhalt in der jeweiligen Zelle als reinen Text interpretieren würde, mit dem natürlich keine mathematischen Berechnungen möglich sind. Der richtige Weg, um trotz Textanhang die Zahl zum Berechnen zu verwenden führt über die benutzerdefinierte Zellenformatierung.

Untereinander werden nun die gesuchten Bezeichnungen eingetragen: Drehzahl und Vorschub.

Direkte Formeleingabe geht nicht


Die Formeln werden in einer Tabellenkalkulation direkt in die entsprechende Zelle eingetragen. Allerdings gilt es zu berücksichtigen, dass statt der Formelzeichen die entsprechenden Zellen eingetragen werden, die Träger des Formelzeichenwertes sind. Für Vc steht B2, für d steht B1, für fz steht B3, für z steht B4 und für n steht B5.

So ist es richtig


Durch das Verknüpfen der Zellen wird es möglich, verschiedenste Werte rasch einzugeben und berechnen zu lassen. Jede Werteeingabe führt dazu, dass sofort das Ergebnis berechnet wird, ohne dass irgendwo etwa eine Ergebnis-Taste wie beim Taschenrechner zu betätigen wäre. Damit man später auf einem Schlag sieht, in welche Felder Werte eingegeben werden, sollte es Gewohnheit werden, mit Farben zu arbeiten. Es bietet sich beispielsweise an, Eingabefelder grün und Rechenfelder gelb zu halten.

Der Weg der Formel in die Tabelle

Nachdem dieses Beispiel relativ einfach umgesetzt wurde, soll nun berechnet werden, welche Leistung der Werkzeugmaschinenmotor haben muss, um die Zerspanung mit den gewählten Parametern zu gewährleisten. Dazu ist es zunächst einmal nötig, die Spanungsbreite b und die Mittenspandicke hm zu berechnen. Der Weg dahin führt über den Eingriffswinkel, der vorab zu berechnen ist. Zu diesem Zweck wird die Schnitttiefe ae benötigt.

Berechnung des Eingriffswinkels

Nun sind nur noch der Drallwinkel und die Schnittbreite ap nötig, um Spanungsbreite und Mittenspandicke zu berechnen.

Berechnung der Mittenspandicke


Die Mittenspandicke ist Voraussetzung, um die Maschinenleistung zu berechnen. Dies leuchtet ein, da schließlich bei größer werdender Spandicke natürlich der Motor mehr Leistung benötigt, als bei kleinerer Spandicke. Natürlich muss aber auch noch das Material berücksichtigt werden, das zerspant wird, denn Edelstahl benötigt erheblich mehr Motorleistung beim Zerspanen, als etwa Aluminium.

Korrekturfaktoren

In der Formel zur Berechnung der Spezifischen Schnittkraft sind noch Korrekturfaktoren enthalten, die für die Motorleistung ebenfalls Bedeutung haben. So muss beispielsweise der Spanwinkel berücksichtigt werden, der beim Werkzeug eingeschliffen ist. Ein großer Spanwinkel benötigt natürlich weniger Kraft, als ein kleiner. Darüber hinaus gilt es selbstverständlich, den Werkzeugverschleiß zu berücksichtigen. Schließlich wird jedes Werkzeug stumpf und muss dann mit mehr Motorleistung durch das Werkstück bewegt werden. Deshalb wird auch das Material berücksichtigt, aus dem das Zerspanungswerkzeug besteht, schließlich verschleißt Hartmetall nicht so schnell, wie HSS.

Berechnung der spezifischen Schnittkraft


Zur Berechnung der Motorleistung wird die Zerspanungsleistung pro Schneide berechnet und zudem die Anzahl im Eingriff befindlichen Schneiden bestimmt. Dies ist wichtig, damit die gesamte Motorleistung berechnet werden kann, die für die Zerspanungsarbeit nötig ist, denn je breiter der zu zerspanende Bereich ist, desto mehr Leistung ist auch nötig, um das Material zu zerspanen. In dieser Berechnung werden dann auch die Korrekturfaktoren, die die benötigte Motorleistung beeinflussen, berücksichtigt.

Berechnung von Leistung und Spanungsrate


Es zeigt sich einmal mehr, dass es sich lohnt, mächtige Werkzeuge wie MS Excel zu beherrschen, da damit viele Aufgaben in wesentlich höherem Tempo und vor allem sicherer lösbar sind, als dies etwa nur mit einem Taschenrechner möglich wäre.

Die Tabelle ist mühelos für weitere Werkstoffe erweiterbar, sodass jeder Zerspaner hier sein individuelles Rechenwerk zusammenstellen kann.

Wer die Mustertabelle für andere Technologien, wie etwa Drehen oder Bohren ausbauen möchte, besitzt nun eine gute Grundlage, dieses Ziel zu erreichen. Nötig ist lediglich die korrekte Anwendung der entsprechenden Formeln.

Download

Dieser Artikel kann hier im PDF-Format [745 KB] heruntergeladen werden. Wer sich nicht die Mühe machen will, die Tabelle Schritt für Schritt aufzubauen, kann hier die fertige Tabelle im Excel-Format [38 KB] herunterladen. Diese sollte auch mit anderen Office-Programmen, etwa mit OpenOffice, problemlos nutzbar sein. Zudem kann hier das Programm Spänefix [1.306 KB] heruntergeladen werden. Spänefix ist ein ohne Installation lauffähiges Windows-Programm, mit dem Schnittwerte aus verschiedenen Technologien rasch berechnet werden können. Zu beachten ist, dass die zugrundeliegenden Daten schon älter sind und auch keine Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Dennoch sind die damit ermittelten Werte wesentlich brauchbarer, als mit der Pi mal Daumen-Methode ermittelte Daten.

 

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