Gewindefräsen 101: Prozess, Vorteile & warum es Gewindeschneiden übertrifft – Ein CNCLATHING Leitfaden

Gewindefräsen ist eine vielseitige und praktische Gewindefertigungslösung und ein CNC-Fräsprozess – besonders für große Bohrungen wird der Prozess in vielen Anwendungen statt Gewindeschneiden eingesetzt. Was sind die Vorteile des Gewindefräsens? In diesem Leitfaden besprechen wir: Was ist Gewindefräsen und seine Anwendungen, Vorteile, Arten von Gewindefräswerkzeugen, wie funktioniert ein Gewindefräser und wie fräst man Gewinde.

Was ist Gewindefräsen?

Gewindefräsen ist ein Metallbearbeitungsverfahren, bei dem Gewinde verschiedener Größen durch die kreisförmige Rampenbewegung eines rotierenden Werkzeugs geschnitten werden – der Gewindesteig wird durch die seitliche Bewegung in einer Umdrehung erzeugt. Anders als beim Gewindeschneiden wird Gewindefräsen primär an großen Werkstücken angewendet. Hartmetall-Gewindefräser können jedoch auch kleine Gewindebohrungen erzeugen. Derselbe Fräser kann für Links- und Rechtsgewinde, verschiedene Gewindetoleranzen, diverse Materialien und Bohrungsdurchmesser verwendet werden – und erzeugt Gewinde mit hoher Genauigkeit und hervorragender Oberflächengüte. Obwohl nicht so weit verbreitet wie Gewindedrehen, kann Gewindefräsen in manchen Anwendungen hohe Produktivität erreichen.

Vorteile des Gewindefräsens

• Gewindefräsen kann Gewinde an schwer zerspanbaren Materialien schneiden.
• Es ist ein sicherer Bearbeitungsvorgang und an der Werkzeugmaschine einfacher durchzuführen.
• Der Prozess kann Bearbeitungszeit reduzieren und Energie sparen.
• Das Werkzeug ist flexibel – Rechts- oder Linksgewinde können mit demselben Werkzeug erzeugt werden.
• Gewindefräsen ermöglicht maximale Gewindegänge auf sehr kurzer Distanz bei der Bearbeitung sehr flacher Sackgewinde in dünnen Materialien.
• Hohe Gewindequalität und gratfrei erreichbar.
• Geringerer Verschleiß der Maschinenspindel.
• Auf Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen (Live Tools) verfügbar.
• Korrekter Gewindedurchmesser sofort.
• Verwendung eines kleineren Werkzeugs als des Gewindes – gewährleistet, dass das Gewinde mit dem nötigen Freiraum für Spanabfuhr ordnungsgemäß bearbeitet wird.
• Ein passgenaues Bohrungsloch ist erforderlich.

Gewindefräswerkzeuge

Gewindefräser sind Werkzeuge, die zum Schneiden von Gewinden durch Fräsen konzipiert sind. Unterschiedliche Gewindefräser ermöglichen die Produktion von Innen- zu Außengewinden, mittel bis große Größen. Gewindefräser können auf CNC-Bearbeitungszentren eingesetzt werden, die simultane Dreiachssteuerung und Helixinterpolation besitzen. Gewindefräsen erfolgt entweder mit Vollhartmetall-Gewindefräser oder Stahlhaltern mit wendeschneidplatten.

Vollhartmetall-Gewindefräser: Nützlich für kleinere Bohrungsgrößen, teurer als Wendeschneidplattenwerkzeuge, aber je nach Qualitätsanforderung kosteneffektiv.

Wendeschneidplatten-Gewindefräser: Passen nicht in Bohrungen von 15,875 mm (0,625 Zoll) oder weniger Durchmesser. Sobald der Gewindefräser-Körper bereit ist, fallen Kosten nur noch für den Plattenwechsel an.

Wie funktioniert ein Gewindefräser?

Der Gewindefräsvorgang kann helikale Interpolations-Werkzeugpfade nutzen, um Gewindeschneiden zu ersetzen. Der Gewindefräser sieht Gewindebohrern ähnlich, aber die Wirkung ist anders. Den Gewindefräser entlang der Spindelachse in das Loch einführen, bis die gewünschte volle Gewindetiefe erreicht ist. Die Steuerung bewegt den Gewindefräser auf die Position des Bohrungsdurchmessers und schneidet Gewinde in die Bohrungswand, bewegt sich dann in einem 360°-Kreis und kehrt zur Startposition zurück. Während der Kreisbewegung muss sich der Gewindefräser zum Lochende hin bewegen oder um einen Gewindesteig entlang der Z-Achse der Maschine verschieben, um ein Gewinde zu erzeugen. Die Gewindetiefe beträgt meist nicht mehr als das 1,5-fache des Bohrungsdurchmessers, um Durchbiegung zu minimieren.

Wann Gewindefräsen einsetzen – Anwendungen

Gewindefräsen ist der richtige Bearbeitungsprozess für folgende Anwendungen oder Anforderungen:

• Dünnwandige Teile
• Asymmetrische/nicht-rotierende Komponenten
• Bearbeitung von Materialien, die hohe Schneidkräfte erzeugen und zu Spanabfuhrproblemen neigen
• Werkzeugbestandsreduzierung erforderlich
• Instabile Werkstückaufspannungen
• Als Alternative zum Gewindeschneiden
• Gewindetoleranz anpassen
• Zahlreiche ungerade Gewindegrößen mit einem einzigen Werkzeug schneiden
• Bohrungsrückseite anfasen (Back chamfer)

Gewindefräsen vs. Gewindeschneiden – Was ist der Unterschied?

Verglichen mit Gewindeschneiden – welchen Prozess sollten Sie wählen?

• Gewindeschneiden wird üblicherweise für kleine Bohrungen nach dem Bohren verwendet, während Gewindefräsen tendenziell Gewinde in größeren Bohrungen erzeugt.
• Gewindeschneiden nutzt ein Werkzeug in Gewindegröße und zwängt den Span durch das Gewinde zur Abfuhr. Gewindefräsen nutzt ein kleineres Werkzeug als das Gewinde – dadurch erreicht Gewindefräsen bessere Gewindequalität als Gewindeschneiden.
• Gewindeschneiden kann manuell oder maschinell erfolgen. Gewindefräsen erfordert üblicherweise CNC-Werkzeugmaschinen mit mindestens drei Achsen für Helixinterpolation.
• Gewindefräsen erfordert geringere Schneidkräfte als Gewindeschneiden.
• Beim Gewindefräsen ist keine passgenaue Bohrungsgröße nötig – ein einzelnes Werkzeug kann einen weiten Bereich von Bohrungsgrößen abdecken. Beim Gewindeschneiden wird für jede zu schneidende Bohrungsgröße ein anderer Gewindebohrer benötigt.
• Gewindefräsen erzeugt Rohrgewinde problemlos, ohne die beim Gewindeschneiden entstehenden störenden langen Späne.
• Gewindefräsen erreicht bessere Gewindequalität und glattere Oberfläche als Gewindeschneiden.
• Gewindefräsen gibt dem Anwender die Möglichkeit, kundenspezifische Gewinde zu entwerfen – während Sondergewindebohrer sehr teuer sein und lange Lieferzeiten haben können.
• Gewindeschneiden erlaubt keine Anpassung der Gewindepassung. Einmal geschnitten, sind Größe und Position des Gewindes fix. Beim Gewindefräsen kann die Passung kontrolliert werden. Der Maschinenbediener kann die Gewindegröße mittels einer Strategie ähnlich dem Schaftfräser anpassen, statt eines Bohrers für das Loch.

Gewindefräsen-Leitfaden & Tipps

1. Qualitativ hochwertiges, passendes Werkzeug wählen

Ein hochwertiges, geeignetes Gewindefräswerkzeug ist essenziell, um Ausfälle und Probleme während des Prozesses zu vermeiden. Sie können qualifizierte Werkzeughersteller auswählen, deren Vor- und Nachteile vergleichen und den wählen, der Ihren Anforderungen am nächsten kommt. Davor müssen Sie die Arten von Gewindefräser (Helixnut, Geradenut, Einprofil, Wendeschneidplatte, Vollhartmetall etc.) und Spezifikationen (Einfachform, Dreiform, Mehrform), wie Durchmesser, beherrschen.

2. Mehrere radiale Durchgänge anwenden

Die Aufteilung des Gewindefräsvorgangs in mehrere radiale Durchgänge erreicht höhere Qualität, verbessert die Gewindetoleranz, sichert Sicherheit und vermeidet Werkzeugbruch bei schwer zerspanbaren Materialien – und macht es für schwierige Anwendungen geeignet, wie lange Auskragungen und instabile Bedingungen.

3. Spanbruch- und -abfuhrstrategie wählen

Passendes Werkzeug oder Strategie anwenden, um Späne zeitnah zu brechen und abzuführen. Kühlschmierstoff kann berücksichtigt werden – Spanneuschneiden vermeiden, Zeit sparen und Gewindetoleranz garantieren.

4. Werkzeugpfad bestimmen

Links- oder Rechtsgewinde hängen vom gewählten Werkzeugpfad ab. Welcher ist für Sie besser geeignet? Wählen Sie den effizienteren nach Ihrer Erfahrung.

5. Gewindetiefe
– Generell sollte die Gewindetiefe nicht mehr als das 1,5-fache des Bohrungsdurchmessers betragen. Je länger der Fräser, desto größer die Chance auf Durchbiegung, was Ungenauigkeiten im Gewinde erzeugen kann.