Spannkraftberechnung, Berechnungsformel zum errechnen der benötigen Spannkraft eines Drehtei

Hallo zusammen,

ich wollte gern mal wissen wie man die benötigte Spannkraft eines Werkstücks (Rundmaterial) errechnen kann. Die Spindel befindet sich dabei im Stillstand. Ist es da ausreichend über das Hebelgesetz die erforderliche Futterspannkraft zu berechnen oder muss man noch was anderes beachten?

Danke schon mal im voraus.

Hi

Das hängt von vielen Faktoren ab, von denen ich dir mal paar benennen will.
Hast du einen weichen Werkstoff, willst aber Schrupparbeit durchführen musst du damit rechnen, dass sich das Material verformt, oder ins Futter geschoben wird, wenn du sehr glattes Material in einer geschliffenen Spannzange spannen willst.
Weiterhin kommt es darauf an, ob Beschädigungen am Rohmaterial zulässig sind. Hier gibt es verschiedene CRIP Systeme die mit kleinen Kegeln, oder Pyramiden ins Rohmaterial drücken und somit verhindern, dass sich das Material verschieben / bewegen kann.
Für Schlichtarbeiten wo nur wenige 1/10tel weggenommen werden, muss man nicht die maximale Spannkraft an der Verformungsgrenze des Rohmaterials fest machen.
Hinzu kommen Durchmesser und Oberflächenbeschafffenheit des Werkstücks, sowie die zu beabsichtigende Schnitt- oder Bearbeitsgeschwindigkeit. Bei Großen Durchmessern kommt sehr schnell an Grenzen, wo durch die Drehzahl auch dann Spannmittel bedingt durch die Fliehkraft aufgebogen wird, und somit die Haltekraft nachlässt.
Hier müsstest du schon den einzelnen Anwendungsfall jeweils für sich betrachten.

MFG

ANDY

Servus andy742000,

der Werkstoff um den es sich handelt ist Stahl C35. Die Ausspannlänge beträgt 335 mm. Einspannlänge sind 15 mm. Werkstück hat einen Durchmesser von 55mm. Beschädigungen am Rohmaterial sind zulässig. Ich möchte das Werkstück mittels angetriebener Werkzeuge plansenken (Fräser D12mm) sowie zentrieren. Um es vor der eigentlichen Bearbeitung mittels Reitstock abstützen zu können.

Hi

Gripspannzange mit Anschlag, und Fertig werden. Musste nichts groß berechnen, Standardeinstellung bleibt, bzw nach Herstellerangaben des Spannmittelanbieters. Und los gehts

MFG

Andy

Ich nutze halt ein Dreibackenfutter mit Krallenbacken. Denke aber das die Wirksamkeit ähnlich ist wobei eine Spannzange logischerweise den ganzen Durchmesser abdeckt.

Aber danke soweit.

Der Beitrag wurde von andy_ret bearbeitet: 10.04.2016, 16:55 Uhr

Hi

Du kannst auch "Krallenbacken" nehmen, bau dir aber zur Sicherheit einen Festanschlag ins Futter....

MFG

Andy

Alles klar andy, danke soweit

Bei der Spannsituation die du beschreibst, würde ich nicht nur einen Schritt zurücktreten, wenn die Spindel anläuft.
Bei einem Verhältnis Einspannlänge:Durchmesser:Ausspannlänge von 1:4:22 bräuchtest du mehr Spannkraft, als es das Material aushalten kann.
Mindestens die Krallenbacken auf voller länge ausnutzen und was das Zeug hergibt an Spannkraft. besser das Material nur max. 2-3 mal Einspannlänge ausspannen.
Aber ich vermute, daß das die Maschine und das Fütter in der Größe nicht hergeben.

Hallo,
Beim zentrieren mit angetriebenem Wkz das Werkstück langsam drehen lassen, also so 50-100 Umdrehungen. Dann bekommst du, falls sich das Zentrum durch querdrücke/Achsversatz nicht genau in die Mitte "trifft", trotzdem ein sehr genaues Zentrum. Wenn die Spitze dagegen fährt bist du dann auch wirklich in Achse.

Spannkraftberechnung geht wie folgt:
F_Rad Max steht auf dem Futter. Fliehkraftverlust findest du in der Futterbeschreibung oder im Netz. Reibwert mü bei Krallenbacken ca. 0,3, glatte Backen ca. 0,1.
Nachdem du nun weißt wie stark dein Futter spannt gibt es folgende DrehmomentRechnung:
Ich nehme mal an das Spannmittel spannt mit 70kN, dein Radius ist 27 mm, der Reibwert ist 0,3
M=F_rad x r x mü = 70 kN x 27 mm x 0,3 = 570 Nm übertragbares Drehmoment, ohne Sicherheit.

Schöne Zahl, jetzt solltest Spantiefe und Vorschübe danach richten! Überschlagsmäßig berechne ich das so:

Spezifischer Schnittwert Fc bei Stahl nehme ich immer so mit 2500N/mm2 an, nehmen wir weiter an die Spantiefe ist 4 mm und der Vorschub ist 0,4 mm, der Drehradius ist ebenfalls 27 mm.
M_Zerspanung = Fc x f x s x r = 2500 N/mm2 x 4 mm x 0,4 mm x 27 mm = 110 Nm

Da das mögliche Drehmoment Spanmittel ca. 5x größer als das Zerspanungsdrehmoment ist, sollte das Werkstück also sicher gespannt sein.

Es kommen immer viele Einflussgrößen dazu die du nicht berücksichtigen/ berechnen kannst. z.B. Schmierzustand Spannmittel, Schneidengeometrie, Spannlänge .... die Rechnung funktioniert in dem Fall mit Spitze. Bei fliegender Bearbeitung musst die weitaus vorsichtiger Vorgehen.

Sieht vielleicht komplizierter aus wie es wirklich ist. Mit der Zeit bekommst du ein Gefühl welche Werte du nehmen musst. Vor allem siehst du die möglichen Einflussgrößen die du verändern kannst.

Viel Erfolg Achim

hi,

ich glaube er will nur bei stehender spindel mittel angetriebenen werkzeugen eine zentrierung und plansenkung machen.
einschalten würde ich die spindel bei der spannsituation auch nicht.

ich glaube allerdings das die zentrierung unter umständen ziemlich weit ausser dem zentrum der welle sein könnte, wenn man die welle nicht ausrichtet.

evtl. die welle zuerst weiter zurückspannen (ca. 20mm aus dem futter), dann planen, zentrieren, (plansenkung) und danach erst die welle auf die 335mm herausspannen, dann ist die zentrierung genau im zentrum.


vg tim

Hi

wie heist es so schön

Theorie ist das eine Praxis das andere !

So jetzt Stand entgegen allen "Vorrechenmodellen" eins im Raum Knapp ein halber Meter hängt aus dem Futter raus, Die Spindel steht, und er will vorne was Reinfräsen Auch wenn das Ding nur auf knapp Daumenbreite gespannt ist

Solange die Spindel nicht andreht... auch wenn der Reitstock gegendrückt...

Hier sollten wirklich mal die Spannmittel genauer betrachtet werden, auch für Hydraulische oder Pneumatische 3 Backenfutter gibt es Spannbacken, die nach diesem GRIP Prinzip funktionieren...


MFG

Andy

Erstmal danke euch allen für die Hilfe. Wie oben schon beschrieben hatte ich vor das Werkstück bei stehender hauptspindel mittels angetriebener Werkzeuge plan zu senken und nachher zu zentrieren. Um vor der eigentlichen Bearbeitung das Werkstück mittels Reitstock abzustützen.
WER ALSO DAVON AUSGEHT DAS ICH DIE SPINDEL EINSCHALTE WENN DAS WERKSTÜCK BEI EINER AUSSPANNLÄNGE VON 335MM SOWIE EINER EINSPANNLÄNGE VON 15MM GESPANNT IST, DER HAT DIE FRAGE BZW. DIE REIHENFOLGE DER BEARBEITUNG NICHT VERSTANDEN.
Noch mal erst plansenken dann zentrieren dann abstützen. Der Vorschlag von HAINBUCH die Spindel so 50-100 Umdrehungen laufen zu lassen um das optimale Zentrum zu erreichen wäre noch annehmbar.
Da aber der Rohrdurchmesser 55mm beträgt und die Durchmesser bei Fertigstellung alle so um die 30mm liegen sollte es verkraftbar sein das dass Zentrum ein wenig außerhalb der Mitte liegt.
Die Welle zuerst tief einspannen und bei einer Ausspannlänge von 20 mm Plan zu senken und zu zentrieren halte ich für weniger sinnvoll. Bei 1680 Stück möchte ich doch schon versuchen so schnell und effektiv wie möglich voran zu kommen.
Bei den von hainbuch angegebenen schnittwerten würde ich eher vorsichtiger vorgehen. Zu Anfang Versuch ich es wahrscheinlich mit einer schnitttiefe von 2mm (also 4mm im Durchmesser) bei einem Vorschub von 0,3mm pro Umdrehung. Vc in etwa bei 200 m/min. Schneller kann ich das auch noch nach dem ersten Teil machen.
Soviel mal dazu, wie ich mir das so ungefähr vorgestellt habe.

Hab gerade gesehen das ich mich vorher verschrieben habe. Statt Rohrdurchmesser sollte eigentlich Rohdurchmesser bzw. Rohteildurchmesser da stehen.

Hallo,

Hast du einen Stangengreifer oder einen Stangenlader an der Maschine? Wenn ja ca 50mm raus stehen lassen dann Zentrieren dann Matt raus ziehen oder mit dem Stangenlader Schieben auf Fertigelänge Reitstock ran und Fertig Drehen.

Lg

Ne, die Maschine an der ich arbeite hat KEINEN Stangenlader.

Guten Morgen,

ich hatte schon ein 750 mm langes Werkstück mit ähnlichem Durchmesser fliegend so zentrieren lassen. Die Maschine ist, wenn ich meinen Kollegen glauben, darf noch nicht kaputt geschlagen. Spannlänge ist dabei so um 30 mm. Naja - vielleicht bin ich von den Spannmitteln die wir üblicherweise verwenden etwas verwöhnt

@Andy742000

Das Werkstück hängt nicht knapp einen halben Meter aus dem Spannmittel raus - sondern ca. 320 mm. Das halte ich schon für einen wesentlichen Unterschied. Weiterhin hat der Kollege, steht im Posting, nach "Spannkraftberechnung" gefragt, also habe ich darauf geantwortet. Die Schnittkraftrechnung braucht man um mit dem errechneten Drehmomentwerrt etwas "anzufangen".

Weiterhin:

Ja sehe ich auch so! An meiner theoretischen Beispielrechnung kannst du sehen welches Potenzial in der Praxis häufig verschenkt wird.
Bei 1680 zu produzierenden Werkstücken mit einer Drehlänge von 300 mm und einem Durchmesserunterschied von über 20 mm im Durchmesser sprechen wir von vielen Stunden Fertigungzeit die einzusparen sind.

Das Hauptproblem sehe ich, nachdem ich höre "Fertigteildurchmesser 30 mm", bei dann 10 x d in der Durchbiegung der Welle!
Natürlich wird das Aufrichten der Rohwelle durch die sehr kurze Spannlänge erschwert. Da sind 2-3 mm Rundlaufschlag an der Welle sicherlich zu erwarten - vielleicht sogar mehr! Ich weiß nicht wie beladen wird, aber vielleicht ist ein Prisma auf dem Revolver sinnvoll. Dann habe ich das Werkstück auf Mittelachse sobald das Backenfutter zugespannt wird.

Gruß Achim

Nun, jeder nach seiner Schlagfestigkeit...
Stirnsenken mit Durchmesser 55? an der Stirnseite eines Werkstücks, daß um die 22-fache Einspannlänge ausgespannt ist ?... und nur 1/4 Einspannlänge des Durchmessers...
Wenn natürlich Prozesssicherheit und Arbeitsschutz nicht sinnvoll sind... dann bin ich erstmal sprachlos und auch ein wenig entsetzt.

Die Futterspannung muß etwas mehr Haltekraft aufbieten, als bei der Zerspanung (plansenken der Stirnseite) aufgewendet wird.
Hebelgesetz:
1.Hebel: Einspannlänge:Durchmesser = 15:55 = 0,27
2.Hebel: Einspannlänge:Ausspannlänge = 15:335 = 0,047
Gesamthebelwirkung: 1.Hebel x 2.Hebel = 0,27 x 0,047 = 0,01269
Bei dieser Rechnung ist das Biegemoment der Stange noch gar nicht berücksichtigt.
An der Zerspanungsstelle sind also noch max. etwa 1,2% der Haltekraft des Spannmittels wirksam.

Plansenken (mit 2 Schneiden): Spanquerschnitt: (2x Radius=Schneidenlänge=55) x (Spantiefe=Vorschub=0,05)

Den Rest dürft ihr euch selbst errechnen.

Der Beitrag wurde von guest bearbeitet: 11.04.2016, 12:24 Uhr

Hallo guest,
ich gebe dir bedingt schon recht.
Vor meinem geistigen Auge ist bei "Plansenken" ein 2- oder 3-Schneider mit Durchmesser 10-12 mm aufgetaucht - mea culpa! Bei Durchmesser 55 mm wäre ich nicht auf die Idee gekommen es so zu machen. Da sollte der Andy noch was dazu sagen!

Sollte das Spannmittel statisch 100 kN radial bringen, sind die gerechneten 1,2% Restspannkraft am fliegenden Ende immerhin noch 120 kg. Dies sollte für einen kleinen Senker und den Zentrierbohrer reichen.
Die obere Beschreibung unserer fliegenden Spannsituation haben wir definitiv bei einem Kunden so laufen.

Die Spannlänge ist für ein Backenfutter schon kurz. Wie gesagt, wir sind da verwöhnt...
5xd - fliegend drehen auf Youtube

Gruß Achim

Viel mehr macht mir Sorgen, daß wohl die ganze Technologie etwas fragwürdig ist. Jetzt auf Kosten der Mitarbeiter-Sicherheit an einem Arbeitsgang zu sparen, ist nicht gerade glücklich.
Wenn die Zentrierung einige Millimeter außer Mitte liegt, ist die Unwucht beim Drehen nicht ganz zu vernachlässigen. Dazu kommt, daß einige "Spannungszonen" im material gekreuzt werden, was die Welle/Spindel bei einer eventuellen thermischen Nachbehandlung, aber spätestens im Einsatz unter Wechsellast, auch zum "Flitzebogen" werden lassen könnte.

Aus dem Maschinenbau kenne ich folgende erprobte Technologie:
Material mit 5mm Aufmaß
Einspannzapfen mit Länge min. 1,5-2x Spanndurchmesser.
0. AG: Stange zusägen auf Rohteillänge
1. AG: 1.Seite Spannzapfen andrehen und zentrieren.
2. AG: 2. Seite zentrieren (ASL max. 2xD) (meist auf Zentriermaschine)
3. AG: 1. Kontur Drehen
4. AG: Welle/Spindel richten.
5. AG: 2. Kontur Drehen.
6. ... Einsetzen
7. ... fertig Drehen zw. Spitzen
8. ... Härten
9. ... Richten
10. ... Schleifen
.... Enden abtrennen

...also ich halte es nicht für fragwürdig.

Nehmen wir mal an die Stange rotiert zu Beginn nicht und die Einspannachse ist durch die Beladung einigermaßen gegeben. Wenn ein 10-er Flachsenker "das Werkstück bewegen" würde - was könnte da passieren?? Der Sägeabschnitt rutscht zwischen den Backen um 30 mm nach unten.

Die Unwucht des ersten Schnittes mit angestelter Zentrierspitze wird ggf. mit reduzierten Drehzahlen gefahren - bis die erste Drehhälfte erreicht ist....

@Hainbuch

Nichts für ungut..

Ich meinte jedoch so ein Produkt

Produkt

Sowas hatten wir auch, deswegen war meine Frage auch dahingehend ob Beschädigungen / Abdrücke auf der Oberfläche zulässig sind.

Ich gehe davon aus, dass Ihr auch ähnliche Produkte im Angebot habt.

Deinen Einwand, dass wenn man Plan ein Zentrierung einfräst, auch das Werkstück rotieren lassen sollte, gehe ich soweit mit.

So schönen Feierabend

MFG

Andy

Bei einem Auftrag von 1680 Stück sind das bei D55x335 rund 11,3to. Materialeinsatz.
Bei D35x355 wären das nur 4,8to.
Hier werden also rund 6 Tonnen "für die Katz" zerspant. Mehr als doppelt so viel, wie nötig. Da wäre meiner Meinung nach das größte Sparpotential.
Ich habe keine aktuellen Stahlpreise. Bei 500€/to sind das aber schon mal 3000€ Luftnummer. Für den Preis kriege ich locker jemanden, der die Stangen zenriert.

Hi

z.B. Der Lehrling auf der DLZ

MFG

Andy

Servus,

er spannt mit Krallenbacken, bohrt zentrisch mit AGWs, wo soll das Teil den hin???

Von härten habe ich außer bei guest nichts gelesen (übersehen??)

Auch nichts davon, das das Teil komplett 30 wird...

Falls es beim schlichten vibrieren sollte, Aufmaß erhöhen!

Viel Erfolg

Also dann. Ausprobieren und Vorsicht an der Bahnsteigkante.