Glattfräsen: Verfahren, Typen, Schneidwerkzeug und Vergleich

Wenn es darum geht, schnell und präzise ebene Flächen zu fertigen, setzen Maschinenbauer häufig auf das Planfräsen. Bei diesem Verfahren wird ein Fräser verwendet, dessen Achse parallel zur Werkstückoberfläche verläuft, sodass die gesamte Schneide des Werkzeugs die meiste Arbeit verrichtet. Hersteller schätzen das Planfräsen wegen seiner Geschwindigkeit, Konsistenz und einfachen Einrichtung.

In diesem Artikel stellen wir das Glattfräsen vor, sehen uns die verschiedenen Fräserarten an, erklären, wie der Vorgang eingerichtet und ausgeführt wird, vergleichen ihn mit anderen Fräsmethoden und geben Tipps zum Erzielen optimaler Ergebnisse.

Was ist Glattfräsen?

Beim Planfräsen, auch Plattenfräsen oder Flächenfräsen genannt, wird das Werkstück auf einem Tisch gehalten und ein rotierendes Werkzeug über die Oberfläche geführt. Die vielen Zähne des Fräsers entfernen bei jedem Durchgang dünne Materialschichten. Unter den richtigen Bedingungen entsteht eine glatte, ebene Oberfläche, die parallel zur Fräserachse verläuft.

Die Grundidee des Planfräsens besteht darin, dass sich der Fräser dreht und sich entweder der Fräser oder das Werkstück auf einer geraden Bahn bewegt. Dies steht im Gegensatz zu Verfahren, bei denen der Fräser einer gekrümmten Bahn folgt oder in einem Winkel arbeitet. Planfräsen ist ideal, wenn Sie eine große Fläche, einen Sockel oder eine Schulter plan und gerade hobeln müssen.

Eine kurze Geschichte des Flachmahlens

Die Ursprünge des Flachfräsens reichen bis ins späte 18. Jahrhundert zurück, als Handwerker nach schnelleren Methoden suchten, ebene Flächen von Hand zu bearbeiten. Frühe Fräsmaschinen verfügten über einfache Fräser und manuelle Vorschübe. Die Einführung horizontaler Fräsmaschinen Mitte des 1800. Jahrhunderts markierte einen Wendepunkt. Diese Maschinen hielten den Fräser parallel zum Tisch, was tiefere Schnitte und eine höhere Produktivität ermöglichte.

Die Einführung der CNC-Steuerung im 20. Jahrhundert revolutionierte das Planfräsen durch die Automatisierung von Fräsbahnen, Vorschubgeschwindigkeiten und Spindeldrehzahlen. Auch heute noch setzen Werkstätten auf dieses bewährte Verfahren zur Bearbeitung der Grundfläche, was den anhaltenden Wert des Planfräsens unterstreicht.

Wichtige Schnittparameter beim Planfräsen

Jeder einfache Fräsvorgang erfordert fein abgestimmte Einstellungen:

1. Spindeldrehzahl (N, U/min)
2. Tischvorschub (Vf, mm/min)
3. Vorschub pro Zahn (fz, mm/Zahn)
4. Schnitttiefe (ap, mm)
5. Schnittbreite (ae, mm)
6. Spiralwinkel (β, Grad)
7. Anzahl der Zähne (Z)
8. Fräserdurchmesser (Dc, mm)
9. Maschinenleistung (kW)
10. Kühlmitteldurchflussrate (L/min)

Die Bediener berechnen den Tischvorschub als Vf = fz × Z × N und passen andere Werte an, um Oberflächengüte, Zykluszeit und Werkzeuglebensdauer auszugleichen.

Toleranzen und Werkzeugverschleiß

Eine gut gewartete Fräseinrichtung kann Toleranzen von ±0.05 mm einhalten. Die CNC-Steuerung kann diesen Wert bei einfachen flachen Flächen auf ±0.01 mm erhöhen.

Werkzeugverschleiß beeinträchtigt die Genauigkeit durch erhöhte Schnittkräfte und Rattern. Zu den häufigsten Verschleißmustern zählen Freiflächenverschleiß über 0.3 mm, Kantenausbrüche und Aufbauschneidenbildung. Fräser werden häufig alle 500 mm³ Abtragsvolumen oder bei nachlassender Oberflächengüte ausgetauscht.

Erwartete Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheit

Beim Planfräsen liegen die Toleranzen typischerweise zwischen ±0.05 mm und ±0.1 mm. Moderne CNC-Fräsen mit stabiler Vorrichtung können diesen Bereich für einfache Planbearbeitungen auf etwa ±0.01 mm verkleinern. Die Oberflächenrauheit liegt beim Schruppen oft zwischen Ra 3–6 µm und kann mit feinverzahnten Fräsern und kontrolliertem Vorschub auf Ra 1.6 µm oder besser verbessert werden. Die Oberflächenqualität hängt von der Fräserschärfe, der Vorschubstabilität und der Maschinensteifigkeit ab.

Arten von Walzenfräsern

Es gibt zwei Hauptgruppen von Walzenfräsern: Hochleistungs- und Leichtfräser. Beide Typen haben eine zylindrische Grundform mit Schneidzähnen an der Kante, unterscheiden sich jedoch in der Anzahl der Zähne, dem Winkel und den besten Anwendungsfällen.

Leichte Walzenfräser

Leichte Fräser haben mehr Zähne und einen kleineren Schnittwinkel, oft unter 25°. Der engere Zahnabstand sorgt für einen glatteren Schnitt und ermöglicht dichte Oberflächen. Diese Fräser eignen sich hervorragend, wenn Sie präzise Kontrolle über geringe Schnitttiefen benötigen, z. B. beim Bearbeiten der Oberseite einer Form oder beim Zusammenfügen von Teilen, die reibungslos ineinander gleiten müssen.

Bei kleineren Fräszentren empfiehlt sich ein leichter Fräser, um eine Überlastung der Spindel zu vermeiden und Vibrationen zu reduzieren. Das Ergebnis ist eine feine, gleichmäßige Oberfläche, die oft kaum oder gar keine Nachbearbeitung erfordert.

Hochleistungs-Walzenfräser

Ein Hochleistungsfräser hat in der Regel weniger Zähne und einen steileren Zahnwinkel, oft zwischen 25° und 45°. Die größeren Zahnlücken ermöglichen einen leichteren Abtransport der Späne. Daher sind Hochleistungsfräser eine gute Wahl, wenn Sie große Materialmengen schnell abtragen müssen. Der steilere Zahnwinkel reduziert zudem Vibrationen beim Schneiden von dickem Metall oder anderen harten Materialien.

Ein Mühlenbetreiber würde einen Hochleistungsfräser für Arbeiten wie das Nivellieren einer dicken Stahlplatte oder das Abflachen eines großen Gusseisenblocks wählen. Da jeder Zahn tiefer greift, läuft der Prozess schneller ab, hinterlässt aber ein raueres Finish. Wenn Sie später ein feineres Finish benötigen, können Sie anschließend einen Leichtfräser oder eine Schleifmaschine verwenden.

So wählen Sie den richtigen Cutter für Ihre Arbeit aus

Schneidentyp	Zähne (Flöten)	Helixwinkel	Luftüberwachung	Schnitttiefe pro Durchgang
Leichte Beanspruchung	14-20	<25 °	Aluminium, Messing, Kunststoff (Finish-Fokus)	1–3 mm
Hochleistungs	6-10	25–45 °	Stahl, Gusseisen, Grobblechbearbeitung	Bis zu 8 mm

Eine einfache Regel hilft, die Fräsergröße an das Werkstück anzupassen: Wählen Sie einen Fräser, dessen Breite etwa 80 % der Werkstückbreite entspricht. Breitere Werkzeuge bedeuten weniger Durchgänge und gleichmäßigere Schnitte. Schmale Fräser eignen sich besser für Werkstücke mit engen Abständen oder abgewinkelten Kanten.

Auch das Fräsermaterial spielt eine Rolle:

• Schnellarbeitsstahl (HSS) eignet sich für allgemeine Aufgaben an weicheren Metallen.
• Karbid eignet sich hervorragend für harte Legierungen wie Titan, Edelstahl und Superlegierungen.

Überprüfen Sie immer den Leistungsbedarf. Als grobe Richtlinie benötigt eine Maschine unter Last etwa 1 kW pro 25 mm Fräserbreite.

Schrittweiser Einrichtungs- und Fräsvorgang

Ein einfacher Fräsvorgang folgt einer klaren Reihenfolge, um Genauigkeit zu gewährleisten und Fräser und Werkstück zu schützen. Nachfolgend finden Sie einen Standardablauf.

Maschinen- und Frästypauswahl

Wählen Sie zunächst zwischen horizontalen und vertikalen Fräsmaschinen. Horizontale Maschinen eignen sich am besten für hohe Materialabtragsraten und flache, breite Flächen. Vertikale Maschinen bieten Ihnen bessere Sicht und Kontrolle für kleine, präzise Schnitte.

Werkstückbefestigung

Anschließend spannen Sie das Werkstück fest auf den Tisch. Verwenden Sie einen Schraubstock, Stufenblöcke oder Winkelplatten, um das Material in Position zu fixieren. Das Werkstück darf sich unter der Kraft des Fräsers nicht verschieben oder vibrieren.

Installation und Ausrichtung des Fräsers

Setzen Sie anschließend den gewählten Fräser in die Spindel ein. Achten Sie darauf, dass der Fräser rechtwinklig in seiner Halterung sitzt. Achten Sie darauf, dass Spindel- und Fräserachse mit der Werkstückachse übereinstimmen, um ungleichmäßige Schnitte zu vermeiden.

Maschinenkalibrierung

Kalibrieren Sie nun die Digitalanzeige oder die Handräder der Maschine. Setzen Sie Ihre Achsen an einem bekannten Referenzpunkt auf dem Werkstück auf Null. Stellen Sie sicher, dass die X-, Y- und Z-Bewegungen mit den Skaleneinstellungen übereinstimmen.

Einstellen von Geschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe

Stellen Sie nach der Kalibrierung Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeit entsprechend den Vorgaben des Material- und Fräserherstellers ein. Planen Sie die Schnitttiefe so, dass bei jedem Durchgang gerade genug Material abgetragen wird, ohne das Werkzeug zu überlasten.

Den Schnitt ausführen

Starten Sie abschließend die Spindel und bewegen Sie den Fräser in das Werkstück. Führen Sie den Tisch oder Fräser so, dass die Schneiden geradlinig über die Oberfläche laufen. Achten Sie auf einen gleichmäßigen Spanfluss und ungewöhnliche Geräusche. Nehmen Sie bei Vibrationen oder Rattern kleine Anpassungen vor. Achten Sie während des Schnitts auf übermäßige Vibrationen, ungewöhnliche Geräusche oder Anzeichen von Werkzeugverschleiß.

Werkstoffe für das Walzenfräsen

Beim Fräsen von Flachmaterial können verschiedene Materialien bearbeitet werden. Jede Materialgruppe erfordert eine eigene Einrichtung und eigene Werkzeuge.

• Eisen Metalle
• Nichteisenmetalle
• Superlegierungen
• Kunststoffe und Verbundwerkstoffe

Die Schneidparameter jedes Materials werden durch Härte, Wärmeleitfähigkeit und Zerspanbarkeit bestimmt. Zum Beispiel:

• Harte Stähle
  • Verwenden Sie Hartmetallfräser bei niedrigerem Vorschub, etwa 0.05 mm/Zahn.
  • Die Schnitttiefe bleibt unter 3 mm, um die Wärmeentwicklung zu begrenzen.
• Aluminium
  • Verwenden Sie HSS-Fräser bei höherer Drehzahl (bis zu 120 m/min Oberflächengeschwindigkeit).
  • Für einen schnellen Abtrag kann der Vorschub pro Zahn 0.25 mm/Zahn erreichen.
• Composite
  • Niedrigere Vorschübe helfen, das Herausziehen der Fasern zu vermeiden.
  • Spezielle Fräser minimieren die Delamination und sorgen für saubere Kanten.

Einfachste und schwierigste Materialien zum Glattfräsen

• Am einfachsten: Aluminium (insbesondere 6xxx- und 7xxx-Serie) dank seiner geringen Festigkeit und sauberen Späne.
• Am härtesten: Inconel, aufgrund seiner schnellen Kaltverfestigung und schlechten Wärmeleitfähigkeit.

Aluminium ermöglicht es dem Maschinenbauer, Drehzahlen und Vorschübe für kurze Zykluszeiten zu erhöhen. Inconel zwingt ihn hingegen dazu, langsamer zu arbeiten, beschichtetes Hartmetall zu verwenden und einen schnellen Werkzeugverschleiß in Kauf zu nehmen.

Maschinen- und Werkzeugtypen zum Walzenfräsen

Das Planfräsen kann auf verschiedenen Maschinengestellen ausgeführt werden:

• Horizontale Mühlen
  • Am besten für den Materialabtrag mit Plattenschneidern geeignet.
  • Dornhalterung und robuste Spindeln bewältigen das Drehmoment.
• Vertikale Mühlen
  • Einfachere Einrichtung und bessere Sicht für die Endarbeit.
  • In kleineren Werkstätten dienen Planfräser häufig auch als Walzenfräser.
• Universalmühlen
  • Schwenktische ermöglichen dem Bediener das Schneiden abgewinkelter Flächen ohne Neubefestigung.
• CNC-Fräsen
  • Automatisieren Sie mehrere Durchgänge, Werkzeugwechsel und Kühlmittelsteuerung für die unbemannte Produktion.

Zum Werkzeugzubehör gehören Aufnahmedorne, Aufsteckfräseradapter, Schraubstöcke, Winkelplatten und modulare Vorrichtungssysteme.

Vorteile und Nachteile des Planfräsens

Das Glattfräsen bietet klare Vorteile, hat aber auch Grenzen. Wägen Sie beide Aspekte ab, bevor Sie sich für dieses Verfahren entscheiden.

Vorteile

• Plattenschneider schneiden große Mengen in wenigen Durchgängen. Der Vorteil liegt in der Verkürzung der Zykluszeiten.
• Standardschneider bleiben erschwinglich. Der Grund für diesen Vorteil ist der geringe Werkzeugbestand.
• Werkstätten verwenden das Glattfräsen auf Metallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen. Das Thema dieser Stärke ist das breite Anwendungsspektrum.
• CNC-Steuerungen stellen sicher, dass jeder Durchgang dem letzten entspricht. Ziel dieses Attributs ist eine gleichbleibende Teilequalität.
• Techniker richten Plattenschnitte schneller ein als mit komplexen 3D-Werkzeugpfaden. Der Grund hierfür ist die reduzierte Einrichtungszeit.
• Automatisierte Palettenwechsel ermöglichen den unbemannten Betrieb. Ziel dieser Funktion ist die Steigerung des Durchsatzes.
• Kontrolliertes Schneiden hinterlässt minimalen Abfall. Ziel dieser Qualität ist die effiziente Materialnutzung.
• Beim Planfräsen werden Referenzflächen für das Bohren, Ausbohren und Schlichten erstellt. Gegenstand dieser Rolle ist die Prozessintegration.

Nachteile

• Im Gegensatz zum Konturfräsen bewegt das Werkzeug beim Glattfräsen nur in geraden, parallelen Bahnen und kann daher keine komplexen Formen erzeugen.
• Für eine ultraglatte Oberfläche ist möglicherweise ein Nachbearbeitungsvorgang wie beispielsweise Feinfräsen oder Schleifen erforderlich.
• Beim Glattfräsen sind eine solide Aufstellung und ein steifer Maschinenrahmen erforderlich, um eine Durchbiegung zu vermeiden.

Best Practices für einen reibungslosen Betrieb

Um optimale Ergebnisse beim Glattfräsen zu erzielen, kommt es auf die Vorbereitung, Überwachung und Wartung an. Beachten Sie diese Tipps:

1. Überprüfen Sie Ihre Klemmen, Schraubstöcke oder Vorrichtungen immer doppelt, bevor Sie mit dem Schneiden beginnen.
2. Stumpfe Fräser erhöhen die Vibration, verringern die Oberflächenqualität und verkürzen die Werkzeuglebensdauer. Fräser sollten regelmäßig ausgetauscht oder nachgeschliffen werden.
3. Passen Sie Spindeldrehzahl und Tischvorschub an das Material und den eingesetzten Fräser an. Bei Bedarf können Sie Werkzeugtabellen oder Softwareanleitungen zu Rate ziehen.
4. Entfernen Sie nicht zu viel Material in einem Durchgang. Mehrere flache Durchgänge führen oft zu einem gleichmäßigeren Schnitt und einer längeren Werkzeuglebensdauer.
5. Wenn Sie ein Rattern hören, verlangsamen Sie den Vorschub oder verringern Sie die Schnitttiefe. Rattern hinterlässt Spuren auf der Oberfläche und kann den Fräser beschädigen.
6. Verwenden Sie zwischen den Durchgängen Luftabblasvorrichtungen oder bürsten Sie die Späne weg. Materialansammlungen können zu Beschädigungen am Fräser und am Werkstück führen.

Durch die Anwendung dieser Tipps wird sichergestellt, dass glatte Fräsarbeiten reibungslos verlaufen und die gewünschte Oberflächenqualität erreicht wird.

Häufige Fehler und wie man sie vermeidet

1. Falsche Fräserwahl: Die Wahl eines leichten Werkzeugs für schwere Schnitte führt zu Rattern. Die Korrektur liegt in der Anpassung des Werkzeugs an die Aufgabe.
2. Übermäßiger Werkzeugüberhang: Ein langer, aus der Spindel herausragender Dorn verursacht Vibrationen. Abhilfe schafft die Verwendung von Außenlager- oder Stummeldornen.
3. Überdrehzahl: Das Überschreiten der empfohlenen Drehzahl für HSS-Fräser führt zu schnellem Verschleiß. Die Lösung besteht darin, die Drehzahltabellen einzuhalten.
4. Vernachlässigung des Werkzeugverschleißes: Stumpfe Schneidwerkzeuge erhöhen die Schnittkräfte und die Rauheit. Prävention erfordert regelmäßige Kontrolle und Austausch.
5. Schlechte Ausrichtung: Schon eine 0.02 mm große Schiefe auf dem Tisch führt zu unebenen Oberflächen. Die Lösung besteht darin, die Ausrichtung und Rechtwinkligkeit vor dem Schneiden zu optimieren.

Kosten- und Batchüberlegungen

Die Kosten für einfaches Fräsen liegen typischerweise zwischen 60 und 120 US-Dollar pro Stunde. Die Kosten hängen von folgenden Faktoren ab:

• Materialhärte und Fräserverschleißrate.
• Teilegröße und Entfernungsvolumen.
• Maschinentyp (horizontal vs. vertikal vs. CNC).
• Rüstzeit für die Vorrichtung und das Einrichten.

Bei kleinen Chargen bleibt das einfache Fräsen dank Standardwerkzeugen und schnellen Umrüstungen erschwinglich.

Anwendungen des Glattfräsens

Die Kombination aus Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität hat das Fräsen in vielen Bereichen zu einem Eckpfeiler gemacht:

Luft- und Raumfahrtherstellung

Bauteile für die Luft- und Raumfahrt erfordern strenge Toleranzen und makellose Oberflächen. Ingenieure bearbeiten Flügelrippen, Rumpfsektionen und Triebwerksaufhängungen mit dem Langlochfräsverfahren. Das Verfahren gewährleistet, dass die Komponenten präzise zusammenpassen und auch bei hohen Geschwindigkeiten und Drücken zuverlässig funktionieren.

Automobilproduktion

Automobilhersteller setzen bei der Fertigung von Motorblöcken, Zylinderköpfen und Getriebegehäusen auf das Planfräsen. Die Großserienproduktion erfordert schnelle, wiederholbare Arbeitsabläufe. Planfräsen liefert den erforderlichen Durchsatz ohne Einbußen bei der Maßgenauigkeit.

Bauwesen und Schwermaschinen

Große Strukturbauteile – wie Stahlplatten für Brücken und Rahmen für Erdbewegungsmaschinen – werden oft als Rohgussteile hergestellt. Durch einfaches Fräsen werden sie schnell auf die genauen Abmessungen reduziert, sodass Montage und Schweißen effizient erfolgen können.

Herstellung medizinischer Geräte

Hersteller medizinischer Geräte benötigen enge Toleranzen und biokompatible Oberflächen. Fräsmaschinen fertigen Implantate aus Edelstahl und Titan, chirurgische Instrumente und Gehäuse für Diagnosegeräte. Das Verfahren ermöglicht eine präzise Oberflächenbearbeitung, die die Patientensicherheit und die Gerätezuverlässigkeit erhöht.

Vergleich des einfachen Fräsens mit anderen Fräsvorgängen

Das Flachfräsen weist Ähnlichkeiten mit mehreren andere Fräsverfahren, aber wichtige Unterschiede bestimmen die optimale Wahl für eine bestimmte Aufgabe.

Produktion	Ausrichtung der Fräserachse	Schnittbewegung	Typische Anwendungen	Oberflächengüte und Präzision
Normalfräsen	Parallel zur Werkstückfläche	Gerade, lineare Durchgänge	Große ebene Flächen, Bezugsflächen	Sehr hohe Ebenheits- und Oberflächenqualität
Planfräsen	Senkrecht zur Oberfläche	Rotationsschneiden auf der Fräserfläche	Schneller Massenabtrag auf großen Flächen	Mäßiges Finish; schnellerer Materialabtrag
Schaftfräsen	Entlang des Randes und Endes des Fräsers	Konturieren, Schlitzen, Taschenfräsen	Komplexe Profile, Schlitze, Taschen, detaillierte Merkmale	Gutes Finish; zeichnet sich durch komplizierte Arbeiten aus
Profilfräsen	Variiert, um dem Formprofil zu folgen	Mehrachsige Führung entlang der Kontur	Kurven, Konturen, unregelmäßige Formen, 3D-Profile	Variables Finish; Fokus auf Geometrie

• Beim Planfräsen wird ein zylindrischer Fräser verwendet, dessen Achse parallel zum Werkstück verläuft. Daher eignet es sich ideal für Flachfräsen mit engen Toleranzen und hervorragender Oberflächenqualität.
• Planfräsen Die Achse des Fräsers wird senkrecht angeordnet, sodass große Mengen schnell entfernt werden, die Oberfläche jedoch gröber wird.
• Stirnfräsen fügt Schneidkanten sowohl am Rand als auch am Ende des Werkzeugs hinzu, sodass Taschen und komplexe Formen nachgezeichnet werden können.
• Profilfräsen folgt einem vorgegebenen Pfad, um Kurven und unregelmäßige Umrisse zu bearbeiten, wobei ein Teil der Oberflächenebenheit gegen geometrische Flexibilität eingetauscht wird.

Fräsdienstleister

Wenn Ihr Projekt eine zuverlässige Flachbearbeitung erfordert, bietet BOYI TECHNOLOGY erstklassige CNC-Fräsdienste Gestützt durch die ISO 9001:2015-Zertifizierung. Unsere modernen Werkstätten verfügen über 3-, 4- und 5-achsige Fräsmaschinen, die Teile von 1 mm × 1 mm bis 4000 mm × 1500 mm × 600 mm bearbeiten. Wir liefern Toleranzen von bis zu ±0.01 mm und kurze Lieferzeiten – bei einfachen Aufträgen sogar innerhalb eines Tages.

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Fazit

Das Planfräsen ist ein zuverlässiges, effizientes und vielseitiges Bearbeitungsverfahren zur Herstellung ebener Oberflächen auf verschiedenen Materialien. Durch die richtige Fräserauswahl, Maschineneinstellung und Prozesssteuerung können Hersteller mit dem Planfräsen hohe Abtragsraten, gleichbleibende Präzision und hervorragende Oberflächenqualität erzielen.

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