CNC-Fräsen Grundlagen: Kontur- und Profilbearbeitung meistern

Das Fräsen von Freiformflächen gehört zur Kategorie des Kontur-/Profil-CNC-Fräsens. Dabei werden unregelmäßig geformte Konturen oder kontinuierliche Kurven mit unterschiedlichen Neigungen (geneigt, konkav oder konvex) bearbeitet. Dies ist der Schlüsselprozess für die Fertigung der meisten kundenspezifischen Teile mit einzigartigen Formen. Dies erfordert von CNC-Bearbeitungsdienstleistern fortgeschrittenes Wissen über grundlegende Bearbeitungsprinzipien und -verfahren.

Grundlagen des Profil-CNC-Fräsens

1. Profil-CNC-Fräsprozesse

Bevor das endgültige bearbeitete Teil erreicht wird, wird es zunächst in verschiedene Kategorien unterteilt: Schruppen/Halbschruppen, Vorschlichten, Schlichten und Feinschlichten. Je größer das Bauteil, desto mehr Bearbeitungsschritte sind involviert. Es ist sehr wichtig, die Bearbeitungsvorgänge des Werkstücks zu untergliedern, damit Sie das volle Potenzial der verwendeten Werkzeuge und Parameter ausschöpfen können.

Schruppen

Dieser Vorgang ist immer der erste Bearbeitungsschritt, der meist mit dem Zuschneiden des Rohmaterialblocks beginnt, sodass das Teil grob der gewünschten Form oder Kontur nahekommt und genügend Materialreserve für weitere Operationen verbleibt.

Vorschlichten

Bei diesem Prozess werden Teile nach Maßvorgaben bearbeitet oder verbleibende Rohlinge auf den Teilen entfernt. Vorgefertigte Teile können auch weiter bearbeitet werden, um spezifische Anforderungen an die Oberflächengüte zu erfüllen.

Schlichten

Dieser Prozess wird nach dem Vorschlichten durchgeführt. Beim Schlichten wird die Oberflächengüte der Teile durch das Entfernen offensichtlicher Grate und anderer Oberflächenfehler verbessert. Bei diesem Vorgang müssen Hochleistungswerkzeuge eingesetzt werden, da dies das endgültige Erscheinungsbild des Werkstücks erheblich beeinflusst.

Feinschlichten

Wenn das Teil eine spiegelglatte Oberfläche oder eine ultra-glatte Kontur erfordert, geht der Prozess weiter zum Feinschlichten. Dafür sind Hochgeschwindigkeitsbearbeitungstechnologie und hochpräzise Werkzeuge erforderlich.

2. Werkzeuge für das CNC-Fräsen von Freiformflächen

Um eine glatte Freiformfläche am herzustellenden Teil zu erhalten, werden Rundfräser in verschiedenen Ausführungen verwendet. Dazu gehören Wendeschneidplatten mit runden Schneiden, Kugelkopffräser mit Wendeschneidplatten und Vollhartmetall-Kugelkopffräser. Der rundkonturierte Fräser ist die erste Wahl für Konturbearbeitungsanwendungen, da er keine offensichtlichen Werkzeugbahnspuren hinterlässt.

Wendeschneidplattenfräser mit runden Schneidplatten

Diese Werkzeuge haben in der Regel große Werkzeugdurchmesser. Rundschneidenfräser eignen sich aufgrund ihrer hohen Stabilität und beeindruckenden Produktivität hervorragend für Schruppoperationen.

Vollhartmetall-Kugelkopffräser

Diese Fräser können eine sehr gute Oberflächengüte an den bearbeiteten Teilen hinterlassen. Aufgrund ihrer Struktur können sie eine geringere Stabilität aufweisen. Daher werden sie häufiger zum Schlichten als zum Schruppen verwendet.

Kugelkopffräser mit Wechselkopf

Wechselkopffräser ähneln Vollhartmetallfräsern, haben jedoch austauschbare Schneidköpfe. Diese Spezialwerkzeuge verfügen über ein abnehmbares Ende, das bei Bedarf ausgetauscht werden kann.

Allgemeine Tipps für das CNC-Fräsen von Freiformflächen

1. Notwendige Vorbereitungen

Bevor Sie sich entscheiden, Ihre kundenspezifischen Teile durch Profilfräsen herstellen zu lassen, müssen Sie auch die verschiedenen Faktoren verstehen, die den gesamten CNC-Fräsvorgang beeinflussen können. Darüber hinaus müssen Sie bestimmte spezifische Aspekte festlegen, damit Sie die geeignete Bearbeitungstechnologie korrekt auswählen können. Hier sind einige Dinge, die Sie vorbereiten müssen:

• Beachten Sie die Kavitätstiefe des Teildesigns – dies spielt eine wichtige Rolle bei der Auswahl des richtigen Schneidwerkzeugs und der benötigten Messlänge.
• Wissen, wie viel Material vom ursprünglichen Block abgetragen wird – dies hilft Ihnen bei der Planung der erforderlichen Operationen zur Herstellung des Funktionsteils, ob Sie nach dem Vorschlichten und Halsschruppen zusätzliche Verfahren benötigen.
• Berücksichtigen Sie, wie das Werkstück eingespannt wird – dies hilft Ihnen bei der Vorbereitung der notwendigen Spannvorrichtungen.

2. Der alte Klassiker: Vorschub und Drehzahl richtig einstellen

Vorschub und Drehzahl bestimmen die Materialabtragsrate des Teils, weshalb sie einen großen Einfluss auf das Erreichen einer hervorragenden Oberflächengüte haben. Hierfür sind Berechnungen erforderlich. Der zu verwendende Vorschub kann auch von der Schnitttiefe, dem verwendeten Werkzeug, dem zu schneidenden Material, der Kontur des zu bearbeitenden Teils und der geforderten Genauigkeit abhängen.

3. Werkzeugnutzung

Heute sind viele verschiedene Werkzeuge auf dem Markt erhältlich. Für Schruppoperationen sollte die Steifigkeit des Werkzeugs Vorrang haben, um den starken Schnitttiefen und Vorschubanforderungen beim Schruppen standzuhalten. Andererseits sollte der Fräser für Schlichtoperationen sehr scharf sein, ohne offensichtliche Werkzeugbahnspuren zu hinterlassen. Ein weiterer Unterschied ist der Durchmesser des verwendeten Werkzeugs. Generell ist der Durchmesser des Schruppwerkzeugs größer als der des Schlichtwerkzeugs.

4. Vibrationen beim CNC-Fräsen minimieren

Vibrationen sind eine der Hauptursachen für schlechte Oberflächengüte, Rattern und Werkzeugschäden. Während eines Fräsvorgangs können Vibrationen aus mehreren Quellen stammen, darunter Spannstabilität, Werkzeugsteifigkeit, Materialhärte und Ungenauigkeit der Maschinenspindel. Hier sind einige Techniken, um dieses Bearbeitungshindernis zu minimieren:

Werkzeuge mit guter Rundlaufgenauigkeit verwenden

• Vermeiden Sie übermäßigen Überstand des Fräsers beim Schruppen. Verwenden Sie stattdessen eine Verlängerungsstange oder einen Verlängerungsaufsatz.
• Schützen Sie Ihre Spannvorrichtung, indem Sie während der Schneidoperationen für korrekten Halt und Ausgleich sorgen.
• Bei der Bearbeitung harter Metalle gewaltsames Schneiden vermeiden.

Fazit

CNC-Freiformflächen werden in der Regel in verschiedene Operationen (Schruppen, Vorschlichten, Schlichten und Feinschlichten) unterteilt, um die erforderliche Kontur schrittweise zu erhalten. Die für diese Art des Fräsens verwendeten Werkzeuge haben meist ein rundes Profil oder werden als Kugelkopffräser bezeichnet. Zusammenfassend umfasst das CNC-Fräsen einer Freiformfläche die notwendigen Vorbereitungen, die korrekte Einstellung von Vorschub und Drehzahl, die Beachtung der verwendeten Werkzeuge und die Minimierung von Vibrationen.