Umfangsfräsen und Stirnfräsen

Das Umfangs- und Stirnfräsen sind zwei Arten der spanenden Bearbeitung, die auf einer Fräsmaschine durchgeführt werden können. Die Art der Bearbeitung beim Fräsen wird durch die Bewegung des Schneidwerkzeugs dieser Maschine, des Fräsers, bestimmt.

Was ist Fräsen?

Fräsen bedeutet, Material abzutragen, und zwar von einem Werkstück mit einem rotierenden Werkzeug, dem Fräser. Der Fräser besitzt mehrere Schneiden, sogenannte Zähne oder Wendeschneidplatten, die Vorschubbewegungen entlang jeder der Achsen der Werkzeugmaschine ausführen. Die Fräsoperationen werden auf der Fräsmaschine ausgeführt, die spanend arbeitet – es entstehen Späne.

Die Fräsmaschine kann unterschiedliche Werkstoffe bearbeiten, etwa Metalle, Stahl, Gusseisen, Nichteisenmetalle, Holz und Kunststoffe; außerdem lassen sich Werkstücke mit ebenen oder gekrümmten Flächen, Verzahnungen usw. bearbeiten. Die Werkstücke können zudem geschruppt oder geschlichtet werden.

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

Arten von Fräsmaschinen

Nicht jede Fräsmaschine kann Umfangs- und Stirnfräsen ausführen. Die Bearbeitungsart hängt von der eingesetzten Fräsmaschine ab. Heute gibt es viele Arten von Fräsmaschinen, die sich nach der Werkzeugausrichtung und der Anzahl der Maschinenachsen einteilen lassen. Daneben gibt es Sonderfräsmaschinen.

Nach der Werkzeugausrichtung unterscheidet man:

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

Sonderfräsmaschinen:

• Rundfräsmaschinen
• Kopierfräsmaschinen
• Portalfräsmaschinen
• Fräsmaschinen mit fahrbarer Brücke
• Für Holz

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 bewegt sich die Maschine um eine A-Achse. Diese steuert die Drehung des Werkstücks um eine Achse. Damit wird zylindrisch gefräst.
• Fünf Achsen. Neben der Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug in den Achsen X, Y und Z wird die Drehung des Werkstücks um zwei Achsen (senkrecht und parallel) gesteuert, aber auch die Drehung des Werkstücks um eine horizontale Achse und die Neigung des Werkzeugs. Diese fünfte Achse ist die B-Achse.

Was ist Umfangs- und Stirnfräsen?

Nicht jede Fräsmaschine ist in der Lage, Umfangs- und Stirnfräsen auszuführen. Wissen Sie, worin sich diese Fräsverfahren unterscheiden?

Umfangsfräsen

Bei diesem Verfahren liegt die Drehachse des Fräsers parallel zur Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks. Der eingesetzte Fräser hat eine Reihe von Zähnen entlang seines Umfangs. Diese Zähne bilden die Schneiden des Werkzeugs. Beim Umfangsfräsen können die Fräser gerade oder schraubenförmige Nuten haben; dadurch ist der Schnitt orthogonal oder schräg.

Das Umfangsfräsen wird auch als peripheres oder tangentiales Fräsen bezeichnet. Tangential heißt es, weil die Zähne am Umfang des Schneidwerkzeugs die Zerspanung übernehmen. Ist die Achse nicht korrekt ausgerichtet, entstehen Welligkeiten auf der Werkstückoberfläche.

Das Umfangsfräsen wird wiederum in zwei Arten unterteilt:

• Gegenlauffräsen (Gegenlauf). Hier wird das Werkstück entgegen der Drehrichtung des Fräsers vorgeschoben. Mit fortschreitendem Vorschub werden die abgetragenen Späne größer, und das Werkstück wird durch den Fräser angehoben; dadurch entstehen Vibrationen. Da große Materialmengen abgetragen werden, verschleißt das Schneidwerkzeug schnell, die Leistungsaufnahme ist höher und die Oberfläche zeigt Welligkeiten.
• Gleichlauffräsen. Fräser und Werkstück bewegen sich an der Eingriffsstelle in die gleiche Richtung. Die Schneiden des Fräsers setzen bei der maximalen Spandicke an, und es entstehen keine Vibrationen. Der Vorschub des Werkzeugs ist größer, die Leistungsaufnahme dagegen geringer. Die Oberflächengüte ist besser.

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

Stirnfräsen

Beim Stirnfräsen wird der Fräser direkt in der Spindel der Maschine oder in einem Werkzeughalter aufgenommen. Das Schneidwerkzeug hat eine Drehachse, die senkrecht zum Werkstück steht. Stirnfräser haben Schneiden, die sowohl an der Stirnseite als auch am Umfang des Werkzeugs angeordnet sind.

Die Umfangsschneiden tragen Späne gleichmäßiger Dicke ab, und es ergibt sich eine gleichmäßige Belastung. So werden Leistung und Antriebskraft der Fräsmaschine besser genutzt. Die Schneiden an der Stirnseite des Werkzeugs sorgen für eine deutlich bessere Bearbeitungsqualität. Stirnfräsen lässt sich auf Universalfräsmaschinen ausführen.