Fräser – Grundlagen und Bauarten des Fräswerkzeugs

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Was ist ein Fräser und welche Fräsmethoden gibt es?

Schruppfräser-2

Bild 1 – Vollfräser: Schaftfräser mit Schruppverzahnung
Quelle: Wikipedia

Der Fräser ist das rotierende Bearbeitungswerkzeug an dem sich die Schneide befindet, die für das Schneiden des Spans zuständig ist.

Ist die Schneide mit dem Schaft einteilig, so spricht man vom so genannten Vollfräser. Die Spiralnut zwischen den Schneiden am Vollfräser wird auch Spanraum oder Spannut genannt. Sie dient dazu, die anfallenden Späne schnell nach oben zu fördern.

Bei einem zweiteiligen Werkzeug spricht man von Messerkopf und Wendeschneidplatte. Am Messerkopf wird die auswechselbare Wendeschneidplatte befestigt (sog. WP-Fräser).

Das Werkzeug wird am so genannten Fräserschaft in die Werkzeugaufnahme der Fräsmaschine eingespannt.

Fräser gibt es in unterschiedlichen Abmessungen, Formen, Materialien und Qualitäten. Für das Zerspanen von weichen Materialien wie Kunststoff oder Holz sind andere Schneidwerkzeuge notwendig als für die Bearbeitung von harten und höherfesten Werkstoffen wie z.B. gehärtetem Stahl. Prinzipiell unterscheidet man bei der Bearbeitung das Umfangsfräsen und Stirnfräsen, welche nachfolgend näher erläutert werden.

fraeser-messerkopf-wendeschneidplatten

Bild 2: Fräser mit Wendeschneidplatten

Was ist Umfangsfräsen?

Beim Umfangsfräsen liegt die Werkzeugachse quer zum Werkstück. Damit findet die Schnittbewegung am Umfang des Werkzeugs statt. Je nachdem in welche Richtung der Tischvorschub geht, wird das Werkstück im Gleichlauf- bzw. Gegenlauf bearbeitet. Beim Gleichlauffräsen zeigen in diesem Fall die Drehrichtung des Werkzeugs und die Vorschubrichtung des Werkstücks in die gleiche Richtung, beim Gegenlauffräsen in entgegengesetzte Richtungen (s. Bild 3).

Beim Gleichlauffräsen haben Fräser und Werkstück die gleiche Relativbewegung

Bild 3: Umfangsfräsen – Unterschied zwischen Gleichlauffräsen und Gegenlauffräsen

Der Unterschied zwischen Gleichlauffräsen und Gegenlauffräsen ist, dass beim Gleichlauffräsen das Werkstück nach unten gegen den Tisch gedrückt wird und beim Gegenlauffräsen eine Zugkraft nach oben wirkt. Somit muss beim Gegenlauffräsen das Werkstück besonders gut eingespannt sein und die Werkstückaufspannung spielfrei in die Richtung der Hochachse sein. Beim Gleichlauffräsen wird der Span am Fräserauslauf immer dünner. Durch diesen auslaufenden Span und die zusätzlich bessere Spanabführung wird beim Gleichlauffräsen in der Regel eine bessere Werkstückoberfläche erreicht. Bei CNC Maschinen wird heutzutage fast nur noch im Gleichlauf zerspant.

Was ist Stirnfräsen?

Beim Stirnfräsen gibt es ein einlaufendes und auslaufendes Schnittufer am Werkzeug

Bild 4: Stirnfräsen – Unterschied zwischen Gleichlauffräsen und Gegenlauffräsen (Ansicht von oben)

Das Stirnfräsen bezeichnet diejenige Fräsmethode, bei der die stirnseitigen Schneiden des Fräswerkzeugs für den Spanabhub zuständig sind. Das Bearbeitungswerkzeug steht in diesem Fall senkrecht zur Bearbeitungsebene. Verfährt man den Fräser wie in Bild 4 dargestellt mittig über das Werkstück, so gleichen sich die resultierenden Querkräfte aus Gleichlauf und Gegenlauf aus. Der Kontaktbogen zwischen Werkzeug und Werkstück ist beim mittigen Überfahren des Werkstücks so klein wie möglich. Dies wirkt sich Vorteilhaft auf die Standzeit des Werkzeugs aus.

Wie werden Fräswerkzeuge üblicherweise eingeteilt?

Die Großzahl der Fräswerkzeuge kann man auf folgende Weise einteilen:

A) Nach Art der Mitnahme
Aufsteck- und Schaftfräser.

B) Nach Art des Bearbeitungsergebnisses und der Werkzeugform
Radiusfräser, Winkelfräser, Prismenfräser, Nuten und T-Nutenfräser, Profilfräser, Schlitzfräser, Scheibenfräser, Langlochfräser und Gewindefräser.

C) Nach der Feinheit der Bearbeitung
Schruppfräser für die grobe Bearbeitung und Schlichtfräser für die nachfolgende Feinbearbeitung.

D) Nach der Anzahl der Schneiden
1-Schneider, 2-Schneider, 3-Schneider und 4-Schneider
Es gilt: Je höher die Festigkeit/Härte des Werkstoffs, desto mehr Schneiden sollten vorhanden sein.

Mehrschneiden-Fräser

Bild 4: Mehrschneiden-Fräser

Schneidwerkstoffe in der CNC Bearbeitung

Gestiegene Anforderungen an hohe Standzeiten und höhere Schnittgeschwindigkeit haben zur kontinuierlichen Entwicklung neuer Schneidstoffe geführt. Üblicherweise werden die Schneiden mit neuentwickelten hochharten Carbiden oder Oxiden oberflächenbeschichtet, um die Härte und damit die Verschleißfestigkeit des Werkzeugs zu erhöhen. Die Klassifikation der gängigen Schneidwerkstoffe erfolgt nachfolgend gezeigt:

HSS-Fräser (HSS = High Speed Steel)
HSS ist der kostengünstige Standard unter den Werkzeugstählen. Der HSS Stahl ist ein hochlegierter Werkzeugstahl. Werkzeug aus HSS weist außen eine hohe Härte auf und besitzt im Inneren eine hohe Zähigkeit. Durch die hohe Zähigkeit im Kern haben die Schneidwerkzeuge eine hohe Bruchfestigkeit. Die mögliche Schnittgeschwindigkeit bei HSS Bearbeitung ist im Vergleich zwischen allen Werkstoffen am geringsten.

VHM-Fräser (VHM = Voll-Hart-Metall)
Mit VHM Schneiden erreicht man höhere Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten sowie eine höhere Standzeite des Werkzeugs als mit HSS-Material. Allerdings sind VHM Fräser im Vergleich teuerer als HSS Fräser.

PKD-Fräser (PKD = Poly-Kristalliner-Diamant)
Hierbei wird auf die Schneide eine äußerst dünne Schicht aus synthetischen Diamanten aufgebracht. Fräser aus PKD weisen die höchste Verschleißfestigkeit auf und werden unter anderem beim HighSpeedCutting eingesetzt.

Andere Leser interessierten sich auch für: Blogpost: Fräsen Schnittgeschwindigkeit

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