Planfräsen (Face Milling) Grundlagen: Was Produktdesigner wissen müssen

Die Fertigungsindustrie hat einen langen Weg hinter sich und im Laufe der Jahre viele Fortschritte gemacht, um zu werden, was sie heute ist. Im 18. Jahrhundert fertigten Fachkräfte Teile noch mit konventionellen Handwerkzeugen. Leider verursachte dies nicht nur lange Lieferzeiten, sondern war auch fehleranfällig – teure Fehler machten Teile unbrauchbar.

Heute jedoch verfügen wir über diverse Fertigungstechnologien und -prozesse, die selbst strengste Produktdesignanforderungen erfüllen können. Einer dieser Prozesse heißt Planfräsen (Face Milling).

Was ist Planfräsen und wie funktioniert es? Dieser Artikel deckt alles ab, was Sie über diesen interessanten Fertigungsprozess wissen müssen.

Was ist Planfräsen?

Planfräsen ist eine Art CNC-Fräsen – es werden also Materialbereiche von einem Werkstück mit Schneidwerkzeugen entfernt. Im Gegensatz zum konventionellen Fräsen wird dabei das Schneidwerkzeug so positioniert, dass seine Drehachse (oder Fräserachse) senkrecht zum Werkstück steht, wie unten dargestellt.

Abbildung 1: Der Planfräsenprozess

Man beachte, wie das mehrzahnige Schneidwerkzeug mit der Stirnseite nach unten auf das Werkstück ausgerichtet ist. Dieser Prozess entfernt Material, indem der Fräser gegen den Uhrzeigersinn rotiert, während sich das Werkstück quer zum Fräser bewegt.

Planfräsen vs. Umfangsfräsen: Was ist der Unterschied?

Planfräsen und Umfangsfräsen (Peripheral Milling) sind die zwei primären Fräsoperationen. Sie ähneln sich in ihrer Arbeitsweise, unterscheiden sich aber in Aufbau und Eignung für die Fertigung von Merkmalen. Beim Umfangsfräsen wird das Schneidwerkzeug parallel zum Werkstück positioniert, wie unten gezeigt.

Abbildung 2: Der Umfangsfräsenprozess

Die einzigartige Konfiguration des Umfangsfräsens sorgt dafür, dass die Seite des Fräsers die Werkstückoberfläche abträgt. Dadurch entfernt Umfangsfräsen effektiv große Materialmengen. Im Gegensatz dazu entfernt Planfräsen nur einen kleinen Materialanteil mit der Fräserspitze, was es besser für Anwendungen geeignet macht, die feine Oberflächenbeschaffenheiten erfordern.

Den idealen Schneidwerkzeug für Planfräsen wählen

Der Planfräsenprozess kann eine breite Palette von Teilen und Merkmalen präzise fertigen. Doch der Erfolg hängt auch von der Wahl des idealen Planfräsers ab. Sehen wir uns drei gängige Fräser an.

Abbildung 3: Planfräser

#1 Schaftfräser (End Mill)

Schaftfräser besitzen typischerweise Schneidkanten (oder Schneidezähne) an ihrer Stirn und am Schaft, mit denen sie ebene Flächen entlang der Spindelrotationsachse bei hohen Geschwindigkeiten erzeugen. Dieses Design macht sie ideal für die Erstellung komplexer Muster, kleiner Flächen, Profile und Nuten in der Schlichtphase der Produktentwicklung.

Abbildung 4: Schaftfräser

Sie können jedoch ineffizient sein, wenn große Materialmengen in der initialen Bearbeitungsphase entfernt werden müssen.

#2 Aufsteckfräser (Shell Mill)

Aufsteckfräser sind die am häufigsten verwendeten Fräser für Planfräsoperationen. Dieses Schneidwerkzeug besitzt mehrere Schneidezähne und Wendeschneidplatten an seinem Außenrand, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Abbildung 5: Aufsteckfräser

Das einzigartige Design des Aufsteckfräsers bietet ausbalancierte Schneidkräfte und präzise Kontrolle über die pro Schnitt entfernte Materialmenge bei hohen Geschwindigkeiten. Daher greifen Zerspaner meist zum Aufsteckfräser, um hochwertige und konsistente Oberflächenbeschaffenheiten zu erzielen. Gelegentlich müssen jedoch die Wendeschneidplatten je nach Werkstückmaterial getauscht werden.

#3 Einzelschneiden-Fräser (Fly Cutter)

Ein Einzelschneiden-Fräser ist ein eischneidiges Werkzeug, primär für die Bearbeitung großer Flächen. „Einzelschneidig“ bedeutet, dass das Werkzeug eine Schneide hat, die jeweils einen Materialbereich entfernt.

Abbildung 6: Einzelschneiden-Fräser

Im Gegensatz zu Schaft- und Aufsteckfräsern, die bei hohen Geschwindigkeiten beeindruckende Schnitte und Oberflächen liefern, erzielt ein Einzelschneiden-Fräser bessere Schnitte und Oberflächen bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Das bedeutet, der Zerspaner benötigt weniger Leistung, um hochwertige Schnitte zu erzeugen.

Zerspaner greifen zum Einzelschneiden-Fräser, wenn eine feine Oberflächenbeschaffenheit gefragt ist und Geschwindigkeit keine Priorität hat.

Tipps für Planfräsen

Der Planfräsenprozess ist ein hervorragender Weg, um hochpräzise und kosteneffiziente Produkte zu fertigen – vorausgesetzt, der Zerspaner ist erfahren und hält sich an wesentliche Regeln. Spitzenzerspaner beachten folgende Tipps:

• Empfohlene Spindeldrehzahl nutzen, um Fräserverschleiß zu vermeiden.
• Schneidwerkzeug immer versetzt zum Werkstückmitte positionieren – das erzeugt dünne Späne (das überschüssige Material als Nebenprodukt der Planfräsoperation). Diese Ausrichtung sorgt für saubere Schnitte und feinere Oberflächen.
• Häufiges Ein- und Austreten aus dem Werkstück vermeiden, da dies Spannungen an der Schneidkante erzeugen und die Genauigkeit des bearbeiteten Teils beeinträchtigen kann.
• Keine Fräsoperationen über Nuten oder Bohrungen durchführen, da diese Kanten ebenfalls mehrfaches Ein- und Austreten verursachen.
• CNC-Technologie einsetzen, um den Schneidprozess zu automatisieren und hochpräzise Teile zu fertigen.

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