#### Zu Grundsatz 1:

Ermittlung der erforderlichen Spannkraft

Zur Ermittlung der erforderlichen Spannkraft unter Drehzahl gelten die nachfolgenden Gleichungen.

Die Gleichungen gelten sowohl für Längsdreh- als auch Plandrehoperationen. Bohroperationen auf der Stirnseite der Werkstücke können auch berechnet werden. Überlagerte, simultane Bearbeitungen zum Beispiel durch mehrere Werkzeuge beziehungsweise Revolver sind auch rechnerisch zu überlagern, das heißt die erforderlichen Radialspannkräfte der Einzelbearbeitungen sind zu addieren.

Axiale Bohr- und Drehbearbeitungen überlagern sich jedoch selten, da in der Regel diese aufgrund gegenläufiger Drehrichtungen nicht simultan ablaufen können.

Für die Berechnung ist der Punkt mit den höchsten Kräften, das heißt der ungünstigste Moment der Bearbeitung rechnerisch zugrunde zu legen. Im Zweifelsfall bedarf es einer Überprüfung von mehreren Schneideneingriffssituationen, um die ungünstigste zu erfassen.

Sollen radiale Bohroperationen vorgenommen werden, kommt neben der Ermittlung der erforderlichen, radialen Spannkraft, vor allem die Überprüfung der eingeleiteten Querkraft F q und des daraus resultierenden Moments M q eine zentrale Rolle zu.

Streubreiten der Spannkraft

Der Spannkraftstreubreitenfaktor S ist der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.

Die Werte für den Streubreitenfaktor gelten, wenn ein regelmäßig gewarteter und geschmierter Betriebszustand entsprechend Bedienungsanleitung vorliegt.

Sofern die radiale Spannkraft vor jeder Inbetriebsetzung sowie kontinuierlich alle 100 Spannungen mit einer dafür geeigneten Messeinrichtung gemessen wird, kann mit dem ausgewiesenen, reduzierten, »verifizierten« Spannkraftstreubreitenfaktor gearbeitet werden.

Baugröße des Spannkopf-Spannfutters | Radiale Spannreserve im Durchmesser [mm] | Spannkraftstreubreitenfaktor S | Spannkraftstreubreitenfaktor »verifiziert«
26 | 0,6 | 2,0* | 1,3
40 | 0,8 | 1,7* | 1,3
52 | 1,0 | 1,7* | 1,3
65 | 1,0 | 1,6* | 1,3
80 | 1,0 | 1,6* | 1,3
100 | 1,5 | 1,6 | 1,3
125 | 2,5 | 1,6 | 1,3

* Sofern aufgrund maßgenauer Werkstücke die radiale Spannreserve des Spannkopf-Spannfutters nur bis zu einer Grenze von 50% ausgenutzt wird, kann der Spannkraftstreubreitenfaktor um den Faktor 0,85 reduziert werden [Beispiel: Baugröße 52:]

Tabelle 5: Streubreiten der Spannkraft

Berührungsfaktor

Der Berührungsfaktor ist je nach Berührungsform / -fall den nachfolgenden Tabellen zu entnehmen.

Passsitz | Sattelsitz | Kantensitz
Der Spanndurchmesser des Spannkopfs entspricht dem Spanndurchmesser am Werkstück. | Der Spanndurchmesser des Spannkopfs ist größer als der Spanndurchmesser am Werkstück. | Der Spanndurchmesser des Spannkopfs ist kleiner als der Spanndurchmesser am Werkstück.

WS Werkstück

SP Spannelement

Tabelle 6: Berührungsformen / -fall

Berührungsfaktor | Bearbeitungsbedingungen | Berührungsform
Pass- und Sattelsitz | Kantensitz
Glatter Spannkopf | Trocken | 1,1 | 1,0
Nass* / MMS** | 1,3 | 1,2
Spannkopf mit Längs- und Querrillen | Trocken | 1,1 | 1,0
Nass* / MMS** | 1,3 | 1,2
Spannkopf mit Z- oder F-Riffelung | Trocken | 1,0 | 1,0
Nass* / MMS** | 1,2 | 1,1

* Nassbearbeitung: Verwendung von Kühlschmierstoff [KSS]

** MMS [MQL]: Einsatz von Minimalmengenschmierung

Tabelle 7: Berührungsfaktor

Spezifische Schnittkräfte

Entsprechend der relativ groben Unterteilung der Werkstoffe handelt es sich um Anhaltswerte. Dadurch können teilweise größere Abweichungen zu den realen Werten vorliegen.

Für abweichende Werkstückstoffe bzw. bei Bearbeitungsaufgaben im Grenzbereich des Spannmittels sind die jeweiligen k c-Werte des zu bearbeitenden Werkstückstoffs genau zu ermitteln beziehungsweise vom Werkstofflieferanten zu erfragen.

Bei Bohroperationen mit zweischneidigem Werkzeug gilt:

Werkstückstoffe | Spezifische Schnitkräfte bei f = 0,1mm* | Spezifische Schnittkräfte bei f = 0,5mm** | Spezifische Schnittkräfte bei f = 1,0mm***
Bezeichnung | DIN [ISO]
Grauguss | Zum Beispiel EN-GJL-250 | 1980 | 1260 | 900
Kugelgraphitguss [ungehärtet] | Zum Beispiel EN-GJS-400-15 | 2120 | 1190 | 1060
unlegierte/niedrig legierte Baustähle [mit durchschnittlicher Festigkeit] / Einsatzstähle [ungehärtet] | Zum Beispiel S235JR [1.0037] S275JR [1.0044] Ck10 [1.1121] 16MnCr5 [1.7131] 18CrNi8[1.5920] | 2920 | 1840 | 1500
unlegierte/niedrig legierte Baustähle [ungehärtet, mit höherer Festigkeit] | S355J2G3 [1.0570] E360 [1.0070] | 3350 | 2000 | 1600
Vergütungsstähle [vorvergütet] | C45 [1.0503] C60 [1.0601] 42CrMo4 [1.7225] 34CrNiMo6 [1.6582] | 2850 | 1960 | 1660
unlegierte/niedrig legierte Werkzeugstähle [ungehärtet] | C105W1 [1.1545] | 3100 | 2100 | 1690
Automatenstähle | 35S20 [1.0726] 60S20 [1.0728] | 1700 | 1480 | 1400
rostfreie Stähle |  | 3600 | 2450 | 2100
Gehärtete Stähle |  | 4800 |  |
Aluminium Knetlegierung <16%Si |  | 1340 | 900 | 750
Aluminium Gusslegierung <16%Si |  | 1520 | 1000 | 850
Messing |  | 1300 | 850 | 700

* Für Vorschübe zwischen 0,05mm und 0,1mm ist der Wert bei f=0,1mm mit 20% Zuschlag zu verwenden.

** Für Vorschübe zwischen 0,1mm und 0,5mm ist zu interpolieren.

*** Für Vorschübe zwischen 0,5mm und 1,0mm ist zu interpolieren. Für Vorschübe >1,0mm sind die Werte der Spalte f=1,0mm zu verwenden.

Tabelle 8: Spezifische Schnittkräfte

Reibkoeffizienten

Bei Werkstücken eines von Stahl abweichenden Werkstoffs sind die ausgewiesenen Werte mit den unten angegebenen Korrekturwerten zu multiplizieren.

Für gehärteten Stahl als Werkstückstoff gelten generell die Werte der glatten Spannköpfe bei geschliffenen Werkstückoberflächen.

|  | HINWEIS Sachschaden durch Einsatz des falschen Spannkopfes bei dem Spannen gehärteter Werkstoffe! Ein Spannen von gehärteten Werkstoffen oder von Werkstoffen mit sehr hohen Festigkeitswerten ist nur zulässig mit Spannköpfen der Ausführung glatt, längs- und quergerillt! Andere Spannkopfausführungen können Schaden nehmen und Ihre Fähigkeit verlieren, höhere Reibkoeffizienten bei weichen Werkstoffen zu erzielen.

Werkstückoberfläche | Spannfläche
Glatter Spannkopf | Längs- und quergerillter Spannkopf | Spannkopf mit Z-Riffelung | Spannkopf mit F-Riffelung
Feingeschlichtet, geschliffen | µ t = 0,06 µ a = 0,08 | µ t = 0,07 µ a = 0,09 | µ t = 0,15 µ a = 0,20 | µ t = 0,17 µ a = 0,22
Geschlichtet bis geschruppt | µ t = 0,10 µ a = 0,13 | µ t = 0,11 µ a = 0,15 | µ t = 0,18 µ a = 0,25 | µ t = 0,23 µ a = 0,28
Roh beziehungsweise unbearbeitet | µ t = 0,14 µ a = 0,16 | µ t = 0,16 µ a = 0,18 | µ t = 0,20 µ a = 0,28 | µ t = 0,25 µ a = 0,30
Werkstoff-Korrekturwerte | Aluminium-Legierungen | = 0,97
Messing | = 0,92
Grauguss | = 0,80

WS Werkstück

SP Spannelement

Tabelle 9: Reib-Koeffizient für Stahlwerkstücke

Spannkopf-Masse m[kg] und Abstand des Massenschwerpunkts der Spannkopf-Segmente zur Drehachse r s[m]

Spannkopf-Größe | Abstand Massenschwerpunkt r s[m] in kleinster Stellung | Spannkopf-Masse m[kg]
26 | 0,013 | 0,23
40 | 0,018 | 0,70
52 | 0,022 | 1,00
65 | 0,026 | 1,65
80 | 0,032 | 2,10
100 | 0,040 | 4,30
125 | 0,062 | 8,00

Tabelle 10: Spannkopf-Masse und Abstand des Massenschwerpunkts der Spannkopf-Segmente zur Drehachse

Ermittlung der erforderlichen Spannkraft

|  | INFORMATION
|  |  | aus
|  |  | aus
|  |  | aus
|  |  | aus
|  |  | aus

I |  |

|  | INFORMATION Der Faktor berücksichtigt mögliche auftretende Kraftübertragungsschwankungen.

II |  |

|  |  |  | Drehbearbeitung [innen und außen] Bohrbearbeitung [Vollbohren, zweischneidiges Werkzeug, zentrisch in Richtung der Werkstückachse]

|  |  | INFORMATION Bei der Berechnung der Zerspankräfte ist ein Stumpfungsgrad, welcher einer Verschleißmarkenbreite von entspricht, berücksichtigt.

III |  |

|  |  |  | Längsdrehen |
|  |  |  | Plandrehen / Einstechen |
|  |  |  | Wird das Werkstück mit einem Reitstock abgestützt, reicht es aus, mit des errechneten -Wertes weiter zu rechnen.

IV |  |

Entsprechend des eingangs definierten Grundsatzes bedeutet dies, dass die radiale Spannkraft des Spannkopf-Spannfutters mindestens der errechneten, erforderlichen radialen Spannkraft entsprechen muss, um diese Bearbeitungsaufgabe unter Einsatz des Spannkopf-Spannfutters lösen zu können.

Falls diese Bedingung nicht erfüllt würde, wäre das Spannkopf-Spannfutter nicht geeignet. Die Bearbeitungsaufgabe dürfte nicht ausgeführt werden.

Bei der Spannung und Bearbeitung von Werkstücken mit größeren Rund- und Planlauffehlern ist zu beachten, dass der Spanquerschnitt stark schwankt. Die daraus resultierende, punktuelle Erhöhung der Schnittkraft ist gesondert zu berücksichtigen.

Ermittlung der erforderlichen Spannkraft bei radialer Bohrbearbeitung

Bei radialen, auf das Zentrum gerichteten Bohroperationen erfolgt die Ermittlung der radialen Spannkraft ebenfalls nach dem Ansatz

wobei allerdings die Komponenten und zugrunde gelegt werden können, was zu einer vereinfachten Form [reine Querkraft] führt:

|  |  | Die Ermittlung von kann bei radial zur Spannmittelachse angreifenden Bohrbearbeitung analog zu Formel III wie folgt berechnet werden: Für die Berechnung von siehe Kapitel »Zu Grundsatz 4:« F q ≤ F q max.

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