Kreissegmentfräser Wirtschaftliche 5-Achs-Bearbeitung komplexer Geometrien

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Mit der 5-Achs-Bearbeitung ist die Zerspanung komplexer Teile in einer Aufspannung möglich. Darüber hinaus kann hoch präzise bearbeitet werden – bei kurzen Zykluszeiten. Weitere Potenziale lassen sich mit speziellen Kreissegmentfräser heben.

Neue Technologien zur Herstellung von Bauteilen haben die Möglichkeiten des präzisen Schmiedens und Gießens erweitert, und die additive Fertigung (AM) rückt in den Fokus. Dies hat zu einer zunehmenden Komplexität von Bauteilgeometrien mit geringeren Aufmaßen geführt. Die endgültige Form des Werkstücks wird dadurch mit weniger Materialabtrag und Zerspanungs-Schritten erzielt. Konsequenz: Die Nachfrage nach Hochleistungs-Schneidwerkzeugen für das Schlichten und Vorschlichten komplexer Geometrien ist deutlich gestiegen.

Kreissegment im Fokus

Kugel- und Vollradiusfräser sind bewährte Werkzeuge für die Bearbeitung von 3D-Oberflächen und beim Vorschlichten und Schlichten von Profilen weit verbreitet. Neue Entwicklungen bei 5-Achs-Bearbeitungszentren und moderne CAM-Systeme haben unterdessen zur Konstruktion von Werkzeugen mit einer Schneidengeometrie geführt, die als Kreissegment- oder Tonnenfräser geführt werden. Obwohl diese Werkzeuge in Zerspanungskreisen bekannt sind, finden sie in der Praxis bislang eher wenig Beachtung.

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Die Schneide dieser Schaftfräser besitzt ein Kreissegment mit einem Radius, der größer ist als der Nennradius des Werkzeugs. Zum Vergleich: Bei Kugelfräsern ist der Werkzeugradius gleich dem Radius der Schneide. Die Oberflächenbearbeitung mit Segmentfräsern ermöglicht im Gegensatz zu Kugelkopffräsern eine wesentlich größere Schritt- oder Sprungweite und damit eine kürzere Bearbeitungszeit. Bei einem dreiachsigen, CNC-gesteuerten Zerspanungsprozess kann die korrekte Position eines tonnenförmigen Werkzeugs bei der Bearbeitung komplexer Flächen nicht zuverlässig bestimmt werden. Das Fünfachs-Konzept hingegen nutzt die Vorteile von Segmentfräsern voll aus. Die Form der Werkzeugschneide bestimmt dabei die Anwendung des Werkzeugs. So eignen sich etwa linsenförmige Werkzeuge sowohl für 5- als auch für 3-Achs-Maschinen, während Schaftfräser mit einem konischen Zylinderprofil ausschließlich für 5-Achs-Maschinen geeignet sind.

Iscar bietet ein umfangreiches Angebot an effizienten Lösungen für die 5-Achs-Bearbeitung. So umfasst beispielsweise die Linie Neobarrel mehrere Werkzeug-Familien. Dabei handelt es sich um Vollhartmetall (VHM)-Schaftfräser (SCEM) mit Durchmessern von acht bis zwölf Millimetern. Der ovale VHM-Fräser mit einem Durchmesser von zehn Millimetern besitzt eine bogenförmige Umfangsschneide mit einem Radius von 85 Millimetern. Dieser Schaftfräser vervierfacht die Schrittweite im Vergleich zu einem Kugelkopffräser gleicher Größe und bietet dabei dieselbe Oberflächenqualität.

Bei der Multi-Master-Line handelt es sich um Werkzeuge mit auswechselbaren Hartmetallköpfen. Diese Familie umfasst neue, tonnenförmige Fräsköpfe, die in Schneidengeometrie und Durchmesserbereich identisch mit der SCEM-Variante sind. Sie bieten dem Anwender ein großes Einsatzfeld bei fünfachsigen Maschinen. Das Wechselkopfkonzept der Multi-Master-Line steht für einen effizienten Einsatz von Hartmetall mit einem wirtschaftlichen Vorteil: Verschiedene Werkzeugkörper, Verlängerungen und Reduzierstücke ermöglichen es, dieses modulare Konzept flexibel bei komplexen Bearbeitungen einzusetzen.

Iscar hat eine neue Familie von Segmentfräsern entwickelt, die auf dem Prinzip einschneidiger Wendeschneidplatten (WSP) basieren.

Zum einen ist das einschneidige Konzept durch die Erweiterung des Durchmesserbereichs besonders wirtschaftlich. Die Fräser besitzen Nenndurchmesser von 16 bis 25 Millimetern. Ebenso ermöglichen das robuste Wendeschneidplattendesign und eine sehr stabile Wendeplattenklemmung höhere Vorschübe pro Zahn im Vergleich zu VHM-Fräsern oder Wechselkopfsystemen.

Die geringere Anzahl der Schneiden trägt bei schlechter Bearbeitungsstabilität zu einer besseren Vibrationskontrolle bei. Die Iscar-Entwicklung ist zudem besonders flexibel: Durch die Verwendung dieser speziellen Schneidplatten kann die üblicherweise auf der Ballplus-Familie montierten Lösung problemlos in einen Segmentfräser umgewandelt werden. Die Ballplus-Werkzeuge bieten eine große Auswahl an Werkzeugkörpern, Adaptern und Verlängerungen, die Werkzeuganpassungen erheblich vereinfachen. „Die Wahl eines einschneidigen Segmentwerkzeugs rechnet sich also“, sagt der CTO.

Tonnenfräser haben in der modernen Fertigung nach Einschätzung von Iscar gute Perspektiven. Die metallverarbeitende Industrie hat für dieses spezielle Design ein großes Einsatzgebiet erschlossen. In der Praxis sind sie als VHM-Fräser, Fräser mit Wechselköpfen und einschneidige Werkzeuge in Betrieb. Erich Timons bringt es auf den Punkt: „Dem Anwender steht eine ganze Palette von Profil-Fräswerkzeugen zur Verfügung, mit der er komplexe Geometrien wirtschaftlich und mit hoher Prozesssicherheit in gleichbleibender Qualität bearbeiten kann.“

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