Das vielversprechende Segment

Es zeigt sich, dass die 5-Achs-Bearbeitung in der modernen Metallzerspanung immer beliebter wird. Die 5-Achsen-Bearbeitung bietet erhebliche Vorteile wie die Bearbeitung komplex geformter Teile mit einer Aufspannung ohne Änderung der Position des Werkstücks, hohe Bearbeitungsgenauigkeit und kürzere Zykluszeiten.

Die fortschrittliche Technologie der Werkstückfertigung hat zu verbesserten Möglichkeiten des präzisen Schmiedens, Gießens und der Mainstreaming der additiven Fertigung (AM) geführt. Dies hat zu einer zunehmenden Komplexität der Werkstückgeometrie, einer Verringerung der Bearbeitungszugabe und des Materials durch Schneidvorgänge und zu Endergebnissen geführt, die die endgültige Form des Werkstücks widerspiegeln. Die Nachfrage nach Hochleistungsschneidwerkzeugen für die Schlicht- und Halbschlichtbearbeitung geometrisch komplexer Oberflächen ist heute von entscheidender Bedeutung.

Kugelfräser gelten als traditionelle Werkzeuge zur Bearbeitung von 3D-Oberflächen. Kugelfräser sind die gebräuchlichsten Werkzeuge zum Vorschlichten und Schlichten von Profilen bei Fräsvorgängen. Fortschritte im Bereich der 5-Achsen-Bearbeitungszentren und ein bedeutender Fortschritt bei modernen CAM-Systemen haben Werkzeuge mit einer anderen Schneidengeometrie hervorgebracht, die als segment- oder tonnenförmige Schaftfräser bezeichnet werden. Obwohl diese Werkzeuge den Maschinisten gut bekannt sind, werden sie noch immer ignoriert. Die 5-Achsen-Bearbeitung in Kombination mit CNC-Software und Computermodellierung komplexer Werkzeugkonfigurationen hat den Einsatz von Kreissegment-Schaftfräsern wieder zum Vorschein gebracht.

Abb. 1 – Ovale Vollhartmetall-Schaftfräser sind wirksame Werkzeuge zur Bearbeitung gekrümmter Formen

Die Schneidkante dieser Schaftfräser ist ein Bogen, der ein Kreissegment mit einem Radius darstellt, der größer als der Nennradius eines Werkzeugs ist. Zum Vergleich: Bei Kugelfräsern ist der Werkzeugradius der Radius der Schneidkante. Die Bearbeitung von Oberflächen mit Segment-Schaftfräsern im „Passes-Verfahren“ ermöglicht im Vergleich zu Kugelfräsern eine wesentlich größere Schrittweite und verkürzt so die Schnittzeit. Ein dreiachsiger CNC-gesteuerter Schneidprozess kann die korrekte Position eines tonnenförmigen Schneidwerkzeugs bei der Bearbeitung komplexer Oberflächen nicht garantieren. Das 5-Achsen-Bearbeitungskonzept ermöglicht die volle Nutzung der Vorteile von Segmentschaftfräsern.

Abhängig von der Ausrichtung der Schneidkante relativ zur Werkzeugachse besitzen Segment-Schaftfräser verschiedene Konfigurationen wie reine Zylinderform, konische Zylinderform, Linse sowie ovale oder parabolische Formen. Die Form der Werkzeugschneide bestimmt den Werkzeugeinsatz. Beispielsweise eignen sich linsenförmige Werkzeuge sowohl für Fünf- als auch für Drei-Achsen-Maschinen, während Schaftfräser mit konischem Tonnenprofil für Fünf-Achsen-Maschinen gedacht sind. Segmentfräser-Designs kommen in mehrschneidigen Vollschaftfräsern zum Einsatz, die höchste Werkzeuggenauigkeit bieten und die Anzahl der Zähne am Schneidwerkzeug maximieren.

Abb. 2 – Das kostengünstige Multi-Master-Konzept hat Kreissegmentfräsköpfe erfolgreich übernommen

Die Iscar Neobarrel-Werkzeuglinie umfasst mehrere Werkzeugfamilien. Hierbei handelt es sich um Vollhartmetall-Schaftfräser (SCEM) im Durchmesserbereich von 8 mm bis 12 mm (Abb. 1). Der ovale 10-mm-Vollhartmetall-Schaftfräser verfügt über eine gebogene Umfangsschneide mit einem Radius von 85 mm. Dieser Schaftfräser vervierfacht die Wiederholgenauigkeit der Schrittgröße im Vergleich zu einem 10-mm-Kugelfräser und bietet die gleiche bearbeitete Oberflächengüte.

Die Iscar Multi-Master-Werkzeuglinie bezieht sich auf zusammengebaute Werkzeuge, die austauschbare Hartmetallköpfe montieren. Diese Linie bietet neue tonnenförmige Köpfe, die die gleiche Schneidgeometrie und den gleichen Durchmesserbereich wie SCEM aufweisen und eine breite Palette von Optionen innerhalb der Multi-Master-Linie für 5-Achsen-Maschinen bieten (Abb. 2). Das Wechselkopfkonzept der Multi-Master-Werkzeuglinie garantiert einen rationellen Einsatz von Hartmetall mit einem echten wirtschaftlichen Vorteil. Verschiedene Werkzeugkörper, Verlängerungen und Reduzierstücke ermöglichen die individuelle Anpassung einer modularen Werkzeugbaugruppe für komplexe Bearbeitungsprojekte.

Kürzlich stellte Iscar eine neue Familie von Segment-Schaftfräsern vor, die das Prinzip der Werkzeugkonstruktion mit nur einem Einsatz nutzen (Abb. 3). Es ist eine bekannte Tatsache, dass die Genauigkeitsparameter eines Werkzeugs mit einer Wendeschneidplatte im Vergleich zu einem Fräser mit austauschbaren Hartmetallköpfen geringer sind, ganz zu schweigen vom Vollhartmetall-Schaftfräser. Die Präzision kann beeinträchtigt werden, wenn wir analysieren, wie ein einzelnes Einsatzwerkzeug mit zwei Zähnen mit einem mehrschneidigen SCEM- oder Hartmetallkopfwerkzeug konkurrieren kann.

Abb. 3 – Tonnenförmige Fräser mit einer Wendeschneidplatte zeigen hohe Leistungsparameter bei der Bearbeitung komplexer Oberflächen wichtiger Komponenten

Um die entstandenen Zweifel an der Sinnhaftigkeit des Werkzeugdesigns mit nur einem Wendeschneidplattensegment auszuräumen, sollten wir mehrere Aspekte berücksichtigen. Das Single-Insert-Werkzeugkonzept ermöglicht Kosteneffizienz durch die Erweiterung des Durchmesserbereichs von Segmentfräsern. Diese Fräser haben Nenndurchmesser von 16 mm bis 25 mm. Eine langlebige Wendeplattenstruktur und eine äußerst steife Wendeschneidplattenklemmung ermöglichen eine Erhöhung des Vorschubs pro Zahn im Vergleich zu den Vorschubwerten, die für Vollhartmetall-Schaftfräser und Wechselköpfe empfohlen werden. Dies gewährleistet ein angemessenes Maß an Vorschub und Geschwindigkeit für eine produktive Bearbeitung.

Wenn die Betriebsstabilität schlecht ist, trägt die Verringerung der Zähnezahl zur Vibrationsdämpfung bei. An der BallPlus-Werkzeugfamilie montierte Wendeschneidplatten können das Werkzeug allein durch die Verwendung von Wendeschneidplatten in einen Segment-Schaftfräser verwandeln. Iscar BallPlus-Werkzeuge umfassen eine vielfältige Auswahl an Werkzeugkörpern, Adaptern und Verlängerungen, die die individuelle Anpassung der Werkzeuge erheblich vereinfachen. Die Wahl eines Werkzeugdesigns mit einer einzigen Wendeschneidplatte ist jetzt logischer und gerechtfertigter.

Abb. 4 – Das Segment der tonnenförmigen Schaftfräser hat verschiedene Designkonzepte organisch integriert

In der modernen Fertigung haben tonnenförmige Mühlen gute Aussichten. Die metallverarbeitende Industrie hat viele Einsatzmöglichkeiten für die Anwendung einer Vielzahl von Schneidzylinderkonstruktionen gefunden. Dazu gehören Vollhartmetall-Schaftfräser, Fräser mit Wechselköpfen und Einschneide-Werkzeuge (Bild 4), die alle ein komplettes Segment der Profilfräswerkzeuge mit herausfordernder Zukunft gebildet haben.

Für weitere Informationen kontaktieren Sie Iscar South Africa unter TEL: 011 997 2700 oder besuchen Sie www.iscar.com