Die Geheimnisse des perfekten Planfräsers lüften

Exzellente Oberflächengüten und optimale Materialabtragsraten bei der Zerspanung hängen maßgeblich von einem Faktor ab: dem Planfräser . Die falsche Wahl des optimalen Planfräsers kann jedoch für Zerspanungsmechaniker und Fertigungsfachleute zu ineffizienter Produktion oder hohen Kosten führen. Um Planfräser ins Rampenlicht zu rücken, bietet dieser Artikel wichtige Informationen zu Konfiguration, Einsatz und Auswahl von Planfräsern. Ob Sie die Leistung maximieren, die Werkzeugstandzeit verlängern oder die Qualität Ihrer Werkstücke verbessern möchten – dieser Leitfaden hilft Ihnen, die richtigen Entscheidungen zu treffen. Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie den Einsatz von Planfräsern in Ihren Zerspanungsprozessen optimieren.

Was ist ein Planfräser und wie funktioniert er?

Planfräser sind spezielle Fräser, die zum Schneiden von flachen Oberflächen verwendet werden. Sie sind für eine effiziente Bearbeitung ausgelegt, indem sie eine Anzahl von Schneideinsätzen um eine Achse drehen, wodurch das Material von einem Werkstück abgekratzt wird. Planfräser können glatte Oberflächen und genaue Maße auf den breiten, flachen Oberflächen eines Werkzeugs erzeugen. Planfräser werden auf einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum montiert und werden häufig zum Konturieren, zur Erzeugung glatter Oberflächen, zum Planen und für ähnliche Verfahren eingesetzt. Ihre Effizienz beruht auf der Verwendung scharfer Einsätze und gut konstruierter Schnittwinkel, die beim Materialabtrag optimale Ergebnisse garantieren.

Planfräsprozesse verstehen

Planfräsen ist ein spanendes Verfahren, bei dem ein rotierender Fräser Material von einem Werkstück entfernt, um flache Oberflächen oder Konturen zu erzeugen. Es handelt sich dabei um ein Schneidwerkzeug mit großem Durchmesser, das einen größeren Metallabtrag in ebenen Bereichen ermöglicht. Der Erfolg beim Planfräsen hängt von den Schnittgeschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeiten und Fräsermaterialien ab, die auf das Werkstück abgestimmt sein müssen. In Verbindung mit der richtigen Maschineneinstellung gewährleisten diese Parameter Genauigkeit und Oberflächengüte. Planfräsen wird in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt und Fertigung, wo die Genauigkeit der Oberflächengüte von entscheidender Bedeutung ist.

Erkunden verschiedener Planfräsvorgänge

Planfräsverfahren können je nach Zweck und erforderlichen Bearbeitungsvorgängen in mehrere Kategorien unterteilt werden. Beispiele sind konventionelles Planfräsen, Gegenlauf- oder Aufwärtsfräsen, Nutenplanfräsen und Profilplanfräsen. Jedes Verfahren hat seine eigenen Besonderheiten und wird anhand von Kriterien wie Werkstückmaterial, erforderliche Oberflächengüte und Produktivität ausgewählt.

Konventionelles Planfräsen

• Dies ist wahrscheinlich der häufigste Vorgang, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubbewegung des Werkstücks dreht. Es ist einfach und bietet Zuverlässigkeit und Kontrolle, daher ist es für Anfänger oder allgemeine Zwecke geeignet. Übermäßige Reibung kann jedoch zu erheblichem Werkzeugverschleiß führen.

Gleichlauffräsen

• Auch als Gleichlauffräsen bekannt, dreht sich das Schneidwerkzeug in Richtung des Werkstückvorschubs. Dies verbessert die Oberflächengüte und minimiert den Abrieb am Schneidwerkzeug, da die Schnittkräfte dazu neigen, das Werkstück in das Werkzeug hineinzudrücken, anstatt es vom Werkzeug wegzuziehen. Dies eignet sich für Schneidbedingungen mit höherer Geschwindigkeit und hochpräzise Werkstücke, wie sie in der Luft- und Raumfahrt und der Medizinindustrie vorkommen.

Schlitzfräsen

• Schlitz- oder Nutenschneidvorgänge am Werkstück lassen sich am besten mit einem Schlitz-Planfräser mit schmaler Schneide durchführen. Für solche Aufgaben wird ein Planfräser mit Schlitz benötigt. Einrichtung und erweiterte Vorschubsteuerung sind unerlässlich, um die gewünschte Werkzeugablenkung und Schlitztiefe zu erreichen.

Profilfräsen

• Profilfräsen wird typischerweise verwendet, wenn ein Werkstück 3D-Formen oder Konturen aufweist. Um mit dieser Technik optimale Ergebnisse zu erzielen, ist eine präzise Programmierung erforderlich, bei der häufig CNC Profilfräsen Fräser mit Hochgeschwindigkeitsfunktionen.

Parameter und Daten zur Optimierung 

Wie Werkzeughersteller bestätigen, hängen diese Bearbeitungsvorgänge maßgeblich von Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe und der Härte des zu bearbeitenden Materials ab. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen eine Schnittgeschwindigkeit von 800 bis 2500 Fuß pro Minute (SFM) eingesetzt werden, wodurch ein schneller Materialabtrag ermöglicht wird, ohne die Werkzeugstandzeit zu beeinträchtigen. Bei härteren Werkstoffen wie legierten Stählen liegt die optimale Schnittgeschwindigkeit in der Regel zwischen 150 und 400 SFM. Höhere Vorschübe sollten 004 bis 012 Zoll pro Zahn betragen. Langsame Vorschübe tragen zur Temperaturkontrolle bei, indem sie die Wärmeabfuhr vom Werkzeug fördern.

Innovationen wie die Einführung von Hartmetall- und Keramikeinsätzen haben Planfräsvorgänge erheblich verbessert. Darüber hinaus erleichtert der Einsatz von CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) die Konstruktionssimulation komplizierter Fräsbahnen, wodurch die Zeitverschwendung bei der Produktion ohne Mehrwert minimiert und die Effizienz verbessert wird. Die Entwicklung dieser Innovationen trägt zusammen mit der Anwendung des Planfräsens in modernen Bearbeitungsverfahren zu einer höheren Effektivität bei.

Die Rolle des Planfräsers und der Maschine

Der Fräser und die Maschine, auf der er arbeitet, garantieren Genauigkeit, Qualität und Flexibilität in Fertigungsprozessen. Der Fräser, ein Planfräser mit vielen Wendeschneidplatten, ist darauf ausgelegt, ein hohes Arbeitsvolumen zu produzieren, während die Oberflächengüte akzeptabel bleibt. Moderne Fräserkonstruktionen haben komplexe Formen und bestehen aus neuen Materialien wie polykristallinem Diamant (PCD) und kubischem Bornitrid (CBN), die für Hochgeschwindigkeits- und Daueranwendungen entwickelt wurden. Diese Werkzeugfunktionen ermöglichen eine längere Werkzeuglebensdauer und weniger Ausfallzeiten durch den Austausch der Wendeschneidplatten.

Die CNC-Fräsmaschine selbst gewährleistet die für anspruchsvolle Fräsbearbeitungen erforderliche Präzision und Kontrolle. Diese modernen Maschinen zeichnen sich durch robuste Spindelkonstruktionen, drehmomentstarke Motoren, niedrige Kosten, hochwertige Schwingungsdämpfer und die Fähigkeit zum Schruppen und Schlichten aus. Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren erreichen Spindeldrehzahlen von über 20000 U/min und ermöglichen so die schnelle Bearbeitung von Legierungen und nichtmetallischen Werkstoffen.

Darüber hinaus ermöglicht die intelligente Abstimmung von Planfräser und Maschine adaptive Steuerungssysteme. Diese Systeme erfassen Schnittkräfte, Spindelbelastung und thermische Drift in Echtzeit und passen diese an, um Werkzeuge zu schonen und einen gleichmäßigen Materialabtrag zu gewährleisten. Aktuelle Studien zur Zerspanung zeigen, dass der Einsatz optimierter Fräser auf hochpräzisen CNC-Maschinen die Produktionseffizienz um 30 Prozent steigern und die Oberflächenqualität um 50 Prozent verbessern kann. Diese Kombination aus Fräser und Maschine ist nach wie vor ein wesentlicher Treiber für die stetige Verbesserung der Planfräsleistung in der Fertigungsindustrie.

So wählen Sie das richtige Werkzeug zum Planfräsen aus

Vergleich zwischen Planfräsen, Schaftfräsern und Walzenfräsern

Je nach Verwendungszweck dienen Planfräsen, Schaftfräsen und Walzenfräsen unterschiedlichen Zwecken im Bereich der Zerspanung. Ein Beispiel wäre die Erstellung einer hochwertigen flachen Oberfläche über eine große Fläche, eine Aufgabe, die am besten mit einem effizienten breiten Fräser durch Planfräsen erreicht wird. Schaftfräser sind anspruchsvollere Werkzeuge, die für detaillierte Aufgaben wie Konturenfräsen, Schlitzen oder Kanten verwendet werden. Schaftfräser werden auch als Walzenfräser bezeichnet, aber nur, weil sie größer sind und das schnelle Entfernen großer Materialmengen über relativ große Flächen ermöglichen. Die Wahl des Werkzeugs hängt von der gewünschten Oberflächenbearbeitung, der zu entfernenden Materialmenge und der Komplexität des Bearbeitungsvorgangs ab.

Bewertung von Wendeschneidplatten zum Planfräsen

Bei der Auswahl der besten Schneideinsätze zum Planfräsen sind Geometrie, Beschichtung und Materialzusammensetzung nur einige Faktoren, die berücksichtigt werden müssen. Die am häufigsten zur Herstellung von Einsätzen verwendeten Materialien sind Hartmetall und Cermet, da sie bei Hochgeschwindigkeitsbedingungen eine hohe Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit bieten. Für Planfräsvorgänge, bei denen eine gute Oberflächengüte oder eine längere Standzeit erforderlich ist, sind Einsätze mit Beschichtung aus polykristallinem Diamant (PCD) oder kubischem Bornitrid (CBN) besser geeignet.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Geometrie der Schneidplatte. Positive Spanwinkel reduzieren die Schnittkräfte und damit den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung bei weicheren Metallen wie Aluminium oder weicherem Stahl, wodurch diese leichter zu bearbeiten sind. Bei härteren Werkstoffen wie Edelstahl und Titan sorgen negative Spanwinkel für eine höhere Schnittfestigkeit und Verschleißfestigkeit und sind daher ideal.

Auch die Spankontrolle ist ein wichtiger Aspekt für die Effizienz beim Planfräsen. Die Integration spezieller Spanbrecherdesigns auf der Vorderseite der Schneideinsätze verhindert Spanbildung und führt zu reibungsloseren Arbeitsabläufen. Diese fortschrittlichen Designs tragen auch dazu bei, das Risiko von Werkzeugbeschädigungen zu minimieren.

Untersuchungen legen nahe, dass auch Vorschub und Schnittgeschwindigkeit innerhalb der Grenzen der genannten Spezifikationen liegen müssen, um ein Höchstmaß an Effizienz zu erreichen. So sollen Hartmetalleinsätze beispielsweise bei Schnittgeschwindigkeiten von etwa 300-500 m/min bei der Bearbeitung von Stahl optimale Leistung erzielen, während sich PKD-Einsätze am besten zum Schneiden von Nichteisenmetallen bei Geschwindigkeiten über 1000 m/min eignen.

Letztendlich basiert die Analyse von Wendeschneidplatten auf dem Verständnis aller Materialien, ihrer Eigenschaften, Anwendungsanforderungen und Bearbeitungsparameter. Die Verwendung solcher definierter Kriterien für die Produktion von Planfräseinsätzen steigert die Produktivität, minimiert Prozessverzögerungen und verbessert die Qualität der Planfräsvorgänge.

Bedeutung des Schneidwerkzeugs beim allgemeinen Planfräsen

Ein Planfräswerkzeug für eine CNC-Maschine muss mit Sorgfalt ausgewählt werden, da es sowohl die Produktivität als auch die Qualität des Bearbeitungsprozesses beeinflusst. Die richtige Werkzeugwahl maximiert die Materialabtragsrate, während der Werkzeugverschleiß minimiert und die Werkzeuglebensdauer maximiert wird. Für bestimmte Anwendungen werden Hochleistungs-Hartmetall- oder PCD-Schneidwerkzeuge aufgrund ihrer Haltbarkeit und Wirksamkeit bevorzugt. Die Auswahl der Schneidwerkzeuge verbessert die Kosteneffizienz der Produktion und die Werkstückqualität, wodurch sie für die Erreichung von Genauigkeit und Effizienz bei Planfräsprozessen immer wichtiger werden.

Die Grundlagen des CNC-Fräsens für das Planfräsen

Optimieren des Werkzeugwegs für Planfräsvorgänge

Durch die Optimierung des Werkzeugwegs bei Planfräsvorgängen können eine hohe Oberflächengüte, Produktivität und kostengünstige Bearbeitung erreicht werden. Ausgefeilte Strategien zur Gestaltung des Werkzeugwegs sorgen für eine Reduzierung der Zykluszeit, einen ausgewogenen Materialabtrag und die Vermeidung von Werkzeugverschleiß. Ein häufig verwendeter Ansatz zur Lösung dieses Problems ist ein spiralförmiger oder zickzackförmiger Werkzeugweg, der ein Eingreifen des Werkzeugs in das Werkstückmaterial garantiert und so die Oberflächenqualität verbessert.

Moderne CNC-Steuergeräte ermöglichen fortschrittlichere Methoden zur Werkzeugwegverwaltung, wie beispielsweise adaptives Räumen und hocheffiziente Bearbeitung (HEM). Diese Techniken reduzieren Vibrationen und Werkzeugverschleiß, da sie die Schnittparameter dynamisch steuern, um eine konstante Spanlast aufrechtzuerhalten. Daten zeigen, dass adaptive Werkzeugwege im Vergleich zu herkömmlichen Mustern bis zu 50 % mehr Materialabtragsraten erzielen können, wenn schwer zu schneidende Materialien verwendet werden.

Darüber hinaus ermöglicht CAD/CAM-Software die Automatisierung der Generierung adaptiver Werkzeugpfade, was deren Präzision bei der Simulation bestimmter Vorgänge erhöht. Solche Simulationen ermöglichen die Identifizierung von Werkzeugpfadstörungen oder Ineffizienzen, um Ressourcen- und Zeitverschwendung zu minimieren. Die Anwendung dieser Methoden führt zu weniger aggressiver Bearbeitung, geringerem Werkzeugaufwand und erhöhter Produktivität.

Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten verwalten

Für eine effektive Bearbeitungsleistung ist die effektive Steuerung der Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten entscheidend für Leistung, Werkzeuglebensdauer und Oberflächenqualität. Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug in den Schneidbereich eingreift, und wird normalerweise in Oberflächenfuß pro Minute (SFM) oder Metern pro Minute (m/min) gemessen. Die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt die Länge, die ein Werkstück oder ein Schneidwerkzeug pro Minute in eine bestimmte Richtung oder strategisch in einen bestimmten Winkel bewegt wird. Dies wird allgemein als Umdrehungen bezeichnet und normalerweise in Zoll pro Minute (IPM) und Millimeter pro Umdrehung (mm/U) ausgedrückt.

Einige Studien haben gezeigt, dass die richtige Wahl von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub vom zu bearbeitenden Material, der Geometrie des verwendeten Werkzeugs und den Maschineneinstellungen abhängt. So sind beispielsweise bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen höhere Schnittgeschwindigkeiten im Bereich von 500 bis 1000 SFM möglich, während für härtere Werkstoffe wie Edelstahl oder Titan niedrigere Geschwindigkeiten von etwa 100 bis 300 SFM erforderlich sind. Auch der Vorschub reagiert empfindlich auf Materialänderungen; eine übermäßige Erhöhung des Vorschubs bei ungeeigneten Schnittgeschwindigkeiten kann zu starkem Werkzeugverschleiß, unzureichender Oberflächenqualität oder sogar zum Totalausfall des Werkzeugs führen.

Moderne Forschungsergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, Werkzeuglebensdauer und Produktionseffizienz in Einklang zu bringen. Durch die Optimierung von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub lässt sich die Werkzeugstandzeit in manchen Fällen um bis zu 50 % verlängern und gleichzeitig die Produktionszeit um 20 % reduzieren. Dank des technologischen Fortschritts bei CNC-Maschinen können diese Parameter zudem dynamisch während des Zerspanungsprozesses angepasst werden – der Schnitt wird also an die jeweiligen Schnittbedingungen angepasst. Experten verschiedener Branchen empfehlen, diese Einstellungen mithilfe moderner CAD/CAM-Anwendungen so oft wie nötig zu ändern, um konstant optimale Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.

Vorteile der Schlichtbearbeitung mit Wiper-Wendeplatten

Verbesserte Oberflächengüte

• Wiper-Wendeschneidplatten verbessern nachweislich die Oberflächengüte. Aufgrund ihrer Geometrie polieren sie Oberflächen eher, als dass sie sekundäre Polier- oder Endbearbeitungsvorgänge durchführen. Untersuchungen haben ergeben, dass Wiper-Wendeschneidplatten bis zu 50 % niedrigere durchschnittliche Oberflächenrauheitswerte (Ra) aufweisen und feinere Oberflächen erzielen.

Höhere Vorschubgeschwindigkeiten 

• Wiper-Wendeschneidplatten sind so konzipiert, dass die Oberflächenqualität auch bei erhöhten Vorschubgeschwindigkeiten erhalten bleibt. Dadurch lässt sich die Produktivität bei einigen Bearbeitungsprozessen, die eine Hochgeschwindigkeitsproduktion erfordern, um bis zu 30 % steigern.

Längere Werkzeuglebensdauer 

• Wiper-Wendeschneidplatten sind Werkzeuge mit einer definierten Schneidkante. Die beim Schneiden wirkenden Kräfte sind geringer und die dem Verschleiß ausgesetzte Fläche ist größer. Dadurch kann die Standzeit des Werkzeugs um 20 bis 40 % erhöht werden. Dies wiederum reduziert die Werkzeugkosten, da die Wendeschneidplatten seltener ausgetauscht werden müssen.

Verbesserte Maßgenauigkeit 

• Wiper-Wendeschneidplatten verringern Vibrationen und Schwankungen der Schnittkräfte und helfen bei der Einhaltung engerer Toleranzen, die in einigen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und dem Automobilbau wichtig sind.

Vielseitigkeit bei allen Materialien 

• Wiper-Wendeschneidplatten funktionieren problemlos mit einer großen Bandbreite an Materialien, unabhängig von ihrer Schwierigkeit bei der Bearbeitung, darunter Legierungen, rostfreier Stahl und Nichteisenmetalle. Dadurch sind diese Werkzeuge sehr vielseitig, da sie das Einrichten unterschiedlicher Werkzeuge überflüssig machen und dadurch Zeit sparen und die Betriebskomplexität verringern.

Reduzierung der Maschinenausfallzeiten

• Der Einsatz von Wiper-Wendeschneidplatten in Kombination mit schnelleren Schlichtdurchgängen und stärkeren Werkzeugen führt zu einer drastischen Reduzierung der Maschinenleerlaufzeiten. Eine Fallstudie zeigte, dass der Einsatz von Wiper-Wendeschneidplatten in der Produktion die Maschinenleerlaufzeiten um über 25 % reduzierte und den Durchsatz maximierte.

Durch die Nutzung der Vorteile von Wiper-Wendeschneidplatten können die Hersteller eine hocheffiziente Bearbeitung mit qualitativ hochwertigeren Fertigkomponenten erreichen, was sie zu einem unschätzbaren Vorteil für moderne Bearbeitungsverfahren macht.

Welche Arten von Planfräsvorgängen gibt es?

Unterscheidung zwischen Hochvorschub- und Umfangsfräsen

Verschiedene Bearbeitungsvorgänge erfordern jeweils spezifische Werkzeugmaschinen und Schneidwerkzeuge. Wie der Name schon sagt, ist das Plan- und Konturfräsen in zwei Untervorgänge unterteilt: Hochvorschubfräsen und Umfangsfräsen, die sich in Zweck und Funktion unterscheiden. Beim Hochvorschubfräsen liegt der Schwerpunkt auf der Erzielung maximaler Effizienz beim Materialabtrag durch die Nutzung geringer Schnitttiefenwerte in Verbindung mit sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten. Diese Methode eignet sich besonders für Schruppvorgänge in Materialien wie Stahl, legierten Metallen und sogar gehärteten Oberflächen. Der erhöhte Vorschub pro Zahn in Verbindung mit verringerten Schnittkräften ermöglicht es dem Hochvorschubfräsen, den Werkzeugverschleiß zu reduzieren und gleichzeitig die Maschinenstabilität zu verbessern. Beispielsweise können Hochvorschubfräswerkzeuge zehnmal höhere Schnittgeschwindigkeiten als Standardfräswerkzeuge erreichen, was die Zykluszeiten drastisch verkürzt.

Das Gegenteil davon, das Umfangsfräsen, legt Wert auf enge Toleranzen und bessere Oberflächengüten . Hierbei erfolgt der Schnitt an der Außenkante des rotierenden Werkzeugs. Diese Technik ist erforderlich, wenn komplexe Konturen oder filigrane Profile gefertigt werden müssen, beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau oder in der Bauteilfertigung der Luft- und Raumfahrtindustrie. Im Vergleich zum Hochvorschubfräsen werden beim Umfangsfräsen geringere Vorschubgeschwindigkeiten bei größeren axialen Schnitttiefen eingesetzt, um eine höhere Genauigkeit bei weniger Oberflächenfehlern zu erzielen. Die Daten zeigen, dass die zahlreichen Umfangsfräsmaschinen von TAM Toleranzen von ±0.001 mm erreichen können und sich somit ideal für die Endbearbeitung eignen.

Jedes Verfahren hat seine spezifischen Anwendungsbereiche, und die Wahl des jeweiligen Verfahrens hängt von den Fertigungszielen ab. Während das Hochvorschubfräsen für die schnelle Abtragung großer Materialmengen unübertroffen ist, bleibt das Umfangsfräsen für Präzisionsarbeiten die beste Wahl. Die strategische Integration dieser Verfahren steigert die Produktivität zusätzlich und gewährleistet gleichzeitig optimale Bearbeitungsergebnisse in modernen Fertigungsumgebungen.

Hochgeschwindigkeits- und Standard-Planfräsen im Vergleich

Der auffälligste Unterschied zwischen Hochgeschwindigkeits-Planfräsen und Standard-Planfräsen ist der Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit. Beim Hochgeschwindigkeits-Planfräsen werden hohe Spindeldrehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten verwendet, um die Produktivität durch schnelles Entfernen von Material zu steigern. Beim Standard-Planfräsen hingegen werden glattere Oberflächen und engere Toleranzen angestrebt, was langsamere Geschwindigkeiten erfordert. Für Projekte, die einen schnellen Durchsatz erfordern, würde ich Hochgeschwindigkeits-Planfräsen wählen, während ich für Projekte, die eine feine Oberflächenqualität und Präzision erfordern, Standard-Planfräsen wählen würde.

So erzielen Sie eine optimale Oberflächengüte beim Planfräsen

Anpassen der Schnitttiefe für das gewünschte Ergebnis

Das Einstellen der Schnitttiefe ist eine wichtige Aufgabe beim Planfräsen, da es sich auf die Oberflächengüte, den Werkzeugverschleiß und die Geschwindigkeit, mit der Material entfernt wird, auswirkt. Bei richtiger Einstellung kann die Schnitttiefe die gewünschten Ergebnisse erzielen, während gleichzeitig die Effizienz des Werkzeugs maximiert und der Verschleiß minimiert wird. Hier sind die Kennzahlen und Werte, die beim Einstellen der Schnitttiefe zu berücksichtigen sind:

Geringe Schnitttiefe (Bereich: 0.1 mm bis 1 mm)

• Dieser Bereich trägt dazu bei, bessere Oberflächengüten zu erzielen, insbesondere bei Endbearbeitungsvorgängen.
• Verringert die Schnittkräfte, ermöglicht dadurch eine längere Standzeit des Werkzeugs und verringert gleichzeitig die Ablenkung.
• Besonders empfehlenswert für Materialien mit engen Toleranzen oder Anwendungen, bei denen ein minimaler Werkzeugverschleiß erforderlich ist.

Mäßige Schnitttiefe (Bereich: 1 mm bis 3 mm)

• Sorgt für ein Gleichgewicht zwischen Produktivität und Oberflächengüte.
• Geeignet für die Vorschlichtbearbeitung, bei der für die endgültige Oberfläche etwas Material von der Oberfläche entfernt werden muss.

Große Schnitttiefe (über 3 mm)

• Hervorragend geeignet für grobes Schneiden, da es den höchsten Materialabtrag ermöglicht.
• Sie eignen sich gut für schwere Schruppschnitte, haben jedoch den Nachteil, dass sie eine höhere Schnittkraft aufweisen.
• Normalerweise führt dies zu einer mangelhaften Oberflächengüte und Präzision, weshalb sekundäre Schlichtdurchgänge erforderlich sind.

Nach umfassender Prüfung des für das Projekt verfügbaren Materialtyps, seiner Anforderungen und der verfügbaren Maschinen können die Bediener die am besten geeignete Schnitttiefe auswählen, um die Bearbeitungseffizienz und die Gesamtqualität zu verbessern.

Techniken zur Minimierung von Cutter-Austrittsspuren

Die Entwicklung spezieller Techniken zur Minimierung von Fräseraustrittsspuren zielt darauf ab, eine überragende Oberflächenqualität zu erreichen und die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der bearbeiteten Komponenten sicherzustellen. Die Techniken zur Reduzierung von Fräseraustrittsspuren sind unten aufgeführt:

Strategie zur Optimierung des Fräserpfads

• Setzen Sie wenn möglich Gleichlauffräsen ein, da dies dem konventionellen Fräsen vorzuziehen ist, weil dabei weniger Materialrisse am Fräseraustritt auftreten.
• Verwenden Sie Werkzeugwege mit kleineren Austrittswinkeln, um den Kontakt mit dem Material nach dem Austritt des Fräsers zu minimieren.

Verwenden Sie scharfe und hochwertige Schneidwerkzeuge

• Insbesondere bei abgenutzten Werkzeugen ist eine häufige Kontrolle und ein häufiger Austausch erforderlich, da stumpfe Schneiden leichter zu Abriebschäden an den Austrittsstellen der Fräser führen können.
• Verwenden Sie beschichtete Schneidwerkzeuge wie TiAlN oder DLC für harte Werkstoffe, da diese die Oberflächengüte soll verbessert werden, wodurch die Reibung verringert wird.

Passen Sie die Schnittparameter an

• Reduzieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit näher am Ausgang des Werkzeugs, um die Oberflächenqualität zu verbessern und übermäßigen Verschleiß durch Ausgangskräfte zu minimieren.
• Optimieren Sie die für das Schneiden eingestellte Spindeldrehzahl, sodass ein effizientes Schneiden ohne Rattern und Vibrationen gewährleistet ist.

Implementieren Sie eine geeignete Werkstückbefestigung

• Das Einspannen des Werkstücks sollte mit hochpräzisen Schraubstöcken und Klemmen erfolgen, um Vibrationen und Verschiebungen des Werkstücks zu minimieren.
• Das Biegen überhängender Abschnitte während des Schneidens trägt zu Austrittsspuren bei und sollte vermieden werden.

Verwenden Sie innovative Werkzeugdesigns

• Wählen Sie Schaftfräser mit einer Wiper-Flat-Geometrie, die durch ihre Glättungsfunktion am Fräserausgang die Oberflächengüte verbessert.
• Berücksichtigen Sie Werkzeuge mit variabler Spiralgeometrie, um harmonische Schwingungen zu minimieren, die die Oberflächenqualität beeinträchtigen könnten.

Kühlmittel und Schmierung nutzen

• Nutzen Sie Hochdruck-Kühlmittelsysteme entsprechend, um die Kontaktzone zu kühlen und zu schmieren und so sowohl die Temperatur als auch den Materialriss an den Austrittspunkten zu senken.
• Um die Schmierwirkung zu verbessern und die Spanabfuhr zu erleichtern, sollten Schneidflüssigkeiten mit Additiven verwendet werden.

Ausführen zusätzlicher Schlichtdurchgänge

• Entfernen Sie die beim Schruppen hinterlassenen Fräseraustrittsspuren mit einem zusätzlichen flachen Schlichtdurchgang, normalerweise mit einer Schnitttiefe von höchstens einem halben Millimeter.
• Verringern Sie bei Schlichtdurchgängen die Geschwindigkeit und den Vorschub, um eine bessere Oberflächengüte zu erzielen.

Maßgeschneiderte Ansätze

• Um weiche Grate bei Metallen wie Aluminium zu reduzieren, verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsbearbeitung zusammen mit polierten Werkzeugen.
• Bei Verbundwerkstoffen verfügen diese Werkzeuge über Kompressionsgeometrien, die das Ausfransen am Austritt verringern und zur Minimierung von Austrittsspuren dienen.

Der Einsatz dieser Methoden dient der Randmarkierungserkennung und verbessert gleichzeitig die Präzision und Oberflächenqualität. Durch die Kontrolle des Werkzeugzustands und der Bearbeitungsparameter sowie der passenden Methoden können mit weniger Aufwand bessere Ergebnisse erzielt werden.

Rolle des Vorschubs pro Zahn und des Vorschubs pro Umdrehung

Jede Komponente des Vorschubs pro Zahn und des Vorschubs pro Umdrehung hat unbestreitbar Einfluss auf den Werkzeugeinsatz sowie die Produktivität und die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit.

• Vorschub pro Zahn (Fz): Es wird definiert als die Anzahl der Zähne multipliziert mit dem Vorschub des Fräsers innerhalb eines einzigen Vorschubs einer Umdrehung des Schneidwerkzeugs. Die Spanlast muss angemessen eingestellt werden, um ein Komponentengleichgewicht bei übermäßigem Verschleiß oder unzureichender Werkzeugnutzung aufrechtzuerhalten. Die Berechnung des Vorschubs pro Zahn trägt angemessen zum effektiven Schneiden bei und verlängert gleichzeitig die Werkzeuglebensdauer.
• Vorschub pro Umdrehung (Fn): Er oder sie ist die gesamte Distanz, die der Fräser während der Drehung des Schneidwerkzeugs auf der Vorschubseite zurücklegt. Dies gilt insbesondere für Drehoperationen, bei denen die Vorschubgeschwindigkeit im Hinblick auf die Drehung des Werkzeugs oder Werkstücks festgelegt wird.

Bei den meisten Anwendungen können Hersteller, wenn dem System gute Sollwerte zugeführt werden, mit einem günstigen Materialabtrag, besseren Oberflächengüten und längeren Werkzeuglebensdauern rechnen. Somit wird optimale Produktivität erreicht.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist der Hauptzweck eines Planfräsers bei der CNC-Bearbeitung?

A: Ein Planfräser funktioniert so, dass der Bediener die Bearbeitung von flachen Oberflächen oder einer Vielzahl von flachen Oberflächen in unterschiedlichen Höhen so schnell und effizient wie möglich durchführen kann. Planfräser sind besonders nützlich, um die Oberfläche eines Stangenmaterials fertig zu bearbeiten, damit es perfekt in die erforderlichen Abmessungen des Projektteils passt.

F: Worin unterscheidet sich ein Planfräser von anderen Schneidwerkzeugen, wie beispielsweise Schaftfräsern?

A: Planfräsen und Schaftfräsen basieren auf demselben Konzept, nämlich der Zuführung des Werkzeugs zum Rohling zum Zwecke der Materialabtragung. Beim Planfräsen ist die Ausrichtung zwischen Fräser und Rohling jedoch senkrecht, während sie beim Schaftfräsen parallel ist.

F: Welche Vielfalt an Planfräsern gibt es und worin unterscheiden sie sich?

A: Zu den verschiedenen Ausführungen oder Konfigurationen von Planfräsern gehören unter anderem Schlagfräser, Planfräser mit runden Einsätzen, F4104 und andere. Jeder Typ verfügt über einen speziellen Satz von Funktionen, die für hohe Effizienz bei speziellen Fräsvorgängen ausgelegt sind.

F: Warum ist ein Planfräser mit runder Wendeplatte anderen Optionen vorzuziehen?

A: Mit einem Planfräser mit runder Wendeplatte ist es einfacher, eine feinere Oberflächengüte zu erzielen, und aufgrund seiner Geometrie kann eine höhere Schnittgeschwindigkeit erreicht werden. Darüber hinaus kann er eine große Anzahl von Schneidkanten aufnehmen, was ihn bei einer Vielzahl von Fräsvorgängen effizient macht.

F: Welche Faktoren sollten bei der Auswahl eines Planfräsers für die CNC-Bearbeitung berücksichtigt werden?

A: Zu den Überlegungen, die ein Benutzer bei der Auswahl eines Planfräsers anstellen sollte, gehören das zu bearbeitende Material, die erwartete Oberflächengüte, der verfügbare horizontale und vertikale Maschinentyp und die spezifischen Anforderungen des Planfräsauftrags. Die Kenntnis der verschiedenen Werkzeuge und ihrer Funktionen ist sehr wichtig, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

F: In welcher Beziehung stehen Schnittrichtungen zur Wirksamkeit und Qualität von Planfräsvorgängen?

A: Die Schnittrichtung, z. B. die Drehung des Werkzeugs gegen den Uhrzeigersinn, beeinflusst die Belastung des Werkzeugs und die Oberflächenqualität. Eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn ist beim Planfräsen besser, da sie das Rattern verringert und eine bessere Oberflächengüte ergibt.

F: Welchen Nutzen bietet das Planfräsen von Wiper-Wendeschneidplatten und unter welchen Umständen werden diese Wendeschneidplatten benötigt?

A: Wiper-Einsätze werden auf den Planfräsern montiert, um die gewünschte Oberflächengüte zu verbessern, indem sie als sekundäre Schneidkante fungieren, die die bearbeitete Oberfläche auf die gewünschte Geometrie bringt. Sie sind bei Schneidvorgängen nützlich, bei denen hohe Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden und die Oberflächengüte von größter Bedeutung ist.

F: Welche anderen Operationen können Planfräser außer dem Schlitzen und Konturieren am Werkstück durchführen?

A: Obwohl orientierte Planfräser hauptsächlich zum Planfräsen verwendet werden, können sie das Fräsen von Schlitzen unterstützen. Zum Bohren sind diese Werkzeuge jedoch am wenigsten geeignet.

F: Wie läuft das manuelle Planfräsen ab und auf welche Schwierigkeiten kann man stoßen?

A: Beim manuellen Planfräsen wird der Planfräser auf der Spindel einer manuell betriebenen Fräsmaschine montiert. Zu den Problemen gehört die Kontrolle der Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe, die bei falscher Kontrolle zu Oberflächenproblemen sowie übermäßigem Werkzeugverschleiß führen kann. Für das ordnungsgemäße manuelle Planfräsen ist es notwendig, alle Fräsvorgänge zu kennen.

Referenzquellen

1. Ein Vorhersagemodell mit maschinellem Lernen zur Freiflächenverschleißanalyse beim Planfräsen von Inconel 718

• Autoren: Tiyamike Banda et al.
• Tagebuch: Internationales Journal für fortgeschrittene Fertigungstechnologie
• Veröffentlichungsdatum: 4. März 2023
• Zitat: (Banda et al. 2023, S. 935–945)
• Die wichtigsten Ergebnisse:
• Formuliertes prädiktives Gaußsches Kernel-Ridge-Regressionsmodell für Freiflächenverschleiß beim Planfräsen von Inconel 718.
• Das Modell nutzte Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, axiale Schnitttiefe und Schnittlänge als Eingabemerkmale.
• Das Modell zeigte eine hohe Genauigkeit bei der Vorhersage des fortschreitenden Werkzeugverschleißes.
• Methodik:
• Maschinelles Lernen ermöglichte die Analyse von Daten aus Mahlexperimenten.
• Gezielte mehrschichtige, durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) beschichtete TiAlN/NbN-Hartmetalleinsätze.

2. Vorhersage des Werkzeugverschleißes bei Planfräsvorgängen eines Edelstahlwerkstücks mithilfe eines singulären GAN in Verbindung mit LSTM-Deep-Learning-Modellen

• Autoren: M. Shah et al.
• Tagebuch: Internationales Journal für fortgeschrittene Fertigungstechnologie
• Veröffentlichungsdatum: May 20, 2022
• Zitat: (Shah et al., 2022, S. 723-736)
• Die wichtigsten Ergebnisse:
• Entwickelte einen Ansatz zur Vorhersage des Werkzeugverschleißes, der Fehler in der Schätzfunktion erheblich reduziert.
• Die Methode unterstützt den Aufbau eines auf Deep Learning basierenden Echtzeit-Systems zur Überwachung des Werkzeugzustands.
• Methodik:
• Durchgeführte prädiktive Analysen mit einzelnen GANs und LSTM-Deep-Learning-Modellen.

3. Querschnittsablesung eines Diagramms: Sofortige Schätzung des Werkzeugverschleißes beim Fräsen von Inconel 718 mit eingebauten Sensoren, die Schnittleistung und Temperatur aufzeichnen

• Autoren: D Liu und andere.
• Tagebuch: International für fortschrittliche Fertigungstechnologie.
• Datum der Veröffentlichung: August 16th, 2022.
• Zitat:  (Liu et al., 2022, S. 729–740)
• Highlights:
• Konzentriert sich auf die Beurteilung des Werkzeugverschleißes durch die Messung der während des Schneidvorgangs entstehenden Kraft und Temperatur.
• Gab Hinweise auf verschiedene Zusammenhänge zwischen Schnittparametern und Werkzeugverschleißeigenschaften.
• Anleitung:
• Einsatz von Echtzeit-Messsystemen zur Datenerfassung während des Fräsprozesses.

4. Einfluss der Schnittparameter auf Werkzeugabplatzmechanismen und Mehrfachmuster des Werkzeugverschleißes beim Planfräsen von Inconel 718

• Autoren: D. Liu et al.
• Tagebuch: Schmierstoffe
• Veröffentlichungsdatum: September 9, 2022
• Zitat: (Liu et al., 2022)
• Die wichtigsten Ergebnisse: 
• Untersucht wurden die Auswirkungen von Schnittgeschwindigkeit und Vorschub auf Werkzeugverschleiß und Zerspanungsmechanismen.
• Entdeckung unterschiedlicher Verschleißmuster und ihrer Beziehung zu den Schnittparametern.
• Methodik: 
• Durchgeführte Planfrästests mit unterschiedlichen Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten.
• Bewertete die Morphologie des Werkzeugverschleißes durch ANOVA, um die Auswirkungen der Parameter zu testen.

5. Fräser

6. Fräsen (Bearbeitung)

7. Bearbeitung