Warum Kreissegmentfräser die Fräseffizienz und Oberflächenqualität verbessern

Kugelkopffräser sind noch nicht ausgestorben, aber eines ist sicher: Der Asteroid hat bereits eingeschlagen, und ein fassförmiger Tsunami rollt heran. Machen Sie sich bereit für Kreissegmentfräser.

Beim Fräsen einer 3D-Formoberfläche mit einem Kugelkopffräser wissen CNC-Fachleute: Je größer das Werkzeug, desto größer der Vorschubüberlappung (Stepover), desto besser die Oberflächengüte und desto kürzer die Zykluszeit. Ein Beispiel: Ein Werkzeug mit 0,125 Zoll Durchmesser nutzt einen Stepover von 0,022 Zoll, um eine Schrupfhöhe von 0,001 Zoll zu erreichen. Ein 0,50‑Zoll-Kugelkopffräser erlaubt dagegen einen Stepover von 0,045 Zoll – mehr als das Doppelte.

Stellen Sie sich nun vor, Sie pressen ein Werkzeug mit 1‑Fuß-Radius in diese Formkavität. Wäre das möglich, ließe sich der Stepover auf 0,31 Zoll erhöhen – eine fast siebenfache Steigerung des Durchsatzes.

Genau dieses scheinbar unmögliche Szenario ist realisierbar. Kreissegmentfräser, auch als Fassfräser (Barrel Mills) bekannt, werden schnell zum Standardwerkzeug für komplexe Freiformbearbeitung in Formenbau, Orthopädie-Implantaten, Gasturbinen-Schaufeln und anderen Freiformflächen in Luft‑ und Raumfahrt sowie Energieindustrie.

Wie der Name sagt, enthalten Kreissegmentfräser nur einen kleinen Segmentbogen des Radius, den ein Kugelkopffräser gleicher Größe hätte.

Genau dieser riesige Bogenabschnitt ermöglicht es Kreissegmentfräsern, den Stepover drastisch zu erhöhen, ohne die Teilequalität zu opfern. Interne Tests und Kundenerfolgsgeschichten von Herstellern belegen, dass Anwender ihre Zykluszeiten von Stunden auf Minuten senken und die Standzeit nach Einführung einer Fassfrässtrategie erhöhen konnten.

EMUGE Corp. ist maßgeblich für die wachsende Beliebtheit des Kreissegmentwerkzeugs verantwortlich, da sie eng mit dem CAM-Anbieter Open Mind und dem CNC-Software-Hersteller Mastercam an den speziellen Werkzeugbahnen für die Kreissegmentbearbeitung gearbeitet haben.

Arten von Kreissegmentfräsern

Vier Bauformen sind verfügbar: Fass (Barrel), Oval, Linse (Lens) und Kegel (Taper). Jede erfordert eine 5‑Achsen-CNC-Maschine und spezielle Programmiermethoden. Hier ein kurzer Überblick:

Fassform (Barrel): Die Whiskeyfass- oder Bierfassform war eines der ursprünglichen Designs. Ihr Einsatz beschränkt sich auf das Bearbeiten sanfter Unterschnitte an senkrechten Wänden – ähnlich wie ein Lollipop-Fräser, nur wesentlich schneller.

Ovalform: Von der Seite betrachtet erinnert der Ovalfräser an eine Kugel mit einem kleinen Kugelkopf, der in einen größeren Radius an den Flanken übergeht. Diese kompakte Form erlaubt den Einsatz in engen Räumen, ideal für das Fertigbearbeiten von konischen Wänden und angrenzenden Böden verschiedenster Teilegeometrien.

Linsenform (Lens): Der linsenförmige Fräser sieht aus wie ein herkömmlicher Schaftfräser mit einer sanften Wölbung an der Schneide. Er eignet sich hervorragend für Halbschlicht- und Schlichtoperationen an relativ flachen gekrümmten Flächen wie Spritzgussformen.

Kegelform (Taper): Wie der Name andeutet, besitzen Kegelfräser einen langen, kegelförmigen Abschnitt wie bei einem angespitzten Stift, gekrönt von einem kleinen Radius. Dieser Kegel ist tatsächlich ein sehr großer Bogenabschnitt, was diesen Fräser zum aggressivsten in puncto Stepover macht. Um zu prüfen, ob eine Maschine für Kreissegmentfräsen geeignet ist, wird dringend empfohlen, Expertenrat einzuholen.

Was die Experten sagen

„Unser technisches Supportcenter in Großbritannien treibt unsere Bemühungen in diesem Bereich voran und verfügt über umfangreiche Erfahrung in Luft‑ und Raumfahrt sowie Medizintechnik – der Formenbau ist ebenfalls ein Kandidat“, sagt Jacob Rak, Application Engineer bei KYOCERA SGS Precision Tools Inc. „Aktuell sehen wir, dass die Kegelform am beliebtesten ist. Deshalb haben wir unsere MultiCarb-Serie Fassfräser für Stähle und Hochtemperaturlegierungen sowie die S-Carb APF‑B-Serie für NE-Metalle auf den Markt gebracht – beide in Kegelform und mit Zykluszeitreduktionen von 90 % und mehr im Vergleich zu Kugelkopffräser.“

Zur Unterstützung dieser Bemühungen hat KYOCERA SGS kürzlich ein 5‑Achsen-DMG-Mori-Bearbeitungszentrum angeschafft, um das Tech Center in Munroe Falls, Ohio, zu erweitern – für weitere Tests und Kundenanwendungen. „Ich denke, Kugelkopffräser werden immer ihre Berechtigung haben, aber gleichzeitig eröffnen diese Kreissegmentwerkzeuge völlig neue Möglichkeiten“, so Rak.

Dan Doiron stimmt voll zu. Als Produktmanager Fräsen bei EMUGE in West Boylston, Massachusetts, sucht er ständig Kunden, die sich auf Kreissegmentwerkzeuge einlassen. „Die meisten Teile mit großen Freiflächen – wie Reifenformen oder Turbinenblisks – sind prädestiniert. Die größte Hürde ist jedoch, Betriebe zum Experimentieren mit dieser noch relativ neuen Schneidtechnologie zu bewegen. Es braucht Zeit für Tests und Programmierung, aber wer es getan hat, kehrt nicht zurück.“

EMUGE-Fräsanwendungsspezialist Evan Duncanson warnt: Nicht alle Maschinen eignen sich für Kreissegmentfräser. „Je nach Flächenübergängen und Toleranzen können ältere oder minderwertige Maschinen an engen Ecken zögern und Spuren hinterlassen. Doch die Vorteile des Kreissegmentfräsens sind zu groß, um sie zu ignorieren.“

Setzen Sie Kreissegmentwerkzeuge in Ihrem Betrieb ein oder planen Sie dies? Lassen Sie es uns in den Kommentaren wissen.