Jusheng

Nehmen wir an, ein Maschinenbauingenieur bearbeitet eine Charge kundenspezifischer CNC-Frästeile mit einem Planfräser auf einer CNC-Maschine – einen 20 mm dicken Flansch aus 45-Gauge-Stahl. Er kann sich nicht entscheiden, ob er einen 10 mm breiten Schnitt oder zwei 5 mm breite Schnitte machen soll. Zu tiefe Schnitte führen zu Werkzeugausbrüchen, und zu flache Schnitte sind zu zeitaufwändig.

Dies ist ein Problem, mit dem die meisten CNC-Fräsprofis täglich konfrontiert sind. Dieser Artikel, basierend auf der Expertise von JS, bietet eine umfassende Lösung für das Problem „Wie tief kann ein Planfräser schneiden?“. Er weist die Leser auf die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Schnitttiefe hin, zeigt ihnen, wie sie die Schnittparameter optimieren und das geeignete Fräsverfahren auswählen können, um die Bearbeitungsqualität und -effizienz zu verbessern.

Zusammenfassung der Kernantworten

Warum sollte man die Erfahrung von JS mit Planfräsern hervorheben?

Da Kunden JS besuchen, um Bestellungen für hochbelastbare industrielle CNC-Frästeile mit einem Durchmesser von 3 Metern aufzugeben oder schnelle Online-CNC-Fräsdienste für Teile aus Aluminiumlegierungen benötigen, ist JS Precision Manufacturing stets bereit, schnell zu handeln.

Wir verfügen über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der kundenspezifischen CNC-Fräsfertigung, einschließlich Planfräsarbeiten an einer Vielzahl von Materialien von Weichstahl und Edelstahl bis hin zu Titan- und Aluminiumlegierungen . Wir haben hochpräzise Komponenten mit Ebenheitstoleranzen von 0,1 mm hergestellt und Reparaturen an massiven 50-Tonnen-Komponenten durchgeführt.

Unsere Ingenieure verfügen über umfangreiche Erfahrung mit dem Verhalten verschiedener Planfräsertypen und sind in der Lage, die Schnitttiefenplanung entsprechend der Maschinenkapazität und dem Werkstückmaterial präzise festzulegen.

Dieses Buch ist eine Zusammenstellung unserer unzähligen praktischen Erfahrungen mit CNC-Fräsen in unserer Werkstatt. Jede Empfehlung wurde in unserer Werkstatt im Feld getestet und bestätigt, sodass Sie sich auf die Professionalität und Benutzerfreundlichkeit verlassen können.

Wenn Sie CNC-Frästeile benötigen, bietet Ihnen die kundenspezifische CNC-Fräsfertigung von JS vor Ort innovative Lösungen und umfassende Unterstützung. Mit effizienten Planfräsern helfen wir Ihnen, Bearbeitungsprobleme zu vermeiden und Lieferzeiten zu minimieren.

Planfräser: Mehr als Stahl, eine präzise Technologie-Material-Kombination

Beim CNC-Fräsen hat die Wahl des Planfräsers direkten Einfluss auf Schnitttiefe und Bearbeitungsqualität. Jeder Planfräser eignet sich optimal für bestimmte Anwendungen und ist in verschiedenen Anwendungen optimal einsetzbar, wie unten dargestellt:

Hochvorschubfräser (Der Geschwindigkeitsdämon)

Die für hohe Geschwindigkeiten ausgelegte Wendeschneidplattengeometrie ermöglicht hohe Zerspanungsraten bei geringen Schnitttiefen (Ap = 0,5–2 mm). Einsetzbar zum Schruppen und Schlichten auf vergleichsweise steifen Maschinen, reduzierte Schnittkräfte und Vibrationen.

45-Grad-Planfräser (Der Allrounder)

Dies ist ein universeller Planfräser für CNC-Fräsen. Mit einem Einstellwinkel von 45°, symmetrischer Schnittkraft und der Fähigkeit, Gusseisen, Stahl und Aluminiumlegierungen zu schneiden, kann die Schnitttiefe bis zu 15–25 % des Werkzeugdurchmessers erreichen (z. B. 24–40 mm mit einem φ160-mm-Werkzeug). Darüber hinaus unterstützt er das Schruppen, Abtragen und Vorschlichten.

Eck-Planfräser (Der Präzisionsmeister)

Präzises Fräsen von 90-Grad-Stufenflächen ohne Ebenheits- und Rechtwinkligkeitsfehler. Der Kantenwiper verbessert die Oberflächengüte . Es eignet sich für Schlichtschnitte, bei denen die maximale Schnitttiefe 10–20 % des Werkzeugdurchmessers beträgt (z. B. 20–40 mm bei einem Fräser mit 200 mm Durchmesser). Es wird häufig für hochpräzise CNC-Bearbeitungsteile eingesetzt.

Nischenoptionen: Kreisfräser und Wellenkantenfräser

Kreisförmige Wendeplattenfräser besitzen lange Schneidkanten mit einer Ausdehnung der Schnittkräfte und eignen sich daher gut für harte Materialien wie Edelstahl. Ihre größte Schnitttiefe beträgt im besten Fall 80 % des Wendeplattenradius.

Wave-Edge-Fräser sind ausschließlich zum Schneiden von Aluminiumlegierungen konzipiert und verfügen über eine breite Spantasche zur Vermeidung von Verstopfungen sowie eine maximale Tiefe vom 1- bis 1,5-fachen des Werkzeugdurchmessers, was sie zu einem idealen Fräswerkzeug für das CNC-Fräsen von Aluminiumlegierungen macht.

Bei der kundenspezifischen CNC-Fräsfertigung ist die Auswahl des richtigen Planfräsers entscheidend für den Erfolg. JS bietet Ihnen umfassende Dienstleistungen von der Auswahl bis zur Bearbeitung. Kontaktieren Sie uns gerne für weitere Informationen zu Online-CNC-Frässervices.

Das Geheimnis der Tiefe: Vier Prinzipien, die die Frästiefe beeinflussen (Ap)

Prinzip 1: Der Werkzeugdurchmesser ist die Grundlage

Je größer der Durchmesser, desto höher die aufzunehmende Schnittkraft und desto größer die maximale Schnitttiefe (bessere Steifigkeit des Fräserkörpers und gleichmäßigere Kraftverteilung).

Beispielsweise hat ein Planfräser mit 200 mm Durchmesser beim Schneiden von 45er Stahl eine maximale Schnitttiefe von 30–50 mm, ein Planfräser mit 100 mm Durchmesser eine maximale Schnitttiefe von 15–25 mm. Eine Überlastung muss je nach Kapazität der Werkzeugmaschine berücksichtigt werden.

Prinzip 2: Leistung und Steifigkeit der Werkzeugmaschine sind die Obergrenzen

Die Leistung ist direkt für die Fähigkeit verantwortlich, tiefe Schnitte zu erzielen. Bei zu geringer Leistung kann es zu Überlastung, Blockieren oder Vibrationen kommen.

Beispielsweise kann eine 10-kW-Maschine mit einem Planfräser mit 160 mm Durchmesser beim Schneiden von 45er-Stahl eine maximale Schnitttiefe von 5 mm oder weniger bewältigen, eine 20-kW-Maschine kann eine maximale Schnitttiefe von 8–10 mm bewältigen.

Eine mangelnde Steifigkeit von Werkzeugmaschinen kann bei großen Schnitttiefen die Vibrationen verstärken und so die Bearbeitungsqualität beeinträchtigen.

Prinzip 3: Die Materialhärte des Werkstücks ist eine Einschränkung

Je härter das Material, desto größer der Schnittwiderstand und desto geringer die maximale Schnitttiefe.

Beispielsweise können beim Fräsen von HRC20-30-Weichstahl mit einem quadratischen Eckfräser 20 mm gefräst werden. Beim Fräsen von HRC40-50-Legierungsstahl mit demselben Werkzeug sollte die maximale Schnitttiefe auf 5–8 mm reduziert werden, um ein Absplittern des Einsatzes zu vermeiden.

Grundsatz 4: Wendeschneidplattengeometrie und -sorte sind entscheidend

Das Sägeblatt mit breiter Nut verfügt über einen großen Spanraum und eignet sich für tiefe Schnitte. Der Typ mit schmaler Nut eignet sich für flache Schnitte, tiefe Schnitte und hohe Vorschübe.

Die maximale Schnitttiefe von Klingen aus Hartlegierungen ist 30–50 % höher als die von Schnellarbeitsstahl. Bei der Bearbeitung von Materialien mit hoher Härte mit Keramikklingen erhöht sich die Schnitttiefe im Vergleich zu Hartlegierungen um etwa 20 %.

Die folgende Tabelle zeigt, wie sich die vier Grundregeln auf die Frästiefe auswirken und wie diese korrigiert werden können:

Der Online-CNC-Frässervice von JS berechnet zunächst die Leistung Ihrer Maschine, das Material des Werkstücks und andere Aspekte, um einen angemessenen Plan für die Schnitttiefe Ihres Planfräsers zu entwerfen. Dieser Plan bietet einen stabilen und effizienten Bearbeitungsprozess und hilft Ihnen, erfolgreich CNC-Frästeile herzustellen.

Wie erreicht man bei schweren Schnitten sicher die maximale Schnitttiefe?

Das Tiefschneiden mit großen Schnitttiefen birgt erhebliche Gefahren, und drei Punkte müssen mit höchster Priorität berücksichtigt werden:

Stabilität zuerst

Stabilität ist Voraussetzung für schwere Zerspanung:

• Um sicherzustellen, dass das Werkstück sicher eingespannt ist, verwenden Sie spezielle Vorrichtungen oder Druckplatten, um Spanndruck auszuüben und gleichzeitig zu verhindern, dass sich das Werkstück während der Bearbeitung bewegt.
• Prüfen Sie den Abstand zwischen den Führungsschienen der Werkzeugmaschine. Entfernen Sie zu große Lücken, um Vibrationen beim Schneiden zu vermeiden.
• Halten Sie die Werkzeugverlängerung so kurz wie möglich. Eine längere Verlängerung verringert die Werkzeugsteifigkeit und erhöht das Vibrationsrisiko.

Wenn Sie beispielsweise 50 mm dicken Stahl bearbeiten, sollten Sie die Verlängerung des Planfräsers für optimale Stabilität auf das 1,5-fache des Werkzeugdurchmessers beschränken.

Werkzeugauswahl

Für schwere Schnitte verwenden Sie einen schlagfesten und steifen Planfräser. Der Fräserkörper sollte aus Vollhartmetall bestehen, das über 50 % steifer ist als geschweißte Fräser . Für Wendeschneidplatten verwenden Sie ultrafeinkörniges Hartmetall mit guter Zähigkeit, um hohen Schnittkräften standzuhalten.

Der Durchmesser des Schneidwerkzeugs sollte der Größe des Werkstücks entsprechen. Um beispielsweise ein Werkstück mit einem Durchmesser von einem Meter zu bearbeiten, sollte ein Planfräser mit einem Durchmesser von 250–315 mm gewählt werden, um einen tiefen Schnitt zu ermöglichen und die Anzahl der Werkzeugdurchgänge zu minimieren.

Bahnstrategie (mit Tauchfräsen oder Wirbelfräsen)

Beim herkömmlichen Pendelfräsen konzentrieren sich die Schnittkräfte auf große Schnitttiefen, was zu Vibrationen führt. Tauchfräsen und Trochoidalfräsen wirken diesem Problem erfolgreich entgegen.

Beim Tauchfräsen wird die Schnittkraft entlang der Z-Achse nach unten gerichtet, wodurch die Spindel der Werkzeugmaschine ausgerichtet wird. Die Werkzeugmaschine verfügt über die höchste Steifigkeit und eignet sich besonders für die Bearbeitung tiefer Hohlräume oder Stufenflächen mit einer maximalen Schnitttiefe von bis zu dem doppelten Werkzeugdurchmesser.

Beim Trochoidalfräsen wird eine spiralförmige Schnittbewegung verwendet, wodurch die Schnittkontaktfläche verringert und die Schnittkräfte verteilt werden. Dadurch wird der Werkzeugverschleiß minimiert und das Fräsen ist effizient bei großen Schnitttiefen in harten Materialien.

Das Herzstück der Schnittparameter: Das ideale Verhältnis von Schnitttiefe, Vorschub und Geschwindigkeit finden

Schnitttiefe (Ap), Vorschub (F) und Drehzahl (S) beim Planfräsen sind voneinander abhängig und erfordern ein optimales Verhältnis. Dieses ist im Einzelnen wie folgt definiert:

Schnitttiefe (Ap) und radiale Schnittbreite (Ae)

Das Zeitspanvolumen (MRR) hat einen direkten Einfluss auf die Effizienz der Bearbeitung, und Ap und Ae sind wichtige Komponenten des MRR. Ein höherer Ap-Wert führt zu einem höheren MRR, aber auch die Schnittkräfte steigen proportional dazu. Ae steht für die Breite des radialen Kontakts zwischen Werkzeug und Werkstück, ein höherer Ae-Wert für mehr Schnitte pro Umdrehung.

Bei der Bearbeitung von Stahlteilen mit einem 200-mm-Planfräser mit Ap=10 mm, Ae=100 mm und F=1000 mm/min beträgt die MRR 1.000.000 mm³/min. Wird Ap auf 20 mm erhöht, verdoppelt sich die MRR, was eine ausreichende Maschinenleistung garantiert.

Vorschub pro Zahn (fz)

Der Vorschub pro Zahn bezieht sich auf die Schnittstrecke pro Sägeblattumdrehung und hat direkten Einfluss auf die Schnittkraft und die Oberflächengüte.

• Ein hoher fz (0,2–0,5 mm/Zahn) erzeugt eine hohe Schnittkraft und eignet sich am besten zum Schruppen (z. B. ein Hochvorschubfräser mit einem fz von 0,5 mm/Zahn zum Fräsen von Stahl).
• Ein niedriger fz-Wert (0,1–0,2 mm/Zahn) erzeugt eine hervorragende Oberflächengüte und eignet sich am besten zum Schlichten (z. B. ein Eckfräser mit einem fz-Wert von 0,15 mm/Zahn zum Schlichten).

Schnittgeschwindigkeit (Vc)

Die Schnittgeschwindigkeit ist die lineare Bewegungsgeschwindigkeit der Werkzeugschneide und hängt eng mit der Werkzeuglebensdauer zusammen. Höhere Vc-Werte führen zu übermäßigem Verschleiß, niedrigere zu ineffizientem Arbeiten. Bei Aluminiumlegierungen beträgt Vc 300–500 m/min, bei Stahl der Güteklasse 45 100–200 m/min und bei Edelstahl 80–120 m/min.

Die goldene Regel: „Hoher Vorschub bei geringer Schnitttiefe, hohe Schnitttiefe bei mittlerem bis geringem Vorschub.“

Diese Regel basiert auf Hunderten von CNC-Fräsvorgängen .

• Hoher Vorschub bei geringer Schnitttiefe, beispielsweise Ap = 1–2 mm und fz = 0,4–0,6 mm/Zahn, kann die Schnittkräfte reduzieren und gleichzeitig die Effizienz verbessern und kann bei Werkzeugmaschinen mit normaler Steifigkeit verwendet werden.
• Eine hohe Schnitttiefe bei mittlerem bis niedrigem Vorschub, beispielsweise Ap = 15–20 mm und fz = 0,15–0,25 mm/Zahn, kann Vibrationen durch zu große Schnittkräfte vermeiden und ist für Werkzeugmaschinen mit hoher Steifigkeit geeignet.

Die folgende Tabelle bietet einen Anhaltspunkt für Vorschub und Geschwindigkeit bei unterschiedlichen Schnitttiefen (für die Bearbeitung von 45#-Stahl mit einem Hartmetall-Planfräser mit φ160 mm):

Die Online-CNC-Frässervices von JS passen Schnitttiefe, Vorschub und Drehzahlverhältnis gemäß der goldenen Regel an Ihre Bearbeitungsanwendung an und bieten transparente CNC-Fräspreise . Angebotserstellung und Bestellung sind unkompliziert. Stellen Sie uns einfach die Teilezeichnungen zur Verfügung, und wir entwickeln schnell einen Plan.

Planfräsen ist kein Allheilmittel: Wann steht Ihnen ein alternatives Fräsverfahren zur Verfügung?

Für die Bearbeitung ebener Flächen eignet sich das Planfräsen besser. Für tiefe Hohlräume und komplexe Konturen sind andere Bearbeitungsschritte erforderlich.

Die folgende Tabelle bietet einen Vergleich zwischen Planfräsen und anderen Fräsverfahren:

JS bietet neben Planfräsen auch verschiedene andere Bearbeitungsarten wie Taschenfräsen, Konturfräsen und Tauchfräsen an. Wir wählen das optimale Verfahren basierend auf den strukturellen Eigenschaften Ihrer CNC-Frästeile aus und erstellen eine maßgeschneiderte CNC-Fräsfertigungslösung für eine schnellere und präzisere Bearbeitung der Teile.

Fallstudie: Die Wiedergeburt eines riesigen Turbinenbodenrings – Ein Wettlauf gegen die Zeit beim Planfräsen

Das Dilemma des Kunden

In einem der Wasserkraftwerke wurde ein 50 Tonnen schwerer Gussstahl-Bodenring (ZG270-500) mit 8 Metern Durchmesser ausgetauscht. Die erforderliche Ebenheit betrug ≤0,2 mm und die Umschlagzeit betrug 72 Stunden.

Der Kunde setzte zunächst einen großen Eckfräser (Ap = 8 mm, fz = 0,3 mm/Zahn, Vc = 120 m/min) ein. Die enormen Schnittkräfte (15 kN) führten zu Werkstückverschiebungen und Ausbrüchen an der Werkzeugschneide. Die Bearbeitung dauerte 96 Stunden und damit deutlich länger als geplant. Jede einzelne Stunde kostete Zehntausende Dollar .

Die innovative Lösung von JS

Angesichts des Dilemmas des Kunden entwickelte JS Precision Machining einen kombinierten Ansatz aus „Hochvorschubfräsen + Schlichten der quadratischen Schultern mit großem Durchmesser“ sowie Klemm- und Parameteroptimierung.

Klemmoptimierung:

Wir haben acht hydraulische Klemmen verwendet, um den unteren Ring mit einem Druck von 50 kN pro Klemme fest auf dem Maschinentisch zu klemmen und so eine Nullverschiebung während der Bearbeitung zu vermeiden. Außerdem haben wir Blöcke gleicher Höhe unter dem unteren Ring verwendet, um eine Verformung des Werkstücks zu verhindern.

Schruppphase:

Wir haben uns für einen Hochvorschubfräser mit φ250 mm Durchmesser und ultrafeinkörnigen Hartmetalleinsätzen entschieden. Wir haben eine geringe Schnitttiefe, einen extrem hohen Vorschub, Vollkantenschnitt, eine Schnittgeschwindigkeit von Vc = 180 m/min und eine Spindeldrehzahl von S = 229 U/min verwendet.

Srage beenden:

Es wurde ein quadratischer Eckfräser mit 315 mm Durchmesser und einem fein geschliffenen Wischerblatt verwendet. Die Parameter waren geringe Schnitttiefe, kleine Schrittweite und mittlerer Hochgeschwindigkeitsvorschub, genauer gesagt Vc = 200 m/min, S = 202 U/min und fz = 0,2 mm/Zahn.

Endergebnisse

Der gesamte Bearbeitungsprozess dauerte nur 64 Stunden und wurde acht Stunden im Voraus übergeben, wodurch der Kunde Hunderttausende von Dollar an verlorener Zeit sparte. Die Standzeit des Hochvorschubfräsers während der Bearbeitung betrug 12 Stunden, die des Eckfräsers 8 Stunden. Beide Werte lagen über der Kundenanforderung von 5 Stunden.

Dieser Fall zeigt deutlich, dass nicht die „maximale Schnitttiefe“ das Ziel ist, sondern „optimale Zerspanungsleistung“ und „Prozesssicherheit“ der Schlüssel zum Erfolg beim CNC-Fräsen sind.

FAQs

F1: Kann die Schnitttiefe beim Fräsen von Aluminiumlegierungen erhöht werden?

Ja. Die Schnittkraft von Aluminiumlegierungen beträgt etwa ein Drittel der von Stahl, daher ist die Maschinenleistung geringer. Aluminiumwerkzeuge wie Wellenkantenfräser können eingesetzt werden. Sie verfügen über breite Spanräume, in denen sich keine Späne festsetzen, und es ist eine maximale Schnitttiefe von 1-1,5-mal dem Werkzeugdurchmesser erreichbar (z. B. 100-150 mm bei einem φ100-mm-Werkzeug).

F2: Wird die Schnitttiefe durch die Maschinenleistung begrenzt?

Ja, die Maschinenleistung begrenzt direkt die maximale Schnitttiefe. Die Leistung bestimmt die Fähigkeit, Schnittkräften standzuhalten. Eine gewaltsame Erhöhung der Schnitttiefe bei unzureichender Leistung kann zu Überlastung, Stillstand und Beschädigung der Spindel führen. Bevor Sie die Schnitttiefe bestimmen, müssen Sie die Nennleistung der Werkzeugmaschine bestätigen.

F3: Wie erkenne ich, ob meine Schnitttiefe zu groß ist?

Beachten Sie vier wichtige Zeichen:

• Ein dumpfes Rumpeln oder eine Metall-auf-Metall-Vibration der Maschine weist darauf hin, dass die Schnittkräfte die Maschinenkapazität übersteigen.
• Absplittern des Einsatzes (abnormer Verschleiß) vor der erwarteten Lebensdauer.
• Rattermarken auf der Arbeitsfläche des bearbeiteten Bauteils.
• Dunkel gefärbter Chip (Überhitzung). Wenn eines dieser Phänomene auftritt, reduzieren Sie Ap oder optimieren Sie andere Parameter erneut.

F4: Wende ich eine Schnitttiefe von einem Durchgang oder ein geschichtetes Fräsen an?

Dies hängt von der Härte des Werkstückmaterials und der Bearbeitungszugabe ab. Bei sehr harten Materialien (z. B. HRC40 + legiertem Stahl) oder Bearbeitungszugaben über 15 mm ist das Schichtfräsen besser geeignet. Bei weichen Materialien wie Kupfer- und Aluminiumlegierungen mit einem Materialabtrag von ≤ 5 mm ist eine Schnitttiefe effektiver und kann zudem die CNC-Fräskosten senken.

Zusammenfassung

Die Schnitttiefe eines Planfräsers ist weit mehr als eine einfache numerische Antwort. Es handelt sich um einen komplexen Balanceakt zwischen Werkzeugtechnologie, Maschinenleistung, Materialeigenschaften und Prozesskenntnissen. Nur wenn Sie die Wissenschaft dahinter verstehen und die Kunst des Ausbalancierens von Parametern beherrschen, können Sie Ihr Bearbeitungszentrum in ein echtes Produktionswerkzeug verwandeln.

JS verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im CNC-Fräsen und kann Sie professionell unterstützen. Sei es bei der Auswahl eines geeigneten Planfräsers, der Ermittlung optimaler Schnittparameter oder der Bewältigung der Herausforderung der Bearbeitung großer Teile.

Dank unseres einfachen Online-CNC-Frässerviceprozesses und transparenten CNC-Fräspreises sind wir in der Lage, Ihnen bei der Entwicklung effektiver Lösungen für viele Probleme im Zusammenhang mit der Planfrästiefe und der Bearbeitung zu helfen, um sichere und effiziente CNC-Frästeile zu erhalten.