Welche Schaftfräser eignen sich am besten für die CNC-Bearbeitung?

Schaftfräser gehören zu den am häufigsten verwendeten Schneidwerkzeugen auf CNC-Werkzeugmaschinen. Ihre zylindrischen oder konischen Seiten und ihre flachen oder kugelförmigen Enden sind mit Schneidkanten versehen, sodass die Seiten- und Endkanten entweder gleichzeitig oder unabhängig voneinander schneiden können.

Zu den gängigen Typen zählen Vierkantfräser, Fräser mit Eckenradius, konische Fräser, zylindrische Kugelfräser und konische Kugelfräser. Konische, zylindrische Kugelkopf- und konische Kugelkopf-Werkzeuge werden häufig für Formhohlräume verwendet und sind auch als Formfräser bekannt.

Ein Vierkantfräser eignet sich zum Konturfräsen, zum Fräsen von Nuten und Passfedernuten, zur Bearbeitung offener und geschlossener Taschen sowie zum Planfräsen kleiner Flächen.

Hartmetall-Spiralfräser

Eine höhere Härte der Schneidkanten ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten und steigert die Produktivität. Bei CNC-Fräsern und Bearbeitungszentren kommen daher üblicherweise spiralförmig genutete Hartmetall-Schaftfräser zum Einsatz. Im Vergleich zu herkömmlichen Schaftfräsern aus Schnellarbeitsstahl sind Hartmetallwerkzeuge härter, steifer und sorgen für eine bessere Spanabfuhr. Sie eignen sich sowohl für die Schrupp- als auch für die Schlichtbearbeitung und können die Produktivität eines vergleichbaren Schaftfräsers aus Schnellarbeitsstahl um das Zwei- bis Fünffache steigern.

Wenn der Fräser lang genug ist, können zwei oder mehr Hartmetalleinsätze in eine Schneidnut eingelötet werden. Die Verbindungsstellen zwischen den Einsätzen an benachbarten Zähnen sind versetzt angeordnet, und die Einsatzeinsätze innerhalb jeder Schneidnut wirken als Spanspreizer. Diese Bauweise wird gemeinhin als „Corn-Cob-Fräser“ bezeichnet und wird in der Regel für die Grobbearbeitung gewählt.

Schruppfräser mit gezahnten Schneidkanten

Bei CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren kommen häufig Schruppfräser mit gezahnter Schneide zum Einsatz, wenn große Materialmengen abgetragen werden müssen. Sie können die Fräseffizienz erheblich steigern.

Der wesentliche Unterschied zu einem herkömmlichen Schnellarbeitsstahl-Schaftfräser liegt in der gewellten oder gezahnten Schneide. Sie zerteilt lange, dünne Späne in kurze, dicke Segmente, wodurch der Spanabtransport verbessert und eine kontinuierliche automatische Bearbeitung ermöglicht wird. Die kürzere momentane Kontaktlänge reduziert Vibrationen. Die Zacken erhöhen zudem die effektive Schneidkantenlänge, verbessern die Wärmeableitung und ermöglichen ein effektiveres Eindringen der Kühlschmierstoffe in die Schnittzone.

So wählen Sie die Abmessungen von Schaftfräsern aus

Die wichtigsten Maßfaktoren bei der Bearbeitung mit CNC sind der Durchmesser des Schaftfräsers, die Gesamtlänge und die Spanlänge.

Der Durchmesser eines Schaftfräsers umfasst den Nenn- und den gemessenen Durchmesser. Der Nenndurchmesser wird vom Werkzeughersteller angegeben. Der gemessene Durchmesser dient zur Ermittlung des Radiuskorrekturwerts für die Schlichtbearbeitung.

Nicht standardmäßige Fräserdurchmesser erfordern besondere Sorgfalt. Ein nachgeschliffenes Werkzeug sollte beispielsweise normalerweise nicht für hochpräzise Schlichtbearbeitungen verwendet werden, selbst wenn sein gemessener Durchmesser als Werkzeugradius-Offset eingegeben wird.

Für das Schlichtfräsen einer Innenkontur muss der Radius des Schaftfräsers kleiner sein als der kleinste Krümmungsradius im Werkstückprofil. Üblicherweise wird ein Wert gewählt, der dem 80%- bis 90%-fachen dieses kleinsten Krümmungsradius entspricht.

Ein Fräser mit größerem Durchmesser weist eine höhere Biegefestigkeit auf als ein kleinerer und neigt unter Belastung weniger zu Durchbiegung oder Vibrationen. Auch der Überstand des Fräsers über die Spindel hinaus und die aus dem Halter herausragende Länge müssen sorgfältig berücksichtigt werden. Je länger ein Schaftfräser wird, desto geringer wird die Biegefestigkeit, desto stärker ist die Durchbiegung, desto schlechter kann die Oberflächenqualität werden, desto wahrscheinlicher sind Vibrationen und desto schneller schreitet der Verschleiß der Schneidkanten voran.

Unabhängig von der Gesamtlänge des Werkzeugs bestimmt die Schneidlänge stets die maximale Schnitttiefe.

Wie viele Schneiden sollte ein Schaftfräser haben?

Schaftfräser lassen sich nach der Anzahl ihrer Zähne gruppieren. Fräser mit grober Zahnteilung haben 3, 4, 6 oder 8 Zähne; Fräser mit mittlerer Zahnteilung haben 4, 6, 8 oder 10 Zähne; und Fräser mit feiner Zahnteilung haben 5, 6, 8, 10 oder 12 Zähne. Fräser mit grober Zahnteilung haben weniger, dafür aber stärkere Zähne und mehr Spanraum, wodurch sie sich für die Schruppbearbeitung eignen. Fräser mit feiner Zahnteilung haben mehr Zähne und schneiden gleichmäßig, wodurch sie sich für die Schlichtbearbeitung eignen. Ausführungen mit mittlerer Zahnteilung liegen zwischen diesen beiden Gruppen.

Das Werkstückmaterial und der Bearbeitungszweck haben einen starken Einfluss auf die Wahl der Schneidzahl. Bei duktilen Werkstoffen wie Aluminium und Magnesium neigen die Schneiden dazu, Aufbauten zu bilden, weshalb oft ein Schaftfräser mit weniger Zähnen bevorzugt wird. Weniger Zähne sorgen für größere Spanräume zwischen den Schneidrillen und verringern das Risiko der Spanverstopfung bei schweren Zerspanungen. Außerdem erfordern sie bei einem gegebenen Vorschub pro Zahn eine niedrigere programmierte Vorschubgeschwindigkeit.

Bei der Bearbeitung von harten, spröden Werkstoffen ist die Vermeidung von Rattern besonders wichtig. Ein Schaftfräser mit mehr Zähnen schneidet gleichmäßiger und kann Vibrationen reduzieren.

Schaftfräser mit kleinem und mittlerem Durchmesser verfügen in der Regel über zwei, drei oder vier Schneidezähne. Ein dreischneidiger Schaftfräser vereint einige Vorteile von zwei- und vierschneidigen Werkzeugen und bietet eine gute allgemeine Zerspanungsleistung. Für die Präzisionsschlichtbearbeitung wird er jedoch normalerweise nicht gewählt, da sein Durchmesser nur schwer genau zu messen ist.