CNC-Maschinen sind äußerst vielseitige Geräte, vor allem dank der breiten Palette an Schneidwerkzeugen, die sie verwenden können. Von Schaftfräsern bis hin zu Gewindefräsern gibt es für jeden Bearbeitungsschritt das passende Werkzeug, sodass eine CNC-Maschine unterschiedlichste Schnitte und Einschnitte an einem Werkstück durchführen kann.
Sich mit diesen Schneidwerkzeugen vertraut zu machen, ist eine großartige Möglichkeit, sie zu verstehen CNC-Bearbeitung Grundlagen. Und ein besseres Verständnis der Zerspanung wird Ihnen helfen, Teile zu konstruieren, die besser für den Fertigungsprozess geeignet sind.
Dieser Artikel befasst sich mit einigen der am häufigsten verwendeten CNC-Bearbeitungswerkzeuge, obwohl es neben den hier besprochenen noch viele weitere gibt.
Was ist ein Schneidwerkzeug?
Ein Schneidwerkzeug ist ein Gerät zum Abtragen von Material von einem festen Materialblock. Es ist an der Spindel einer CNC-Maschine befestigt, die mithilfe von Computeranweisungen das Schneidwerkzeug an die gewünschte Position führt.
Schneidwerkzeuge entfernen Material vom Werkstück durch Scherung. Das scharfe Werkzeug rotiert mit hoher Geschwindigkeit und schneidet viele kleine Späne ab, die anschließend ausgeworfen werden. Manche Werkzeuge berühren das Werkstück nur an einem Punkt, während andere, wie beispielsweise Schaftfräser, das Material an mehreren Punkten treffen.
Die meisten CNC-Schneidwerkzeuge verfügen über mehrere Schneiden , spiralförmige Nuten, die an der Außenseite des Werkzeugs verlaufen. Die Schneiden können als die Mulden des Schneidwerkzeugs betrachtet werden, während die Zähne , die scharfen Kanten zwischen den Schneiden, dessen Spitzen darstellen. Die vom Werkstück abgetrennten Späne werden beim Auswerfen durch die Schneiden transportiert.
Die optimale Anzahl der Schneiden eines Schneidwerkzeugs hängt vom Werkstückmaterial ab. Für weiche Werkstoffe ist ein Werkzeug mit weniger Schneiden vorteilhafter, da die größere Schneidenbreite den Auswurf größerer Späne ermöglicht. Eine höhere Schneidenzahl kann die Schnittgeschwindigkeit erhöhen und eignet sich für härtere Werkstoffe, kann aber aufgrund der geringeren Schneidenbreite zu Spanstau führen.
Die Art des Schneidwerkzeugs beeinflusst die Größe des vom Werkstück abgetragenen Spans, ebenso wie die Spindeldrehzahl und der Vorschub.
Schneiden von Werkzeugmaterialien
Um das massive Werkstück zu durchtrennen, müssen die Schneidwerkzeuge aus einem härteren Material als dem Werkstückmaterial bestehen. Da die CNC-Bearbeitung regelmäßig zur Herstellung von Teilen aus sehr harten Materialien eingesetzt wird, ist die Anzahl der verfügbaren Schneidwerkzeugmaterialien begrenzt.
Gängige Werkstoffe für Schneidwerkzeuge sind:
Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstahl ist eine preiswerte Stahllegierung, die 0.6-1.5 % Kohlenstoff sowie Silizium und Mangan enthält.
Hochgeschwindigkeitsstahl
Der teurere HSS ist dank seiner Mischung aus Chrom, Wolfram und Molybdän härter und zäher als Kohlenstoffstahl.
Karbid
Hartmetallwerkzeuge werden üblicherweise mit einem anderen Metall wie Titan gesintert und sind daher verschleißfest und hitzebeständig. Sie bieten eine ausgezeichnete Oberflächengüte.
Keramik
Keramikwerkzeuge werden zum Schneiden von Superlegierungen, Gusseisen und anderen harten Werkstoffen verwendet und sind korrosions- und hitzebeständig.
Schneidwerkzeugbeschichtungen
Die Funktion eines Schneidwerkzeugs hängt von seiner Form und seinem Material ab, kann aber auch durch eine Beschichtung des Hauptmaterials angepasst werden.
Durch diese Beschichtungen können Werkzeuge gehärtet, ihre Lebensdauer verlängert oder höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglicht werden, ohne das Werkstück zu beschädigen.
Gängige Beschichtungen für Schneidwerkzeuge sind:
Titannitrid (TiN)
TiN ist eine universell einsetzbare Beschichtung mit hoher Oxidationstemperatur, die die Härte eines Schneidwerkzeugs erhöht.
Titancarbonitrid (TiCN)
TiCN verleiht einem Schneidwerkzeug Oberflächenschmierfähigkeit und Härte.
Super-Life-Titannitrid (Al-TiN)
Al-TiN erhöht die Hitzebeständigkeit von Hartmetall-Schneidwerkzeugen, insbesondere bei minimalem Kühlmitteleinsatz.
Diamond
Diamant bietet eine Hochleistungsbeschichtung zum Schneiden von abrasiven Materialien.
Chromnitrid (CrN)
CrN verleiht Schneidwerkzeugen Korrosionsbeständigkeit und Härte.
1. Schaftfräser
Der Schaftfräser ist das am weitesten verbreitete Werkzeug für die vertikale CNC-Bearbeitung. Dank seiner Schneidzähne an einem Ende und an den Seiten kann er in kurzer Zeit große Materialmengen abtragen.
Schaftfräser gibt es in vielen Formen. Manche haben nur eine einzige Flöte, andere sogar bis zu acht oder sogar mehr. (Über vier Nuten hinaus kann die Spanentfernung jedoch zu einem Problem werden.)
Zu den Arten von Schaftfräsern gehören:
- Flach: Allzweckwerkzeug mit flacher Oberfläche, geeignet für 2D-Merkmale
- Kugelkopf: Werkzeug mit kugelförmigem Ende, das für 3D-Konturen und Kurven geeignet ist
- Bullnase: Werkzeug mit flachem Boden und abgerundeten Ecken, geeignet zum Verrunden und Schruppen
2. Schruppfräser
Ein Schruppfräser ist eine Art Fräser, der zum Abtragen größerer Materialmengen mit geringerer Präzision als ein Standardfräser verwendet wird.
Das Werkzeug verfügt über gezahnte Kanten, die große Materialmengen abtragen, aber eine raue Oberfläche hinterlassen. Es entstehen kleine Späne, die sich leicht entfernen lassen.
3. Planfräser
Planfräser bestehen aus einem massiven Körper mit austauschbaren Schneideinsätzen, üblicherweise aus Hartmetall. Sie werden zur Herstellung ebener Flächen am Werkstück verwendet, oft bevor mit einem anderen Fräser detaillierte Konturen gefertigt werden.
Da sich die Schneidkanten von Planfräsern an deren Seiten befinden, muss die Bearbeitung horizontal erfolgen.
Allerdings können Planfräser kostengünstiger sein als andere Schneidwerkzeuge, da Variationen im Schnittprofil durch den Austausch der kleinen Schneideinsätze anstatt des gesamten Werkzeugs erreicht werden können.
4. Fliegenschneider
Planfräser bestehen aus einem oder zwei Werkzeugen, die in einem massiven Gehäuse eingeschlossen sind. Die Werkzeugen eines Planfräsers führen breite, flache Schnitte aus und erzeugen so eine glatte Oberflächenbeschaffenheit.
Am häufigsten findet man Fliegenfräsen mit einem Werkzeug, aber solche mit zwei Werkzeugen – manchmal auch „Fliegenfräsen“ genannt – ermöglichen einen größeren Schwenkbereich.
Planfräser sind zwar preiswerter als Planfräser, können aber dennoch für ähnliche Zwecke eingesetzt werden.
5. Gewindemühle
Viele Ingenieure bevorzugen die Gewindeherstellung mit Gewindebohrern, Gewinde können aber auch mit einer CNC-Maschine mit Gewindefräser hergestellt werden.
Gewindefräser können Innen- oder Außengewinde schneiden und sind möglicherweise besser geeignet als Gewindebohrer zum Durchdringen sehr harter Metalle oder asymmetrischer Teile.
6. Bohrer
CNC-Maschinen können mit einer Vielzahl von Bohrern für verschiedene Schneidvorgänge ausgestattet werden. Bohrer besitzen eine oder mehrere Schneiden und eine konische Schneidspitze.
Zu den in der CNC-Bearbeitung verwendeten Bohrern gehören:
- Spiralbohrer: Wird verwendet, um Löcher in das Werkstück zu bohren
- Zentrierbohrer: Wird verwendet, um ein Loch vor dem Bohren präzise zu positionieren.
- Auswerferbohrer: Wird zum Tieflochbohren verwendet
7. Reibahle
Reibahlen werden verwendet, um vorhandene Löcher im Werkstück zu erweitern und so einen exakten Lochdurchmesser und eine hervorragende Oberflächengüte zu erzielen.
Reibahlen können Löcher mit viel engeren Toleranzen erzeugen als andere Schneidwerkzeuge.
8. Hohlmühle
Hohlfräser sind rohrförmige Schneidwerkzeuge, die wie umgekehrte Schaftfräser funktionieren. Ihre Schneidkanten befinden sich im Inneren des Rohres, und sie können zur Herstellung von Formen wie Vollspitzen und Formradien verwendet werden.
9. Seiten- und Stirnschneider
Seiten- und Stirnfräser haben Zähne sowohl an der Seite als auch am Umfang und eignen sich für ungleichmäßige Schnitte.
Diese Schneidwerkzeuge eignen sich zum Schneiden von Nuten und Rillen mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten. Ihre Zähne können gerade oder versetzt angeordnet sein.
10. Zahnradfräser
CNC-Fräsmaschinen werden mitunter zur Herstellung von Metallzahnrädern für die Fertigungsindustrie eingesetzt. Zur Fertigung dieser Zahnräder können spezielle Werkzeuge zur Zahnradbearbeitung verwendet werden.
Zum Herstellen von Zahnrädern benötigt man manchmal eine spezielle Fräsmaschine, die als Wälzfräsmaschine bekannt ist.
11. Brammenwalzwerk
Plattenfräser oder Flachfräser werden zum Fräsen ebener Flächen verwendet, wobei die Zielfläche üblicherweise parallel zum Maschinentisch montiert ist.
Diese Schneidwerkzeuge haben keine Seitenzähne und können für allgemeine oder anspruchsvolle Bearbeitungsvorgänge eingesetzt werden.
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