Teile, die einen festen Sitz, eine gute Abdichtung oder eine präzise Ausrichtung erfordern, brauchen oft eine genaue Verjüngung. Selbst ein kleiner Fehler kann dazu führen, dass ein Teil ausfällt oder nicht wie vorgesehen passt. Kegeldrehen ist ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von Teilen mit schrägen Oberflächen. In diesem Leitfaden wird das Kegeldrehen Schritt für Schritt erklärt, damit Sie glatte, genaue Ergebnisse erzielen und kostspielige Fehler vermeiden können.
Das Kegeldrehen wird häufig für Wellen, Maschinenkomponenten und montierte Teile verwendet. Es ist auch ein gängiges Verfahren bei CNC-Dreharbeiten. In den folgenden Abschnitten werden wir uns ansehen, wie das Kegeldrehen funktioniert und welche Methode für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist.
Was ist Kegeldrehen in der Zerspanung?
Unter Kegeldrehen versteht man das Schneiden einer Fläche, deren Durchmesser sich über die Länge eines runden Werkstücks allmählich verändert. Mit Hilfe einer Drehmaschine wird eine kegelförmige Form hergestellt. Der Kegel kann sich auf der Außenseite (außen) oder auf der Innenseite (innen) des Werkstücks befinden. Der Winkel und die Länge des Kegels richten sich nach dem Verwendungszweck des Werkstücks.
Diese Methode wird häufig angewandt, wenn Teile genau passen oder ausgerichtet werden müssen - wie Wellen, Stifte oder Werkzeughalter. Kegel können mit manuellen oder CNC-Drehmaschinen geschnitten werden. Jeder Maschinentyp hat seine eigene Art, den Schnitt einzurichten und zu steuern.
Konen sind hilfreich, weil sie das Positionieren und Einrasten von Teilen erleichtern. Sie sind selbstzentrierend, bieten einen passgenauen Sitz und halten fest unter Kraft. Kegel in Werkzeugen ermöglichen eine schnelle und wiederholbare Montage. In Sanitär- oder Gasleitungen tragen kegelige Gewinde zur Bildung starker Dichtungen bei.
Wie funktioniert das Kegeldrehen?
Beim Kegeldrehen wird das Schneidwerkzeug in einem Winkel zur Werkstückachse bewegt, während sich das Teil in der Drehbank dreht. Durch diese Winkelbewegung ändert sich der Durchmesser allmählich über die Länge.
Das Verfahren beginnt mit der Befestigung des Werkstücks im Spannfutter oder zwischen den Spitzen. Dann stellt der Bearbeiter den Kegelwinkel ein. Dies kann mit dem Kreuztisch, einem Kegelaufsatz oder durch Versetzen des Reitstocks geschehen. Bei CNC-Drehmaschinen wird der Kegelwinkel direkt in das Programm eingegeben.
Nachdem die Einrichtung fertig ist, wird durch Schruppschnitte das meiste überschüssige Material entfernt. Leichtere Endschnitte bringen das Teil dann auf seine endgültige Größe. Die Genauigkeit wird mit Werkzeugen wie Mikrometern, Messschiebern oder Kegelmessern überprüft. Ein gleichmäßiger Vorschub, scharfe Schneidkanten und die richtige Spindeldrehzahl tragen dazu bei, eine saubere und präzise Oberfläche zu erzeugen.
Geometrie eines Kegels
Beim Kegeldrehen geht es nicht nur um das Schneiden von Material. Es geht darum, das Werkstück in eine bestimmte und genaue Form zu bringen. Um dies gut zu tun, müssen Sie die grundlegende Geometrie hinter jeder Verjüngung verstehen.
Kegelwinkel und seine Messung
Der Kegelwinkel ist der Winkel zwischen der kegeligen Fläche und der Werkstückachse. Er ist normalerweise klein und wird in Grad gemessen. Gängige Messwerkzeuge sind Sinusbalken, Winkelmesser oder Kegelmessgeräte.
Die meisten Verjüngungen sind symmetrisch, d. h. der Winkel ist auf beiden Seiten gleich groß. Wenn ein Teil zum Beispiel einen Gesamtwinkel von 10° hat, ist jede Seite 5° von der Achse entfernt.
Taper Ratio erklärt
Das Kegelverhältnis beschreibt, wie stark sich der Durchmesser über eine bestimmte Länge verändert. Es wird als Verhältnis geschrieben, z. B. 1:20. Das bedeutet, dass sich der Durchmesser pro 20 mm (oder Zoll) Länge um 1 mm (oder Zoll) ändert.
Anhand dieses Verhältnisses lässt sich feststellen, ob eine Verjüngung steil oder allmählich ist. Ein steiler Kegel, z. B. 1:10, wird für eine schnelle Montage oder ein leichtes Lösen verwendet. Eine flache Verjüngung, z. B. 1:50, ist besser für eine genaue Ausrichtung.
Mathematische Formel für das Kegeldrehen
Hier ist die Grundformel für die Verjüngung:
Verjüngung = (D - d) / L
Wo:
- D = Großer Durchmesser
- d = Kleiner Durchmesser
- L = Länge des Kegels
So finden Sie den Winkel in Grad:
Winkel = Arkustangens[(D - d) / (2 × L)]
Diese Berechnungen sind sowohl für das Einrichten des Schnitts als auch für die Kontrolle des fertigen Teils nützlich. Sie sind auch wichtig für die Programmierung von CNC-Maschinen mit hoher Genauigkeit.
Arten von Kegeldrehverfahren
Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Kegel auf einer Drehmaschine zu erzeugen. Jede Methode eignet sich für unterschiedliche Teilelängen, Winkel und Genauigkeitsanforderungen. Hier erfahren Sie, wie jede Methode funktioniert und wann Sie sie anwenden sollten.
Formular Werkzeug Methode
Bei dieser Methode wird ein Schneidewerkzeug verwendet, das so geschliffen ist, dass es genau dem Kegelwinkel entspricht. Das Werkzeug wird in einer geraden Linie direkt in das rotierende Werkstück eingeführt. Da das Werkzeug bereits die Kegelform hat, wird die abgewinkelte Oberfläche in einem Durchgang erzeugt.
Vorteile:
- Sehr schnell für kleine Teile und kurze Verjüngungen.
- Einfache Einrichtung mit minimalen Anpassungen.
Einschränkungen:
- Nur bei kurzen Kegeln sinnvoll, da der gesamte Kegel in einem Schnitt geformt werden muss.
- Erzeugt hohe Schnittkräfte, die das Werkstück oder das Werkzeug auslenken können.
- Kann die Oberflächengüte beeinträchtigen und die Lebensdauer des Werkzeugs aufgrund der hohen Belastung verkürzen.
Am besten geeignet für:
Kleine konische Abschnitte, Fasen und Großserienproduktion von kurzen Kegeln.
Methode der kombinierten Einspeisung
Bei dieser Methode werden sowohl der Längsvorschub (entlang der Achse) als auch der Quervorschub (in Richtung der Achse) gleichzeitig eingesetzt. Die kombinierte Bewegung bewegt das Werkzeug diagonal und erzeugt so die Verjüngung.
Vorteile:
- Kann sowohl für kurze als auch für mittellange Verjüngungen verwendet werden.
- Ermöglicht die flexible Einstellung des Kegelwinkels durch Änderung der Vorschubgeschwindigkeit.
Einschränkungen:
- Die manuelle Steuerung ist schwierig, da die Koordinierung beider Einspeisungen eine Herausforderung darstellt.
- Nicht üblich bei manuellen Drehmaschinen, aber weit verbreitet in CNC-Drehen wo der Werkzeugweg genau programmiert werden kann.
Am besten geeignet für:
CNC-Dreharbeiten, bei denen die Software die diagonale Bewegung des Werkzeugs präzise koordinieren kann.
Compound Rest Methode
Dies ist eine der gebräuchlichsten Techniken für manuelle Drehbänke. Der Kreuzschlitten wird auf den gewünschten Kegelwinkel gedreht (geschwenkt). Der Bediener verwendet dann das Handrad der Kreuzschlittenauflage, um das Werkzeug entlang des eingestellten Winkels vorzuschieben, während sich das Werkstück dreht.
Vorteile:
- Gut für kurze und präzise Verjüngungen.
- Einfaches Einstellen und Anpassen von Winkeln.
- Bietet eine gute Kontrolle über die Oberflächenbeschaffenheit.
Einschränkungen:
- Der eingeschränkte Verfahrweg der Compound-Auflage macht sie für lange Verjüngungen ungeeignet.
- Langsamer als einige andere Methoden für größere Teile.
Am besten geeignet für:
Kurze Kegel, wie sie in Werkzeugschäften, Zentrierbohrern und kleinen Ausrichtungselementen verwendet werden.
Methode der Kegeldrehbefestigung
Bei dieser Methode wird ein spezieller Kegeldrehaufsatz an der Drehmaschine montiert. Die Vorrichtung führt den Werkzeughalter in einem voreingestellten Winkel, während sich der Schlitten in einer geraden Linie entlang des Drehbankbetts bewegt.
Vorteile:
- Ideal für lange Kegel, da die Bewegung des Schlittens nicht eingeschränkt wird.
- Hält den Reitstock in der normalen Position, um Ausrichtungsprobleme zu vermeiden.
- Erzeugt hohe Genauigkeit bei minimalen Einstellungsfehlern.
Einschränkungen:
- Erfordert eine spezielle Vorrichtung, die nicht für alle Drehmaschinen verfügbar ist.
- Der Zeitaufwand für die Einrichtung ist etwas höher als bei der Compound-Rest-Methode.
Am besten geeignet für:
Lange und präzise Verjüngungen, vor allem in der Produktion oder bei der Verwendung von Zwischenzenter-Einrichtungen.
Reitstockaufsatz-Methode
Bei diesem Verfahren wird der Reitstock um einen berechneten Betrag seitlich versetzt, so dass das Werkstück in einem leichten Winkel zur Achse der Drehmaschine sitzt. Ein gerader Vorschub entlang des Schlittens erzeugt dann einen Kegel.
Vorteile:
- Einfaches Einrichten auf einfachen Drehbänken ohne Vorrichtungen.
- Gut geeignet für flache, lange Verjüngungen.
Einschränkungen:
- Nur für äußere Verjüngungen zwischen Spitzen geeignet.
- Kann nicht für Innenkonen verwendet werden.
- Durch das Versetzen des Reitstocks werden die Spitzen leicht dejustiert, was mit der Zeit zu ungleichmäßigem Verschleiß führen kann.
Am besten geeignet für:
Lange, allmähliche Verjüngungen in Wellen oder Spindeln, wenn keine anderen Kegeldrehmaschinen zur Verfügung stehen.
Werkzeugauswahl für das Kegeldrehen
Mit dem richtigen Werkzeug wird das Kegeldrehen glatter, schneller und genauer. Die falsche Wahl des Werkzeugs führt zu Ratterern, rauen Oberflächen und falschen Winkeln. Hier ist, worauf Sie achten sollten.
Die Wahl des richtigen Schneidwerkzeugs
Verwenden Sie für die meisten konischen Arbeiten einen Einpunkt-Drehmeißel. Damit haben Sie eine bessere Kontrolle über den Schnitt und den Winkel. Für kurze, steile Kegel kann auch ein Formwerkzeug verwendet werden.
Stellen Sie sicher, dass das Werkzeug starr und scharf ist. Wählen Sie ein Werkzeug, das für den Kegelwinkel und die Einstellungsmethode geeignet ist. Hartmetallwerkzeuge eignen sich gut für harte Materialien und Hochgeschwindigkeitsschnitte, während Werkzeuge aus Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS) gut für allgemeine Anwendungen und niedrigere Geschwindigkeiten geeignet sind.
Werkzeuggeometrie und Spielraum
Verwenden Sie ein Werkzeug mit dem richtigen Seiten- und Rückseitenwinkel. Dadurch wird ein gleichmäßiger Schnitt ohne Reibung auf der Oberfläche erreicht.
Lassen Sie genügend Abstand zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, um Reibung zu vermeiden, insbesondere entlang des Kegels. Verwenden Sie einen Spitzenradius, der dem gewünschten Finish entspricht. Ein kleiner Radius ergibt eine schärfere Spitze, kann aber Ratterer verursachen. Ein größerer Radius verbessert das Finish, erfordert aber mehr Kontrolle.
Wesentliche Überlegungen
Der Werkstoff des Werkstücks beeinflusst die Wahl des Werkzeugs und die Schnittbedingungen.
- Für weiche Metalle wie Aluminium oder Messing sollten Sie scharfe Werkzeuge und höhere Drehzahlen verwenden.
- Für härtere oder rostfreie Stähle sollten Sie beschichtete Hartmetallwerkzeuge mit niedrigeren Drehzahlen verwenden.
- Wenn das Teil lang oder flexibel ist, verwenden Sie eine Mittel- oder Folgeauflage, um die Durchbiegung zu verringern.
Bewährte Praktiken beim Kegeldrehen
Gutes Kegeldrehen hängt von einer soliden Einrichtung, stabilen Schnitten und einer konsequenten Kontrolle ab. Diese bewährten Verfahren helfen, Fehler zu vermeiden, Zeit zu sparen und die Oberflächengüte zu verbessern.
Halten und Zentrieren von Werkstücken
Sichern Sie das Werkstück fest. Verwenden Sie für kurze Teile ein Spannfutter und für lange Kegel ein Zentrum. Prüfen Sie vor dem Schneiden immer auf Rundlauffehler.
Richten Sie die Spitzen sorgfältig aus, wenn Sie die Reitstockaufsatzmethode verwenden. Eine Fehlausrichtung führt zu ungleichmäßigen Schnitten und einer falschen Konizität. Stützen Sie sich bei langen Teilen mit einer Lünette oder Folgelatte ab, um Verbiegungen oder Vibrationen zu vermeiden.
Empfehlungen für Geschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe
Beginnen Sie je nach Material mit moderaten Schnittgeschwindigkeiten. Für Stahl sollten Sie 80-150 SFM verwenden. Bei Aluminium gehen Sie höher, bis zu 400 SFM.
Verwenden Sie beim Schlichten einen geringeren Vorschub, etwa 0,05 bis 0,1 mm/Umdrehung. Zum Schruppen erhöhen Sie ihn auf 0,2-0,3 mm/U. Die Schnitttiefe sollte dem Werkzeug und der Steifigkeit entsprechen - in der Regel 0,2-1,0 mm für Schruppen und weniger als 0,2 mm für die Endbearbeitung.
Vermeiden Sie tiefe Schnitte in einem Durchgang. Mehrere leichte Durchgänge reduzieren Ratterer und ermöglichen eine bessere Kontrolle.
Vermeiden von Kegelfehlern und Werkzeugverschleiß
Achten Sie auf Anzeichen von Rattern, Werkzeugverformung oder unebenen Oberflächen. Dies ist häufig auf stumpfe Werkzeuge, schlechte Einstellungen oder falsche Geschwindigkeiten zurückzuführen.
Halten Sie das Werkzeug scharf und ersetzen Sie es, bevor die Schneide abgenutzt ist. Stumpfe Werkzeuge erhöhen die Wärmeentwicklung und verursachen raue Oberflächen. Prüfen Sie häufig die Ausrichtung des Werkzeugs - wenn die Werkzeugspitze nicht mittig ist, ist der Kegel nicht richtig ausgerichtet.
Säubern Sie die Späne immer und prüfen Sie den Kegelwinkel zwischen den Durchgängen. Konsequentes Messen hilft, Fehler frühzeitig zu erkennen.
Anwendungen von konischen Teilen
Kegelförmige Teile sind in der Feinmechanik allgegenwärtig. Ihre Form hilft, Teile auszurichten, zu verriegeln oder kontrolliert zu trennen. Hier sind die wichtigsten Bereiche, in denen sie verwendet werden.
Werkzeugmaschinenkomponenten
Maschinenspindeln, Aufnahmedorne und Werkzeughalter haben oft Präzisionskegel. Beispiele hierfür sind Morse-, Jacobs- und CAT-Kegel. Diese ermöglichen einen festen Sitz der Werkzeuge und lassen sich dennoch leicht entfernen. Der Kegel sorgt für eine genaue Ausrichtung zwischen Werkzeug und Spindel, wodurch Vibrationen reduziert und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert werden.
Anwendungen in der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt
In Autos, Lastwagen und Flugzeugen werden konische Wellen und Bolzen zur Verbindung von Rädern, Getrieben und Propellern verwendet. Sie übertragen das Drehmoment ohne Schlupf und können schwere Lasten aufnehmen. Kegelrollenlager beispielsweise nehmen sowohl radiale als auch axiale Kräfte auf und sind daher ideal für hohe Geschwindigkeiten oder hohe Belastungen.
Medizinische Geräte und Werkzeugsysteme
Chirurgische Werkzeuge, zahnärztliche Handstücke und orthopädische Implantate verwenden häufig Kegel für präzise, sichere Verbindungen. In Werkzeugsystemen verlassen sich Schnellwechselhalter und -adapter auf Kegel, um die Ausrichtung bei wiederholtem Gebrauch beizubehalten. Diese Konstruktionen ermöglichen eine schnelle Montage und gewährleisten gleichzeitig Stabilität und Genauigkeit während des Betriebs.
Schlussfolgerung
Das Kegeldrehen ist ein wichtiges Drehverfahren für die Herstellung von Teilen mit wechselnden Durchmessern. Es unterstützt enge Passungen, reibungslose Zusammenbauten und eine genaue Ausrichtung in vielen Branchen. Es gibt verschiedene Methoden des Kegeldrehens, und jede eignet sich für unterschiedliche Teiletypen und Genauigkeitsanforderungen. Durch die Wahl der richtigen Einrichtung, der Schneidwerkzeuge und der Bearbeitungsparameter können Sie saubere, genaue Kegel mit weniger Nacharbeit herstellen.
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Hey, ich bin Kevin Lee
In den letzten 10 Jahren bin ich in verschiedene Formen der Blechbearbeitung eingetaucht und teile hier coole Erkenntnisse aus meinen Erfahrungen in verschiedenen Werkstätten.
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Kevin Lee
Ich verfüge über mehr als zehn Jahre Berufserfahrung in der Blechverarbeitung und bin auf Laserschneiden, Biegen, Schweißen und Oberflächenbehandlungstechniken spezialisiert. Als Technischer Direktor bei Shengen bin ich bestrebt, komplexe Fertigungsherausforderungen zu lösen und Innovation und Qualität in jedem Projekt voranzutreiben.
