Frästechnik: Gleichlauf, Gegenlauf und Planfräsen

Beim Fräsen rotiert das Werkzeug, während das Werkstück fest aufgespannt ist und daran vorbeigeführt wird. Weil der Fräser mehrere Zähne hat, die sich beim Eingriff abwechseln, ist das Fräsen zugleich vielseitig und komplex: Derselbe Fräser kann Flächen, Taschen, Nuten, Konturen und Stufen herstellen. Bei der Gesellenprüfung zum CNC-Techniker ist eine Fräsaufgabe die zweite der beiden individuellen Fertigungsaufgaben. Zu verstehen, wie die Zähne auf das Material treffen, ist der Schlüssel zu schönen Flächen und langer Standzeit.

Eine ganz zentrale Unterscheidung ist die Richtung, in der sich der Zahn im Verhältnis zum Vorschub bewegt. Beim Gleichlauffräsen bewegt sich der Zahn in dieselbe Richtung wie der Vorschub, und der Span beginnt dick und endet dünn. Beim Gegenlauffräsen läuft der Zahn gegen den Vorschub, und der Span beginnt dünn und endet dick. Gleichlauf ergibt in der Regel eine bessere Oberfläche und eine längere Standzeit, weil der Zahn sauber einschneidet, während Gegenlauf den Zahn am Anfang des Schnitts reiben und gleiten lässt, was mehr verschleißt und die Oberfläche verfestigen kann.

Auf modernen CNC-Maschinen ohne Spiel im Tisch wird fast immer das Gleichlauffräsen bevorzugt. Auf älteren, manuellen Maschinen mit Spiel in den Spindeln konnte Gleichlauf gefährlich sein, weil das Spiel den Fräser das Werkstück 'einziehen' lassen konnte — deshalb lernte man historisch den Gegenlauf. Kennst du deine Maschine, weißt du, was du dir erlauben kannst.

Beim Planfräsen entfernt ein breiter Fräser Material, um eine ebene Fläche zu schaffen. Hier arbeitet man mit dem Vorschub pro Zahn (fz), weil es auf die Spanbelastung des einzelnen Zahns ankommt. Die Vorschubgeschwindigkeit wird Vf = fz × z × n, wobei z die Anzahl der Zähne ist. Ein Fräser mit mehr Zähnen kann daher bei gleicher Spanbelastung schneller vorwärts fahren. Ein zu kleines fz lässt die Zähne reiben; ein zu großes überlastet sie. Beim Planfräsen hat man den Fräser oft nur teilweise im Eingriff und platziert ihn etwas außermittig, um zu steuern, wie die Zähne ein- und austreten.

Wie großer Teil des Fräserdurchmessers im Material ist (der Eingriffswinkel), bedeutet viel für Belastung und Wärme. Voller Eingriff — zum Beispiel in einer geschlossenen Nut — belastet den Fräser stark und hält die Wärme fest. Deshalb nutzen moderne CAM-Strategien oft eine kleinere, konstante seitliche Zustellung (adaptives oder trochoidales Fräsen), bei der der Fräser nur eine dünne Scheibe auf einmal abnimmt, dafür aber tief und schnell fahren kann. Das schont Werkzeug und Maschine und nutzt die gesamte Schneidenlänge.

• 01Bevorzuge Gleichlauffräsen auf steifen CNC-Maschinen ohne Spiel
• 02Berechne den Vorschub beim Fräsen als fz × z × n
• 03Vermeide unnötig vollen Eingriff — das hält die Wärme in der Schneide
• 04Setze den Planfräser leicht außermittig an, damit Ein- und Austritt weicher werden
• 05Wähle die Zähnezahl nach dem Material: weniger Zähne für weiche, klebrige Werkstücke

“Fräse mit der Maschine, nicht gegen sie: richtige Richtung, richtiger Span, richtige Fläche.”