Leitfaden zur Auswahl des richtigen Fräsmaschinen für den industriellen Einsatz

Im Bereich der Präzisionsfertigung spielen Fräsvorgänge eine zentrale Rolle. Fräser, die als "Zähne" der Fräsprozesse dienen, gibt es in verschiedenen Ausführungen mit unterschiedlichen Leistungseigenschaften, die sich direkt auf die Bearbeitungseffizienz, Genauigkeit und Oberflächenqualität auswirken. Dieser Leitfaden bietet Ingenieuren und Herstellern eine umfassende Referenz für die Auswahl geeigneter Fräswerkzeuge basierend auf spezifischen Bearbeitungsanforderungen.

Fräswerkzeuge können nach verschiedenen Klassifizierungsstandards kategorisiert werden:

• Schaftfräser: Verfügen über ein integriertes Fräserkörper- und Zahn-Design mit kompakter Struktur und ausgezeichneter Steifigkeit, geeignet für hochpräzise Bearbeitung. Allerdings muss das gesamte Werkzeug bei Verschleiß ausgetauscht werden, was zu höheren Kosten führt.
• Geschweißte Fräser: Verwenden Zähne, die durch Schweißen am Fräserkörper befestigt sind, was zu geringeren Kosten, aber geringerer Zahnfestigkeit und Haltbarkeit im Vergleich zu Schaftfräsern führt.
• Wendeplattenfräser: Verwenden austauschbare Wendeschneidplatten, die mechanisch am Fräserkörper befestigt werden. Die austauschbaren Wendeschneidplatten reduzieren die Werkzeugkosten und verbessern die Produktionseffizienz, was sie zu den heute am häufigsten verwendeten Fräswerkzeugen macht.

• Schaftfräser: Werden zum Planfräsen, Konturfräsen, Nutenfräsen verwendet und stellen die am häufigsten verwendeten Werkzeuge in Fräsvorgängen dar.
• Planfräser: Konzipiert für großflächiges Planfräsen mit hoher Bearbeitungseffizienz.
• T-Nut-Fräser: Spezialisiert für die Bearbeitung von T-Nuten, häufig verwendet in Werkzeugmaschinentischen und ähnlichen Komponenten.
• Nutfräser: Speziell für die Keilnutbearbeitung, häufig in Wellenteilen eingesetzt.
• Zahnradfräser: Konstruiert für die Zahnradherstellung mit hoher Präzision und Effizienz.

• Einschneidige Schaftfräser: Erzeugen geringere Schnittkräfte, geeignet für dünnwandige Teile oder hochpräzise Bearbeitung.
• Mehrschneidige Schaftfräser: Bieten eine höhere Schnittleistung, ideal für schwere Schruppbearbeitungen.

Als die am häufigsten verwendeten Fräswerkzeuge können Schaftfräser weiter nach ihren Kopfformen klassifiziert werden:

• Schaftfräser mit gerader Stirn: Verfügen über 90-Grad-Rechtwinkligköpfe für allgemeine Bearbeitungen, einschließlich Planfräsen, Konturfräsen und Nutenfräsen.
• Kugelfräser: Mit kugelförmigen Köpfen für komplexe Konturbearbeitungen wie Oberflächenfräsen und Formenbau. Das kugelförmige Design verhindert harten Kontakt zwischen Schneiden und Werkstücken und verbessert die Oberflächenqualität.
• Eckradiusfräser: Verfügen über abgerundete Ecken, um die Werkzeuglebensdauer zu erhöhen und das Risiko von Ausbrüchen zu verringern, insbesondere geeignet für hochfeste Materialien.
• Konische Schaftfräser: Verfügen über konische Körper für spezielle Anwendungen wie Tieflochbearbeitung und Fasenbearbeitung.
• Hinterschnittfräser (Lollipop-Fräser): Sind durch kreisförmige Köpfe und schlanke Schäfte für die Bearbeitung von Hinterschnittstrukturen gekennzeichnet.
• Anfasfräser: Speziell für das Anfasen von Teilen konzipiert, um die Ästhetik und Sicherheit zu verbessern.
• Schruppfräser: Sind mit mehreren gezahnten Schneiden für die schnelle Materialabtragung in Schruppbearbeitungen ausgestattet.

Diese Werkzeuge werden hauptsächlich zum Planfräsen verwendet und verfügen über Fräserkörper mit großem Durchmesser und mehreren Schneiden für hocheffiziente Bearbeitung. Im Gegensatz zum vertikalen Schneidansatz von Schaftfräsern verwenden Planfräser horizontales Schneiden. Sie werden typischerweise für die Bearbeitung von großflächigen Ebenen wie Werkzeugmaschinengestellen und Formbasen eingesetzt.

Diese Spezialwerkzeuge verfügen über T-förmige Köpfe, die in der Lage sind, komplette T-Nut-Profile in einem einzigen Arbeitsgang zu bearbeiten. Sie werden häufig in Werkzeugmaschinentischen und Vorrichtungen zur Sicherung von Werkstücken oder Vorrichtungen verwendet.

Diese Dünnblatt-Fräswerkzeuge dienen hauptsächlich zum Metallschneiden. Zu den Varianten gehören:

• Geradverzahnte Blätter: Für weichere Materialien wie Aluminium und Kupfer.
• Wellverzahnte Blätter: Für härtere Materialien wie Stahl und Eisen.
• Trapezverzahnte Blätter: Für dünnwandige Rohre, wodurch die Gratbildung minimiert wird.

Weit verbreitet in der Automobil-, Feinwerktechnik- und Bauindustrie.

Diese ein- oder mehrschneidigen Rotationswerkzeuge dienen hauptsächlich zum Planfräsen und zeichnen sich durch einfache Strukturen und geringe Kosten aus, die für die Kleinserienfertigung oder einfache Bearbeitung geeignet sind. Sie werden typischerweise auf Fräsmaschinenspindeln montiert, um Werkstücke durch Rotation zu schneiden.

Spezialwerkzeuge mit spezifischen Profilen für die Bearbeitung von Teilen mit komplexen Konturen. Sie werden entsprechend den Teilegeometrien (z. B. Zahnradfräser, Keilwellenfräser) kundenspezifisch geformt und ermöglichen die Bearbeitung komplizierter Profile in einem einzigen Arbeitsgang, wodurch die Effizienz und Präzision erhöht werden.

• Konvexe Radiusfräser: Für äußere konvexe Radien.
• Konkave Radiusfräser: Für innere konkave Radien.
• Anfasformfräser: Für die Fasenbearbeitung.

Diese verwenden austauschbare Wendeschneidplatten (typischerweise aus Hartmetall oder Keramik), die auf Stahlkörpern montiert sind. Die austauschbaren Wendeschneidplatten reduzieren die Werkzeugkosten und steigern die Produktivität, was sie ideal für schwere Schruppbearbeitungen oder die Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte macht.

• Werkzeugstahl: Günstig und leicht zu bearbeiten, aber mit geringer Verschleiß-/Hitzebeständigkeit, geeignet für das Schneiden von weichem Material bei niedriger Geschwindigkeit.
• Schnellarbeitsstahl (HSS): Bietet gute Härte, Verschleiß-/Hitzebeständigkeit für Hochgeschwindigkeitsschneiden, aber mit geringer Zähigkeit und Anfälligkeit für Ausbrüche.
• Hartmetall: Außergewöhnliche Härte, Verschleiß-/Hitzebeständigkeit für Hochgeschwindigkeits-Hartmaterialschneiden, jedoch kostspielig und spröde.
• Keramik: Extreme Härte/Hitzebeständigkeit für Hochgeschwindigkeitsschneiden von schwierigen Materialien wie Superlegierungen und gehärtetem Stahl, aber extrem spröde.
• Cermet: Kombiniert Keramik-/Metallvorteile mit guter Härte, Verschleiß-/Hitzebeständigkeit und moderater Zähigkeit, ideal für die End- und Halbfertigbearbeitung.
• Stellite: Nichteisenlegierung mit ausgezeichneter Verschleiß-/Hitzebeständigkeit für Hochtemperatur-Hochgeschwindigkeitsschneiden.

Die Auswahl des geeigneten Fräsers erfordert eine umfassende Bewertung von:

• Werkstückmaterial: Unterschiedliche Materialien erfordern spezifische Werkzeugmaterialien und -geometrien.
• Bearbeitungsanforderungen: Unterschiedliche Anforderungen bestimmen verschiedene Werkzeugtypen und Präzisionsniveaus.
• Maschinenfähigkeit: Leistung, Geschwindigkeit und Steifigkeit beeinflussen die Werkzeugauswahl.
• Werkzeugabmessungen: Müssen mit der Werkstückgröße und dem Bearbeitungsbereich übereinstimmen.
• Kosteneffizienz: Wählen Sie kostengünstige Optionen, die gleichzeitig die Bearbeitungsanforderungen erfüllen.

Die Frästiefe und -breite bestimmen direkt die Werkzeuggröße. Im Allgemeinen erfordern größere Bearbeitungsabmessungen größere Werkzeuge, wobei die typischen Durchmesser von Φ16-Φ630 mm reichen.

Für großflächige Teile werden Werkzeuge mit kleinerem Durchmesser empfohlen, idealerweise mit etwa 70 % Eingriff der Schneidkante. Der Spindeldurchmesser der Maschine beeinflusst ebenfalls die Auswahl - der Planfräserdurchmesser (D) sollte etwa das 1,5-fache des Spindeldurchmessers (d) betragen: D = 1,5d.

Das Fräsen von Löchern erfordert insbesondere eine sorgfältige Auswahl des Durchmessers, da eine falsche Größe Werkstücke oder Werkzeuge beschädigen kann.

Die Schnittkraft und die Werkstückgröße sind entscheidende Faktoren. Stellen Sie bei Planfräsern sicher, dass die erforderliche Leistung innerhalb der Maschinenkapazität liegt. Überprüfen Sie bei kleinen Schaftfräsern, ob die maximale Drehzahl der Maschine die Mindestanforderungen an die Schnittgeschwindigkeit erfüllt (typischerweise 60 m/min).

Die Zähnezahl hat einen erheblichen Einfluss auf die Leistung. Beispielsweise kann ein Fräser mit 100 mm Durchmesser 8 Zähne (Feinzahnung) oder 6 Zähne (Grobzahnung) haben. Werkzeuge mit Grobzahnung und größeren Spanräumen reduzieren die Reibung zwischen Werkstück, Werkzeugkörper und Spänen, wodurch sie sich besser für die Schruppbearbeitung eignen.

Hinweis: Bei identischen Vorschubgeschwindigkeiten belasten Werkzeuge mit Feinzahnung jeden Zahn weniger als Werkzeuge mit Grobzahnung.

Die Schlichtbearbeitung verwendet typischerweise geschliffene Wendeschneidplatten für Maßgenauigkeit, Präzision bei der Kantenpositionierung und eine hervorragende Oberflächengüte. Die Schruppbearbeitung profitiert von gepressten Wendeschneidplatten zur Kostenreduzierung. Operationen mit geringer Tiefe/Vorschub mit nicht scharfen Wendeschneidplatten aus positiven Hartmetall können die Werkzeugstandzeit verkürzen.

Der Hauptunterschied liegt in der Schnittrichtung - Schaftfräser können sowohl mit den Stirn- als auch mit den Seitenschneiden schneiden, während Planfräser hauptsächlich horizontales Schneiden durchführen.

Diese vielseitigen Werkzeuge bearbeiten bestimmte Formen und Löcher und eignen sich zum Fräsen, Kopieren, Profilieren, Bohren, Nuten und Bohren. Mit Schneiden an beiden Enden und Seiten schneiden sie effektiv verschiedene Materialien in mehreren Richtungen.

Es gibt mehrere Unterschiede: Bohrer erzeugen Löcher und benötigen daher Spitzenwinkel zur Positionierung, während Fräser zum Planfräsen solche Winkel nicht haben. Darüber hinaus haben Bohrer konische Böden zum Eindringen in das Werkstück, während Fräser flache Böden haben.