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Fräsen - Fräsen Grundlagen

Grundlagen des Fräsens

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 399-401

Als Fräsen wird die spanabhebende Bearbeitung mittels eines Fräswerkzeugs bezeichnet. Die Kinematik des Fräsens ist gekennzeichnet durch die Rotationsbewegung der Werkzeuge, der eine zur Rotationsbewegung senkrechte, schräge oder schraubenförmige Vorschubbewegung überlagert sein kann.

Fräsen ist Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung und beliebiger, quer zur Drehachse liegender Vorschubbewegung. Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkstück unabhängig von der Vorschubbewegung bei (Drehachse werkzeuggebunden). In der DIN 8589 Teil 3 sind wesentliche Merkmale des Fräsens beschrieben. Der Fräsvorgang ist demzufolge gekennzeichnet durch eine diskontinuierliche Spanabnahme; zyklisch wiederkehrende Spanunterbrechungen und Schnittkraft-Schwankungen erfordern gute dynamische Eigenschaften der Fräsmaschinen [1]. Die Anzahl der Zähne, die sich im Eingriff befinden, wie auch die Geometrie der Schneiden haben einen signifikanten Einfluss auf die statische Beanspruchung der Werkzeugmaschine. Werkzeugmaschinen für Fräsbearbeitungen sollen ein hohes Maß an statischer und dynamischer Steifigkeit sowie gute Dämpfungseigenschaften aufweisen [2]. Gemeinsames Merkmal von Fräsprozessen ist der unterbrochene Schnitt. Daraus resultieren besonders hohe Anforderungen an die statische und an die dynamische Steifigkeit der Fräswerkzeuge, der Werkzeugmaschinen und der Werkstückspannung. Die Steifigkeitseigenschaften der Werkstücke beeinflussen die Prozessauslegung und die Werkzeugauswahl in entscheidendem Maße [3].

Die Kinematik des Fräsens ist gekennzeichnet durch die Rotationsbewegung der Werkzeuge, der eine zur Rotationsbewegung senkrechte, schräge oder schraubenförmige Vorschubbewegung überlagert sein kann. Die Zerspankräfte verursachen am Fräser überwiegend Biege- und Torsionsbeanspruchungen.

Die beiden Fräsarten „Gleichlauffräsen“ und „Gegenlauffräsen“ (Bild 1) verursachen unterschiedliche Schneidenbeanspruchungen. Beim Fräsen im Gleichlauf treten die Schneiden stoßartig in das Werkstück ein. Dabei ist die Spandicke zunächst groß und nimmt zum Schneidenaustritt hin auf null ab. Ein Verkleben des Spans mit der Schneide ist deshalb weitgehend ausgeschlossen. Damit entfällt die Gefahr, dass es beim Wiedereintritt der Schneide zu deren Beschädigung durch anhaftendes Werkstückmaterial kommt [4].

Eine Reib- und Quetschphase mit hoher mechanischer und thermischer Belastung kennzeichnet den Schneideneintritt beim Gegenlauffräsen. Darüber hinaus sind bei dieser Frästechnologie Beeinträchtigungen der Oberflächengüte und der Werkzeugstandzeit durch klebende Späne eher zu erwarten als beim Gleichlauffräsen. Beim Schneidenaustritt zeigt der Span die Tendenz zur Schneidkante hin abzurollen. Dies verursacht beim Fräsen stark klebender Werkstoffe in unmittelbarer Nähe der Schneidkante Zugspannungen in der Kontaktzone [4]. Damit ist die Gefahr von erhöhtem Adhäsionsverschleiß gegeben. Allerdings kann sich das Schlichten im Gegenlauf durch die ausgeprägte Reibphase beim Schneideneintritt und durch die Flugrichtung der Späne weg von der erzeugten Oberfläche in einzelnen Anwendungsfällen auch als günstig erweisen.

Beim Gleichlauffräsen stimmt die Schnittrichtung mit der Vorschubrichtung am Schneidenaustritt überein. Beim Gegenlauffräsen ist die Vorschubbewegung der Schnittbewegung am Schneideneintritt entgegengesetzt. Beim Gleichlauffräsen wird der Kommaspan kurz vor seiner dicksten Stelle angeschnitten, beim Gegenlauf an seiner dünnsten. Für die Fräserstandzeit ist Gleichlauf günstiger als Gegenlauf, sofern nicht in harte Gusshaut oder verkrustete Schmiedestückoberflächen eingeschnitten werden. Beim Gleichlauffräsen wirkt ein großer Anteil der Schnittkraft ziehend auf das Werkstück. Dieses muss deshalb immer gegen einen festen Anschlag gespannt werden. Der Vorschubantrieb muss spielfrei sein, weil es sonst zum Einhaken des Werkzeugs kommen kann. Gleichlauffräsen erfordert eine höhere Stabilität der Maschine als Gegenlauffräsen. Deshalb können die unbestreitbaren Vorteile nur mit besonders geeigneten Maschinen und Werkzeuganordnungen erzielt werden. Bei stabilen Maschinen wird im Gleichlauffräsen im Vergleich zum Gegenlauffräsen eine höhere Oberflächenqualität erreicht, da der Spanaustrittsquerschnitt gegen Null geht [4, 5]. Der sehr geringe Spanaustrittsquerschnitt wirkt sich auch beim Einsatz von hochharten Schneidstoffen, wie z. B. Hartmetall, Cermets oder Keramik, welche beim Gleichlauffräsen geringere Schneidenausbrüche und deutlich längere Standzeiten zeigen, äußerst positiv aus.

Weisen Werkstücke massive Sandeinschlüsse oder Schweißnähte an der Oberfläche auf, die stark den Werkzeugverschleiß fördern, können Gegenlauffräsoperationen auch unter dem Aspekt der Werkzeugkosten vorteilhaft sein.


Inhaltsverzeichnis
Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 399-401
Literaturhinweis

[1] Spur, G.; Stöferle, Th.: Handbuch der Fertigungstechnik Band 3, Spanen. Carl Hanser Verlag, München 1979.

[2] Weck, M.; Brecher, C.: Werkzeugmaschinen, Messtechnische Untersuchungen und Beurteilungen, dynamische Stabilität. 7. Aufl., Springer-Verlag VDI, Berlin 2006.

[3] Klocke, F.; König, W.: Fertigungsverfahren Drehen, Fräsen, Bohren. Springer Verlag, Berlin 2008.

[4] Schönherr, H.: Spanende Fertigung. Oldenburger Wissenschaftsverlag, Oldenburg 2002.

[5] Tschätsch, H.; Dietrich J.: Praxis der Zerspantechnik, Verfahren, Werkzeuge, Berechnungen. 9. Aufl., Vieweg & Teubner, Wiesbaden 2008, S. 185.

[6] Sandvik-Coromant (Hrsg.): Technisches Handbuch, 2010 Schönherr, H.: Spanende Fertigung. Oldenburger Wissenschaftsverlag, Oldenburg 2002.

[7] Weinert, K.: Trockenbearbeitung und Minimalmengenkühlschmierung – Einsatz in der spanenden Fertigungstechnik. Springer Verlag, Berlin 1999, S. 144.

[8] Paucksch, E.; Holsten, S.; Linß M.; Tikal, F.: Zerspantechnik – Prozess, Werkzeuge, Technologien. 12. Aufl., Vieweg & Teubner, Wiesbaden 2008, S. 82.

[9] Kienzle, O.: Die Bestimmung von Kräften und Leistungen an spanenden Werkzeugen und Werkzeugmaschinen. Z.VDI 94 (1952), S. 299 – 305

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