CNC-Bearbeitungszeit berechnen: nach Schnittweg, Vorschub, Eilgang und Nebenzeit aufgeteilt kalkulieren
Erklärt an einem Drehbeispiel mit zwei Außenschnitten die Rechnung Schnittzeit = Weg ÷ Vorschub pro Minute, die Umrechnung aus dem Vorschub pro Umdrehung, Nebenzeiten wie Eilgang und Werkzeugwechsel und warum die simulierte Zeit von der tatsächlichen Zykluszeit abweicht.
Die Grundformel der Kalkulation
Der Ausgangspunkt der Zeitberechnung ist einfach: Schnittzeit (min) = Schnittweg (mm) ÷ Vorschub pro Minute (mm/min). Ist das Programm in Vorschub pro Umdrehung geschrieben, rechnet man zuerst mit Vorschub pro Minute = F (mm/rev) × S (rpm) um. Addiert man die Zeiten für Eilgang, Werkzeugwechsel, Spindelbeschleunigung und Hilfsfunktionen wie Kühlmittel und Türen, ergibt sich die Zykluszeit.
Falsch werden Kalkulationen meist nicht durch die Formel, sondern durch vergessene Posten. Eine Kalkulation nur aus der Schnittzeit fällt in der Regel kürzer aus als die Wirklichkeit, und je kleiner das Teil, desto größer der Anteil der Nebenzeit.
Beispielprogramm
Zwei Drehschnitte von je 62 mm auf Ø50 und Ø46, S1000, F0.25
O3008
T0101
G21 G90 G18 G40 G99
G97 S1000 M03
G00 X52. Z2.
G01 X50. F0.25
Z-60.
G00 X54. Z2.
X46.
G01 Z-60. F0.25
G00 X100. Z100.
M30Die Abbildung oben zeigt das Ergebnis dieses Programms in CNC Path Analyzer (Linearvorschub 3 Segmente, Eilgang 3 Segmente).
Die Schnittzeit des Beispiels von Hand rechnen
Beachten Sie, dass der X-Weg an der Drehmaschine die Hälfte des Durchmesserunterschieds ist. Die Zustellung von X52 auf X50 beträgt im Programm 2 mm, das Werkzeug fährt aber nur 1 mm. Außerdem beginnt der Schnitt bei Z2, sodass die 2 mm Luftschnitt vor der Planfläche in der Schnittzeit enthalten sind. Der Anfahrabstand ist aus Sicherheitsgründen nötig, in Serien von Hunderten Teilen summieren sich diese wenigen Millimeter aber zu nennenswerter Zeit.
| Abschnitt | Weg | Vorschub pro Minute | Zeit |
|---|---|---|---|
G01 X50. Zustellung | 2 mm im Durchmesser → 1 mm im Radius | 0.25 × 1000 = 250 | Etwa 0.24 s |
Z-60. 1. Schnitt | 62 mm (Z2 → Z-60) | 250 | Etwa 14.9 s |
G01 Z-60. 2. Schnitt | 62 mm | 250 | Etwa 14.9 s |
| Summe | Etwa 125 mm | - | Etwa 30 s |
Eilgangzeit
Der Eilgang fährt mit Höchstgeschwindigkeit der Maschine, dauert aber nicht null Sekunden. An einer Drehmaschine mit 20 m/min Eilgang summieren sich die Eilgangwege im Beispiel auf gut 200 mm, die reine Fahrzeit liegt unter einer Sekunde. Jede Achse hat jedoch Beschleunigungs- und Bremsphasen, sodass viele kurze Eilgänge in Wirklichkeit deutlich länger dauern als berechnet. Besonders groß ist der Unterschied bei Bohrbildern und Entspänzyklen mit vielen kurzen Bewegungen.
Zeiten, die bei Kalkulationen oft fehlen
- Werkzeugwechsel: Ein Revolverschaltvorgang oder ATC-Wechsel dauert meist einige Sekunden. Bei zehn Wechseln im Programm sind das allein schon Dutzende Sekunden.
- Spindelbeschleunigung: Zeit kostet jede große Drehzahländerung, vom Stillstand auf 3,000 rpm oder von Rechts- auf Linkslauf wie im Gewindebohrzyklus.
- Drehzahländerungen durch G96: Mit konstanter Schnittgeschwindigkeit folgt die Drehzahl dem Durchmesser, und mit ihr ändert sich die Minutengeschwindigkeit des Vorschubs pro Umdrehung. Die Plandrehzeit kann kürzer oder länger ausfallen als bei angenommener fester Drehzahl.
- Bremsen an Ecken: Konturen aus vielen kurzen Sätzen oder CAM-Ausgaben bremsen an jeder Ecke und erreichen das programmierte F nicht.
- Teilewechsel und Messen: Diese Zeit liegt außerhalb des Programms, bestimmt aber die tatsächliche Stückzahl pro Stunde.
Wie man die simulierte Zeit nutzt
CNC Path Analyzer berechnet eine Referenz-Bearbeitungszeit aus Weg, Vorschub und Drehzahl der unterstützten Sätze. Beschleunigungs- und Werkzeugwechselzeiten unterscheiden sich von Maschine zu Maschine und sind nicht enthalten. Der Wert ist daher am besten als Annäherung an die Untergrenze der tatsächlichen Zykluszeit zu sehen.
Praktisch bewährt ist, einmal das Verhältnis zwischen der an einer Maschine tatsächlich gemessenen Zykluszeit und dem berechneten Wert zu bestimmen. Ergab ein ähnliches Teil zum Beispiel rechnerisch 3 Minuten und gemessen 3 Minuten 40 Sekunden, kann man die nächste Kalkulation probeweise mit einem Korrekturfaktor von etwa 1.22 multiplizieren. Je ähnlicher die Teileart (viele kurze Bewegungen oder lange Schnitte), desto besser passt der Faktor.
Was Sie zur Zeitverkürzung zuerst prüfen sollten
Die Rechnung zeigt, wohin die Zeit geht. Überwiegt die Schnittzeit, prüft man zuerst Schnittbedingungen und Schnittanzahl (etwa die Wahl zwischen G71 und G72); ist die Nebenzeit groß, zuerst Werkzeugreihenfolge, Anfahrabstände und Eilgangwege. Unnötige Bewegungen zu streichen ist oft sicherer und wirksamer als schneller zu verfahren.