Schaftfräser
Fräswerkzeug für Innenvierkant, Langlöcher und Nuten
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Ein Schaftfräser ist ein Fräswerkzeug, das im Gegensatz zu Aufsteckfräsern entlang des Schaftes in eine Fräsmaschine eingespannt wird. Es gibt verschiedene Ausführungen der Fräserenden, z. B. kugelförmig, konisch oder gerade. Am häufigsten werden sie in Fräsmaschinen eingesetzt, bei denen ein Werkstück gegen den Schaftfräser bewegt wird, um Material zu entfernen und eine gewünschte Form oder Größe zu erzeugen.
Sie unterscheiden sich daher von Bohrern in der Anwendung, aber auch Herstellung und Geometrie, da Bohrer nur in axialer Richtung schneiden können, Schaftfräser aber auch radial und tangential. Schaftfräser werden in Fräsanwendungen wie Profilfräsen, Kopierfräsen, Planfräsen und Tauchfräsen eingesetzt.
Aufbau
Schaftfräser haben einen integrierten Schaft, der in der Fräseraufnahme der Maschine eingespannt wird. Die Durchmesser sind etwa fünf bis zehnmal kleiner als die Schneidlänge. Sie existieren in vielen verschiedenen Bauformen und eigen sich für die Fertigung von Schlitzen, Nuten, Taschen, Aussparungen, Gesenken und Hohlformen. Die Stirnseite ist typischerweise derart gestaltet, dass eine oder mehrere Schneiden „über Mitte“ schneiden, weshalb sie auch bedingt zum Bohren geeignet sind. Dies ist nötig zur Herstellung von Langlöchern, geschlossenen Nuten und Taschen. Schaftfräser sind dazu gedacht, tiefe Formen zu erzeugen, und arbeiten mit großer axialer Schnitttiefe, weshalb die Vorschubkraft sehr groß werden kann. Diese führt zu einer seitlichen, elastischen Verbiegung des Fräsers, was die erreichbaren Toleranzen einschränkt. Beim Fräsen im Vollen erfolgt die Biegung entgegen der Vorschubrichtung, also in einer Richtung, die die Fräsgenauigkeit nicht beeinflusst, sodass die erreichbaren Genauigkeiten hoch sind. Beim Umfangs- und Eckfräsen, wo der Fräser nur teilweise in das Material eingreift, können jedoch Kräfte sehr groß werden, die den Fräser aus seiner Bahn ablenken, was je nach Elastizität des Fräsers zu ungenauen Ergebnissen führen kann. In solchen Fällen müssen die erzeugten Flächen nochmals mit einem Schlichtschritt oder mit geringeren Vorschüben überfräst werden.[1] Die erhältlichen Durchmesser reichen von 1 bis 30 mm; Wendeplattenwerkzeuge sind ab 15 mm erhältlich. Es gibt die Ausführungen „kurz“, „lang“ und „extra lang“. Vollhartmetall-Kleinstfräser gibt es bereits ab Durchmessern von 0,05 mm, für das sogenannte Mikrospanen oder Mikrofräsen.[2] Sowohl Schlicht- als auch Schruppfräser können innenliegende Bohrungen für die Zufuhr von Kühlschmierstoffen enthalten, häufig auch zum Einsatz einer Minimalmengenkühlschmierung.[3]
Schruppfräser
Beim Schruppen soll möglichst viel Material pro Zeit entfernt werden, das Zeitspanvolumen soll also möglichst hoch sein. Daher werden große Schnitttiefen in axialer und radialer Richtung genutzt. In axialer Richtung liegen sie etwa bei 0,7 × D bis 1,5 × D und in radialer Richtung bei bis zu 0,4 × D. Der Spiralwinkel liegt zwischen 20° und 50°. Bei weichen Werkstoffen entstehen dabei Späne, deren Länge die axiale Schnitttiefe übersteigt. Daher sind auf dem Umfang Spanteilernuten angebracht, die die Späne in kleinere Teile brechen und so die Spanabfuhr verbessern. Nebeneffekte sind die geringere Schneidenbelastung und der bessere Zugang von Kühlschmiermittel zu den Schneiden. Bei der Form der Spanteilernuten wird unterschieden zwischen rundem Profil für die schwere Schruppbearbeitung von sehr zähem Material und flachen Profil für mittlere Belastungen und härtere Werkstoffe. Im Bereich der Schneidenecke, dem Übergang von den Stirn- zu den Umfangsschneiden, liegen hohe Belastungen vor. Die Ecken sind daher oft abgerundet oder angefast.[1]
Schlichtfräser
Schlichtfräser bestehen üblicherweise aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall. Nur in seltenen Ausnahmen kommen Cermets und Keramik zum Einsatz. Cermets werden für das Schlichten von Stahl bis zu einer Härte von 50 HRC genutzt, Keramiken für Gusswerkstoffe. Siliziumnitrid-Keramik wird für Nickelbasis-Legierungen eingesetzt bei Schnittgeschwindigkeiten von 500 m/min aufwärts.
Die Schlichtfräser sind in zahlreichen Geometrien erhältlich: mit zylindrischem oder konischem Schneidteil, mit ebener oder gerundeter Stirnschneide, verschiedene Drallwinkel, Schneidenzahlen, Schneidteilgeometrien und Schneidkantenverrundungen. Somit ist für jede praktisch relevante Schlichtaufgabe ein passender Fräser vorhanden.[4]
Schneidstoffe
Die meisten Schaftfräser bestehen aus Vollmaterial oder aus Schnellarbeitsstahl (beschichtet oder unbeschichtet), manche auch aus Hartmetall oder Cermets. Bei Fräsern in Wendeplattenbauweise kommen auch Keramiken zum Einsatz.[2] Da sich die Schnittlinien bei mehrreihigen Werkzeugen am Umfang überschneiden, sind mit Wendeplattenfräsern nur geringere Oberflächenqualitäten möglich. Mit Einreihigen sind auch hohe Qualitäten möglich.[5]
Schäfte
Es gibt glatte zylindrische Schäfte und zylindrische Schäfte mit einem Gewinde am Ende. Außerdem gibt es noch den Weldon-Schaft (ein zylindrischer Schaft mit einer flachen Vertiefung für bessere Übertragung des Drehmomentes) und den Whistle-Notch-Schaft, der ebenfalls seitlich spannt. Zylindrische Schäfte werden im Spannzangenfutter oder im Schrumpffutter gespannt. Beim Spannen wird keine Seitenkraft übertragen. Außerdem gibt es Sonderfutter für innere Kühlschmierstoffversorgung.[5]