Was ist Fräsen?

Was ist Fräsen?

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Fräsausrüstung

Beim Fräsen von Formteilen gehören zu den wichtigsten Fräsmaschinentypen Horizontalfräsmaschinen, Vertikalfräsmaschinen, Portalfräsmaschinen und Universalfräsmaschinen. Am weitesten verbreitet sind Vertikalfräsmaschinen und Universalfräsmaschinen, die eine Bearbeitungsgenauigkeit von IT8 oder höher und eine Oberflächenrauheit Ra von 1,6 μm erreichen können. Wenn Hochgeschwindigkeitsfräsen mit geringem Volumen eingesetzt wird, kann die Werkstückgenauigkeit IT7 und die Oberflächenrauheit Ra 0,8 μm erreichen. Beim Fräsen bleibt ein Schlichtaufmaß von 0,05 mm übrig, die Nachbearbeitung durch einen Monteur ist ausreichend. Wenn hohe Präzision erforderlich ist, ist das Fräsen nur ein Zwischenprozess und nach dem Fräsen sind weitere Endbearbeitungsprozesse erforderlich.

Auswahl an Fräswerkzeugen

Fräsen ist ein Bearbeitungsverfahren, das auf einer Fräsmaschine unter Verwendung eines Fräsers durchgeführt wird. Beim Fräsen führt der Fräser die Hauptdrehbewegung aus, während das Werkstück bzw. der Fräser die Vorschubbewegung ausführt. Ein Fräser ist ein mehrzahniges Schneidwerkzeug, und je nach zu fräsendem Objekt sind unterschiedliche Arten von Fräsern erforderlich.

Für das Planarfräsen können zylindrische Schaftfräser zum Umfangsfräsen oder Planfräser zum Schaftfräsen verwendet werden, wie in Abbildung 3-14 dargestellt. Im Vergleich zum Umfangsfräsen sind beim Schaftfräsen mehr Zähne gleichzeitig im Einsatz, was zu geringeren Schwankungen in der Schnittdicke, einer größeren Kontaktfläche zwischen Fräser und Werkstück und einem gleichmäßigeren Schnittprozess führt. Außerdem können die Schlichtzähne von Planfräsern die bearbeitete Oberfläche polieren, was zu einer besseren Bearbeitungsqualität führt. Darüber hinaus weisen Planfräser eine hohe Steifigkeit auf und der Schneidteil besteht meist aus Hartmetalleinsätzen, was größere Schnittparameter ermöglicht. Oft kann die gesamte Arbeitsfläche in einem Durchgang bearbeitet werden, was zu einer hohen Produktionseffizienz führt. Daher ist der Einsatz von Planfräsern auf Vertikalfräsmaschinen zur Bearbeitung planer oder geneigter Flächen bei der Bearbeitung von Formteilen weit verbreitet.

Methoden zum Spannen und Positionieren von Werkstücken

Die wichtigsten Spannmethoden für Teile auf Fräsmaschinen sind: Spannen mit einem Flachbacken-Schraubstock; Spannen mit Universal-Indexierkopf; direktes Spannen des Werkstücks auf dem Arbeitstisch der Fräsmaschine mit einer Spannplatte und Bolzen; und Verwendung spezieller Vorrichtungen zum Spannen in der Serienproduktion, wie z. B. der folgenden Vorrichtungen und Mechanismen, die mit Fräsmaschinen kompatibel sind:

① Positionierungs- und Stützmechanismen zum direkten Positionieren und Spannen von Werkstücken auf dem Arbeitstisch; Hebelspannmechanismen, bestehend aus Druckplatten und Bolzen oder exzentrischen Bauteilen.

② Universelle -Präzisions-Flachbacken--Schraubstöcke zum Positionieren, Spannen und Befestigen auf dem Arbeitstisch.

③ Auf dem Arbeitstisch montierte Universal-Indexierköpfe.

④ Spindel--Typ, horizontaler -Spindel--Typ und universelle rotierende Indexierungs-Arbeitstische, montiert auf dem Arbeitstisch der Fräsmaschine.

⑤ Häufig verwendete manuelle und motorisierte Dreharbeitstische.

Werkstücke und bearbeitete Flächen, die gefräst werden können, sind in Abbildung 3-15 dargestellt. Abbildung 3-15(a) zeigt das Planfräsen, die Abbildungen 3-15(b) bis 3-15(d) zeigen das dreidimensionale konkave Hohlraumfräsen und Abbildung 3-15(e) zeigt das Formstanzfräsen. Da der Werkstückrohling während der Bearbeitung größtenteils sechseckig ist, wird seine untere Ebene häufig als primärer Bearbeitungsbezugspunkt verwendet und auf dem Fräsmaschinentisch positioniert, wodurch die drei Freiheitsgrade des Werkstücks eingeschränkt werden: z (Rotation), y (Rotation) und z (Translation). Gleichzeitig werden die beiden Seiten des Werkstücks als Positionierungsbezugsebenen in X- und Y-Richtung verwendet, um z (Rotation), x (Translation) und y (Translation) einzuschränken. Nach dem Spannen des Werkstücks sind alle sechs Freiheitsgrade vollständig eingeschränkt.

Basierend auf den sechs Positionierungsdaten des Werkstücks kann auch eine spezielle Vorrichtung entworfen und hergestellt werden. Beim Einspannen des Werkstücks in die Vorrichtung zum Fräsen sind folgende Grundvoraussetzungen zu beachten:

① Stellen Sie sicher, dass die Bearbeitungsmaßfehler jeder bearbeiteten Oberfläche innerhalb des zulässigen Bereichs liegen.

② Stellen Sie die Formgenauigkeit jeder bearbeiteten Oberfläche sicher, dh stellen Sie sicher, dass die Formtoleranzen des bearbeiteten Werkstücks den Konstruktionsanforderungen entsprechen.

③ Stellen Sie sicher, dass die Anforderungen an die Positionsgenauigkeit zwischen den bearbeiteten Oberflächen eingehalten werden.

Fräsparameter

Beim Fräsen ist die Rotation des Fräsers die Hauptbewegung, während die lineare oder krummlinige Bewegung des Werkstücks entlang des Arbeitstisches die Vorschubbewegung ist. Zu den wichtigsten Fräsparametern gehören Fräsgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Vorschubgeschwindigkeit.

Unter Fräsgeschwindigkeit (vₙ) versteht man die lineare Geschwindigkeit der Schneide beim maximalen Durchmesser des Fräsers.

Vorschubgeschwindigkeiten beim Fräsen werden auf drei Arten ausgedrückt:

① Vorschub pro Zahn f_z: Die Strecke, die das Werkstück pro Zahn, den der Fräser durchläuft, entlang der Vorschubrichtung zurücklegt, gemessen in mm/z. f_z ist die Grundlage für die Auswahl der Vorschubgeschwindigkeit.

② Vorschub pro Umdrehung fᵣ: Die Strecke, die das Werkstück pro Umdrehung des Fräsers entlang der Vorschubrichtung zurücklegt, gemessen in mm/U.

③ Vorschub pro Minute fₘ: Die Strecke, die der Fräser relativ zum Werkstück in Vorschubrichtung pro Minute zurücklegt, gemessen in mm/min. In der Praxis wird fₘ im Allgemeinen zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugmaschine verwendet.

Die folgenden Beziehungen bestehen zwischen f_z, fᵣ und fₘ:

In der Formel stellt n die Fräsergeschwindigkeit in U/min dar.

Die Schnitttiefe (aₚ) beim Fräsen ist der senkrechte Abstand zwischen dem Werkstück und der bearbeiteten Oberfläche, also die Tiefe, bis zu der der Fräser in das Werkstück eindringt.

Unter Vorschubgeschwindigkeit (vᵢ) versteht man die relative Verschiebung zwischen Werkstück und Fräser entlang der Vorschubrichtung pro Zeiteinheit, gemessen in mm/min. Sie hängt von der Fräserdrehzahl n, der Zähnezahl z und dem Vorschub pro Zahn f_z (in mm/z) ab.

Die Formel zur Berechnung der Vorschubgeschwindigkeit lautet:

In der Formel hängt der Vorschub pro Zahn f hauptsächlich von Faktoren wie den mechanischen Eigenschaften des Werkstücks und der Werkzeugmaterialien sowie den Anforderungen an die Oberflächenrauheit des Werkstücks ab. Wenn das Werkstückmaterial eine hohe Festigkeit und Härte, hohe Anforderungen an die Oberflächenrauheit, eine geringe Werkstücksteifigkeit oder eine geringe Werkzeugfestigkeit aufweist, sollte f einen kleineren Wert haben. Der Vorschub pro Zahn ist bei Hartmetall-Schaftfräsern höher als bei ähnlichen Hochgeschwindigkeitsstahl-Schaftfräsern. Die Referenztabelle zur Auswahl des Vorschubs pro Zahn ist in Tabelle 3-4 dargestellt.

Tabelle 3-4 Referenztabelle für den Vorschub pro Zahn von Fräsern

Einheit: mm

Die Fräsgeschwindigkeit (vₙ) eines Fräsers ist umgekehrt proportional zur Standzeit T, dem Vorschub pro Zahn f_z, der Schnitttiefe aₚ, der Schnitttiefe aₑ und der Zähnezahl z und direkt proportional zum Fräserdurchmesser d. Dies liegt daran, dass mit zunehmenden f_z, aₚ, aₑ und z die Anzahl der gleichzeitig arbeitenden Zähne zunimmt, was zu einer erhöhten Schneidkantenbelastung und -erwärmung führt und den Werkzeugverschleiß beschleunigt. Daher begrenzt die Standzeit des Werkzeugs die Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit. Durch die Vergrößerung des Fräserdurchmessers wird die Wärmeableitung verbessert und die Fräsgeschwindigkeit entsprechend erhöht. Tabelle 3-5 listet Richtwerte für Fräsgeschwindigkeiten auf.

Tabelle 3-5 Referenzwerte der Fräsergeschwindigkeit

Einheit: m/min