Die Schneidwerkzeuge von CNC-Fräsmaschinen entscheiden darüber, ob ein programmierter Werkzeugweg zu einem stabilen Schnitt, einer sauberen Oberfläche und einer vorhersehbaren Toleranz führt. Eine Maschine kann zwar präzise positionieren, aber die Geometrie des Fräsers, das Material und die Einrichtung bestimmen die Schnittkräfte, die Spankontrolle und die endgültige Oberflächenqualität.
Die Werkzeugauswahl ist eine Systementscheidung und nicht nur eine Katalogwahl. Die Werkzeugfamilie muss zum Bearbeitungsprozess, zum Werkstück und zur Steifigkeit der Aufspannung passen. Sind diese Faktoren bekannt, lassen sich Werkzeugstandzeiten und Zykluszeiten deutlich besser vorhersagen.
Fräserfamilien
Die Auswahl der passenden CNC-Fräserfamilien ist am einfachsten, wenn man jedes Werkzeug einer bestimmten Schnittrichtung, einem bestimmten Bearbeitungstyp und einem bestimmten Spanweg zuordnet. Wir können die gängigsten Werkzeuge danach unterteilen, wofür sie sich gut eignen, wofür sie nicht sicher arbeiten können und warum sie bei falscher Anwendung versagen.
Schaftfräser
Schaftfräser sind die Standardwahl für Taschen, Nuten und die Bearbeitung von Seitenwänden, da sie sowohl mit der Stirn- als auch mit der Seite schneiden. Vierkant-Schaftfräser erzeugen ebene Böden und scharfe Innenecken, sofern die Geometrie dies zulässt. Rundkopf-Schaftfräser reduzieren Ausbrüche an der Schneidkante und verlängern die Standzeit bei härteren Werkstoffen.
Kugelfräser sind Standard für 3D-Oberflächen, da ihre abgerundete Spitze die Bildung von Unebenheiten auf Konturen verhindert. Schruppfräser tragen Material schnell ab, indem sie Späne brechen, benötigen aber in der Regel einen separaten Schlichtgang, um die Oberflächenanforderungen zu erfüllen.
Planfräser und Fliegenfräser
Planfräser werden eingesetzt, um große Flächen schnell und gleichmäßig mit mehreren Schneidkanten zu planfräsen. Sie sind oft indexierbar und eignen sich hervorragend zum Planfräsen von Werkstücken. Allerdings sind sie nicht für tiefes Eintauchen in das Material ausgelegt.
Planfräser erzeugen ebenfalls ebene Flächen und werden häufig eingesetzt, wenn ein einfaches, einschneidiges Werkzeug ausreicht. Wir betrachten Planfräser und Planfräser als “Planbearbeitungswerkzeuge” und wählen das passende Werkzeug je nach Oberflächenanforderung, Maschinenstabilität und Prozesskonsistenz aus.
Werkzeuge zum Lochen
Ein zuverlässiger Bohrprozess beginnt mit der Positionierung, gefolgt vom Bohren des Lochs und schließlich dem Nachbearbeiten auf die korrekte Größe und Kantenbeschaffenheit. Zentrierbohrer verbessern die Positionierungsgenauigkeit und verhindern das Verlaufen des Bohrers. Spiralbohrer erzeugen dann effizient das Hauptloch.
Reibahlen kommen nach dem Bohren zum Einsatz, wenn Lochdurchmesser und Oberflächengüte präziser kontrolliert werden müssen als beim Bohren. Senkwerkzeuge und Fasenfräser bearbeiten die Eintrittskante für Befestigungselemente oder zum Entgraten. Wir empfehlen, nach Möglichkeit Standardwinkel zu verwenden, um zu viele Werkzeugvarianten zu vermeiden.
Gewindewerkzeuge
Gewindebohrungen lassen sich durch Gewindeschneiden oder Gewindefräsen herstellen. Die bessere Methode hängt vom Material, der Bohrungsform und Ihrer Risikobereitschaft ab. Schneidgewindebohrer tragen Material ab und erzeugen Späne. Formgewindebohrer verformen das Material und vermeiden so Späne, benötigen aber die richtige Bohrungsgröße und ein duktiles Material.
Gewindefräser erzeugen Gewinde durch Interpolation. Dieses Verfahren ist besonders geeignet, wenn Gewindequalität und Werkzeugbruchrisiko von großer Bedeutung sind. Wir bestätigen unsere Gewindewahl durch Prüfung der Gewindespezifikation, der Bohrungstiefe, des Spanabfuhrrisikos und der Eignung eines Werkzeugs für verschiedene Gewindegrößen.
Nut- und Hinterschnittwerkzeuge
Hinterschneidungen und T-Nuten erfordern oft einen Spezialfräser, der so konstruiert ist, dass er hinter eine Wand gelangt, die mit einem Schaftfräser nicht erreichbar ist. Keilnutfräser ermöglichen die Herstellung dieser Merkmale ohne erneutes Einspannen des Werkstücks, was Rüstkosten spart und das Ausrichtungsrisiko verringert.
Schlitzsägen schneiden tiefe, schmale Nuten und können in manchen Arbeitsgängen auch zum Abstechen verwendet werden. Schwalbenschwanzfräser erzeugen Schwalbenschwanzhinterschneidungen. Keilnutfräser oder Woodruff-Fräser werden für spezielle Keilnuten verwendet, bei denen ein Standard-Schaftfräser das korrekte Profil nicht erzeugen kann.
Spezialschneider
Spezialfräser kommen zum Einsatz, wenn Geometrie oder bestehende Prozesse dies erfordern, selbst in modernen CNC-Werkstätten. Zahnradfräser und Evolventenfräser werden für bestimmte Zahnradmerkmale verwendet, wenn der Bearbeitungsplan dies vorsieht. Wir betrachten diese als “merkmalspezifische Werkzeuge” und nicht als Universalfräser.
Brammenfräser, Seiten- und Planfräser sowie Hohlfräser sind im CNC-Alltag weniger verbreitet, aber in bestimmten Konfigurationen weiterhin relevant. Die Kenntnis ihrer Bezeichnungen hilft, sie in Werkzeuglisten zu erkennen und die Verwendung ungeeigneter moderner Werkzeuge als Ersatz zu vermeiden.
Weiterführende Literatur:CNC-Werkzeughaltertypen
Werkzeugmaterialien und Beschichtungen
Die Wahl des Werkzeugsubstrats und der Beschichtung setzt die praktischen Grenzen für Hitzebeständigkeit, Schneidkantenfestigkeit und Verschleißrate beim CNC-Fräsen. Wir vergleichen Werkstoffe im Hinblick auf einen Kompromiss zwischen Zähigkeit, Härte bei hohen Temperaturen und Kosten, da der optimale Werkstoff vom jeweiligen Bearbeitungsprozess abhängt.
Werkzeuge aus Kohlenstoffstahl sind eine kostengünstige Option für Arbeiten mit niedriger Drehzahl. Sie werden typischerweise nicht für moderne Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsbearbeitungen von härteren Metallen eingesetzt, finden aber dennoch Verwendung bei einfachen Bearbeitungen, bei denen die Wärmeentwicklung keine wesentliche Rolle spielt.
Schnellarbeitsstahl (HSS) bietet eine höhere Zähigkeit als Hartmetall und ist stoß- und vibrationsbeständiger. HSS wird häufig gewählt, wenn geringe Steifigkeit, kleine Stückzahlen oder weiche Werkstücke erforderlich sind und sich der Einsatz von Hartmetall nicht lohnt.
Hartmetall ist die erste Wahl für CNC-Fräsen, da es auch bei hohen Temperaturen hart bleibt und höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht. Allerdings ist Hartmetall anfälliger für Rattern und Rundlauffehler. Wir prüfen daher stets die Steifigkeit, den Zustand der Halterung und den Überstand, bevor wir annehmen, dass Hartmetall bessere Ergebnisse als HSS liefert.
Werkzeuge aus Keramik, CBN und Diamantverbundwerkstoffen eignen sich für spezielle Anwendungsfälle, in denen Hitze und Härte die größten Herausforderungen darstellen. Diese Werkzeuge erfordern eine präzise Steuerung der Einrichtung und des Prozesses. Aufgrund ihrer oft plötzlichen Ausfallarten sollten sie in Absprache mit dem Hersteller ausgewählt werden.
Beschichtungen lösen Probleme im Zusammenhang mit Verschleiß, Hitze und Materialhaftung; sie sind jedoch keine universelle Lösung. Gängige Beschichtungen sind TiN für allgemeinen Verschleißschutz, TiCN für verbesserte Verschleißfestigkeit und AlTiN/TiAlN für höhere Hitzebeständigkeit unter anspruchsvollen Schnittbedingungen.
Wir überprüfen die Beschichtungswahl anhand des Werkstückmaterials, der Kühlmittelstrategie und der angestrebten Werkzeugstandzeit, anstatt uns auf Marketingaussagen zu verlassen. Lieferantenkataloge listen Beschichtungsoptionen, Schneidenanzahlen und Härtebereiche auf; diese Angaben sollten anhand der tatsächlichen Bearbeitungskonfiguration bestätigt werden.
Geometrie- und Einrichtungsfaktoren
Werkzeuggeometrie und Aufspannung entscheiden darüber, ob die Schnittkräfte stabil bleiben oder zu Rattern, Durchbiegung und Ausbrüchen an der Schneidkante führen. Wir überprüfen die wichtigsten Geometrieparameter, die den Erfolg maßgeblich beeinflussen, insbesondere bei kleinen Werkzeugen und tiefen Bearbeitungsbereichen.
Flötenanzahl und Späneabfuhr
Die Anzahl der Schneiden sorgt für ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Spanraum und Kernfestigkeit. Weniger Schneiden ermöglichen größere Kanäle für weiche Werkstoffe, die viele Späne erzeugen. Mehr Schneiden erhöhen die Steifigkeit und verteilen die Last bei härteren Werkstoffen, bei denen die Spandicke kontrolliert werden muss.
Die Späneabfuhr ist eine prozessbedingte Notwendigkeit, keine Option. Können die Späne nicht aus dem Schnittraum abgeführt werden, entsteht Hitze, und die Werkzeugstandzeit sinkt drastisch, unabhängig vom Werkzeugmaterial.
Werkzeugdurchmesser und Innenradien
Der Werkzeugdurchmesser ist durch den kleinsten Innenradius und die engste Nut im Werkstückdesign begrenzt. Ein großes Werkzeug trägt zwar schneller Material ab, passt aber nicht in enge Ecken. Ein zweistufiges Verfahren ist oft am besten geeignet: Zuerst wird mit einem größeren Werkzeug grob vorbearbeitet, anschließend werden die Ecken mit einem kleineren Werkzeug feinbearbeitet.
Abrundungen und Innenecken sind von großer Bedeutung, da sie direkt bestimmen, welche Schaftfräserdurchmesser praktikabel sind. Wir klären dies frühzeitig im Angebotsprozess, da die Änderung des Abrundungsradius in CAD oft kostengünstiger ist als der Einsatz eines empfindlichen Mikro-Werkzeugs mit längerer Bearbeitungszeit.
Überstand, Halter und Auslauf
Der Werkzeugüberstand, also die Länge über den Halter hinaus, ist eine Hauptursache für Rattern und Durchbiegung. Durch eine möglichst kurze Werkzeuglänge, die die Gegebenheiten zulassen, wird die Oberflächengüte verbessert und die Schneidkanten, insbesondere bei Hartmetallwerkzeugen, geschützt.
Durch den Rundlauf wird ein Mehrschneiderwerkzeug zu einem überlasteten Einschneiderwerkzeug, da eine Schneide den Großteil der Zerspanung übernimmt. Wir überprüfen die Sauberkeit des Werkzeughalters, den Zustand der Spannzange und die Spindelkonus-Integrität, bevor wir das Werkzeug für vorzeitigen Verschleiß verantwortlich machen.
Kühlmittel, Hitze und Thermoschock
Die Kühlstrategie sollte auf das Werkzeugmaterial und den thermischen Zyklus des Schnittvorgangs abgestimmt sein. Unterbrochene Schnitte führen zu wiederholtem Erhitzen und Abkühlen der Schneide, was zu thermischen Rissen führen kann. Je nach Werkzeug und Material kann eine Druckluftkühlung oder eine kontrollierte Kühlmittelzufuhr die bessere Wahl sein.
Die Wärmeabfuhr ist auch ein Problem der Spanbildung. Wenn die Späne Wärme abführen und die Schnittfuge sauber bleibt, ist die Werkzeugstandzeit stabil. Werden die Späne jedoch erneut geschnitten, verschleißt die Schneide selbst bei konservativen Einstellungen schnell.
Ein Arbeitsablauf zur Vermeidung von Fehlern
Ein konsistenter Werkzeugauswahlprozess reduziert den Ausschuss, indem die Werkzeugwahl in eine Reihe nachvollziehbarer Schritte unterteilt wird. Wir wählen die Werkzeuge in der gleichen Reihenfolge aus, in der die meisten Betriebe einen Auftrag bearbeiten: zuerst Plan- und Bezugsmaterialbearbeitung, dann Materialabtrag, Konturbearbeitung und schließlich Kantenbearbeitung.
Beginnen Sie damit, jedes Merkmal als Planbearbeitung, Taschen-/Wandfräsen, Lochbearbeitung oder Spezialform/Hinterschnitt zu kennzeichnen. Weisen Sie anschließend die entsprechende Fräserfamilie zu. Erst danach sollten Sie Durchmesser, Schneidenanzahl und Beschichtung auswählen.
Zu verwendende Prüfpunkte:
- Der kleinste Innenradius und die geringste Schlitzbreite ermöglichen die geplanten Werkzeugdurchmesser.
- Die Steifigkeit der Konstruktion unterstützt den geplanten Ausladungsüberstand und die geplante Anzahl der Nuten.
- Die Späneabfuhr ist mit der gewählten Kühlmittel-/Luftstrategie und Werkzeuggeometrie möglich.
- Die Werkzeugliste minimiert Änderungen, ohne den Einsatz riskanter Mikro-Werkzeuge zu erzwingen.
Wir empfehlen außerdem, dem Prozessblatt eine Zeile mit Werkzeugspezifikationen hinzuzufügen, um Einkauf und Programmierung aufeinander abzustimmen. Diese Zeile sollte Werkzeugtyp, Durchmesser, Schneidenanzahl, Schneidenlänge, Gesamtlänge, Beschichtung und Haltertyp enthalten.
Verschleißmuster und Ausfallarten
Die Werkzeugverschleißkontrolle ist am effektivsten, wenn Verschleiß als Frühwarnsignal und nicht als unerwarteter Ausfall betrachtet wird. Wir vermeiden Ausfallzeiten, indem wir häufige Verschleißmuster mit der ersten Korrekturmaßnahme verknüpfen, die diese in der Regel behebt.
Flankenverschleiß ist ein normales Abriebmuster, das anzeigt, dass ein Werkzeug seine erwartete Standzeit erreicht hat. Mit zunehmendem Flankenverschleiß steigen die Schnittkräfte und die Oberflächengüte verschlechtert sich. Geplante Werkzeugwechsel sind oft besser als das Abwarten eines Ausfalls.
Ausbrüche deuten in der Regel auf Vibrationen, unterbrochene Schnitte oder mangelnde Steifigkeit hin. Prüfen Sie zunächst, wie Sie den Überstand verringern, Probleme mit dem Halter/Rundlauf beheben und die Schnittstrategie anpassen können, bevor Sie ein anderes Werkzeug verwenden.
Bei zähflüssigen Werkstoffen kommt es häufig zu Aufbauschneiden, was zu einer schlechten Oberflächengüte und unvorhersehbarem Schnitt führt. Eine verbesserte Spanabfuhr, eine präzise Geometrie und die Wahl der richtigen Beschichtung können den Schnitt stabilisieren.
Thermische Risse entstehen, wenn eine Schneide abwechselnd heißen und kalten Phasen ausgesetzt ist. Wir überprüfen die Kühlmittelstrategie und die Ein- und Austrittsbedingungen, da das “richtige Kühlmittel” vom jeweiligen Werkzeugmaterial, Werkstück und Schnittmuster abhängt.
Auch die richtige Lagerung und Handhabung sind wichtig. Hartmetallschneiden brechen leicht ab, wenn Werkzeuge aneinanderstoßen. Spezielle Organizer, Schutzhüllen und saubere Werkzeughalter schützen die Schneide und minimieren den Rundlauffehler.
Abschluss
Wir bei Yonglihao Machinery wissen, dass die Leistung von CNC-Fräswerkzeugen von der perfekten Abstimmung von Werkzeugfamilie, Material und Aufspannsteifigkeit auf die Werkstückmerkmale und das Spanverhalten abhängt. Die zuverlässigsten Ergebnisse erzielt man, indem man zunächst den richtigen Fräsertyp auswählt und anschließend Geometrie und Beschichtung optimal auf das jeweilige Schnittrisiko abstimmt.
Die Werkzeugauswahl lässt sich als wiederholbarer, professioneller Prozess zusammenfassen: Bearbeitungsvorgang definieren, Werkzeugfamilie auswählen, Durchmesser geometrisch begrenzen, Überstand und Rundlauf genau kontrollieren und Spanabfuhr prüfen. Diese präzise Methode reduziert Unsicherheiten, gewährleistet gleichmäßige Oberflächengüten und ermöglicht eine vorhersehbare Werkzeugstandzeit.
Als Profi Prototypenhersteller, Yonglihao Machinery hat sich zum Ziel gesetzt, Ihnen den höchsten Standard zu bieten CNC-Bearbeitung und Fräsdienstleistungen. Ob Ihr Projekt komplexe Geometrien oder enge Toleranzen erfordert – wir verfügen über die Erfahrung und die Technologie, um es zu realisieren. Suchen Sie einen zuverlässigen Partner für die Bearbeitung von Werkstücken? Kontaktieren Sie uns noch heute und lassen Sie unsere herausragende Handwerkskunst Ihr nächstes Projekt sichern!
Weiterlesen: Wie wählt man Schneidwerkzeuge für die CNC-Bearbeitung aus?
Häufig gestellte Fragen
Was sind die gebräuchlichsten CNC-Fräswerkzeuge?
Schaftfräser, Planfräser und Bohrer sind die gebräuchlichsten Werkzeuge, da die meisten Werkstücke plangefräst, mit Taschen versehen oder gebohrt werden müssen. Eine typische Werkzeugliste umfasst außerdem ein Fasenwerkzeug für Kantenbrüche und einen Gewindebohrer oder Gewindefräser. Die Werkzeugvielfalt erhöht sich bei Werkstücken mit Hinterschnitten, Keilnuten oder Sonderformen.
Stirnfräsen vs. Planfräsen: Worin liegt der Unterschied?
Beim Stirnfräsen werden mit dem Schaft und der Seite eines Schaftfräsers Taschen, Wände und Profile gefräst. Beim Planfräsen wird mit einem Planfräser Material über eine große, ebene Fläche abgetragen. Die Wahl des Fräsverfahrens hängt davon ab, ob es sich bei dem Hauptmerkmal um eine breite Fläche oder eine geschlossene Tasche oder Wand handelt.
Wie wähle ich die Anzahl der Nuten für Aluminium- bzw. Stahl-Zylinder?
Aluminium benötigt oft weniger Schneiden, um den Spanraum zu maximieren und Spanverschweißungen zu vermeiden. Stahl und zähere Legierungen benötigen hingegen oft mehr Schneiden, um die Werkzeugsteifigkeit zu erhöhen und die Schnittkraft besser zu verteilen. Die optimale Lösung hängt letztendlich von der Spanabfuhr und der Steifigkeit ab; daher sollte die Schneidenzahl stets überprüft werden.
Wann sollte ich eine Reibahle anstelle eines Bohrers verwenden?
Verwenden Sie eine Reibahle, wenn Lochgröße und Oberflächengüte präziser sein müssen, als es mit einem Bohrer möglich ist. Bohren erzeugt das Loch, Reiben bringt es auf die endgültige Größe und sorgt für eine bessere Oberfläche. Das Reiben sollte als zweiter Arbeitsschritt nach dem Bohren geplant werden.
Gewindebohrer oder Gewindewalzwerk: Was ist sicherer?
Gewindefräser können sicherer sein, wenn Spankontrolle, Gewindequalität oder Werkzeugbruch eine Rolle spielen. Der Werkzeugweg ist kontrollierbar, und das Werkzeug neigt weniger zum Festfressen als ein Gewindebohrer. Gewindebohrer sind zwar schnell, reagieren aber empfindlich auf Bohrungsgröße, Material und Spanabfuhr. Die bessere Wahl hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
Wie kann ich Werkzeugwechsel ohne Risiko reduzieren?
Um Werkzeugwechsel zu reduzieren, sollten Bauteile mit Standardwerkzeuggrößen und angemessenen Innenradien konstruiert werden. Größere Werkzeuge ermöglichen ein schnelles Schruppen, während kleinere Werkzeuge nur für die Feinbearbeitung enger Ecken verwendet werden. Die Werkzeugplanung sollte den Einsatz von Mikrowerkzeugen minimieren, es sei denn, ein bestimmtes Merkmal erfordert dies unbedingt.
