Umfassender Leitfaden zu Frästechniken und Werkzeugen

Planfräsen: Grundlagen und Anwendungen

Das Planfräsen ist eine der am häufigsten verwendeten Operationen aufgrund ihrer Vielseitigkeit. Der Fräser (Stirnfräser) wird in der Maschine auf die Frässpindel montiert. Die Arbeitsweise des Stirnfräsers ist in der Regel senkrecht zur Arbeitsfläche ausgerichtet. Die Maschine kann für gekrümmte Oberflächen und Kegel geneigt werden.

Hochgeschwindigkeits-Planfräsen

Hierbei werden Drehzahlen zwischen 20.000 und 60.000 U/min erreicht. Beispiele für die Anwendung sind:

• Schneiden von Aluminium-Komponenten für große Flugzeuge.
• Produktion von Werkzeugen für die Umformtechnik.

Die Spindeln weisen eine Rotationsgenauigkeit von 10 µm auf, wodurch die zu bearbeitende Fläche ebenfalls sehr präzise wird.

Weitere Fräsarbeiten

• Kombiniertes oder paralleles Fräsen: Zwei oder mehr Fräser bearbeiten gleichzeitig zwei parallele Flächen an einem Werkstück.
• Formfräsen: Erzeugt gekrümmte Profile.
• Nut- und Trennfräsen: Hierbei werden Kreismesser verwendet.

Werkzeughalter

Werkzeughalter werden wie folgt eingeteilt:

1. Aufsteckfräser (a): Werden für Umfangsfräsen, kombinierte Fräser und Planfräsen verwendet.
2. Stirnfräser (b): Hier sind Werkzeug und Werkzeughalter in einem Bauteil integriert. Stirnfräser sind die bekanntesten Beispiele dafür.

Zusammenfassung grundlegender Fräsarbeiten

1. Planfräsen
2. Profilfräsen
3. Hohlraumfräsen
4. Nutfräsen
5. Drehfräsen
6. Gewindefräsen
7. Hochgeschwindigkeitsfräsen
8. Fräsen im Bearbeitungszentrum
9. Axiales Rampenfräsen
10. Helikale Interpolation
11. Kreisinterpolation
12. Trochoidales Fräsen

Fräsmaschinentypen: Spindel- und Konsolfräsen

Diese Operationen werden für allgemeine Zwecke verwendet. Die Frässpindel kann horizontal (Umfangsfräsen) oder vertikal (Stirn- und Planfräsen, Bohren) ausgerichtet sein.

Konsolfräsmaschine (veraltet)

• Der Arbeitstisch ist direkt auf dem Maschinenbett montiert.
• Der Arbeitstisch bewegt sich nur in Längsrichtung.
• Diese Maschinen sind weniger vielseitig, aber sehr steif.
• Werden für hohe Produktionssicherheit verwendet.

CNC-Fräsen

Fräsen: Ein vielseitiges Bearbeitungsverfahren

Das Fräsen ist eines der vielseitigsten Bearbeitungsverfahren. Das rotierende Werkzeug setzt sich in Bewegung, während sich das Werkstück entlang einer oder mehrerer Achsen bewegt. Das Werkzeug wird als Fräser bezeichnet.

Umfangsfräsen

Die Drehachse des Werkzeugs ist parallel zur Arbeitsfläche ausgerichtet. Es werden Fräser mit mehreren Schneidezähnen entlang ihres Umfangs verwendet. Jeder Zahn wirkt wie ein Schneidwerkzeug mit einem einzigen Punkt (Einschneidenwerkzeug).

Zahnformen beim Umfangsfräsen

• Gerade: Orthogonaler Schnitt.
• Schräg: Schräger Schnitt, was zu niedrigeren Schnittkräften, gleichmäßigerem Betrieb und reduzierten Vibrationen führt.

Gegenlauffräsen (Konventionelles Fräsen)

Die Drehrichtung ist gegen den Uhrzeigersinn. Die maximale Spandicke entsteht am Ende des Schnitts. Dies ist die häufigste Art des Umfangsfräsens und führt zu einem feineren Schnitt. Eine entsprechende Werkstückspannung ist erforderlich.

Vorteile

• Der Zahneingriff ist unabhängig von der Werkstückoberfläche.
• Verunreinigungen oder Zunder auf der Werkstückoberfläche berühren das Werkzeug nicht.

Nachteile

• Das Werkstück neigt dazu, nach oben auszuweichen.
• Tendenz zur Entstehung von Vibrationen.

Gleichlauffräsen (Mitlauffräsen)

Der Schnitt beginnt an der Oberfläche des Werkstücks, wo der Span am dicksten ist.

Vorteile

• Die nach unten gerichtete Kraft hält das Werkstück an Ort und Stelle.

Nachteile

• Nicht geeignet für Materialien, deren Oberflächen Zunder aufweisen, wie warmbearbeitete Metalle, Schmiedestücke, Guss und Materialien mit hoher Schlagzähigkeit.
• Hohe Kräfte.

Planfräsen: Achsausrichtung und Typen

Die Drehachse des Werkzeugs ist senkrecht zur Arbeitsfläche ausgerichtet. Das Werkzeug dreht sich mit einer Drehzahl N, während sich das Werkstück mit einer linearen Geschwindigkeit V bewegt. Es gibt zwei Typen:

• Gleichlauf (a): Die Drehrichtung des Werkzeugs ist gleich der Vorschubrichtung.
• Gegenlauf (b): Die Drehrichtung des Werkzeugs ist entgegengesetzt zur Vorschubrichtung.

Werkzeuge und Parameter beim Planfräsen

Der Einstellwinkel und die Spanungsdicke beeinflussen den unverformten Span: Durch die Erhöhung der Spanungsdicke nimmt die unverformte Kontaktlänge (Spanbreite) zu.

Der Einstellwinkel beeinflusst die Fräskräfte: Durch die Verringerung des Winkels wird die vertikale Kraftkomponente (Axialkraft an der Frässpindel) immer kleiner.