Gleichlauffräsen ist eine der am weitesten verbreiteten Frässtrategien in der modernen CNC-Bearbeitung. Bei korrekter Anwendung trägt es zur Verbesserung der Oberflächengüte, zur Verlängerung der Werkzeugstandzeit, zur Reduzierung der Schnittwärme und zur Herstellung präziserer Werkstücke bei. Für viele CNC-Anwendungen, insbesondere für Schlichtbearbeitungen und die Aluminiumbearbeitung, Gleichlauffräsen ist oft die bevorzugte Methode.
Gleichlauffräsen ist jedoch nicht für jede Maschine, jedes Material und jede Schnittbedingung geeignet. Es erfordert eine steife Aufspannung, eine stabile Werkstückspannung und die präzise Kontrolle des Zahnflankenspiels. Ist die Maschine oder die Vorrichtung nicht ausreichend stabil, kann Gleichlauffräsen zu Werkzeugklemmen, Vibrationen, Rattern oder Maßabweichungen führen.
Dieser Leitfaden erklärt, was Gleichlauffräsen ist, wie es funktioniert, seine wichtigsten Vorteile und Grenzen sowie wann es bei der CNC-Bearbeitung eingesetzt werden sollte.
Was ist Gleichlauffräsen?
Gleichlauffräsen, auch Gleichlauffräsen genannt, ist ein Fräsverfahren, bei dem sich das Schneidwerkzeug in die gleiche Richtung wie der Werkstückvorschub dreht. Bei dieser Bearbeitungsmethode „klettert“ der Fräser entlang des Werkstücks, während er Material abträgt.
Beim Gleichlauffräsen tritt die Schneide mit maximaler Spandicke in das Material ein und verlässt es mit nahezu null Spandicke. Diese Spanbildung von dick nach dünn ist einer der Hauptgründe, warum Gleichlauffräsen eine glattere Oberflächengüte ermöglicht und den Werkzeugverschleiß reduziert.
Eine einfache Definition lautet:
Beim Gleichlauffräsen handelt es sich um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem die Rotation des Fräsers in die gleiche Richtung wie der Vorschub des Werkstücks erfolgt. Dadurch entsteht ein Span, der anfangs dick ist und beim Austritt des Fräsers aus dem Material dünner wird.
Dieser Schneidvorgang unterscheidet sich vom herkömmlichen Fräsen, bei dem sich der Fräser entgegen der Vorschubrichtung dreht und der Span zunächst dünn ist, bevor er dicker wird.
Wie funktioniert das Gleichlauffräsen?
Um das Gleichlauffräsen zu verstehen, ist es wichtig, den Zusammenhang zwischen Werkzeugrotation, Vorschubrichtung und Spanbildung zu betrachten.
Beim Gleichlauffräsen dreht sich der Fräser in Vorschubrichtung des Werkstücks. Sobald die Schneide das Material berührt, entsteht ein starker Schnitt mit maximaler Spandicke. Der Span wird dann dünner, während sich die Schneide durch das Material bewegt und den Schnittbereich verlässt.
Der Prozess lässt sich in mehreren Schritten erklären:
- Der Fräser dreht sich in die gleiche Richtung wie der Vorschub.
- Die Schneide dringt bei maximaler Spandicke in das Werkstück ein.
- Der Span wird während des Schneidevorgangs allmählich dünner.
- Die Wärme wird vom Chip abgeführt.
- Die Späne werden hinter den Schneidkopf geschoben, anstatt davor gedrückt zu werden.
- Die Schnittkraft zieht das Werkstück oder den Tisch in Richtung des Fräsers.
Da der Fräser beim Gleichlauffräsen sofort mit dem Schneiden beginnt, anstatt am Material zu reiben, werden Reibung und Wärmeentwicklung reduziert. Dies schont die Werkzeugschneide und verbessert die Oberflächenqualität des bearbeiteten Teils.
Hauptmerkmale des Gleichlauffräsens
Das Gleichlauffräsen weist mehrere charakteristische Merkmale auf:
- Die Drehrichtung des Schneidwerkzeugs und die Vorschubrichtung sind gleich.
- Der Chip bildet sich von dick nach dünn.
- Die Schneide greift sofort in das Material ein.
- Am Anfang des Schnitts gibt es weniger Reibung.
- Die Späne werden üblicherweise hinter dem Schneidwerkzeug hergeschoben.
- Es führt oft zu einer besseren Oberflächenbeschaffenheit.
- Es erfordert eine steife Maschine und eine stabile Werkstückspannung.
- Bei älteren manuellen Maschinen kann dies zu Spielproblemen führen.
Diese Eigenschaften machen das Gleichlauffräsen besonders geeignet für die moderne CNC-Bearbeitung, bei der das Zahnflankenspiel kontrolliert wird und die Maschinenstruktur steif genug ist, um die Schnittkräfte aufzunehmen.
Vorteile des Gleichlauffräsens
Das Gleichlauffräsen bietet mehrere wichtige Vorteile für die CNC-Bearbeitung. Diese Vorteile sind der Hauptgrund dafür, dass es häufig für Präzisionsteile, Schlichtbearbeitungen und hochwertige Oberflächen eingesetzt wird.
Bessere Oberflächengüte
Einer der größten Vorteile des Gleichlauffräsens ist die verbesserte Oberflächengüte. Da der Span anfangs dicker ist und sich verjüngt, trennt die Schneide das Material sauberer ab. Dadurch entstehen weniger Reibung und die Gefahr des Wiederschneidens der Spane wird verringert.
In vielen Anwendungsbereichen hinterlässt das Gleichlauffräsen im Vergleich zum konventionellen Fräsen weniger sichtbare Werkzeugspuren. Daher eignet es sich gut für Teile, die ein sauberes Erscheinungsbild, geringe Anforderungen an die Oberflächengüte oder abschließende Schlichtbearbeitungen erfordern.
Bei CNC-gefertigten Teilen für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Medizintechnik, die Robotik und die Konsumgüterindustrie ist die Oberflächenqualität oft genauso wichtig wie die Maßgenauigkeit. Gleichlauffräsen trägt bei korrekter Einrichtung dazu bei, beides zu erreichen.
Längere Werkzeuglebensdauer
Gleichlauffräsen kann auch die Werkzeugstandzeit verlängern. Da der Fräser mit einem echten Span beginnt, anstatt an der Werkstückoberfläche zu reiben, entsteht beim Werkzeugeintritt weniger Reibung. Weniger Reibung bedeutet in der Regel weniger Wärmeentwicklung, geringeren Schneidkantenverschleiß und einen stabileren Zerspanungsprozess.
Die Spanbildung von dick nach dünn ermöglicht zudem eine höhere Wärmeabfuhr mit dem Span. Dies trägt zur Reduzierung der thermischen Belastung an der Schneidkante bei.
Für Betriebe, die Aluminium, Messing, Kunststoffe und andere Nichteisenmetalle bearbeiten, kann das Gleichlauffräsen dazu beitragen, die Werkzeugwechselhäufigkeit zu reduzieren und die Produktionseffizienz zu verbessern.
Niedrigere Schnittwärme
Hitze ist eine der Hauptursachen für Werkzeugverschleiß, schlechte Oberflächengüte und Maßabweichungen. Gleichlauffräsen trägt zur Reduzierung der Hitze bei, da die Schneide effizient in das Material eingreift und die Späne die Wärme aus der Schnittzone abführen.
Dies ist besonders hilfreich bei der Bearbeitung wärmeempfindlicher Materialien wie Kunststoffe oder Weichmetalle. Übermäßige Hitze kann dazu führen, dass Kunststoffteile schmelzen, Aluminiumspäne am Fräser haften bleiben oder dünne Teile sich verformen.
Mit geeigneter Kühlung, Schmierung oder Druckluftzufuhr kann beim Gleichlauffräsen die Schnittzone sauberer und kühler gehalten werden.
Bessere Spanabfuhr
Beim Gleichlauffräsen werden die Späne üblicherweise hinter den Fräser geleitet. Dies verhindert, dass die Späne von der Schneide erneut zerkleinert werden.
Das Wiederaufschneiden von Spänen kann die bearbeitete Oberfläche zerkratzen, das Werkzeug beschädigen und die Schnittwärme erhöhen. Durch die verbesserte Spanabfuhr trägt das Gleichlauffräsen zu einer besseren Oberflächenqualität und einem stabileren Bearbeitungsergebnis bei.
Dies ist besonders nützlich beim Nutenfräsen, Taschenfräsen, Konturfräsen und bei der Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitung, wo die Spankontrolle von entscheidender Bedeutung ist.
Reduzierte Kaltverfestigung
Gleichlauffräsen kann die Kaltverfestigung bestimmter Werkstoffe reduzieren, da die Schneide sofort mit dem Schneiden beginnt, anstatt an der Oberfläche zu reiben. Dies ist wichtig bei der Bearbeitung von Werkstoffen wie Edelstahl, Nickellegierungen oder anderen Metallen, die sich unter Einwirkung von Reibung und Hitze verfestigen können.
Bei Kaltverfestigung wird der nächste Bearbeitungsgang schwieriger, der Werkzeugverschleiß steigt und die Oberflächenqualität kann sich verschlechtern. Eine kontrollierte Gleichlauffrässtrategie kann dieses Risiko unter geeigneten Bedingungen verringern.
Besser geeignet für den Abschluss von Pässen
Gleichlauffräsen wird häufig für Schlichtbearbeitungen eingesetzt, da es glattere Oberflächen und gleichmäßigere Abmessungen ermöglicht. Ein leichter Gleichlauffräs-Schlichtdurchgang kann kleine Werkzeugspuren vom Schruppen entfernen und das Erscheinungsbild des Werkstücks verbessern.
Bei CNC-Präzisionsbauteilen wird häufig das Gleichlauffräsen im abschließenden Kontur- oder Profilierungsvorgang eingesetzt, um eine bessere Genauigkeit und Oberflächenqualität zu erzielen.
Nachteile und Grenzen des Gleichlauffräsens
Obwohl das Gleichlauffräsen viele Vorteile bietet, birgt es auch Risiken. Es ist nicht immer die sicherste oder beste Wahl, insbesondere bei älteren Maschinen oder instabilen Aufspannungen.
Rückschlagrisiko
Das Spiel im Werkzeug ist beim Gleichlauffräsen einer der wichtigsten Faktoren. Da der Fräser das Werkstück oder den Maschinentisch in den Schnittraum zieht, kann jedes Spiel im Vorschubsystem der Maschine zu plötzlichen Bewegungen führen.
Bei älteren manuellen Fräsmaschinen kann dies gefährlich sein. Der Fräser kann das Werkstück erfassen, den Tisch nach vorne ziehen und einen unkontrollierten Schnitt verursachen. Dies kann das Werkzeug beschädigen, das Werkstück ruinieren oder sogar Sicherheitsrisiken bergen.
Moderne CNC-Maschinen verfügen in der Regel über einen Spielausgleich und starre Antriebssysteme, was das Gleichlauffräsen wesentlich sicherer und berechenbarer macht.
Werkzeuggreifen
Da der Fräser bei maximaler Spandicke in das Material eindringt, kann sich Gleichlauffräsen aggressiver anfühlen als Gegenlauffräsen. Ist die Schnitttiefe zu groß, das Werkzeug stumpf oder die Vorrichtung zu schwach, kann der Fräser im Werkstück klemmen.
Werkzeugklemmen können zu Rattern, schlechter Oberflächengüte, Werkzeugbruch oder Maßabweichungen führen. Um dies zu vermeiden, sollten Zerspanungsmechaniker die richtigen Vorschübe und Drehzahlen, scharfe Werkzeuge und eine stabile Werkstückspannung verwenden.
Höhere Anforderungen an die Maschinensteifigkeit
Gleichlauffräsen erfordert eine steife Maschine, eine stabile Spindel, eine sichere Spannvorrichtung und einen kontrollierten Werkzeugweg. Ist die Maschinenkonstruktion schwach oder das Werkstück nicht fest eingespannt, kann die Schnittkraft Bewegungen oder Vibrationen verursachen.
Dies ist besonders wichtig bei dünnwandigen Bauteilen, langen Werkstücken, Werkzeugen mit kleinem Durchmesser und tiefen Schnitten. In diesen Fällen können selbst geringe Abweichungen die Endmaße beeinflussen.
Nicht ideal für raue oder verkalkte Oberflächen
Gleichlauffräsen ist nicht immer die beste Wahl für Werkstoffe mit rauen oder harten Außenschichten. Beispiele hierfür sind warmgewalzter Stahl, Gussteile, Schmiedeteile, oxidierte Oberflächen und Werkstoffe mit Zunder.
Da der Fräser mit maximaler Spandicke eintritt, kann er aggressiv auf die harte Oberflächenschicht treffen. Dies kann zu Ausbrüchen an der Schneide oder zu einer verkürzten Werkzeugstandzeit führen. In solchen Fällen ist das konventionelle Fräsen für den ersten Schruppdurchgang möglicherweise sicherer, während das Gleichlauffräsen später zum Schlichten eingesetzt werden kann.
Mögliche Vibrationen oder Rattern
Ist die Aufspannung nicht stabil, kann das Gleichlauffräsen zu Rattern führen. Rattern kann sichtbare Spuren am Werkstück hinterlassen, die Werkzeugstandzeit verkürzen und die Bearbeitungsgenauigkeit verringern.
Häufige Ursachen sind eine mangelhafte Spannvorrichtung, zu großer radialer Eingriff, zu großer Werkzeugüberstand, schlechter Werkzeugzustand oder falsche Schnittparameter. Eine Reduzierung der Schnitttiefe, eine verbesserte Werkstückspannung und die Verwendung eines schärferen Werkzeugs können das Problem beheben.
Wann sollte man Gleichlauffräsen anwenden?
Gleichlauffräsen ist eine gute Wahl, wenn die Bearbeitungsbedingungen stabil sind und das Ziel darin besteht, eine saubere Oberfläche, effizientes Zerspanen und eine längere Werkzeugstandzeit zu erreichen.
Sie sollten den Einsatz des Gleichlauffräsens in Betracht ziehen, wenn:
- Sie verwenden eine moderne CNC-Maschine.
- Die Maschine hat minimales Spiel.
- Das Werkstück ist sicher befestigt.
- Die Konstruktion ist starr und stabil.
- Sie benötigen eine glatte Oberflächenbeschaffenheit.
- Du führst einen Finishing Pass aus.
- Sie bearbeiten Aluminium, Messing, Kupfer oder Kunststoffe.
- Sie wünschen sich eine bessere Chipabfuhr.
- Sie möchten den Werkzeugverschleiß reduzieren.
- Sie bearbeiten CNC-Präzisionsteile.
Für viele CNC-Werkstätten ist das Gleichlauffräsen die Standardwahl für Schlichtbearbeitungen und die Bearbeitung von Nichteisenmetallen.
Wann sollte man das Gleichlauffräsen vermeiden?
Gleichlauffräsen sollte mit Vorsicht angewendet oder vermieden werden, wenn die Maschine, das Material oder die Aufspannung die Schnittkräfte nicht ordnungsgemäß bewältigen können.
Gleichlauffräsen sollte vermieden oder eingeschränkt werden, wenn:
- Es handelt sich um eine ältere manuelle Fräsmaschine mit spürbarem Spiel.
- Die Werkstückspannung ist locker oder instabil.
- Das Material weist eine harte Schuppenschicht oder eine raue Gusshaut auf.
- Der Schnitt ist heftig und unterbrochen.
- Das Bauteil ist dünn, flexibel oder schlecht abgestützt.
- Das Werkzeug neigt dazu, sich in das Werkstück hineinzuziehen.
- Der Maschine fehlt es an Stabilität.
- Die Anordnung erzeugt ein Rattern oder Vibrationen.
Unter diesen Bedingungen kann das konventionelle Fräsen sicherer sein, insbesondere zum Schruppen oder zum Entfernen harter Außenschichten.
Gleichlauffräsanwendungen
Gleichlauffräsen wird in vielen Bereichen der CNC-Bearbeitung eingesetzt, da es die Oberflächenqualität, die Genauigkeit und die Werkzeugleistung verbessern kann.
CNC Aluminiumbearbeitung
Aluminium ist eines der am häufigsten verwendeten Werkstoffe für das Gleichlauffräsen. Bei Verwendung des richtigen Werkzeugs und Kühlmittels trägt das Verfahren zu einer sauberen Oberflächengüte bei, verbessert den Spanabtransport und reduziert die Aufbauschneidenbildung.
Präzisions-CNC-Teile
Gleichlauffräsen wird häufig für Präzisionsbauteile eingesetzt, die enge Toleranzen und glatte Oberflächen erfordern. Dazu gehören Halterungen, Gehäuse, Verbinder, Montageplatten und kundenspezifische mechanische Teile.
Formen- und Matrizenbearbeitung
Bei der Werkzeug- und Formenherstellung ist die Oberflächenqualität entscheidend. Gleichlauffräsen eignet sich gut zum Fertigen von Kavitäten, Konturen, Profilen und 3D-Oberflächen, bei denen eine glatte Oberfläche erforderlich ist.
Luft- und Raumfahrtkomponenten
Bauteile für die Luft- und Raumfahrt erfordern häufig hohe Genauigkeit, zuverlässige Oberflächenqualität und gleichmäßigen Materialabtrag. Gleichlauffräsen wird häufig bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium-Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie anderen Präzisionsteilen eingesetzt.
Autoteile
Automobilbauteile wie Aluminiumgehäuse, Halterungen, Motorteile und Strukturbauteile können vom Gleichlauffräsen profitieren, wenn Oberflächenqualität und Wiederholgenauigkeit wichtig sind.
Kunststoff- und Nichteisenmetallteile
Gleichlauffräsen eignet sich auch für Kunststoffe, Messing, Kupfer und andere Nichteisenmetalle. Eine genaue Wärmeregulierung ist jedoch wichtig, insbesondere bei der Bearbeitung von Kunststoffen, die weich werden oder schmelzen können.
Gleichlauffräsen für verschiedene Werkstoffe
Unterschiedliche Werkstoffe reagieren unterschiedlich auf das Gleichlauffräsen. Die folgende Tabelle dient als allgemeine Orientierungshilfe.
Material | Ist Gleichlauffräsen geeignet? | Notizen |
Aluminium | Ja | Hervorragend geeignet für Oberflächenbearbeitung und Späneabfuhr |
Messing | Ja | Erzeugt saubere Schnitte und eine gute Schnittqualität |
Kupfer | Ja | Funktioniert gut mit scharfen Werkzeugen und korrekter Vorschubgeschwindigkeit. |
Kunststoffe | Ja | Gute Verarbeitung, aber die Hitze muss reguliert werden |
Edelstahl | Hängt ab | Gut geeignet für die Endbearbeitung, aber die Konstruktion muss stabil sein. |
Titan | Hängt ab | Erfordert eine stabile Maschine und korrekte Parameter. |
Gusseisen Kochgeschirr | Manchmal | Nicht ideal für raue Gusshaut |
Warmgewalzten Stahl | Vorsicht verwenden | Zuerst den Zunder entfernen oder eine konservative Schruppung anwenden. |
Diese Tabelle sollte als Ausgangspunkt dienen. Die endgültige Entscheidung hängt auch von der Werkzeuggeometrie, dem Maschinenzustand, den Schnittparametern und der Teilekonstruktion ab.
Gleichlauffräsen vs. konventionelles Fräsen
Obwohl sich dieser Artikel auf das Gleichlauffräsen konzentriert, ist es hilfreich, den grundlegenden Unterschied zwischen Gleichlauffräsen und konventionellem Fräsen zu verstehen.
Faktor | Gleichlauffräsen | Konventionelles Mahlen |
Vorschubrichtung | Gleiches gilt für die Drehung des Schneidwerkzeugs. | Entgegengesetzt zur Drehung des Schneidwerkzeugs |
Spanbildung | Dick bis dünn | Von dünn bis dick |
Oberflächenfinish | Normalerweise besser | Normalerweise rauer |
Werkzeuglebensdauer | Normalerweise länger | Normalerweise kürzer |
Rückschlagrisiko | Höher | Senken |
Beste Nutzung | CNC-Bearbeitung und stabile Aufspannungen | Manuelles Fräsen oder raue Oberflächen |
Im Allgemeinen wird für die moderne CNC-Bearbeitung und Schlichtbearbeitung das Gleichlauffräsen bevorzugt, während das konventionelle Fräsen bei älteren Maschinen oder rauen Materialoberflächen sicherer sein kann.
Ist Gleichlauffräsen besser zum Schlichten oder zum Schruppen?
Gleichlauffräsen eignet sich im Allgemeinen besser für die Schlichtbearbeitung, da es glattere Oberflächen erzeugt, Reibung reduziert und den Spanabtransport verbessert. Ein letzter Gleichlauffräsgang kann die Oberflächenqualität verbessern und zu einer präziseren Maßhaltigkeit beitragen.
Für die Schruppbearbeitung kann Gleichlauffräsen auch auf starren CNC-Maschinen effektiv sein. Bei der Bearbeitung rauer, zunderiger oder instabiler Materialoberflächen ist jedoch das konventionelle Fräsen für den ersten Durchgang möglicherweise sicherer. Eine gängige Vorgehensweise ist, zunächst ein konservatives Schruppverfahren anzuwenden und anschließend für den Schlichtgang Gleichlauffräsen zu verwenden.
Fazit
Gleichlauffräsen ist eine effektive CNC-Bearbeitungsstrategie, die die Oberflächengüte verbessert, die Werkzeugstandzeit verlängert, die Wärmeentwicklung reduziert und eine bessere Spanabfuhr ermöglicht. Sie eignet sich besonders für Schlichtbearbeitungen, die Aluminiumbearbeitung und die Fertigung von Präzisions-CNC-Teilen.
Bei der modernen CNC-Bearbeitung ist das Gleichlauffräsen oft die bevorzugte Methode, wenn Oberflächenqualität, Genauigkeit und Effizienz wichtig sind.
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