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Zerspanung
Welche Methoden gibt es?

Was ist zerspanen?
Kurz gesagt: Ein Metallprodukt durch kontrolliertes Abtragen von Material formen. Hierzu gibt es verschiedene Techniken wie Fräsen, Bohren, Reiben oder Gewindeschneiden.
In diesem Artikel werden die einzelnen Zerspanungstechniken erläutert. Außerdem werden die verschiedenen verwendbaren Werkzeuge dargelegt und erläutert, welche Anforderungen diese Werkzeuge an eine CNC-Maschine stellen. Mit anderen Worten, welche Vor- und Nachteile diese in der Nutzung mit sich bringen.
Scheibenfräser und Fingerfräser

Scheibenfräser (links) und Fingerfräser(rechts)

Fräsen

Fräsen ist ein zerspanendes Verfahren, bei dem Material mittels eines rotierenden Werkzeugs, dem Fräser, vom Produkt entfernt wird. Hierdurch können Nuten, Profile oder Ecken gefräst werden, sowie Produkte sauber und glatt nachgearbeitet werden.

Nutfräsen

Möchten Sie eine Nut fräsen? Dann können Sie aus mehreren Werkzeugen wählen. Die Wahl wird dabei durch verschiedene Faktoren, wie der Tiefe und Breite der Nut, sowie der Frage ob es sich um eine geschlossene oder offene (durchgehende) Nut handelt, bestimmt. Hierzu werden im Folgenden die Eigenschaften zweier Werkzeuge miteinander verglichen: Der Scheibenfräser und der Fingerfräser.

Scheibenfräser

  • Geeignet für offene (durchgehende) Nuten.
  • Geeignet für tiefe und schmale Nuten.
  • Schlechte Spanabfuhr – Spanräume füllen sich während der Bearbeitung.
  • Hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl.
  • Hohes Leistungsvermögen und hohe Stabilität.
  • Niedrige Kosten – die Wendeschneidplatten haben mehrere verwendbare Schneidkanten.
  • Die Zähne müssen in Kontakt mit dem Material bleiben, um Vibrationen zu minimieren.

Fingerfräser

  • Geeignet für offene und geschlossene Nuten.
  • Aufgrund von begrenzter Frästiefe ungeeignet für tiefe und schmale Nuten.
  • Gute Spanabfuhr.
  • Niedriges Drehmoment und hohe Drehzahl.
  • Niedriges Leistungsvermögen.
  • Stabilität ist empfindlich gegenüber hohen Kräften und Vibrationen bei großen Frästiefen.
  • Hohe Kosten – komplettes Werkzeug muss bei Verschleiß ersetzt werden.
  • Nachschleifen verringert den Durchmesser des Werkzeugs.
Profilfräsen

Profilfräsen

Profilfräsen

Profilfräsen wird verwendet, um komplexe 3D-Formen in Werkstücken zu erstellen oder um glatte Oberflächen bei komplexen Oberflächenformen zu erreichen. Besonders geeignet sind Profilfräsen zur Herstellung von Produkten, wie Matrizen.

  • Geeignet für komplexe Formen.
  • Geeignet für leichte Bearbeitungen.
  • Geeignet für langandauernde Bearbeitungen – erfordert hohe Dynamik der Maschine.
  • Gute Spanabfuhr.
  • Niedriges Drehmoment und hohe Drehzahl.
  • Niedriges Leistungsvermögen.
  • Geringe Stabilitätsanforderungen.
  • Niedrige Kosten – Wendeschneidplatten haben mehrere verwendbare Schneidkanten.
  • Gleichbleibende Schneidekraft resultiert in gleichmäßige Bearbeitungsbelastung.
Planfräsen (45°)

Planfräsen (45°)

Planfräsen (45°)

Planfräsen kommt zum Einsatz, wenn viel Material gleichzeitig über eine ebene Oberfläche entfernt und die Produktivität der Maschine erhöht werden soll. Hierzu werden Planfräser in der Regel mit einem Anstellwinkel von 45° verwendet, um die notwendige Maschinenleistung zu reduzieren.

  • Geeignet zum ebenen von Oberflächen.
  • Gute Spanabfuhr.
  • Hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl.
  • Mittleres Leistungsvermögen.
  • Hohe Stabilität.
  • Höhere Produktivität durch kleinere Spandicke.
  • Niedrige Kosten – Wendeschneideplatten haben vier verwendbare Schneidkanten.
  • Schneidkanten müssen in Kontakt mit dem Material bleiben, um Vibrationen zu vermeiden.
  • Axiale Steifheit der Maschine gleicht Schneidekräfte aus und reduziert somit Radialkräfte am Werkzeug.
  • Geringe Vibrationen auch bei langen Fräslängen oder instabilen Konfigurationen.
Eckfräsen

Eckfräsen

Eckfräsen (90°)

Ein Eckfäser wird verwendet, um Ecken und Kanten (oftmals gleichzeitig mit der Fläche) zu bearbeiten. Sind die Ecken und Kanten besonders hoch, kann ein Igelfräser (mehrere Wendeschneideplatten übereinander) zum Einsatz kommen.

  • Geeignet zum Bearbeiten von Ecken und Kanten.
  • Gute Spanabfuhr.
  • Hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl.
  • Mittleres Leistungsvermögen.
  • Schlechte Stabilität und niedrige Produktivität.
  • Hohe Kosten – relativ hohe Werkzeugkosten. Wendeschneidplatten haben nur zwei verwendbare Schneidkanten.
  • Schneidkanten müssen in Kontakt mit dem Material bleiben, um Vibrationen zu vermeiden.
  • Bei größeren Schnitttiefen ist Schnittgeschwindigkeit zu reduzieren, um Vibrationen zu minimieren.
  • Geringe axiale Kraft auf dem Werkstück – gut geeignet für dünnwandige Produkte.
  • Hohe radiale Kräfte auf dem Werkstück.
  • Relativ große Schnitttiefe im Verhältnis zur Wendeschneidplattengröße.
Hochvorschubfräsen

Hochvorschubfräsen

Hochvorschubfräsen (10°)

Beim Hochvorschubfräsen wird Material mit geringer Schnitttiefe und hoher Vorschubgeschwindigkeit abgetragen, wodurch sich die Maschinenproduktivität erhöht. Um dies zu ermöglichen, bedarf es nicht nur eines robusten und stabilen Werkzeugs, sondern auch der richtigen Auswahl der zugehörigen Schnittparameter. Nur gemeinsam kann eine effiziente Materialabtragung gewährleistet und gleichzeitig die Oberflächenqualität und Standzeit des Werkzeugs erhalten werden.

  • Geeignet zur schnellen Materialentfernung.
  • Gute Spanabfuhr.
  • Niedriges Drehmoment und hohe Drehzahl.
  • Niedriges Leistungsvermögen.
  • Hohe Stabilität – erfordert eine steife und stabile Maschine, um höhere Schneidkräfte aufzunehmen.
  • Hohe Produktivität bei geringer Schnitttiefe.
  • Niedrige Kosten – Wendeschneidplatte haben vier verwendbare Schneidkanten.
  • Schneidkräfte werden axial in Spindelrichtung aufgenommen und stabilisieren diese.
  • Oft sind hohe Spindeldrehzahlen erforderlich, um hohe Vorschübe und die gewünschte Produktivität zu ermöglichen.
  • Die Maschine muss hohe Vorschubgeschwindigkeiten unterstützen, um eine effiziente Materialabtragung zu gewährleisten.
Reiben

Reiben

Reiben oder Feinbohren

Reiben und Feinbohren sind zerspanende Techniken, bei denen bestehende Bohrungen und Löcher bezüglich ihrer Abmessung, Position und Genauigkeit nachbearbeitet werden.

Reiben

Reibahlen werden eingesetzt, um die Abmessung einer Bohrung oder eines Lochs zu präzisieren. Dies erfolgt, nachdem die Bohrung / das Loch bereits ins Werkstück eingebracht wurde und präzisiert anschließend den Durchmesser und die Oberflächenqualität. Hierzu sind die Reibahlen an spezifischen Stellen mit entsprechenden Schneidkanten versehen, die dem gebohrten Loch folgen. Aus diesem Grund können mit Reibahlen auch nur Maßführungen, aber keine Positionen verändert werden.

  • Geeignet zum Vergrößern und Nachbearbeiten bestehender Bohrungen / Löcher, insbesondere in der Serienfertigung.
  • Schlechte Spanabfuhr.
  • Hohes Drehmoment und hoher Vorschub bei niedriger Drehzahl erforderlich.
  • Niedrige Drehzahl und hohes Leistungsvermögen.
  • Gute Stabilität.
  • Hohe Produktivität.
  • Hohe Kosten, da im Verschleißfall das gesamte Werkzeug ersetzt werden muss.
  • Reibahlen haben einen festen Durchmesser und sind nicht einstellbar.
  • Stabil, da viele Schneidkanten gleichzeitig im Eingriff sind.
  • Bohrung / Loch erhält eine hohe Oberflächenqualität.
Feinbohren

Feinbohren

Feinbohren

Ist der Durchmesser, die Rundheit, die Position oder die Oberfläche einer Bohrung / eines Lochs wichtig, können Feinbohrer eingesetzt werden. Feinbohrer ermöglichen es nämlich vorhandene Bohrungen / Löcher zu vergrößern, in seiner Form und Oberflächenqualität anzupassen, Positionen zu verändern oder die Rund- und Gradheit zu korrigieren.

  • Geeignet zum Vergrößern oder Nachbearbeiten bestehender Bohrungen / Löcher, insbesondere für Einzelprodukte.
  • Gute Späneabfuhr.
  • Niedriges Drehmoment und hohe Drehzahl.
  • Niedriges Leistungsvermögen.
  • Gute Stabilität.
  • Niedrige Produktivität.
  • Hohe Kosten durch hohen Verschleiß aufgrund geringer Anzahl Schneidkanten.
  • Einstellbarer Durchmesser.
  • Empfindlich für Ungenauigkeiten.
  • Bohrung / Loch erhält eine hohe Oberflächenqualität.
Gewindeschneiden - Gewinderollen

Gewindeschneiden - Gewinderollen

Gewindeschneiden

Gewindeschneiden ist mittels drei verschiedenen Techniken möglich: Gewinderollen, Gewindebohren, Gewindefräsen.

Gewinderollen

Beim Gewinderollen wird eine Art Walzprozess angewandt, der das Material verdrängt anstatt zerspanend abzutragen. Hierdurch entstehen weder Grate noch Späne, sodass das Gewindeloch sauber bleibt. Gewinderoller kommen zum Einsatz, wenn eine höhere Qualität und Genauigkeit des Gewindes erfordert wird. Das Ergebnis ist ein starkes Gewinde mit guter Passform und Oberflächenqualität.
Wird Gewinderollen in dünnwandigem Material angewandt, kann dies zu einer Verformung des Werkstücks führen. Das weggedrückte Material kann hierbei in eine Delle an der Werkstückaußenseite resultieren.

  • Geeignet für die Herstellung von sauberen Gewinden ohne Grate oder Späne.
  • Kein Spanbildung.
  • Hohes Drehmoment und hohe Drehzahl.
  • Hohes Leistungsvermögen und gute Stabilität.
  • Hohe Produktivität.
  • Hohe Kosten, da das gesamte Werkzeug im Verschleißfall ersetzt werden muss.
  • Lange Lebensdauer / Standzeit.
  • Stärkeres Gewinde.
  • Bessere Oberflächenqualität.
  • Tiefes Gewinderollen in Durchgangslöchern möglich.
Gewindeschneiden - Gewindebohren

Gewindeschneiden - Gewindebohren

Gewindebohren

Ein Gewindebohrer verwendet Schneidkanten, um das Gewinde zu schneiden. Der Bohrer schneidet das Material ab und formt auf diese Weise das Gewinde. Nachteil hierbei ist, dass die anfallenden Späne das Gewindeloch verschmutzen können.

  • Geeignet für die Herstellung von Gewinden, bei denen die Qualität weniger wichtig ist.
  • Schlechte Spanabfuhr, da Späne das Gewindeloch verschmutzen.
  • Niedriges Drehmoment.
  • Niedrige Drehzahl und somit geringere Geschwindigkeit.
  • Hohes Leistungsvermögen und gute Stabilität.
  • Niedrige Produktivität.
  • Hohe Kosten, da das gesamte Werkzeug im Verschleißfall ersetzt werden muss.
Gewindefräsen

Gewindefräsen

Gewindefräsen

Bei dieser Methode wird das Gewinde durch einen Fräsprozess hergestellt. Hierzu wird eine CNC-Maschine mit Spiralbewegung benötigt. Das Werkzeug rotiert und bewegt sich in einer kreisförmigen Bahn, während es sich gleichzeitig in axiale Richtung verschiebt.

  • Geeignet für die Herstellung von Gewinden mittels CNC-Maschine, die eine Spiralbewegung ausführen kann.
  • Gute Spanabfuhr durch kurze Späne.
  • Niedriges Drehmoment und hohe Drehzahl.
  • Niedriges Leistungsvermögen und geringe Stabilität.
  • Niedrige Produktivität, da es eine langsame und dadurch weniger wirtschaftliche Bearbeitungsstrategie ist.
  • Niedrige Kosten, da Wendeschneidplatten austauschbar sind.
  • Kein Gewindeauslauf, wodurch Durchgangsbohrungen vollständig mit Gewinde versehen werden können.
  • Schlechte Oberflächenqualität und weniger präzise Gewinde.

Dieser Artikel bietet Einsicht in die verschiedenen Zerspanungstechniken, ihre Anwendungen und der Auswahl der geeignetsten Bearbeitungsmethode bzw. des Werkzeugs. Dabei wurden auch die Anforderungen an die zugehörige CNC-Maschine betrachtet.