So wählen Sie den richtigen Schaftfräser für jede Bearbeitungsanwendung aus
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Schaftfräser gehören zu den vielseitigsten und am weitesten verbreiteten Werkzeugen in der modernen Zerspanung. Ganz gleich, ob Sie mit Aluminiumkomponenten für die Luft- und Raumfahrt, Matrizen aus gehärtetem Stahl oder komplexen Verbundteilen arbeiten – wählen Sie das Richtige aus Schaftfräser bestimmt den Unterschied zwischen einem präzisen, effizienten Schnitt und kostspieliger Nacharbeit. Dieser Leitfaden geht durch alle kritischen Aspekte der Schaftfräserauswahl, Geometrie, Anwendung und Leistungsoptimierung, damit Sie in der Werkstatt und im Konstruktionsraum fundierte Entscheidungen treffen können.
Ein Schaftfräser ist ein rotierendes Schneidwerkzeug, das in Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren zum Abtragen von Material von einem Werkstück verwendet wird. Im Gegensatz zu Bohrern, die nur axial schneiden, schneiden Schaftfräser sowohl seitlich als auch axial und ermöglichen so Vorgänge wie Profilieren, Schlitzen, Konturieren und Taschenfräsen. Die Schneiden befinden sich sowohl an der Stirnseite als auch entlang des zylindrischen Umfangs des Werkzeugs.
Der Begriff „Schaftfräser“ rührt daher, dass dieses Werkzeug sowohl von seinem Ende als auch von seinen Seiten her schneidet, was es von Planfräsern oder Umfangsfräsern unterscheidet. Modern CNC-Fräser werden mit extrem engen Toleranzen hergestellt, oft innerhalb weniger Mikrometer, wodurch sie in der Lage sind, unter optimalen Bedingungen in einem einzigen Durchgang Oberflächengüten im Bereich von Ra 0,4 bis Ra 1,6 Mikrometer zu liefern.
Schneidet Material entlang der Rotationsachse des Werkzeugs und ermöglicht so Tauchvorgänge und das Bohren in flache Oberflächen.
Umfangsnuten entfernen Material, wenn das Werkzeug seitwärts bewegt wird, und ermöglichen so das Profilieren, Nutenfräsen und Taschenfräsen.
Das gleichzeitige axiale und radiale Schneiden ermöglicht spiralförmige Interpolation, 3D-Konturierung und Rampenstrategien.
Die Landschaft von Fräswerkzeuge ist breit. Jeder Schaftfräsertyp ist für eine bestimmte Reihe von Vorgängen, Materialien oder geometrischen Anforderungen konzipiert. Das Verständnis dieser Kategorien ist der erste Schritt zur Auswahl des richtigen Werkzeugs für Ihre Arbeit.
Die Vierkant-Schaftfräser ist die in jeder Maschinenwerkstatt am häufigsten verwendete Geometrie. Es verfügt über eine flache Schneidfläche mit scharfen 90-Grad-Ecken und eignet sich daher ideal für die Erstellung klarer Schultern, Schlitze mit flachem Boden und Profildurchgänge mit voller Tiefe. Vierkant-Schaftfräser eignen sich hervorragend für Schruppbearbeitungen, bei denen die Materialentfernung im Vordergrund steht.
Die Kugelkopffräser hat ein halbkugelförmiges Schneidende ohne flache Fläche. Diese Geometrie ist die Standardwahl für 3D-Konturen, geformte Oberflächen und Schlichtdurchgänge bei komplexer gekrümmter Geometrie. Die gebogene Spitze ermöglicht es dem Werkzeug, eine gleichmäßige Spanlast aufrechtzuerhalten, während es sich über komplexe Oberflächen bewegt.
Die Eckradius Der Schaftfräser vereint die Vorteile von Vierkant- und Kugelkopfgeometrien. An den Ecken eines ansonsten flachen Werkzeugs wird ein kleiner Radius angebracht. Diese Eckengeometrie reduziert die Spannungskonzentration an der Schneidkante drastisch und verlängert die Werkzeugstandzeit um 30 bis 60 Prozent im Vergleich zu scharfkantigen Äquivalenten in vielen Anwendungen mit gehärtetem Material.
Schruppfräser verfügen über gezahnte oder gewellte Schneidkanten, die den Span in kleinere Segmente zerlegen. Dies reduziert die Schnittkräfte um bis zu 25 Prozent und ermöglicht größere Schnitttiefen ohne Vibrationen. Die Verzahnungen hinterlassen eine leicht raue Oberfläche, so dass anschließend typischerweise ein Schlichtdurchgang mit einem Standard-Schaftfräser erforderlich ist.
Konische Schaftfräser weisen entlang ihrer Länge einen Entformungswinkel auf, der die Bearbeitung konischer Wände in einem einzigen Durchgang ermöglicht. Sie werden häufig in Luft- und Raumfahrt- und Medizinkomponenten eingesetzt, wo Formschrägen von 1 bis 5 Grad erforderlich sind, sowie bei Arbeiten mit tiefen Hohlräumen, wo die Verjüngung für eine verbesserte Steifigkeit des Werkzeugs sorgt.
Schaftfräser mit hohem Vorschub verwenden eine geringe Schnitttiefe in Kombination mit einem großen Vorschub pro Zahn, der typischerweise drei- bis fünfmal höher ist als bei herkömmlichen Schaftfräsern. Die Schneidgeometrie leitet die Kräfte axial statt radial zur Spindel um und minimiert so die Durchbiegung. Dadurch eignen sie sich hervorragend zum Schruppen tiefer Hohlräume in gehärteten Stählen, wo Radialkräfte bei herkömmlichen Werkzeugen zu Rattern führen würden.
| Schaftfräsertyp | Primäre Anwendung | Eckgeometrie | Typischer Materialbereich |
|---|---|---|---|
| Quadratischer Schaftfräser | Schlitzen, Profilieren, Schruppen | Scharfe 90 Grad | Aluminium bis Baustahl |
| Kugelfräser | 3D-Konturierung, Endbearbeitung | Volle Hemisphäre | Alle Materialien |
| Eckenradius-Schaftfräser | Hartstoffveredelung | Kleiner Verrundungsradius | Gehärteter Stahl, Titan |
| Schruppfräser | Starker Materialabtrag | Gezahnt/gewellt | Weicher bis mittlerer Stahl |
| Schaftfräser mit hohem Vorschub | Schruppen tiefer Hohlräume | Wendeschneidplatte mit geringem Steigungswinkel | Gehärteter Stahl über 50 HRC |
| Konischer Schaftfräser | Entwurfswinkelwände | Konische Peripherie | Aluminium, Stahl |
Jedes Maß- und Geometriemerkmal eines Schaftfräsers beeinflusst dessen Schneidverhalten. Das Verständnis dieser Parameter ermöglicht es Maschinisten und Ingenieuren, die Werkzeugleistung vorherzusagen, Probleme zu beheben und Schnittstrategien zu optimieren.
Flötenzählung ist einer der kritischsten Parameter bei der Auswahl des Schaftfräsers. Die Anzahl der Spannuten steuert direkt die Spanabfuhrkapazität, das Oberflächengütepotenzial und die erreichbare Vorschubgeschwindigkeit.
Die helix angle describes the spiral angle of the flutes relative to the tool axis. A higher helix angle produces a smoother, more shearing cut and reduces cutting forces, while a lower helix angle provides greater edge strength for harder or more abrasive materials.
Die length of cut (LOC) refers to the axial depth over which the flutes are present. Longer cutting lengths allow machining of deeper features but reduce tool rigidity. The general rule is to use the shortest tool possible for any given operation. When extended reach is unavoidable, reducing depth of cut and feed rate by 15 to 30 percent compensates for reduced stiffness.
Die core diameter is the solid center section of the end mill after the flutes are ground away. A larger core relative to the outer diameter improves rigidity but reduces chip gullet volume. Tools intended for high material removal rates often have variable helix angles and unequal flute spacing to disrupt harmonics and reduce chatter.
Die substrate and coating of an end mill are as important as its geometry. The right combination enables cutting speeds 2 to 5 times higher than uncoated tools and extends life by an order of magnitude in demanding applications.
Kostengünstig für Arbeiten mit geringem Arbeitsvolumen und unterbrochenen Schnitten. Maximale Betriebstemperatur ca. 600 °C. Geeignet für weiche Materialien und manuelle Bearbeitungsvorgänge.
Ein höherer Kobaltgehalt erhöht die Rothärte um etwa 15 Prozent gegenüber Standard-HSS. Wird für Edelstahl und exotische Legierungen verwendet, bei denen Hartmetallwerkzeuge wirtschaftlich nicht gerechtfertigt sind.
Die standard for CNC milling cutters. Tungsten carbide with cobalt binder delivers hardness of 90 to 93 HRA and allows cutting speeds 3 to 5 times higher than HSS. Brittle relative to HSS but vastly superior in heat resistance.
Keramische und kubische Bornitrid-Werkzeuge eignen sich für gehärtete Stähle über 60 HRC und Gusseisen mit sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten. Nicht geeignet für unterbrochene Schnitte oder Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit.
| Beschichtung | Maximale Temperatur (C) | Härte (HV) | Am besten für |
|---|---|---|---|
| TiN (Titannitrid) | 600 | 2300 | Allzweckstahl, Gusseisen |
| TiAlN (Titanaluminiumnitrid) | 900 | 3300 | Gehärteter Stahl, Trockenbearbeitung |
| AlTiN (Aluminiumtitannitrid) | 1000 | 3500 | Gehärteter Stahl, Inconel, Titan |
| DLC (Diamantähnlicher Kohlenstoff) | 400 | 5000 | Aluminium, Kupfer, Graphit |
| CVD-Diamant | 700 | 9000 | Graphit, CFK, abrasive Verbundwerkstoffe |
| ZrN (Zirkoniumnitrid) | 550 | 2800 | Aluminium, Messing, Nichteisenmetalle |
Bei der Aluminiumbearbeitung verhindern DLC- und ZrN-Beschichtungen eine Aufbauschneide, indem sie die Neigung von Aluminium zum Verschweißen mit der Werkzeugoberfläche verringern. Bei gehärteten Stählen bilden AlTiN-Beschichtungen in der Schneidzone eine Aluminiumoxidschicht, die als Wärmebarriere fungiert und Trockenschneiden bei erhöhten Temperaturen ohne Beeinträchtigung der Werkzeughärte ermöglicht.
Das Verständnis der Betriebsmodi von Schaftfräsern ermöglicht eine bessere Programmierung des Werkzeugwegs, ein effizienteres Spanmanagement und eine längere Werkzeuglebensdauer.
Tauchschneiden Dabei wird der Schaftfräser axial in die Werkstückoberfläche getrieben. Nicht alle Schaftfräser unterstützen diesen Vorgang. Mittelschneidende Schaftfräser verfügen über eine Schneidengeometrie, die bis zur Werkzeugmitte reicht und so einen direkten Eintaucheintritt ermöglicht. Nicht mittig schneidende Werkzeuge erfordern ein vorgebohrtes Loch oder einen spiralförmigen Rampeneintritt. Beim Eintauchen sollten die Vorschübe auf 30 bis 50 Prozent der Umfangsfräsgeschwindigkeiten reduziert werden, um eine übermäßige axiale Belastung der Werkzeugmitte zu verhindern.
Profilierung Verwendet die Umfangsnuten, um die äußere Grenze eines Features zu bearbeiten. Beim konventionellen Profilieren bewegt sich das Werkzeug entlang der Werkstückkontur. Das Gleichlauffräsen (bei dem sich der Fräser in Vorschubrichtung dreht) wird im Allgemeinen auf CNC-Maschinen bevorzugt, um eine bessere Oberflächengüte und eine geringere Werkzeugablenkung zu erzielen, sofern das Maschinenspiel kontrolliert wird.
Das Nutfräsen über die gesamte Breite ist der anspruchsvollste Vorgang für Schaftfräser, da alle Nuten gleichzeitig im Eingriff sind, sich schnell Hitze aufbaut und die Spanabfuhr eingeschränkt ist. Beim Schlitzen hilft die Reduzierung der axialen Schnitttiefe auf das 0,5- bis 1,0-fache des Werkzeugdurchmessers, die Schnittkräfte zu kontrollieren. Strategien zum hocheffizienten Fräsen (HEM) nutzen einen kleinen radialen Eingriff (5 bis 15 Prozent des Durchmessers) bei voller axialer Tiefe, was einen wesentlich schnelleren Materialabtrag bei geringerem Werkzeugverschleiß ermöglicht.
Wenn eine Bohrung oder eine kreisförmige Tasche erforderlich ist, programmiert die Spiralinterpolation das Werkzeug so, dass es sich in einer Abwärtsspirale bewegt. Dies verteilt die Schnittkräfte gleichmäßig und eignet sich auch für nicht mittig schneidende Werkzeuge. Typische Spiraleintrittswinkel liegen bei Stahl zwischen 1 und 3 Grad und bei Aluminium zwischen 3 und 5 Grad. Das kreisförmige Rampenverfahren folgt einem ähnlichen Prinzip, jedoch mit einem engeren radialen Pfad.
Das Richtige auswählen Schaftfräser beinhaltet die systematische Bewertung des Werkstückmaterials, der Merkmalsgeometrie, der Maschinenfähigkeit und der erforderlichen Toleranzen. Nachfolgend finden Sie einen strukturierten Entscheidungsrahmen, der von Prozessingenieuren in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen verwendet wird.
Materialhärte, Duktilität und thermische Eigenschaften bestimmen den gesamten Werkzeugauswahlprozess. Verwenden Sie die folgenden Gruppierungen als Ausgangsrahmen:
Die machine tool's spindle speed (RPM), power, and rigidity dictate maximum cutting parameters. A 3-axis VMC with 8 kW spindle will not achieve the same productivity as a 5-axis machining center with a 25 kW spindle and 24,000 RPM capability. When machine rigidity is limited, reducing the tool length-to-diameter ratio below 4:1 is a practical way to control chatter.
Als allgemeine Richtlinie gilt, dass der Werkzeugdurchmesser die zu bearbeitende Strukturgröße nicht überschreiten sollte. Bei Taschen beträgt der Werkzeugdurchmesser typischerweise 50 bis 70 Prozent der Taschenbreite. Beim offenen Profilieren verbessern Werkzeuge mit größerem Durchmesser die Produktivität. Verwenden Sie eine möglichst kurze Gesamtlänge, wobei die Spannutenlänge nicht mehr als das 1,5-fache der erforderlichen Schnitttiefe betragen darf.
| Feature-Typ | Empfohlener Schaftfräser | Flötenzählung | Beschichtung Priority |
|---|---|---|---|
| Offenes Profil, Aluminium | Quadratisch, 2-schneidig | 2 | Unbeschichtet oder ZrN |
| Geschlossene Tasche, Stahl | Eckenradius, Mittenschnitt | 4 | AlTiN |
| 3D-Oberfläche, Formstahl | Kugelkopf, konischer Schaft | 4 | TiAlN oder NaCo |
| Tiefer Schlitz, rostfrei | Langer Hals, 3-flötig | 3 | AlTiN, Hochdruckkühlmittel |
| Hartstahloberfläche, 55 HRC | Kugel- oder Eckradius, kurze Spannut | 6 | AlCrN oder nACo |
| CFK-Beschnitt | Kompression, diamantbeschichtet | 4 bis 8 | CVD-Diamant |
Korrekt berechnete Schnittparameter sind von grundlegender Bedeutung für die Erzielung von Standzeit, Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit. Die folgenden Grundsätze gelten für Vollhartmetall-Schaftfräser, die in modernen CNC-Fräsanwendungen den vorherrschenden Werkzeugtyp darstellen.
Oberflächenfuß pro Minute (SFM) oder Meter pro Minute (m/min) legen fest, wie schnell sich die Schneidkante durch das Material bewegt. Empfohlene Oberflächengeschwindigkeiten für gängige Materialien mit Hartmetall-Schaftfräsern:
Der Vorschub pro Zahn (Spanlast) beschreibt die Materialstärke, die jede Schneide pro Umdrehung abträgt. Eine zu geringe Spanlast führt eher zum Reiben als zum Schneiden, was zu einer Hitzeverfestigung der Werkstückoberfläche und einem schnellen Abstumpfen des Werkzeugs führt. Eine zu hohe Spanbelastung führt zum Bruch. Typische Ausgangswerte für 4-schneidige Hartmetall-Schaftfräser in Stahl: 0,02 bis 0,05 mm pro Zahn für Werkzeuge zwischen 6 und 20 mm Durchmesser.
Zwei Schnitttiefenparameter steuern den Materialabtrag: axiale Schnitttiefe (ADOC) entlang der Werkzeugachse und radiale Schnitttiefe (RDOC) senkrecht zur Vorschubrichtung. Der Ansatz des hocheffizienten Fräsens (HEM) verwendet einen großen ADOC (oft die volle Spannutenlänge) gepaart mit einem kleinen RDOC (5 bis 15 Prozent des Durchmessers). Diese Strategie erhöht die Werkzeugstandzeit um das Zwei- bis Vierfache im Vergleich zum herkömmlichen Nutenfräsen über die gesamte Breite, da das Werkzeug über einen kürzeren Lichtbogen in das Werkstück eingreift und so eine längere Abkühlzeit pro Umdrehung ermöglicht.
Selbst gut ausgewählte Schaftfräser können unterdurchschnittliche Leistungen erbringen, wenn Schnittparameter, Werkstückspannung oder Kühlmittelstrategie nicht optimiert sind. Der folgende Leitfaden befasst sich mit den häufigsten Problemen, die bei Anwendungen mit Schaftfräsern auftreten.
Rattern macht sich als charakteristisches Klappergeräusch bemerkbar und erzeugt wellenförmige Oberflächenmuster auf bearbeiteten Wänden. Ursachen und Lösungen:
Ein schneller Verschleiß an der Werkzeugflanke (der Freifläche hinter der Schneidkante) weist auf eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit oder eine für das Material falsche Beschichtung hin. Bei Edelstahl und Titan kann die Reduzierung der Oberflächengeschwindigkeit um 15 bis 20 Prozent und die Zugabe von Hochdruckkühlmittel (40 bis 80 bar) die Standzeit des Werkzeugs um 50 Prozent oder mehr verlängern. Ein thermischer Schock durch intermittierende Kühlmittelanwendung auf heiße Hartmetallwerkzeuge kann Mikrorisse verursachen; Tragen Sie entweder gleichmäßig Kühlmittel auf oder schneiden Sie trocken.
Aufbauschneide entsteht, wenn Werkstückmaterial an der Schneidkante verschweißt, insbesondere bei Aluminium, rostfreiem Stahl und Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Zu den Symptomen gehören eine raue, eingerissene Oberfläche und ein plötzlicher Werkzeugbruch, wenn das angesammelte Material wächst und abschert. Zu den Lösungen gehören die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit, um sich oberhalb der BUE-Bildungszone zu bewegen, die Verwendung schärferer Kantenvorbereitungen und das Aufbringen geeigneter Beschichtungen (DLC für Aluminium, TiAlN für Edelstahl).
Plötzlicher Bruch beim Taschenfräsen wird häufig durch Spannachschneiden verursacht, wenn die Späne nicht abgeführt werden. In tiefen Taschen ist für die Spanabfuhr entweder ein Hochdruck-Kühlmittel durch die Spindel oder ein in die Schneidzone gerichteter Luftstrom erforderlich. Durch die Reduzierung von ADOC und die Programmierung von Rückzugsbewegungen zur Spanbeseitigung zwischen den Durchgängen wird dieses Problem ebenfalls gemildert.
Wenn ein Schlichtdurchgang zu einer inakzeptablen Oberflächenqualität führt, überprüfen Sie die folgende Reihenfolge: Unrundheit am Spindelkegel (sollte unter 3 Mikrometer liegen), Konzentrizität des Werkzeughalters, verbleibende Rohteilkonsistenz aus dem Halbschlichtdurchgang und ob das Werkzeug sichtbare Abnutzungsflächen an der Flanke aufweist. Ein abgenutztes Endbearbeitungswerkzeug sollte ersetzt werden; In den meisten Produktionsumgebungen ist das Nachschleifen nur für Werkzeuge über 12 mm Durchmesser wirtschaftlich.
Moderne CAM-Software und Werkzeugmaschinenfunktionen haben Schneidstrategien ermöglicht, die herkömmliche Ansätze deutlich übertreffen. Das Verständnis dieser Techniken hilft Produktionsingenieuren, den vollen Nutzen aus ihnen zu ziehen CNC-Fräser Investition.
Beim Trochoidenfräsen wird eine kreisförmige Werkzeugbahn mit einer linearen Vorschubbewegung kombiniert. Das Werkzeug folgt einem trochoidalen (Schleifen-)Pfad, der die maximale Spandicke begrenzt und den Eingriffswinkel steuert. Diese Technik ist besonders effektiv bei schwer zu bearbeitenden Materialien wie Inconel und Titan, bei denen die Wärmeentwicklung bei herkömmlichen Eingriffswinkeln zu einem schnellen Werkzeugausfall führen würde. Trochoidale Pfade reduzieren Spitzentemperaturen, indem sie die Wärme gleichmäßiger verteilen und es ermöglichen, dass das Kühlmittel bei jedem Zyklus in die Schneidzone gelangt.
Bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung werden erhöhte Spindelgeschwindigkeiten (häufig 15.000 bis 30.000 U/min) in Kombination mit leichten Radialschnitten verwendet. Die schnelle Wärmeableitung in die Späne statt in das Werkstück oder Werkzeug verändert die thermische Dynamik grundlegend. Für Strukturteile aus Aluminium für die Luft- und Raumfahrt ermöglicht HSM mit geeigneten Werkzeugmaschinen und Hartmetall-Schaftfräsern Materialabtragsraten von 2.000 bis 5.000 Kubikzentimetern pro Minute.
Dynamische Fräsalgorithmen in modernen CAM-Systemen passen den Werkzeugweg kontinuierlich an, um unabhängig von Änderungen der Merkmalsgeometrie eine konstante Spanlast aufrechtzuerhalten. Wo herkömmliche Werkzeugpfade gefährliche Eckenbedingungen erzeugen (vollständiger Eingriff), reduzieren dynamische Pfade den RDOC automatisch. Dieser Ansatz reduziert die Spitzenschnittkräfte um 40 bis 60 Prozent im Vergleich zu statischen Werkzeugwegen in komplexen Taschengeometrien.
Bei der 5-Achs-Simultanbearbeitung ändert sich die Werkzeugorientierung relativ zur Werkstückoberfläche kontinuierlich. Dies ermöglicht die Verwendung kürzerer, steiferer Werkzeugbaugruppen, da das Werkzeug gekippt werden kann, um ohne lange Verlängerungen auf hinterschnittene Merkmale zuzugreifen. Kugelkopffräser, die bei der 5-Achsen-Schlichtbearbeitung eingesetzt werden, übertreffen durchweg ihre 3-Achsen-Äquivalente, da der effektive Schnittradius und die Oberflächengeschwindigkeit am Kontaktpunkt durch Anpassen der Steigungs- und Neigungswinkel optimiert werden können.
Die following reference provides practical tool specification starting points organized by workpiece material family. These recommendations apply to solid carbide end mills on modern CNC machining centers with adequate spindle power and rigidity.
| Material | Härtebereich | Schaftfräsertyp | Flöten | Beschichtung | Kühlmittelstrategie |
|---|---|---|---|---|---|
| Aluminium 6061/7075 | 60-90 HRB | Quadratische oder kugelförmige Nase | 2-3 | Unbeschichtet oder ZrN | Überschwemmung oder Nebel |
| Weichstahl 1018/1045 | 120-200 HB | Quadrat- oder Eckradius | 4 | TiAlN | Überschwemmung |
| Edelstahl 304/316 | 150-200 HB | Eckenradius, Mittelschnitt | 4 | AlTiN | Hochdruckflut |
| Werkzeugstahl H13/D2 | 50–60 HRC | Kugelkopf oder Eckenradius | 6 | AlCrN oder nACo | Trocken oder MMS |
| Titan Ti-6Al-4V | 30-36 HRC | Eckenradius, scharfe Kante | 4-5 | AlTiN | Hochdruck durch die Spindel |
| Inconel 718 | 38–45 HRC | Eckenradius, kurze Nut | 4 | AlTiN dick | Hochdruckflut |
| Kohlefaser-CFK | N/A (abrasiv) | Komprimierung, Router-Stil | 4-8 | CVD-Diamant | Luftblasen oder Trocknen |
| Kupfer und Messing | 60-100 HRB | Quadratische oder kugelförmige Nase | 2-3 | ZrN oder unbeschichtet | Überschwemmung |
Ein zentrisch schneidender Schaftfräser verfügt über eine Schneidgeometrie, die sich bis zur Mittellinie des Werkzeugs an der Stirnfläche erstreckt, sodass er direkt in ein festes Werkstück wie einen Bohrer eintauchen kann. Ein nicht mittig schneidendes Werkzeug hat in der Mitte einen Spalt und kann nicht axial eintauchen; es erfordert ein vorgebohrtes Loch oder einen spiralförmigen Rampeneinstiegsweg. Zentrumschneidende Werkzeuge sind die Standardwerkzeuge für die meisten Fräswerkzeuganwendungen, bei denen das Eindringen in festes Material erforderlich ist.
Die primary consideration is chip evacuation versus cutting edge strength. In aluminum and other soft, gummy materials, a 2-flute end mill provides the large chip gullets needed to evacuate chips quickly and prevent re-cutting. In steel and harder ferrous materials, the smaller chip load per tooth means chips are finer, and a 4-flute tool provides stronger cutting edges and better surface finish. Using a 2-flute tool in steel results in poor finish; using a 4-flute tool in aluminum often causes chip packing and premature failure.
Die most frequent cause of breakage during slotting is chip re-cutting. When chips are not evacuated from a slot, the tool runs over previously cut chips, dramatically increasing cutting forces until the tool fractures. Additional causes include an undersized tool-to-feature diameter ratio, excessive feed rate, inadequate coolant pressure, or a worn tool holder causing excessive runout. Reducing axial depth of cut and programming periodic retract moves to clear chips resolves most slotting breakage issues.
Ein Schaftfräser mit Zentrumsschnitt kann axial eintauchen und grundlegende Bohrvorgänge ausführen, dies wird jedoch im Allgemeinen nicht für tiefe Löcher empfohlen. Schaftfräser haben im Vergleich zu Bohrern einen begrenzten axialen Spanfreiraum, wodurch Arbeiten mit tiefem Eintauchen anfällig für Spanstau und Werkzeugschäden sind. Für Löcher, die tiefer als das Zweifache des Werkzeugdurchmessers sind, ist die spiralförmige Interpolation ein besserer Ansatz. Bei Löchern, die genaue Durchmesser- und Zylindertoleranzen erfordern, führt gezieltes Bohren mit anschließendem Bohren oder Reiben zu hervorragenden Ergebnissen.
Die general industry guideline is to limit tool overhang to a length-to-diameter ratio of 4:1 or less for standard operations. Beyond this ratio, deflection increases nonlinearly and chatter becomes difficult to suppress. When deep features require extended reach, using reduced-neck (long-reach) end mills with a larger shank diameter relative to the cutting portion maintains much better rigidity than a standard long-shank tool at the same overall length.
Mehrere Strategien kombinieren sich, um die Werkzeugstandzeit erheblich zu verlängern. Verwenden Sie zunächst eine Eckenradiusgeometrie anstelle scharfer Ecken, da dadurch die Schnittbelastung auf einen größeren Kantenbereich verteilt wird. Zweitens programmieren Sie hocheffiziente Fräspfade (kleiner RDOC, großer ADOC), um Spitzenschnittkräfte und Hitze zu reduzieren. Drittens stellen Sie sicher, dass die Beschichtung geeignet ist (AlTiN oder AlCrN für gehärteten Stahl). Viertens: Halten Sie den Spindelrundlauf unter 3 Mikrometern, indem Sie hochwertige hydraulische oder Schrumpfwerkzeughalter verwenden. Tauschen Sie schließlich die Werkzeuge aus, bevor sie die Verschleißgrenze erreichen, da ein verschlissenes Werkzeug die Werkstückoberfläche beschädigt und den Verschleiß des Spindellagers beschleunigt.
Die cusp height (the small ridge left between adjacent tool passes) on a curved surface machined with a ball nose end mill depends on the tool radius and the stepover distance. A smaller stepover produces finer surface finish but increases machining time. For finishing operations, steovers of 5 to 10 percent of the ball radius are typical for premium surface quality. For semi-finishing, 15 to 20 percent stepover provides a reasonable balance between finish quality and cycle time. Your CAM system can calculate precise cusp height based on these inputs and the local surface curvature.