CNC-Schneidwerkzeuge im Vergleich: Fräser, Gewindefräser & mehr

CNC-Maschinen sind äußerst vielseitige Geräte, nicht zuletzt dank der Vielzahl an Schneidwerkzeugen, die sie aufnehmen können. Von Schaftfräsern bis hin zu Gewindefräser gibt es für jede Operation ein passendes Werkzeug, sodass eine CNC-Maschine eine Vielzahl von Schnitten und Einschnitten in ein Werkstück ausführen kann.

Diese Schneidwerkzeuge kennenzulernen, ist ein hervorragender Weg, um CNC-Zerspanung generell zu verstehen. Und ein besseres Verständnis der Zerspanung hilft Ihnen, Teile zu entwerfen, die besser für den Fertigungsprozess geeignet sind.

Dieser Artikel betrachtet einige der am häufigsten verwendeten CNC-Schneidwerkzeuge, wobei es noch viele weitere gibt.

Grundlagen der Schneidwerkzeuge

Ein Schneidwerkzeug ist ein Gerät, das Material von einem massiven Block entfernt. Es wird in die Spindel einer CNC-Maschine eingespannt, die computergesteuert den Schneidweg vorgibt.

Schneidwerkzeuge entfernen Material durch Scherformung. Das scharfe Werkzeug rotiert mit hoher Geschwindigkeit und schneidet winzige Späne vom Werkstück, die dann abgetragen werden. Einige Werkzeuge berühren das Werkstück nur an einem Punkt, während andere, wie Schaftfräser, an mehreren Punkten angreifen.

Die meisten CNC-Schneidwerkzeuge verfügen über mehrere Spanräume (Flutes), also spiralförmige Nuten, die am Außenschaft verlaufen. Die Spanräume können als die Täler des Werkzeugs betrachtet werden, während die Schneiden (Teeth), die scharfen Kanten zwischen den Spanräumen, die Gipfel darstellen. Die abgeschnittenen Späne gleiten durch die Spanräume ab.

Die ideale Anzahl der Spanräume hängt vom Werkstückmaterial ab. Ein Werkzeug mit weniger Spanräumen ist für weiche Materialien vorzuziehen, da die breiteren Spanräume größere Späne aufnehmen können. Eine höhere Anzahl an Spanräumen kann die Geschwindigkeit erhöhen und eignet sich für harte Materialien, kann aber zu Spänestau führen, da jeder Spanraum schmaler ist.

Die Art des Schneidwerkzeugs beeinflusst die Spänegröße, ebenso wie Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit.

Schneidwerkzeug-Materialien

Um das massive Werkstück zu durchtrennen, müssen Schneidwerkzeuge aus einem härteren Material bestehen als das Werkstück. Da CNC-Zerspanung regelmäßig für sehr harte Materialien eingesetzt wird, ist die Auswahl an Werkzeugmaterialien begrenzt.

Gängige Schneidwerkzeug-Materialien:

Kohlenstoffstahl

Kohlenstoffstahl ist eine kostengünstige Stahllegierung mit 0,6–1,5 % Kohlenstoff sowie Silizium und Mangan.

Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS)

Der teurere HSS ist härter und zäher als Kohlenstoffstahl dank seiner Legierung aus Chrom, Wolfram und Molybdän.

Hartmetall (Carbide)

Meist mit einem anderen Metall wie Titan gesintert, sind Hartmetallwerkzeuge verschleiß- und hitzebeständig und liefern eine hervorragende Oberflächenqualität.

Keramik

Wird zum Schneiden von Superlegierungen, Gusseisen und anderen harten Materialien verwendet; keramische Werkzeuge sind korrosions- und hitzebeständig.

Schneidwerkzeug-Beschichtungen

Die Funktion eines Schneidwerkzeugs hängt von Form und Material ab, kann aber auch durch eine Beschichtung auf dem Basismaterial angepasst werden.

Diese Beschichtungen können Werkzeuge härter machen, ihre Lebensdauer erhöhen oder höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen, ohne die Teilequalität zu beeinträchtigen.

Gängige Beschichtungen:

Titannitrid (TiN)

TiN ist eine universelle Beschichtung mit hoher Oxidationstemperatur, die die Härte des Schneidwerkzeugs erhöht.

Titankohlenstoffnitrid (TiCN)

TiCN verleiht dem Schneidwerkzeug Oberflächengleitfähigkeit und Härte.

Super-Life Titannitrid (Al-TiN)

Al-TiN fügt Hartmetall-Schneidwerkzeugen Hitzebeständigkeit hinzu, besonders bei minimaler Kühlmittelzufuhr.

Diamant

Diamant bietet eine Hochleistungsbeschichtung für das Schneiden abrasiver Materialien.

Chromnitrid (CrN)

CrN verleiht Schneidwerkzeugen Korrosionsbeständigkeit und Härte.

1. Schaftfräser (End Mill)

Der Schaftfräser ist das am weitesten verbreitete Werkzeug für vertikale CNC-Zerspanung. Mit Schneidezähnen an einem Ende und an den Seiten können Schaftfräser große Materialmengen in kurzer Zeit entfernen.

Schaftfräser gibt es in vielen Ausführungen. Einige haben nur eine einzige Schneide, andere bis zu acht oder mehr. (Über vier Schneiden hinaus kann die Spanabfuhr jedoch problematisch werden.)

Typen von Schaftfräsern:

• Flach: Universeller flachseitiger Fräser für 2D-Features
• Kugelkopffräser (Ball nose): Kugelförmiges Ende, geeignet für 3D-Konturen und Kurven
• Eckenradiusfräser (Bull nose): Flacher Boden mit gerundeter Ecke, geeignet für Fasen und Schruppen

2. Schruppfräser (Roughing End Mill)

Ein Schruppfräser ist eine Art Schaftfräser, der zum Entfernen größerer Materialmengen mit geringerer Präzision als ein Standard-Schaftfräser verwendet wird.

Das Werkzeug hat gezahnte Schneiden, die große Materialabschnitte entfernen, aber eine raue Oberfläche hinterlassen. Es erzeugt kleine Späne, die leicht abzutragen sind.

3. Planfräser (Face Mill)

Planfräser bestehen aus einem massiven Körper mit austauschbaren Wendeschneidplatten, meist aus Hartmetall. Sie werden verwendet, um ebene Flächen am Werkstück zu erzeugen, oft bevor ein anderer Fräser für Details eingesetzt wird.

Da die Schneidkanten von Planfräsern an den Seiten liegen, muss horizontal geschnitten werden.

Planfräser können jedoch kosteneffizienter sein als andere Werkzeuge, da Variationen im Schneidprofil durch Austausch der kleinen Wendeschneidplatten statt des gesamten Werkzeugs erreicht werden.

4. Einzelschneiden-Fräser (Fly Cutter)

Einzelschneiden-Fräser bestehen aus ein oder zwei Schneideinsätzen in einem massiven Körper. Die Schneideinsätze machen breite, flache Schnitte und erzeugen eine glatte Oberflächenqualität.

Häufiger sind Fräser mit einem Schneideinsatz, aber solche mit zwei – manchmal „Fly Bars“ genannt – bieten einen größeren Schwenkbereich.

Günstiger als Planfräser, können sie dennoch für ähnliche Zwecke eingesetzt werden.

5. Gewindefräser (Thread Mill)

Viele Ingenieure bevorzugen das Gewindeschneiden mit Gewindebohrern, aber Gewinde können auch mit einer CNC-Maschine und einem Gewindefräser hergestellt werden.

Gewindefräser können Innen- oder Außengewinde schneiden und sind möglicherweise besser als Bohrer für sehr harte Metalle oder asymmetrische Teile geeignet.

6. Bohrer (Drill Bit)

CNC-Maschinen können mit verschiedenen Bohrern für diverse Zerspanungsoperationen bestückt werden. Bohrer haben eine oder mehrere Spannuten und eine kegelförmige Schneidspitze.

In der CNC-Zerspanung verwendete Bohrer:

• Spiralbohrer (Twist drill): Zum Bohren von Löchern im Werkstück
• Zentrierbohrer (Center drill): Zum präzisen Anbohren vor dem Hauptbohren
• Auswerfbohrer (Ejector drill): Für Tieflochbohrungen

7. Reibahlen (Reamer)

Reibahlen dienen zum Aufweiten vorhandener Löcher im Werkstück und liefern einen exakten Lochdurchmesser sowie eine hervorragende Oberflächenqualität.

Reibahlen können Löcher mit deutlich engeren Toleranzen erzeugen als andere Schneidwerkzeuge.

8. Hohlfräser (Hollow Mill)

Hohlfräser sind rohrförmige Schneidwerkzeuge, die wie invertierte Schaftfräser funktionieren. Ihre Schneidkanten liegen innen am Rohr und können Formen wie Vollspitzen und Formradien erzeugen.

9. Stirn- und Umfangfräser (Side-and-Face Cutter)

Stirn- und Umfangfräser haben Zähne sowohl an der Seite als auch am Umfang und eignen sich für unausgewogene Schnitte.

Diese Werkzeuge können für Nuten und Schlitze mit hohen Vorschubgeschwindigkeiten verwendet werden. Ihre Zähne können gerade oder gestaffelt sein.

10. Zahnradfräser (Gear Cutter)

CNC-Fräsmaschinen werden manchmal zur Herstellung von Metallzahnrädern für die Fertigungsindustrie eingesetzt. Spezielle Zahnradschneidwerkzeuge können diese Zahnräder fertigen.

Das Schneiden von Zahnrädern erfordert manchmal eine spezielle Fräsmaschine, bekannt als Wälzfräsmaschine.

11. Scheibenfräser (Slab Mill)

Scheibenfräser oder Plandrehfräser werden zum Fräsen ebener Flächen verwendet, meist mit der Zieloberfläche parallel zum Maschinentisch.

Diese Werkzeuge haben keine Seitenschneiden und können für allgemeine oder schwere Zerspanungsoperationen eingesetzt werden.

3ERP bietet professionelle CNC-Zerspanungsdienstleistungen für Ihre Prototyping- und Produktionsanforderungen. Kontaktieren Sie uns für ein schnelles Angebot.