Kreissegmentfräser: Viel Potential in der Fünfachs-Bearbeitung

Die Fünfachs-Bearbeitung gewinnt in der Zerspanung weiter an Bedeutung, weil sie eindeutige Vorteile bietet. So ist beispielsweise die Zerspanung komplex geformter Teile in einer Aufspannung möglich, ohne die Position des Werkstücks zu verändern. Darüber hinaus kann hoch präzise bearbeitet werden – bei kurzen Zykluszeiten. Nach Einschätzung der Experten von ISCAR können Anwender diese Potentiale ausschöpfen, wenn sie spezielle Kreissegmentfräser einsetzen.

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 Fünfachs-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. „Erst die Fünfachs-Bearbeitung in Kombination mit entsprechender Software und die Computer-Modellierung komplexer Werkzeugkonfigurationen rücken den Einsatz von Kreissegmentfräsern in den Fokus“, erklärt Erich Timons, CTO bei ISCAR Germany.

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 Oberflächen-Bearbeitung 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 Fünf- als auch für Dreiachs-Maschinen, während Schaftfräser mit einem konischen Zylinderprofil ausschließlich für Fünfachs-Maschinen geeignet sind. „Segmentfräser werden in mehrschneidigen Vollhartmetallfräsern eingesetzt, die eine sehr hohe Präzision bieten und die Anzahl der Zähne des Schneidwerkzeugs maximieren“, sagt Erich Timons

ISCAR bietet ein umfangreiches Angebot an effizienten Lösungen für die Fünfachs-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.

Einschneidige Tonnenfräser überzeugen bei der Bearbeitung komplexer Oberflächen von Schlüsselbauteilen.

Wirtschaftliches Plus

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. „Zweifelsohne bieten diese Werkzeuge nicht die gleiche Präzision wie Fräser mit auswechselbaren Hartmetallköpfen oder VHM-Werkzeuge. Um die Vorteile dieser Konstruktion zu veranschaulichen, müssen jedoch mehrere Aspekte berücksichtigt werden“, erläutert Timons. 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.

Bessere Vibrationskontrolle

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.

Tonnen-Fräser 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.“

Mit dem wirtschaftlichen MULTI-MASTER-Konzept hat ISCAR erfolgreich Kreissegment-Fräser eingeführt.