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Anzahl der Schneiden bei Schaftfräsern: Wie wählt man 2, 3, 4 oder mehr Schneiden aus?
Wählen Sie die Anzahl der Schneidkanten des Schaftfräsers anhand des Spanvolumens und des Eingriffs aus, bevor Sie sich für eine herkömmliche Variante entscheiden. Weniger Schneidkanten lassen größere Spantäler für den Spanabtransport. Mehr Schneidkanten ermöglichen in der Regel einen größeren Kern und sorgen für mehr Schneidkanten pro Umdrehung, allerdings steht jeder Schneidkante weniger Platz für den Spanabtransport zur Verfügung. Deshalb eignen sich zwei oder drei Schneiden oft für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen mit starkem Spanabfall, vier Schneiden sind ein gängiger Ausgangspunkt für Eisenmetalle, und fünf oder mehr Schneiden können sich bei geringer radialer Zustellung oder bei Schlichtarbeiten besonders bewähren – sofern die Maschine und das Spanabfuhrsystem dies zulassen.
Die Zahlen beziehen sich auf Produktfamilien, nicht auf Normen. Ein modernes, speziell für Aluminium entwickeltes Fünf-Schneiden-Werkzeug und ein universell einsetzbares Fünf-Schneiden-Werkzeug aus Stahl können zwar die gleiche Anzahl an Schneiden aufweisen, sich jedoch hinsichtlich Spiralwinkel, Kern, Beschichtung, Schneidenform und Verwendungszweck unterscheiden.
Der entscheidende Kompromiss: Chipfläche versus Kern
Als Schneidnuten bezeichnet man die spiralförmigen Nuten und Schneidkanten, die Späne bilden und abtransportieren. Bei einem gegebenen Werkzeugdurchmesser beansprucht das Hinzufügen von Schneidnuten in der Regel Umfang und Querschnitt, wodurch andernfalls eine tiefere Schneidnut entstehen könnte. Das übliche Ergebnis ist:
- weniger Nuten: mehr Platz für jeden Span, ein kleinerer Kern und weniger Zahneingriff pro Umdrehung;
- mehr Nuten: weniger Platz pro Span, ein größerer Kern und mehr Zahneingriffen pro Umdrehung.
Größere Nuträume sind von Vorteil, wenn bei der Bearbeitung dicke oder sperrige Späne entstehen, wenn der Fräser tief in das Werkstück eindringt oder wenn Kühlmittel und Luft Schwierigkeiten haben, den Schnittbereich zu entlasten. Ein größerer Kern kann die Festigkeit und Durchbiegungsfestigkeit des Werkzeugs verbessern, insbesondere bei härteren Werkstoffen oder bei Bearbeitung mit großer Reichweite. Mehr Schneidkanten können zudem einen höheren Tischvorschub bei gleichem Vorschub pro Zahn ermöglichen, jedoch nur, wenn Leistung, Steuerung, Spanabfuhr und die genauen Werkzeugdaten dies zulassen.
Die Flötenanzahl hat daher gleich mehrere Auswirkungen. Sie ist nicht nur eine Kennzahl für die Produktivität.
Was 2-, 3-, 4- und 5-Flöten-Modelle besonders gut können
Zwei Nuten: maximaler Spanraum
2-schneidige Schaftfräser Weisen Sie einen großen Teil des Werkzeugquerschnitts den Spantälern zu. Diese eignen sich besonders gut für das Nuten, für Einstechbearbeitungen sowie für weiche oder klebrige Werkstoffe, bei denen große Späne entstehen.
Die traditionelle zweischneidige Aluminium-Fräserform ergibt sich aus diesen Anforderungen an den Spanraum und nicht allein aus der Chemie des Aluminiums. Bei einem vollständig gefüllten Spanraum greifen beide Seiten des Schneidwerkzeugs ein, und die Späne haben nur begrenzte Fluchtwege. Offene Täler und eine starke Luft- oder Kühlmittelzufuhr können wichtiger sein als das Hinzufügen einer weiteren Schneide.
Der Nachteil sind weniger Schneidkanten und bei vielen Ausführungen ein kleinerer Kern als bei einem vergleichbaren Werkzeug mit mehr Schneiden. Dies kann den Tischvorschub, die Steifigkeit oder die Produktivität bei der Endbearbeitung bei Arbeiten mit geringerem Schnittdruck einschränken.
Drei Flöten: Nichteisenmetall-Bilanz
3-schneidige Schaftfräser Sie schließen häufig die Lücke zwischen dem Spanraum bei zweischneidigen Fräsern und der Zahnfrequenz bei vierschneidigen Fräsern. Sie werden häufig beim Seitenfräsen von Aluminium eingesetzt und eignen sich auch für das Nutenfräsen, sofern die jeweilige Geometrie ausreichend Spanraum bietet.
Die dritte Schneide kann bei festem Vorschub pro Zahn und Drehzahl den potenziellen Tischvorschub erhöhen, während eine werkstoffspezifische Dreischneidenausführung mehr Spanraum bietet als ein universelles Vier-Schneiden-Werkzeug. Gehen Sie nicht davon aus, dass jeder Dreischneidenfräser speziell für Aluminium ausgelegt ist. Prüfen Sie die Spiralgeometrie, die Politur, die Beschichtung, die Zentralschnittgeometrie sowie die Einsatzgrenzen des Herstellers.
Dreischneidige Werkzeuge sind besonders dann sinnvoll, wenn ein zweischneidiges Werkzeug zwar zuverlässig den Spanabtransport gewährleistet, der Prozess jedoch eine höhere Zahnfrequenz erfordert, sowie in Fällen, in denen ein vierschneidiges Werkzeug zu Spanstau führt oder einen höheren Vorschub erfordert, als die Steuerung sauber bereitstellen kann.
Vier Flöten: Stahlbau und allgemeine Metallbearbeitung
4-schneidige Schaftfräser sind ein gängiger Ausgangspunkt für Stähle und viele allgemeine Seitenfräsarbeiten. Im Vergleich zu einem Werkzeug mit geringerer Anzahl an Schneiden und ähnlicher Bauweise tragen der größere Kern und die zusätzlichen Schneiden zur Festigkeit, zur gleichmäßigen Verschleißverteilung und zu einem produktiven Vorschub bei Werkstoffen bei, die unter den vorgesehenen Schnittbedingungen kleinere Späne bilden.
Vier Schneidrillen bedeuten nicht automatisch “für Stahl”, und sie versagen auch nicht automatisch bei der Bearbeitung von Aluminium. Die entscheidende Frage ist, ob die Rillentäler, die Geometrie und die Spanabfuhr auf das Spanvolumen abgestimmt sind. Ein vierkanter Aluminiumfräser, der für einen geringen radialen Eingriff ausgelegt ist, ist etwas ganz anderes als ein universeller vierkantiger Fräser, der durch einen Schlitz in voller Breite geführt wird.
Bei der Endbearbeitung können die zusätzlichen Schneidkanten die Zahnhäufigkeit erhöhen und einen produktiven Vorschub ermöglichen, da jede Schneidkante eine geringe Materialmenge abträgt. Bei der Einstellung muss jedoch weiterhin der Rundlauf kontrolliert werden; andernfalls könnte eine Schneidkante mehr Arbeit leisten, und die theoretische Anzahl der Schneidkanten würde nicht gleichmäßig ausgeschöpft werden.
Fünf oder mehr: Produktivität bei kontrolliertem Engagement
Werkzeuge mit hoher Schneidzahl verfügen über viele Schneiden und einen stabilen Kern, bieten jedoch weniger Schneidraum pro Schneide. Sie sind vor allem dann sinnvoll, wenn der radiale Eingriff und die Spandicke kontrolliert werden, die Späne klein genug sind, um abtransportiert zu werden, und die Maschine den erforderlichen Vorschub ausführen kann.
Dieses Muster eignet sich für hocheffizientes Seitenfräsen, Schlichten und die Bearbeitung härterer Werkstoffe. Das Gleiche gilt für spezielle Aluminiumwerkzeuge mit hoher Rillenanzahl, weshalb die Aussage “hohe Rillenanzahl bedeutet ausschließlich Stahl” nicht mehr zutrifft. Die Konstruktion muss als Gesamtwerkzeug bewertet werden.
Zu viele Zahnflanken können sich bei einer Nut, einem Schruppschnitt mit großer Schnittbreite oder jedem anderen Arbeitsgang, bei dem sich die Späne schneller ansammeln, als sie abtransportiert werden können, kontraproduktiv auswirken. Sobald sich die Späne wieder ansammeln oder festsetzen, führt eine höhere Zahnfrequenz nicht mehr zu einer höheren Produktivität.
Die Operation soll die Materialregel außer Kraft setzen
Beginnen Sie mit der Einbindung.
Das Vollnutenfräsen stellt die höchsten Anforderungen an den Spanraum. Wählen Sie vorzugsweise ein Werkzeug, dessen Spiralvolumen und Zentralschnittfähigkeit ausdrücklich auf diesen Arbeitsgang ausgelegt sind. Die Reduzierung der Spiralanzahl ist oft der erste Ansatz, den es zu prüfen gilt.
Die Spanabfuhr muss entlang des gesamten Schlitzes überprüft werden, nicht nur am Einlauf. In tiefen Wänden können Späne hängen bleiben, die bei einem Test in flachen Schlitzen problemlos abtransportiert wurden, und nachgeschnittene Späne belegen dieselben begrenzten Vertiefungen wie neu entstandenes Material.
Auch beim groben Zerspanen entsteht ein großes Spanvolumen. Eine geringere Anzahl an Schneiden kann selbst bei Stahl von Vorteil sein, wenn es bei der Alternative zu einer Spanstauung kommt. Die Geometrie für die Grobbearbeitung, Spanbrecher und die Kühlmittelzufuhr können ebenso entscheidend sein wie die Anzahl der Schneiden.
Das seitliche Fräsen mit geringem radialen Eingriff verändert die Balance. Dünne Späne und eine offene Seite können Platz für mehr Schneiden schaffen, was eine höhere Zahndichte und einen stabileren Kern ermöglicht. Übernehmen Sie nicht den Vorschub eines Werkzeugs mit weniger Schneiden; halten Sie sich genau an die Angaben zum Eingriff und zur Spanbelastung des jeweiligen Werkzeugs.
Hier ist der Spanabtransport zwar möglicherweise weniger eingeschränkt, da der Schnitt auf einer Seite offen ist, erfolgt jedoch nicht automatisch. Lange Schneidnuten, tiefe Taschen sowie eine unzureichende Luft- oder Kühlmittelzufuhr können dennoch dazu führen, dass Späne in den Eingriffsbereich zurückgelangen.
Beim Schlichten wird weniger Material abgetragen, sodass der Spanraum weniger stark ins Gewicht fällt. Eine höhere Anzahl an Schneidrillen kann zwar die Produktivität und die Oberflächenqualität verbessern, doch Rundlaufabweichung, Kantenbeschaffenheit und die Vorschubauflösung der Maschine bleiben weiterhin begrenzende Faktoren.
Wo die alte Regel „2 für Aluminium, 4 für Stahl“ nicht mehr gilt
Die alte Regel ist nach wie vor eine nützliche Eselsbrücke, da sie typische Anforderungen an Chipgröße und Festigkeit widerspiegelt. Sie versagt jedoch, wenn man sie als Spezifikation betrachtet.
Werkzeughersteller passen mittlerweile Spiralwinkel, Kernprofil, Schneidrillenform, Kantenvorbereitung, Beschichtung und Spanrinnenform für spezielle Anwendungsfälle an. Ein Aluminiumfräser mit hoher Schneidrillenanzahl kann mit kontrolliertem radialem Eingriff arbeiten, da er speziell auf diesen Spanfluss ausgelegt ist. Ein Stahl-Schruppfräser mit wenigen Schneiden kann geeignet sein, wenn tiefe Nuten und Spanbrecher für den starken Materialabtrag erforderlich sind.
Auch die Wirtschaftlichkeit der Fertigung spielt eine Rolle. Ein Betrieb, der nur wenige Teile herstellt, wird möglicherweise Wert auf ein vielseitiges Werkzeug mit drei oder vier Schneiden legen. Bei einem Großauftrag kann sich der Einsatz eines Spezialfräsers lohnen, der auf einen bestimmten Bohr-, Wand- oder Plandrehdurchgang abgestimmt ist. Ein bekanntes Produktionsbeispiel für Aluminiumguss verdeutlicht die eigentliche Fragestellung: Der Betrieb entschied sich nicht einfach nur für “drei oder fünf”; vielmehr ging es darum, mehrere Bearbeitungsschritte, Schnittlänge, Halterlänge, Oberflächengüte und Zykluszeit gegeneinander abzuwägen.
In sechs Schritten auswählen
- Definieren Sie den Einsatz und die Beteiligung. Nutenfräsen, Schruppen, Seitenfräsen oder Schlichten sowie radiales und axiales Einfräsen.
- Den Bedarf an Chip-Platz abschätzen. Berücksichtigen Sie die Duktilität des Werkstoffs, die Spanstärke, die Schneidkanallänge, die Taschentiefe und die Art und Weise, wie die Späne abtransportiert werden. Wenn der Späneabtransport das größte Risiko darstellt, sollten Sie sich für weniger oder offenere Schneidkanäle entscheiden.
- Legen Sie die Anforderungen an die Festigkeit fest. Berücksichtigen Sie die Werkstoffhärte, den Werkzeugdurchmesser, den Überstand, die Steifigkeit des Halters und die unterbrochene Belastung. Wenn die Durchbiegung oder die Kantenfestigkeit ausschlaggebend ist und ausreichend Spanraum vorhanden ist, sollten Sie die Verwendung von mehr Schneiden oder einen stärkeren Kern in Betracht ziehen.
- Überprüfen Sie die aktuelle Fräserfamilie. Verwenden Sie die Vollhartmetall-Schaftfräser Seite zum Vergleich der Produktfamilien. Überprüfen Sie anschließend, ob die Flötengeometrie, das Material und die Anwendungsgeeignetheit mit den genauen Produktdaten übereinstimmen.
- Passe die Maschine an. Überprüfen Sie die Spindeldrehzahl, den verfügbaren Vorschub, die Beschleunigung, die Leistung, die Kühlmittel- oder Luftzufuhr sowie das Regelverhalten. Ein Werkzeug mit vielen Schneiden ist nicht produktiv, wenn die Maschine den berechneten Tischvorschub nicht erreichen oder die Späne nicht abtransportieren kann.
- Führen Sie einen kontrollierten Probeschnitt durch. Verwenden Sie die werkzeugspezifischen Ausgangsdaten, beobachten Sie die Spanbildung, die Belastung, die Geräuschentwicklung, die Wärmeentwicklung und das Endergebnis und ändern Sie jeweils nur eine Variable.
Vorschub neu berechnen, wenn sich die Anzahl der Nuten ändert
Der Vorschub des Tisches hängt vom Vorschub pro Zahn, der Anzahl der Schneiden und der Drehzahl ab:
Vorschub = Vorschub pro Zahn × effektive Anzahl der Schneiden × Drehzahl
Wenn ein zweischneidiges und ein vierschneidiges Werkzeug mit derselben Drehzahl und demselben Sollvorschub pro Zahn betrieben werden, ergibt sich bei der Berechnung für das vierschneidige Werkzeug der doppelte Tischvorschub. Würde man den Tischvorschub unverändert lassen, würde sich der Vorschub pro Zahn halbieren. Dies kann dazu führen, dass die Schneidkante eher zum Reiben neigt, anstatt einen konservativen Schnitt auszuführen.
Diese Beziehung rechtfertigt keine blinde Verdopplung des Vorschubs. Der angestrebte Vorschub pro Zahn, die Anzahl der nutzbaren Zähne, der Eingriff und die Drehzahl müssen sich genau nach dem jeweiligen Werkzeug und dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang richten. Außerdem muss die Maschine in der Lage sein, den Befehl auszuführen.
Erkennen Sie die Anzeichen einer ungünstigen Wahl der Flötenanzahl
Spanansammlung, Nachschneiden, Schweißrückstände oder übermäßige Wärmeentwicklung deuten auf unzureichenden Spankanal, schlechte Abfuhr oder zu starken Eingriff hin. Prüfen Sie zunächst die Verwendung eines Werkzeugs mit offenerer Geometrie, eine verbesserte Spanabfuhr oder einen geringeren Eingriff, bevor Sie andere Maßnahmen ergreifen.
Abrieb, polierte Kanten oder Erwärmung bei sehr kleinen Ausbrüchen können darauf hindeuten, dass der Vorschub pro Zahn zu gering ist, unter anderem nach einer Änderung der Schneidkanalanzahl, die ohne Neuberechnung des Tischvorschubs vorgenommen wurde.
Vibrationen oder Wandfehler können auf eine unzureichende Kernfestigkeit, einen zu großen Überstand, eine instabile Werkstückspannung oder einen Eingriff hinweisen, der das System in Schwingungen versetzt. Eine höhere Anzahl an Schneiden kann nur dann Abhilfe schaffen, wenn dadurch die relevanten Steifigkeits- und Belastungsverhältnisse verändert werden, ohne dass es zu einer Spanansammlung kommt.
Eine Oberflächenqualität, die sich durch eine höhere Anzahl an Schneiden nicht verbessert, kann auf Rundlaufabweichungen oder eine einseitige Belastung hindeuten. Messen Sie das Werkzeug- und Haltersystem, anstatt davon auszugehen, dass die Nennanzahl der Schneiden die Schnittlast gleichmäßig verteilt.
Eine Sättigung des Maschinenvorschubs kann dazu führen, dass ein mehrschneidiges Werkzeug die vorgesehene Spanabnahme nicht erreicht. Wenn die Steuerung den erforderlichen Tischvorschub nicht bereitstellen kann, wählen Sie eine kompatible Werkzeug-/Parameterkombination, anstatt den mehrschneidigen Fräser mit zu geringem Vorschub zu betreiben.
Die qualifizierte Auswahl festhalten
Notieren Sie die Werkzeug-ID, die Anzahl der Schneiden, den Durchmesser, die Schneidenlänge, die Geometrie, die Beschichtung, das Material, die Bearbeitungsart, die Eingriffsart, die Drehzahl, den Vorschub pro Zahn, den Tischvorschub, die Kühlmittel-/Luftzufuhrmethode und das Ergebnis des Probeschnitts. Diese Aufzeichnung ist aussagekräftiger als die Angabe “drei Schneiden für Aluminium verwenden”, da sie die Bedingungen festhält, unter denen die Auswahl erfolgreich war.
