Drehen ist ein spanendes Fertigungsverfahren für rotationssymmetrische Bauteile. Nach DIN 8580 gehört es zur Hauptgruppe Trennen und innerhalb dieser spanenden Verfahren zum Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide. Dabei rotiert das Werkstück um seine eigene Achse, während ein fest eingespanntes Werkzeug Material in Form von Spänen abträgt. So entstehen zylindrische Flächen, Absätze, Kegel, Einstiche und Gewinde. Moderne CNC-Drehmaschinen steuern Werkzeugbewegungen, Drehzahl und Vorschub automatisch und ermöglichen dadurch eine präzise sowie reproduzierbare Bearbeitung.
Drehen – Fertigungsverfahren einfach erklärt
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Drehen - Definition und Merkmale
Die Funktionsweise der Drehbearbeitung
Das grundlegende Prinzip unterscheidet Drehen deutlich vom Fräsen: Beim Drehen erzeugt das rotierende Werkstück die Hauptschnittbewegung. Das Werkzeug wird entlang oder quer zur Drehachse geführt und dringt mit einer definierten Schnitttiefe in den Werkstoff ein. Dabei entsteht kontinuierlich oder abschnittsweise ein Span. Die Längsbewegung des Werkzeuges erfolgt hauptsächlich entlang der Z-Achse, während die X-Achse die radiale Zustellung bestimmt. Moderne Drehzentren können zusätzliche Achsen, angetriebene Werkzeuge und eine Gegenspindel besitzen. Dadurch lassen sich neben klassischen Drehoperationen auch Bohrungen, Fräsflächen oder außermittige Konturen innerhalb eines automatisierten Fertigungsablaufs herstellen. Aus Rundmaterial entstehen auf diese Weise beispielsweise Wellen, Buchsen, Bolzen, Hülsen, Stifte, Flansche und Gewindebauteile.
Übersicht auf die einzelnen Drehverfahren
Drehen umfasst verschiedene Bearbeitungsverfahren. Welches eingesetzt wird, richtet sich danach, welche Fläche oder Kontur am Werkstück erzeugt werden soll.
| Drehverfahren | Bearbeitungsaufgabe | Ergebnis |
|---|---|---|
| Längsdrehen | Werkzeug bewegt sich parallel zur Drehachse | Zylindrische Außen- und Innenflächen |
| Plandrehen | Bearbeitung quer zur Drehachse | Ebene und plane Stirnflächen |
| Einstechdrehen | Werkzeug wird radial oder axial eingestochen | Nuten und Einstiche |
| Abstechen | Werkstück wird vollständig durchtrennt | Abtrennen des fertigen Bauteils |
| Gewindedrehen | Werkzeug folgt der Gewindesteigung | Außen- und Innengewinde |
| Profildrehen | Kontur wird mit Werkzeugbewegung erzeugt | Radien, Übergänge und Profile |
| Kegeldrehen | Durchmesser verändert sich entlang der Achse | Konische Flächen |
| Formdrehen | Kontur entsteht durch Werkzeugprofil bzw. gesteuerte Bewegung | Komplexe rotationssymmetrische Formen |
Wichtige Schnittwerte beim Drehen
Schnittgeschwindigkeit vc
Beschreibt die Relativgeschwindigkeit zwischen der Werkstückoberfläche und Schneide und wird üblicherweise in m/min angegeben. Bei konstant gehaltener Schnittgeschwindigkeit muss sich die Drehzahl mit verändertem Werkstückdurchmesser entsprechend ändern.
Vorschub f
Der Vorschub beschreibt beim Drehen üblicherweise den jeweilgen Werkzeugweg je Werkstückumdrehung in mm/U. Ein größerer Vorschub erhöht die Zerspanungsleistung, beeinflusst jedoch gleichzeitig Schnittkräfte und Oberflächenqualität.
Schnitttiefe ap
Die Schnitttiefe bestimmt, wie stark das Werkzeug in das Material eingreift. Beim Schruppen steht ein hoher Materialabtrag im Vordergrund. Beim anschließenden Schlichten wird mit kleineren Aufmaßen gearbeitet, um Endmaß und geforderte Oberfläche zu erzeugen.
Drehzahl n
Die Drehzahl beschreibt die Anzahl der Werkstückumdrehungen pro Minute in 1/min (min⁻¹). Sie hängt von Schnittgeschwindigkeit und Werkstückdurchmesser ab: Kleine Durchmesser erfordern bei gleicher Schnittgeschwindigkeit höhere Drehzahlen als große.
| Parameter | Einheit | Bedeutung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Schnittgeschwindigkeit vc | m/min | Geschwindigkeit zwischen Schneide und Werkstückoberfläche | beeinflusst Temperatur und Werkzeugverschleiß |
| Drehzahl n | 1/min | Umdrehungen des Werkstücks pro Minute | beeinflusst Schnittgeschwindigkeit und Prozessstabilität |
| Vorschub f | mm/U | Werkzeugweg je Werkstückumdrehung | beeinflusst Oberfläche und Bearbeitungszeit |
| Schnitttiefe ap | mm | Tiefe des Werkzeugeingriffs | beeinflusst Spanvolumen und Schnittkräfte |
Hinweis: Die Drehzahl allein entscheidet nicht über einen stabilen Zerspanungsprozess. Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe müssen gemeinsam an Werkstoff, Schneidstoff, Bauteilgeometrie und Bearbeitungsziel angepasst werden.
Werkzeuge und Schneidstoffe zum Drehen
Drehwerkzeuge bestehen heute häufig aus einem stabilen Werkzeughalter und austauschbaren Wendeschneidplatten. Schneidengeometrie, Schneidstoff und Beschichtung werden passend zum Werkstückmaterial und zur jeweiligen Bearbeitungsaufgabe ausgewählt. Zu den wichtigsten Schneidstoffen zählen Hartmetall, Cermet, Schneidkeramik, CBN und PKD. Hartmetall deckt einen großen Bereich der Drehbearbeitung ab. CBN eignet sich besonders für harte und gehärtete Werkstoffe, während PKD vor allem bei NE-Metallen und abrasiven Werkstoffen eingesetzt wird. Beschichtungen können die Verschleißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Standzeit der Schneide zusätzlich verbessern.
Geeignete Werkstoffe für die Drehbearbeitung
| Werkstoffgruppe | Werkstoff / Legierung | Spanbildung | Zerspanbarkeit | Besonderheiten |
|---|---|---|---|---|
| Stahl | Automaten-, Einsatz-, Vergütungsstahl | kurz- bis langspanend | gut bis mittel | Schnittwerte sind abhängig von Legierung und Festigkeit |
| Edelstahl | 1.4301, 1.4305, 1.4404 | häufig langspanend | mittel bis gut | hohe Zähigkeit und Wärmeentwicklung möglich |
| Aluminium | EN AW-2007, 2017A, 6082 | legierungsabhängig, teils langspanend | sehr gut | hohe Schnittgeschwindigkeiten möglich |
| Messing | verschiedene CuZn-Legierungen | meist kurzspanend | sehr gut | häufig geringe Schnittkräfte |
| Kupfer | Cu-ETP, CuTeP | Reinkupfer eher langspanend | mittel bis gut | Hohe Duktilität kann Spanbruch und Oberflächenqualität erschweren |
| Titan | z. B. Ti-6Al-4V | häufig segmentiert | anspruchsvoll | hohe thermische Werkzeugbelastung |
| Kunststoffe | POM, PA, PTFE, PEEK | stark werkstoffabhängig | gut bis sehr gut | Wärmeausdehnung und Verformung beachten |
Hinweis: Grundsätzlich können zahlreiche metallische und nichtmetallische Werkstoffe spanend gedreht werden. Ihre Eigenschaften bestimmen jedoch Werkzeuggeometrie, Schnittwerte, Kühlung und erreichbare Prozessstabilität.
Konventionelle und automatisierte Drehmaschinen
Konventionelle Drehmaschinen werden weiterhin für bestimmte Einzelteile, Reparaturarbeiten und manuelle Bearbeitungsaufgaben eingesetzt. In der industriellen Serienfertigung dominieren dagegen CNC-gesteuerte Maschinen. CNC-Drehzentren können Werkzeugwechsel, Vorschubbewegungen und Bearbeitungsfolgen automatisiert ausführen. Maschinen mit C-Achse, Y-Achse, angetriebenen Werkzeugen sowie Haupt- und Gegenspindel erweitern die klassische Drehbearbeitung erheblich. Bauteile können dadurch gedreht, gebohrt und gefräst werden, ohne für jeden Arbeitsschritt auf eine andere Maschine wechseln zu müssen.
Genauigkeiten und Oberflächengüte beim Drehen
Die erreichbare Genauigkeit hängt nicht allein von der Drehmaschine ab. Werkstoff, Werkzeugzustand, Spannkonzept, Temperatur, Bauteilsteifigkeit und Bearbeitungsverfahren wirken zusammen. Beim allgemeinen CNC-Drehen sind Toleranzen im Hundertstelmillimeterbereich üblich, während bei der Präzisionsbearbeitung deutlich engere Maß- und Formtoleranzen möglich sind. Auch die Oberflächengüte lässt sich durch angepasste Schnittwerte und eine gezielte Schlichtbearbeitung beeinflussen. Beim CNC-Drehen sind je nach Werkstoff und Prozess häufig Rauheitswerte von etwa Ra 0,8 bis 3,2 µm erreichbar. Unter optimierten Bedingungen können feinere Oberflächen bis etwa Ra 0,4 µm erzielt werden.
Typische Drehteile und Anwendungen
Die Geometrie des Drehens findet sich in nahezu allen technischen Branchen. Typische Bauteile sind Wellen, Achsen, Bolzen, Buchsen, Hülsen, Stifte, Ventilkörper, Düsen, Gewindeteile und Flansche. Im Maschinenbau übertragen Wellen Drehbewegungen oder Kräfte. Die Hydraulik benötigt präzise Kolben und Ventilkomponenten. In der Elektrotechnik werden kleine Kontaktstifte und Buchsen eingesetzt. Fahrzeugtechnik, Medizintechnik, Mess- und Regeltechnik stellen wiederum eigene Anforderungen an Werkstoffe, Toleranzen und Oberflächen. Damit eignet sich Drehen sowohl für vergleichsweise einfache Funktionsteile als auch für hochpräzise Bauteile mit mehreren Bearbeitungsmerkmalen.
Nützliche Fragen zum Drehen
Was versteht man unter Drehen?
Drehen ist ein spanendes Fertigungsverfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile. Dabei rotiert das Werkstück um seine Achse, während ein Drehwerkzeug Material in Form von Spänen abträgt. Nach DIN 8580 gehört Drehen zur Hauptgruppe Trennen und zum Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide.
Welche Drehverfahren gibt es?
Zu den wichtigsten Drehverfahren gehören Längsdrehen, Plandrehen, Einstechdrehen, Abstechen, Gewindedrehen, Profildrehen, Kegeldrehen und Formdrehen. Die einzelnen Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich durch die Bewegungsrichtung des Werkzeugs und die zu erzeugende Werkstückgeometrie.
Welche Werkstoffe eignen sich zum Drehen?
Zum Drehen eignen sich zahlreiche metallische und nichtmetallische Werkstoffe. Häufig bearbeitet werden Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing und Kupfer oder Kunststoffe wie POM, PA, PTFE und PEEK. Die Zerspanbarkeit und erforderlichen Schnittwerte hängen dabei von der jeweiligen Werkstoffsorte, Festigkeit und Spanbildung ab.
Welche Genauigkeiten sind beim Drehen erreichbar?
Beim CNC-Drehen sind Toleranzen von ±0,01 mm üblich. Bei der Präzisionsbearbeitung können abhängig von Maschine, Werkstoff, Bauteilgeometrie und Spanntechnik deutlich engere Toleranzen erreicht werden. Typische Oberflächenrauheiten betragen unter optimierten Bedingungen etwa Ra 0,4 bis 0,8 µm.
Weitere Fragen und Antworten
Beim Drehen rotiert hauptsächlich das Werkstück, während das Werkzeug die Vorschubbewegung ausführt. Beim Fräsen übernimmt dagegen das rotierende Fräswerkzeug die Schnittbewegung. Drehen eignet sich daher besonders für rotationssymmetrische Bauteile, während Fräsen auch prismatische und frei geformte Geometrien ermöglicht.
Zu den wichtigsten Schnittwerten gehören Schnittgeschwindigkeit, Drehzahl, Vorschub und Schnitttiefe. Ihre Abstimmung beeinflusst Spanbildung, Bearbeitungszeit, Oberflächenqualität und Werkzeugverschleiß. Die geeigneten Werte richten sich insbesondere nach Werkstoff, Schneidstoff und Bearbeitungsaufgabe.
Beim Schruppen wird möglichst viel Material in kurzer Zeit abgetragen. Größere Schnitttiefen und eine hohe Zerspanungsleistung stehen im Vordergrund. Das anschließende Schlichten dient der Fertigbearbeitung und soll die geforderten Maße, Toleranzen und Oberflächengüten erzeugen.
Typische Drehteile sind Wellen, Achsen, Bolzen, Buchsen, Hülsen, Stifte, Flansche, Düsen und Gewindeteile. Das Verfahren eignet sich besonders für Bauteile mit rotationssymmetrischen Grundformen, die zusätzlich Einstiche, Bohrungen, Gewinde oder unterschiedliche Durchmesser besitzen können.
Häufig verwendet werden Hartmetall, Cermet, Schneidkeramik, CBN und PKD. Die Auswahl richtet sich nach Werkstoff, Härte, Schnittbedingungen und gewünschter Oberflächenqualität. Hartmetall deckt einen besonders großen Anwendungsbereich ab, während beispielsweise CBN für harte und gehärtete Werkstoffe eingesetzt wird.
CNC-Drehen ermöglicht eine präzise und reproduzierbare Fertigung bei kurzen Bearbeitungszeiten. Moderne Drehzentren können zusätzlich bohren, fräsen und Gewinde herstellen. Dadurch lassen sich komplexe Bauteile teilweise in einer Aufspannung komplett bearbeiten und zusätzliche Arbeitsschritte reduzieren.
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