Umfangsfräsen und Stirnfräsen

Das Umfangs- und Stirnfräsen sind zwei der spanenden Bearbeitungsverfahren, die sich auf einer Fräsmaschine durchführen lassen. Die Art der Fräsbearbeitung wird durch die Bewegung des Schneidwerkzeugs dieser Maschine bestimmt, des Fräsers.

Was ist Fräsen?

Fräsen bedeutet, mit einem rotierenden Werkzeug, dem Fräser, Material zu schneiden bzw. abzutragen. Der Fräser verfügt über mehrere Schneiden, sogenannte Zähne oder Wendeschneidplatten, die Vorschubbewegungen entlang einer beliebigen Achse der Werkzeugmaschine ausführen. Fräsoperationen werden auf der Fräsmaschine durchgeführt, die durch Spanabnahme arbeitet.

Die Fräsmaschine kann verschiedene Werkstoffe bearbeiten, etwa Metalle, Stahl, Gusseisen, NE-Metalle, Holz und Kunststoffe; sie kann außerdem Werkstücke mit ebenen oder gekrümmten Flächen, Verzahnungen usw. bearbeiten. Die Werkstücke können dabei geschruppt oder geschlichtet werden.

Bei einer klassischen Universalfräsmaschine bewegt sich das rotierende Schneidwerkzeug über den Tisch, bis es die Werkstückoberfläche erreicht. So lassen sich sehr vielfältige und komplexe Formen herstellen.

Fräsmaschinenarten

Nicht alle Fräsmaschinen eignen sich für das Umfangs- und Stirnfräsen. Die Art der Bearbeitung hängt von der eingesetzten Fräsmaschine ab. Heute gibt es zahlreiche Fräsmaschinenarten, die sich nach der Ausrichtung des Werkzeugs und der Anzahl der Maschinenachsen einteilen lassen. Daneben gibt es Sonderfräsmaschinen.

Nach der Ausrichtung des Werkzeugs unterscheidet man:

• Horizontal. Dieser Maschinentyp arbeitet mit Walzenfräsern, die auf einem horizontalen Fräsdorn sitzen, der vom Spindelkopf angetrieben wird. Die Maschine verfügt über einen verschiebbaren Gegenhalterarm, den sogenannten Stößel.
• Vertikal. Die Spindelachse steht senkrecht und rechtwinklig zum Arbeitstisch. Die Fräser dieser Maschine werden in der Spindel aufgenommen und drehen sich um die eigene Achse. Vertikalfräsmaschinen gibt es als Bettfräsmaschinen oder als Turm- bzw. Konsolfräsmaschinen.
• Universal. Sie verfügt über einen verschiebbaren Arm, den sogenannten Stößel, der sich auf Führungen vor- und zurückbewegt.

Sonderfräsmaschinen:

• Rundfräsmaschinen
• Kopierfräsmaschinen
• Portalfräsmaschinen
• Fräsmaschinen mit verfahrbarer Brücke
• Holzfräsmaschinen

Nach der Anzahl der Achsen:

• Drei Achsen. Diese Fräsmaschinen steuern die Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug in einem kartesischen Koordinatensystem X, Y und Z.
• Vier Achsen. Zusätzlich zu den Achsen X, Y und Z verfügen sie über eine A-Achse, die die Drehung des Werkstücks um eine Achse steuert. Sie ermöglichen das Rundfräsen.
• Fünf Achsen. Zusätzlich zur Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug in den Achsen X, Y und Z werden die Drehung des Werkstücks um zwei Achsen (senkrecht und parallel), die Drehung des Werkstücks um eine horizontale Achse sowie die Neigung des Werkzeugs gesteuert. Diese fünfte Achse ist die B-Achse.

Was ist Umfangs- und Stirnfräsen?

Nicht jede Fräsmaschine beherrscht das Umfangs- und Stirnfräsen. Wissen Sie, was diese Fräsverfahren ausmacht?

Umfangsfräsen (Walzfräsen)

Bei diesem Verfahren verläuft die Drehachse des Fräsers parallel zur bearbeiteten Werkstückoberfläche. Der eingesetzte Fräser hat entlang seines Umfangs eine Reihe von Zähnen, die als Schneiden des Werkzeugs dienen. Beim Walzfräsen können die Fräser gerade oder wendelförmige Nuten haben; dadurch ist der Schnitt orthogonal oder schräg.

Das Walzfräsen wird auch als Umfangs- oder Tangentialfräsen bezeichnet. Tangentialfräsen heißt es, weil die am Umfang des Schneidwerkzeugs angeordneten Zähne die Bearbeitung ausführen. Ist die Achse nicht korrekt ausgerichtet, entstehen Welligkeiten auf der Werkstückoberfläche.

Das Umfangsfräsen wird seinerseits in zwei Arten unterteilt:

• Gegenlauffräsen (Gegenlauf). Hierbei wird das Werkstück entgegen der Drehrichtung des Fräsers vorgeschoben. Mit fortschreitendem Vorschub werden die abgetragenen Späne größer, und das Werkstück wird durch die Wirkung des Fräsers angehoben, was Schwingungen verursacht. Da große Materialmengen abgetragen werden, verschleißt das Schneidwerkzeug schnell, die Leistungsaufnahme ist höher und die Oberfläche weist Welligkeiten auf.
• Gleichlauffräsen. Fräser und Werkstück bewegen sich in derselben Richtung. Die Schneiden des Fräsers treten bei maximaler Spandicke ein, und es entstehen keine Schwingungen. Der Vorschub des Werkzeugs ist höher, die Leistungsaufnahme dennoch geringer. Die Oberflächengüte ist besser.

Beim Umfangsfräsen haben die abgetragenen Späne Kommaform, weshalb sich der Einsatz von Fräsern mit Drallnuten empfiehlt.

Stirnfräsen

Beim Stirnfräsen wird der Fräser in der Spindel der Maschine oder in einer Werkzeugaufnahme gespannt. Das Schneidwerkzeug hat eine Drehachse, die senkrecht zum Werkstück steht. Stirnfräser besitzen Schneiden, die an der Stirnseite des Werkzeugs und an seinem Umfang verteilt sind.

Die Umfangsschneiden tragen Späne gleichmäßiger Dicke ab, und die Belastung ist gleichmäßig. Dadurch werden Leistungsfähigkeit und Leistung der Fräsmaschine besser genutzt. Die Zähne an der Stirnseite des Werkzeugs sorgen für eine deutlich bessere Bearbeitungsqualität. Das Stirnfräsen kann auf Universalfräsmaschinen durchgeführt werden.