Planfräsen (Face Milling) erklärt: Prozess, Werkzeugauswahl und Expertentipps

Fräsen ist eines der verschiedenen Bearbeitungsverfahren, die in der CNC-Bearbeitung verwendet werden. Obwohl es verschiedene Fräsoperationen gibt, geht dieser Artikel auf die Planfräs-Technik (Face Milling) ein.

Wir werden die verschiedenen Arten von Fräsoperationen, die Auswahl des richtigen Werkzeugs für das Planfräsen und viele andere Dinge behandeln, die Sie über das Bearbeitungsverfahren wissen müssen. Wenn es etwas gibt, das Sie über das Planfräsverfahren wissen möchten, ist dies der ultimative Planfräs-Leitfaden.

Was ist Planfräsen (Face Milling)?

Planfräsen (Face Milling) ist eine Bearbeitungstechnik, die zum Glätten und Ebenen der Oberfläche von Werkstücken verwendet wird. Zerspaner verwenden zwei Arten von Maschinen für diesen Prozess: entweder ein Bearbeitungszentrum (Machining Center) oder eine Fräsmaschine. Der Hauptunterschied zwischen diesem Prozess und herkömmlichen Frästechniken besteht darin, dass die Fräsmaschine oder das Bearbeitungszentrum senkrecht zum Werkstück steht. Das bedeutet, die Oberseite der Maschine fräst das Werkstück anstatt der Seite, die bei anderen Frästechniken verwendet wird.

Der Planfräsprozess kann entweder manuell oder automatisch sein. Der Unterschied zwischen beiden liegt lediglich in der Vorschubgeschwindigkeit. Beim manuellen Planfräsen muss der Zerspaner die Maschine wiederholt anhalten, um das Werkstück über den Tisch zu bewegen, während die Vorschubgeschwindigkeit beim automatischen Typ konstanter ist. Dies macht den automatischen Typ weniger anfällig für Fehler oder falsche Schnitte.

Der Prozess verwendet verschiedene Planfräswerkzeuge, darunter Schaftfräser (End Mills), Aufsteckfräser (Shell Mills) und Einzelschneidenfräser (Fly Cutters). Die Maschine dreht das Werkzeug gegen den Uhrzeigersinn und bewegt das Werkstück über seine Zähne.

Nachdem wir einen einführenden Absatz über das Planfräsen gegeben haben, sehen wir uns an, wie der Prozess funktioniert.

Wie funktioniert Planfräsen?

Wenn Zerspaner ein Werkstück planfräsen, unterteilen sie den Prozess in vier Segmente. Diese umfassen:

1. Positionieren des Werkstücks

Bevor der Prozess beginnt, stellen sie sicher, dass das Werkstück fest an der Maschinentabelle befestigt ist. Sie müssen das Werkstück fest am Tisch fixieren, um ein Verrutschen zu verhindern.

2. Positionieren der Fräsmaschine

Das Nächste ist sicherzustellen, dass die Fräsmaschine an der richtigen Stelle ist. Der Zerspaner würde die Fräsmaschine senkrecht zum Werkstück platzieren. So arbeitet die Oberseite des Fräsers am Material.

3. Einstellen von Vorschubgeschwindigkeit und Spindeldrehzahl

Der nächste Schritt beinhaltet das Einstellen der Vorschubgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit, mit der die Maschine das Werkzeug bewegt (Spindeldrehzahl). Diese beiden sind entscheidend, um sicherzustellen, dass die Maschine an der richtigen Position schneidet.

4. Bearbeitung (Machining)

Nach der Einrichtung der Maschine beginnt die Bearbeitung. Da der Computer für die CNC-Bearbeitung mit dem Code für den Bearbeitungsprozess gefüttert wurde, erledigt er die gesamte Arbeit und fräst die gewünschte Form und Gestalt auf dem Werkstück.

Auswahl des richtigen Werkzeugs für Planfräsen

Der Erfolg jedes Planfräsprozesses hängt vom verwendeten Werkzeug ab. Bevor wir in die Tipps zur Auswahl des richtigen Schneidwerkzeugs einsteigen, müssen wir die verschiedenen Werkzeuge kennen, die für das Planfräsen verwendet werden. Drei Hauptmaschinenwerkzeuge werden für das Planfräsen verwendet: Aufsteckfräser (Shell Mills), Schaftfräser (End Mills) und Einzelschneidenfräser (Fly Cutters).

1. Aufsteckfräser (Shell Mills)

Aufsteckfräser sind die erste Wahl für Planfräsen. Mit mehreren Zähnen und Wendeschneidplatten (Inserts) an ihren Kanten ist ein Aufsteckfräser perfekt für die Erstellung konsistenter Oberflächenbeschaffenheiten. Dies liegt daran, dass sein Design steuert, wie viel Material er auf einmal entfernen kann. Er eignet sich auch für die Bearbeitung verschiedener Materialien. Seine Wendeschneidplatten können jedoch je nach Härte des Materials häufigen Wechsel erfordern.

2. Schaftfräser (End Mills)

Schaftfräser haben eine Schneide, die sie für die Herstellung komplexer Oberflächen an einem Werkstück geeignet macht. Wenn es jedoch darum geht, große Materialmengen von einem Werkstück zu entfernen, ist es keine gute Wahl. Auch ist das Werkzeug nicht sehr stark, sodass es in den Materialoptionen, mit denen es arbeiten kann, begrenzt ist.

3. Einzelschneidenfräser (Fly Cutters)

Im Gegensatz zu Schaftfräsern und Aufsteckfräsern haben Einzelschneidenfräser nur eine Schneide und eine Wendeschneidplatte (Insert). Sie sind jedoch vorteilhaft, um feine Oberflächen ohne großen Energieverbrauch zu erzeugen. Im Austausch für Leistung arbeiten sie bei viel niedrigeren Geschwindigkeiten. Wenn Sie also feinere Oberflächen mit geringerem Energieverbrauch erreichen möchten, ist der Einzelschneidenfräser eine verfügbare Wahl.

Tipps zur Auswahl des richtigen Werkzeugs

Da wir nun die verschiedenen Arten von Planfräsern erklärt haben, können wir nun erklären, wie man die besten Werkzeuge für verschiedene Arten von Planfräsoperationen auswählt.

1. Beim Schneiden harter Materialien ist der beste Planfräser der Aufsteckfräser. Seine mehreren Schneiden ermöglichen es, auf einmal ein größeres Stück Material zu entfernen.

2. Der Einzelschneidenfräser ist das beste Planfräswerkzeug für weichere Materialien.

3. Beim Erstellen ästhetischer Designs mit Planfräsen ist der beste Planfräser der Schaftfräser. Der Fräser hat mehrere Zähne an seinem Schaft, die für die Erstellung verschiedener Designs geeignet sind.

4. Ein weiterer Faktor bei der Werkzeugauswahl ist der Winkel, in den das Werkzeug in das Werkstück eintritt. Die meisten Werkzeuge treten entweder bei 45° oder 90° ein. Einige liegen jedoch auch im Bereich von 10–65°.

5. Beim Planfräsen müssen Sie sicherstellen, dass die Spindel zur Maschinengeschwindigkeit passt. Andernfalls würden die Planfräser leicht verschleißen.

6. Die Verwendung des CNC-Modus beim Planfräsen ist besser als manuell. Dies liegt daran, dass Sie beim manuellen Planfräsen ständig den Schneidpfad verlassen und wieder betreten würden, was die Schneide am Werkstück belastet.

7. Schließlich sollten Sie nicht über Löcher oder Nuten im Werkstück planfräsen, da dies das Verlassen und Wiederbetreten des Werkstücks verursachen würde.

4 Arten von Planfräsoperationen

Es gibt verschiedene Arten von Planfräsoperationen, die Zerspaner regelmäßig verwenden. Dieser Abschnitt erklärt diese verschiedenen Verfahren und die besten Optimierungstipps für jedes davon.

1. Allgemeines Planfräsen (General Face Milling)

Dieser Prozess ist das allgemeine Planfräsverfahren ohne besondere Überlegungen. Der Eintrittswinkel ist beim allgemeinen Planfräsen sehr wichtig, und Planfräswerkzeuge mit einem 45°-Eintrittswinkel sind die besten Typen dafür.

Einige weitere Tipps zur Optimierung des allgemeinen Planfräsverfahrens:

• Der Fräser sollte einen größeren Durchmesser als das Werkstück haben (mindestens 20 % und maximal 50 %).
• Der Eintrittspunkt in das Werkstück sollte außerhalb der Mitte liegen, um sicherzustellen, dass der Austragsspan so dünn wie möglich ist.
• Vergessen Sie nicht die Spindelgröße und die Leistung der Maschine.

2. Schweres Planfräsen (Heavy Duty Face Milling)

Diese Art der Planbearbeitung beinhaltet große Materialien und große Bearbeitungszentren. Bei dieser Art der Planbearbeitung müssen Zerspaner große Materialmengen entfernen, was eine enorme Leistung erfordert.

Für dieses Verfahren sind Planfräswerkzeuge mit einem 60°-Eintrittswinkel die beste Wahl. Sie haben hohe Vorschubgeschwindigkeiten, was ihre Produktivität erhöht und es ihnen ermöglicht, mehr Material zu schneiden.

Weitere Tipps zur Optimierung des schweren Planfräsens:

• Dieses Verfahren erzeugt enorme Temperaturen. Wenn Sie mittendrin Wendeschneidplatten wechseln müssen, ziehen Sie Handschuhe an.
• Das Verfahren erzeugt viele Späne. Diese könnten den Arbeitsbereich verunreinigen und in den Schneidpfad auf dem Werkstück zurückkehren. Ständiges Wiederaufschneiden der Späne könnte zum Verschleiß der Wendeschneidplatten führen. Daher achten Sie darauf, den Arbeitsbereich aufzuräumen.

3. Hochvorschubfräsen (High Feed Milling)

Hochvorschubfräsen beinhaltet Verfahren, die hohe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten erfordern. Sie beinhalten normalerweise Schnittgeschwindigkeiten von über 1000 m/min. Planfräser mit hoher Vorschubgeschwindigkeit und niedrigem Eintrittswinkel sind die beste Wahl für dieses Verfahren. Für dieses Verfahren ist der Eintrittswinkel das einzige Hauptmerkmal. Ein Winkel von etwa 10° wird aufgrund der hohen Vorschubgeschwindigkeit bevorzugt, die er ermöglicht.

4. Schlichten mit Wischerplatten (Finishing with Wiper Inserts)

Durch Verwendung von Wischerplatten (Wiper Inserts) neben einer Standardplatte können Sie Planfräsen auch für ästhetische Oberflächendesigns nutzen. Wischerplatten dienen hauptsächlich der Oberflächenveredelung. Sie haben meist unterschiedliche Längen und werden in Links- und Rechtsausführung hergestellt. Für dieses Verfahren hängt die Notwendigkeit einer Wischerplatte von der Art der verwendeten Standardplatte ab. Je höher der Vorschub pro Umdrehung, den die Standardplatte erzeugt, desto größer der Bedarf an Wischerplatten.

Planfräsen vs. Umfangsfräsen (Peripheral Milling): Was ist der Unterschied?

Planfräsen (Face Milling) und Umfangsfräsen (Peripheral Milling) sind die primären Fräsarten. Beide Verfahren beruhen auf demselben Grundprinzip. Sie verwenden ein rotierendes Schneidwerkzeug, um Material von der Oberfläche eines Werkstücks zu entfernen. Die Art und Weise, wie sie dies tun, ist jedoch unterschiedlich. Wie unterscheidet dies also zwischen beiden? Die folgenden Punkte tun ihren Unterschieden Gerechtigkeit:

Beim Planfräsen platziert der Zerspaner die Drehbank/das Bearbeitungszentrum senkrecht zum Werkstück. Bei der Umfangsbearbeitung platziert der Zerspaner den Fräser parallel zum Werkstück.

Beim Planfräsen führt nur die Oberseite des Schneidwerkzeugs die Fräsaktion aus. Beim Umfangsfräsen sind jedoch auch die Seiten des Werkstücks beteiligt.

Planfräsen kann an Maschinen mit horizontalen und vertikalen Spindeln durchgeführt werden, während Umfangsfräsen auf Maschinen mit horizontalen Spindeln beschränkt ist.

Planfräsen eignet sich für Oberflächenbearbeitung und das Entfernen kleiner Materialmengen von einem Werkstück. Andererseits eignet sich Umfangsfräsen für das Entfernen großer Materialmengen vom Werkstück.

Beim Planfräsen haben die Schneidwerkzeuge normalerweise ihre Schneiden sowohl an den Seiten als auch an der Stirnfläche. Beim Umfangsfräsen sind sie jedoch meist nur an den Seiten.

Praktische Tipps zur Optimierung von Planfräsprozessen

Dieser Abschnitt hebt einige Tipps hervor, die für alle Arten von Planfräsprozesse gelten. Dazu gehören:

1. Werkzeugausstattung ist entscheidend (Tooling is Vital)

Beim Planfräsen stellen Sie sicher, dass das Werkzeug zum Prozess passt. Die richtigen Werkzeuge geben die besten Produktivitätsniveaus und machen die Arbeit reibungsloser.

2. Spezielles Setup für Planfräsen haben (Have a Specific Setup for Face Milling)

Sie sollten nicht dasselbe Setup verwenden, das für andere Bearbeitungsverfahren genutzt wird, für Planfräsen. Haben Sie dedizierte Setups für verschiedene Arten von Bearbeitungsverfahren. Dies erhöht die Genauigkeit der verschiedenen Bearbeitungsverfahren.

3. Sicherstellen, dass Ihre Fräsparameter stimmen (Make Sure Your Milling Parameters are Right)

Es gibt verschiedene technische Parameter beim Planfräsverfahren. Einige Beispiele sind Schnitttiefe, Vorschub pro Zahn, Vorschub pro Umdrehung usw. Stellen Sie sicher, dass jeder dieser Parameter korrekt ist, bevor Sie das Verfahren starten. Dies stellt sicher, dass Sie Material nicht unnötig verschwenden.

4. Sicherstellen, dass Ihre Schneidwerkzeuge scharf sind (Make Sure Your Cutting Tools are Sharp)

Die Verwendung stumpfer Schneidwerkzeuge verlangsamt nur den Planbearbeitungsprozess. Auch brechen stumpfe Werkzeuge leicht, da sie gegen härtere Materialien unwirksam sind. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass alle Werkzeuge scharf und einsatzbereit sind.

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Fazit

Planfräsen ist ein einfaches Verfahren, das hauptsächlich zum Glätten und Veredeln der Oberfläche von Teilen dient. Obwohl Zerspaner häufig verschiedene Planfräser verwenden, ist es essenziell, den besten Typ für ein Planfräsverfahren zu finden. Dieser Artikel hilft Ihnen, die besten Planfräser auszuwählen, Ihren Planfräsprozess zu optimieren und vieles mehr.

FAQs

Was ist der Hauptunterschied zwischen Planfräsen und Schaftfräsen (End Milling)?

Der Hauptunterschied liegt im verwendeten Werkzeug. Planfräser nutzen nur die Oberseite des Fräsers zum Schneiden, während Schaftfräser das Ende und die Seiten des Werkzeugs verwenden.

Welche verschiedenen Werkzeuge werden für Planfräsen verwendet?

Es gibt drei Werkzeuge: Schaftfräser (End Mills), Einzelschneidenfräser (Fly Cutters) und Aufsteckfräser (Shell Mills).

Wie viele Arten von Planfräsoperationen gibt es?

Es gibt vier Arten: Allgemeines Planfräsen, Schweres Planfräsen, Hochgeschwindigkeits-Planfräsen (High Feed Milling) und Oberflächenveredelung mit Wischerplatten (Wiper Inserts).