Für die Fertigung ist das Kegeldrehen wichtig, um präzise konische Formen zu erzeugen. Dieses Verfahren findet in vielen Branchen Anwendung, sogar bei der Herstellung von Automobilkomponenten und Teilen für die Luft- und Raumfahrt. In diesem Artikel besprechen wir die wichtigsten Techniken, Berechnungen und praktischen Anwendungen des Kegeldrehens.
Was ist Kegeldrehen?
Beim Kegeldrehen entsteht eine Oberfläche mit glatten Winkeln, indem der Durchmesser eines rotierenden Werkstücks schrittweise verändert wird. Dieser Vorgang wird von einem Schneidwerkzeug ausgeführt, das sich entlang einer geraden Linie bewegt und Material entfernt, um eine kegelähnliche Form zu bilden. Jede konische Oberfläche weist einen bestimmten Konuswinkel auf, nämlich den Winkel zwischen der Oberfläche des konischen Stücks und der Werkstückachse.
Methoden des Kegeldrehens
1. Form-Tool-Methode
Bei der Formwerkzeugmethode wird ein Schneidwerkzeug verwendet, das auf die Hälfte des Kegelwinkels geformt ist. Dieses Werkzeug wird vom Bediener im rechten Winkel zum rotierenden Werkstück platziert. Wenn sich das Teil rückwärts oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, greift das Werkzeug gerade nach unten und entfernt Material über das gesamte Teil. Dies funktioniert gut bei kurzen Kegeln, verursacht jedoch Vibrationen. Daher werden die Schnittgeschwindigkeiten normalerweise reduziert, um das richtige Maß an Genauigkeit zu erreichen.
2. Reitstock-Übereinstellmethode
Bei dieser Methode des Kegeldrehens wird der Reitstock aus der Mittelposition der Drehmaschine bewegt. Der erste Teil des Prozesses besteht darin, das Werkstück zwischen Spitzen zu montieren und den Reitstock seitlich von der Hauptachse wegzubewegen. Der Kegel wird geformt, indem das Schneidwerkzeug parallel zum Drehmaschinenbett bewegt wird.
Maschinisten berechnen den erforderlichen Versatz wie folgt: Der Versatz = (Länge × Verjüngung pro Fuß)/24.
Für lange Werkstücke mit flachen Winkeln unter 8 Grad ist dieses Verfahren am besten geeignet.
3. Zusammengesetzte Ruhemethode
Bei der Kreuzlünette wird die Kreuzlünette auf die Hälfte des erforderlichen Kegelwinkels geschwenkt. Während sich das Werkstück auf dem Spannfutter dreht, bewegt sich das Werkzeug entlang eines Winkelpfads, dem es folgt. Um den Kegelwinkel zu ermitteln, verwenden Sie: tan θ = (Dd)/(2L).
Es eignet sich sehr gut zum Erzeugen kurzer, steiler (bis zu 45 Grad) Verjüngungen auf beiden Seiten der Mitte.
4. Kegeldreh-Befestigungsmethode
Der Aufbau verfügt über eine Führungsschiene, die sich in beide Richtungen um bis zu 10° schwenken lässt und hinter dem Drehbett montiert ist. Auf diese Schiene folgt ein Führungsblock, der mit dem Querschlitten verbunden ist, um eine präzise Steuerung zu gewährleisten. Das Handrad der Kreuzauflage dient dem Bediener zum Einstellen der Schnitttiefe.
Die Methode bietet Optionen für die Kraftzufuhr und ist für Kegel bis zu einer Länge von 300 mm geeignet. Sie funktioniert für Innen- und Außenkegel ohne Änderung der Haupteinrichtung und hält die Zentren ausgerichtet.
5. Fütterungsmethoden kombinieren
Bei diesem fortschrittlichen Ansatz wird ein abgewinkelter Schnittpfad erstellt, indem gleichzeitig Längs- und Quervorschub verwendet werden. Die Vorschubgeschwindigkeiten werden über die Zahnräder eingestellt, damit die Bediener ihre Bewegung steuern können. Dadurch werden präzise Kegel erzeugt, aber es ist viel Geschick erforderlich. Die Technik funktioniert sowohl auf CNC- als auch auf manuellen Drehmaschinen und ermöglicht bei komplexen Kegelformen eine präzise Kontrolle.
Kegeldrehen-Berechnungen
Bestimmung des Kegelwinkels
Um den Kegelwinkel (α) zu ermitteln, verwenden Sie diese Formel: tan α = (Dd) / 2L. In diesem Fall ist „D“ der große Durchmesser, „d“ der kleine Durchmesser und L die Kegellänge.
Konizität pro Fuß (TPF)
Die Durchmesserabnahme über einen Fuß Länge wird durch TPF dargestellt. Sie können TPF wie folgt berechnen: TPF = (Dd)/L × 12. Wenn TPF bekannt ist, kann der Reitstockversatz mit O = (TPF × L)/24 berechnet werden.
CNC-Kegeldrehberechnungen
Bei der Verwendung in CNC-Operationen folgt der Kegelradius an jedem Punkt x entlang des Kegels der Formel r = r0 – (xx TPF), wobei r0 der Anfangsradius ist. Um die Bearbeitungszeit zu berechnen, lautet die Formel Zeit = Schnittlänge / ((Vorschub pro Umdrehung x U/min)). Diese Formeln ermöglichen eine genaue Kontrolle der Werkzeugwege und halten Toleranzen von bis zu ±0.01 mm ein.
Vorteile des Kegeldrehens
- Konische Verbindungen weisen einen Keileffekt auf, der selbstsichernde Verbindungen erzeugt. Dadurch können Lasten gleichmäßig auf die Kontaktstellen verteilt werden, was für maximale mechanische Stabilität sorgt.
- Konische Teile verringern das Teilegewicht, indem sie an bestimmten Stellen Material einsparen, während die strukturelle Integrität erhalten bleibt. Und das ist besonders in der Automobil- und Luftfahrtbranche nützlich.
- Moderne Kegeldrehmaschinen verfügen über Sicherheitsvorrichtungen zu Ihrem Schutz, wie z. B. automatische Steuerungen, hochpräzise Vorschubsysteme und Schutzschilde. Diese Funktionen schützen das Bedienpersonal vor Metallspänen und rotierenden Teilen.
- Innenbohrungen auf der Drehmaschine können durch Kegeldrehen präzise ausgeführt werden. Dies vereinfacht die Locherweiterung und ermöglicht eine kontrollierte Durchmesserreduzierung.
- Konische Teile verringern die Breite der Rückströmung im Nachlaufbereich und den durch den Wind verursachten Widerstand. Gleichzeitig erhöhen sie Wirbelablösung Frequenz zur Verbesserung der aerodynamischen Leistung.
- Moderne Kegeldrehverfahren erreichen typischerweise Toleranzen von ±0.0002 Zoll Gesamtdurchmesserabweichung. Sie gewährleisten eine ausgezeichnete Teileausrichtung und exakte Passungen.
Anwendungen des Kegeldrehens in verschiedenen Branchen
Luft- und Raumfahrtsektor
Die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt für ihre komplexen Systeme hochpräzise Kegelteile. Durch Kegeldrehen werden Teile wie Streben, Fahrwerksteile, Motorgehäuse, Flugzeugruder und Turbinenwellen hergestellt.
Herstellung von Werkzeugmaschinenkomponenten
Mithilfe des Kegeldrehens werden präzise Maschinenkomponenten hergestellt. Es dient zur Herstellung von Reibahlen, Werkzeughaltern, Maschinenstiften, Spindeln und Dornen. Die sichere Werkzeugmontage und die richtige Ausrichtung werden durch diese präzisionsgefertigten Teile gewährleistet.
Konstruktion und Technik
Für große Bauprojekte werden stabile, präzise gefertigte Komponenten benötigt. Daher werden diese Spezialteile wie Ventile, Säulen, Träger, Kupplungen und Flansche durch Kegeldrehen hergestellt.
Automobilindustrie
Das Kegeldrehen wird im Automobilsektor zur Herstellung von Antriebsstrangteilen eingesetzt. Mit dieser Technik können alle Teile, von Spurstangen und Aufhängungskomponenten bis hin zu Achsen und Getriebewellen, genau dort eingesetzt werden, wo sie hingehören. Die genaue Passung all dieser Teile wirkt sich direkt auf die tatsächliche Leistung eines Fahrzeugs auf der Straße aus.
Verschiedene Einschränkungen und Überlegungen zum Kegeldrehen
- Zum Einrichten von Kegeldrehvorgängen sind erfahrene Bediener und Spezialausrüstung erforderlich. Bei der Kleinserienfertigung erhöht dies die Produktionskosten für Gewinde- oder Kegelteile um das Zwei- bis Dreifache.
- Um eine scharfe Schneide zu gewährleisten, ist das Schleifen eines Werkzeugs wichtig. Schleifen erfordert Geschick und Genauigkeit, da sich unsachgemäßes Schleifen negativ auf das Werkzeug sowie die Kegelqualität auswirkt.
- Es bedarf einer umfangreichen Schulung der Bediener, um zu lernen, wie man Tiefeneinstellungen vornimmt, Winkelberechnungen durchführt und die Vorschubgeschwindigkeit steuert. Daher müssen die Bediener viele Einstellungen und mehrere Bearbeitungsparameter erlernen.
- Das Kegeldrehen ist mit hohen Werkzeugkosten und anfänglicher Rüstzeit verbunden, ist aber bei großen Produktionsmengen kosteneffizient. Für Hersteller kleinerer Chargen ist die Investition in spezielle Ausrüstung oft nicht gerechtfertigt.
- Die genaue Positionierung des Werkzeugs auf der Mittellinie des Werkstücks ist wichtig, um präzise Kegel herzustellen. Schon bei einer winzigen Abweichung von 0.001 Zoll können eine schlechte Oberflächengüte und Maßfehler auftreten.
- Beim Kegeldrehen wird mehr Material entfernt als bei jedem herkömmlichen DrehprozesseDabei entstehen enorme Mengen an Kühlmittelabfällen und Metallspänen, die sicher entsorgt werden müssen.
Fazit
Kegeldrehen ist eine sehr gute Bearbeitungsmethode zur Herstellung von konischen Komponenten für viele Branchen. Es bringt auch mehrere wichtige Vorteile mit sich, wie beispielsweise minimiertes Komponentengewicht, verbesserte Leistung und herausragende Präzision. Es erfordert jedoch spezielle Maschinen und qualifizierte Bediener.
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Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert die Reitstock-Übersetzmethode beim Kegeldrehen?
Der Bediener entfernt den Reitstock von der Mittellinie des Werkstücks. Diese versetzte Position erzeugt einen Winkel zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück. Das Werkstück dreht sich und der Kegel wird durch diesen Winkel erzeugt.
Wie verbessert ein Kegeldrehaufsatz den Kegeldrehprozess?
Der Kegeldrehaufsatz ermöglicht eine genaue Kontrolle des Kegelwinkels. Er ermöglicht präzise und gleichmäßige Schnitte ohne Anpassung der Hauptmaschineneinstellungen.
Welche Sicherheitsvorkehrungen müssen bei Kegeldrehvorgängen beachtet werden?
Das Werkstück muss immer fest eingespannt sein und die richtige Schutzausrüstung muss immer getragen werden. Begrenzen Sie die Geschwindigkeit auf 1000 U/min und überprüfen Sie die Werkzeuge häufig auf Anzeichen von Verschleiß oder Unzulänglichkeit, die zu Unfällen führen können.
Welche Faktoren bestimmen die Wahl eines bestimmten Kegeldrehverfahrens für eine bestimmte Aufgabe?
Die Faktoren sind Material, Produktionsrate, Verfügbarkeit der Ausrüstung, Kegelwinkel und der erforderliche Genauigkeitsgrad des Endteils.
