8.03.2021

Probleme beim Fräsen und Drehen

Die verwendeten Werkzeuge arbeiten alle nach dem Prinzip des Drehens mit angetriebenen Werkzeugen, und sie benötigen als Voraussetzung für die Bearbeitung eine sehr präzise Bohrung, die in der Regel Langlochbohren hergestellt wird. Je nach dem Werkzeugdurchmesser und der Art des Mechanismus zur Zustellung des Schneidwerkzeuges kommen ein- oder mehrschneidige und teilweise angetriebene Werkzeuge zum Einsatz. Bei mehrschneidigen Werkzeugen, deren Durchmesserbereich etwa 180 mm beträgt, wird die erforderliche Schnittiefe auf zwei Arbeitsgänge und anschließendes Schleifen aufgeteilt, so dass die Herstellung im Ergebnis in einem Arbeitsgang erfolgen kann.
Die Vorschubbewegung der Werkzeuge ist kontinuierlich CNC-gesteuert, die Bearbeitung beginnt also gleich nach Erstellung der CAM-Daten und schreitet in Richtung der Werkzeughalterung fort. Die Abstützung der bei der Bearbeitung auftretenden Gegenkräfte erfolgt durch Hartmetallbacken in der bestehenden Halterung. Werkzeuge mit kleinen Durchmessern verfügen wegen der eingeschränkten Platzverhältnisse in der Regel nur über eine Schneide. Meistens ist der Durchmesser und damit die erforderliche Schnittiefe des Fräsers für die kontinuierliche Bearbeitung in einem einzigen Schritt zu groß, so dass die Herstellung in mehreren einzelnen Schritten erfolgen muss. Die Abstützung der Gegenkräfte gestaltet sich hier jedoch ausgesprochen schwierig, da sie sich bei hochpräziser Herstellung an den wachsenden Innendurchmesser und die damit zugleich abnehmende Wanddicke anpassen muss.

Werkstücke

Eine Möglichkeit hierzu geben automatisch gesteuerte Entnahmevorrichtungen, die sich der Kontur innerhalb geringer Grenzen anpassen können. Ein angetriebenes Werkzeug mit kleinem Durchmesser, mit dem bei größtmöglicher Maßhaltigkeit der Innenkontur ein großer Vorschub erzielt werden kann, besitzt einen Durchmesser von nur 34 mm und deshalb ein relativ großes Kosten-/Nutzenverhältnis. Die Probleme und Schwierigkeiten beim automatisierten Einsatz langer Innendrehwerkzeuge treten hier nicht auf.
Mit dem in einer CNC-Drehmaschine eingebauten Werkzeug werden zunächst Versuche mit Werkstückproben aus einfach zerspanbarem Material durchgeführt, damit die Fräser nicht durch eine falsche Programmierung zerstört werden. Die aufgetretenen Schnittwerte bei verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten und einer konstanten Spindeldrehzahl lassen sich auf diese Weise grafisch darstellen. Es ergaben sich sowohl für das Fräsen auf Mehrachs-Fräsen als auch bei der Herstellung kleiner Drehteile in großer Serie sehr kurze Späne, die problemlos durch erhöhten Kühlmittelfluss aus der Bohrung herausgespült werden können. Die Erfahrungen mit metallischen Werkstoffen bestätigen die hier in der Serie erzielten Ergebnisse.

Bearbeitungsergebnisse

Für ein optimales Bearbeitungsergebnis sind hochgenau gefertigt Fräsköpfe von entscheidender Bedeutung. Dies gilt insbesondere für die radiale Lage der Werkzeugschneiden, da durch den Spanabhub an der Oberfläche unmittelbar deren Rauhigkeit beeinflusst wird. Bereits der lokale Überstand einer Schneide von nur wenigen Mikrometern über die anderen Schneiden hat zur Folge, dass nur diese Schneide die bearbeitete Oberfläche herstellt und damit deren Maß alleine bestimmt. Dadurch ergibt sich naturgemäß eine deutlich geringere Belastung der übrigen Schneiden und infolge dessen ein sehr ungleichmäßiger Verschleiß. Das Problem kann durch die Verwendung von Fräsköpfen mit einstellbaren Schneiden vermindert werden.
Die Rotation des Werkstücks um die eigene Achse ermöglicht dem Fräser eine spiralförmige Fräsnut im Werkstück, durch die eine Überlagerung von axialer und radialer Bewegung genau nach Spezifikation des Kunden erzielt werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Fräsverfahren in der Zerspanungstechnik handelt es sich aber nicht nur um den Genauigkeitsverlust am Umfang, sondern auch axial und mit nach innen gerichteten Fräsern tritt der gleiche Effekt auf. Erst durch den Übergang der Zerspanung von der Handbearbeitung zur vollautomatischen Bearbeitung ist ein unterbrochener Schnitt möglich geworden, durch den kurze Späne entstehen, die leicht mit der Kühlschmierflüssigkeit aus der Bohrung herausgewaschen werden.