Gewindefräsen vs. Gewindeschneiden: Vor-/Nachteile & Entscheidungshilfe

Da CNC-Bearbeitung ein subtraktives Fertigungsverfahren ist, besteht großer Bedarf an Gewindebohrungen in CNC-gefertigten Teilen. Daher müssen Gewindefräsen oder Gewindeschneiden eingesetzt werden, um Gewindebohrungen ins Teil zu schneiden.

Es gibt deutliche Unterschiede zwischen Gewindefräsen und Gewindeschneiden. Dieser Artikel erläutert Vor- und Nachteile beider Methoden, damit Sie die optimale Strategie für Ihr Teil wählen können. Zudem hilft das Wissen, wann welches Verfahren einzusetzen ist, ideale Gewinde zu erzeugen.

Gewindefräsen

Beim „Gewindefräsen“ werden Innengewinde in Bohrungen oder Außengewinde am Werkstück geschnitten. Das rotierende Werkzeug bewegt sich auf einer Kreisbogenbahn (Helixinterpolation), wobei der Gewindesteig durch die seitliche Bewegung pro Umdrehung entsteht. Anders als beim Gewindeschneiden rotiert das Werkzeug nicht nur, sondern wird per CNC in einer spiraligen „Korkenzieher“-Bewegung geführt. Durch die Präzision computergesteuerter Maschinen können Gewindefräser nahezu jeden Gewindetyp und -größe nach Spezifikation herstellen. Werkstätten setzen Gewindefräsen für Materialien wie Titan, Edelstahl oder harte Kunststoffe an großen Werkstücken ein. Gewindefräser decken typischerweise Gewinde ab ≥ ⅛″ (3,175 mm) und ca. 3× Durchmesser Tiefe. Obwohl weniger verbreitet als Gewindedrehen, erreicht Gewindefräsen in manchen Anwendungen hohe Produktivität.

Gewindeschneiden

Gewindeschneiden nutzt ein spezielles Werkzeug – den Gewindebohrer –, um das Innengewinde des Werkstücks zu schneiden. Der Bohrer rotiert wie ein Spiralbohrer. Seine Schneide ist das Gewindeprofil; die Spannut nimmt den abgetragenen Span auf. Das Verfahren ist lange bekannt und kann manuell oder maschinell ausgeführt werden. Zerspaner bevorzugen Gewindeschneiden für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Aluminium und Stahl. CNC-Maschinen (Drehmaschinen, Bohrmaschinen, Vertikalfräsmaschinen mit Antriebswerkzeugen) schneiden Gewinde bis 20× Durchmesser.

Hauptunterschiede

Der wesentliche Unterschied: Der Gewindebohrer ist für ein spezifisches Gewinde ausgelegt, beim Fräsen wird das Gewinde durch die gesteuerte Werkzeugbewegung definiert. Daher schneidet der Bohrer nur Innengewinde; der Gewindefräser kann Innen- und Außengewinde schneiden. Jedes Verfahren hat spezifische Vor- und Nachteile.

Vergleich: Vor- & Nachteile

Geschwindigkeit

Gewindeschneiden ist schnell und effizient. Bei gleicher Bohrungsgröße ist Gewindeschneiden deutlich schneller als Gewindefräsen.

Der größte Vorteil des Gewindeschneidens ist die Geschwindigkeit. Ein Hochgeschwindigkeits-Gewindeschneidzentrum mit starrem Gewindeschneiden bohrt in einem Bruchteil der Zeit, die Gewindefräsen für dieselbe Bohrung benötigt. Zudem kann Gewindeschneiden tiefere Bohrungen in härteren Materialien (Stahl) realisieren.

Gewindefräsen dauert länger, aber der Maschinencontroller investiert viel Zeit in Präzision und Genauigkeit.

Effizienz & Flexibilität

Gewindeschneiden erfordert für jede Bohrungsgröße einen eigenen Bohrer – belegt viele limitierte Werkzeugmagazinplätze. Werkzeugwechsel bei verschiedenen Größen verlängern die Zykluszeit und erhöhen Rüstkosten. Bricht der Bohrer im Teil, kann dessen Entfernung das Werkstück beschädigen und zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand verursachen.

Beim Gewindefräsen bearbeitet ein einziges Werkzeug Bohrungen verschiedenster Größen. Das senkt Werkzeugkosten und Wechselzeiten. Zudem schneidet der Gewindefräser Innen- und Außengewinde, Rechts- und Linksgewinde sowie sehr große Gewindebohrungen (z. B. Rohrgewinde). Das vermeidet Investitionen in große starre Bohrer für große Gewinde und reduziert Werkzeugvielfalt sowie Wechselkosten.

Gewindetoleranz / Passung

Bohrer erzeugen nur das vom Hersteller festgelegte Gewinde. Für jede zusätzliche Größe und Steigung wird ein anderer Bohrer benötigt. Spezialbohrer sind teuer und haben lange Lieferzeiten.

Gewindefräsen ermöglicht per CNC-Programmierung die Anpassung von Gewindegröße und Steigung. Diese Flexibilität erlaubt enge Toleranzen und glatte Oberflächen. Bei sehr flachen Sacklochgewinden in dünnen Materialien kann der Gewindefräser größte Gewinde auf kurzer Distanz schneiden.

Gewindequalität

Gewindebohrer haben dieselbe Größe wie das erzeugte Gewinde und erfordern hohes Drehmoment. Das führt nicht nur zu Bohrerbruch, sondern beeinträchtigt auch Endbearbeitung und Toleranz des Gewindes – resultierend in geringerer Bauteilqualität.

CNC-Gewindefräsen erlaubt präzise Prozessanpassungen für höchste Präzision beim Gewindeschneiden. Zudem nutzt es ein kleineres Werkzeug als das finale Gewinde, wodurch ausreichend Freiraum für sichere Spanabfuhr bleibt. Durch Drehzahlkontrolle und sorgfältige Handhabung erzeugen Gewindefräser hochwertige Teile mit exzellenter Oberfläche.

Sacklöcher & Spanbruch

Häufige Spanbruchsursachen: Spanüberlast; Spanabfuhr ist beim Gewindeschneiden immer problematisch. Daher stellt der Bohlereinsatz an NC-Maschinen eine Herausforderung bezüglich Bruch und Gewindequalität dar. Ein weiterer Nachteil: Der Bohrer erreicht nicht den Grund von Sacklöchern. Gewindefräsen umgeht diese Schwierigkeiten: bessere Spankontrolle und Bearbeitung bis zum Sacklochgrund ohne Hindernis.

Fazit

Benötigen Sie mehr Flexibilität, decken verschiedene Gewindegrößen/-typen ab und müssen die Gewindepassung anpassen, ist Gewindefräsen die beste Wahl. Wenn Geschwindigkeit Priorität hat, ist starres Gewindeschneiden die Lösung.