Trochoides Fräsen – auch für Bearbeitungszentren

Mit dem trochoiden Fräsen lassen sich in vielen Anwendungen gegenüber dem konventionellen Fräsen deutliche Verbesserungen in puncto Werkzeugkosten, Aufspannung, Bearbeitung und Belastung der Komponenten erreichen.

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Schon ein Vergleich der in einem Fräsversuch von MAPAL ermittelten Schnittwerte zeigt, was mit diesem Verfahren, das auch unter Wirbelfräsen, Taumelfräsen oder Wave Milling firmiert, möglich ist: Während beim konventionellen Trockenfräsen von Einsatzstahl (16MnCr5) eine Schnittgeschwindigkeit um die 200 m/min bei einem Vorschub 0,05 mm/Zahn erreicht wurde, ließ sich die gleiche Aufgabe mit dem neuen Trochoid-Hartmetallfräser von MAPAL mit einer Schnittgeschwindigkeit von 600 m/min bei doppelt so schnellem Vorschub erledigen. Selbst bei der Bearbeitung von V2A-Stahl konnte durch den Wechsel der Frästechnik eine deutliche Beschleunigung erreicht werden: Bei einem Vorschub von 0,05 mm/Zahn wurde statt der sonst maximal möglichen 60 bis 100 m/min eine Schnittgeschwindigkeit von 250 m/min erzielt.

 Der OptiMill Trochoidfräser im Einsatz.
 Filigrane und dünnwandige Bauteil können mit dem trochoiden Fräsen wirtschaftlich und präzise bearbeitet werden.
Schematische Darstellung des trochoiden Fräsverfahrens.
Gespannt im HighTorque Chuck entfaltet der Trochoid-Fräser sein volles Leistungspotenzial.

Diese Leistungssteigerung wird möglich durch eine Kombination aus speziell für dieses Verfahren entwickelten Hochleistungsfräsern von MAPAL, dem HighTorque Chuck (HTC) Spannfutter und dem Verfahren an sich. Die Vorteile beim Verfahren liegen im Wesentlichen am kleineren Eingriff des Werkzeugs. Während beim konventionellen Fräsen einer Nut der Umschlingungswinkel 180° beträgt (Vollschnitt), kann er beim trochoiden Fräsen je nach Schnitttiefe gewählt und auf maximal 70° begrenzt werden. Möglich macht dies ein Fräser mit kleinerem Durchmesser, der mit hoher Drehzahl trochoidförmig bewegt wird, wobei jeder Trochoid weiter in den Schnitt eindringt.

Aufgrund des kleineren Umschlingungswinkels kommt es zu einer geringeren Wärmeentwicklung. Auch die Zerspanungskräfte sind kleiner, so dass auch Spindeln mit wenig Leistung und Drehmoment für das Bearbeitungsverfahren geeignet sind. Darüber hinaus ist die Spanlast beim trochoiden Fräsen geringer. Da der Fräser die Nut oder Tasche nicht vollständig ausfüllt, ist ein Spänestau und erneutes Schneiden der Späne so gut wie ausgeschlossen. Das ist gerade bei Nuten bedeutsam, die im Verhältnis zu ihrer Breite tief sind. Beim konventionellen Fräsen wird hier wegen der beschriebenen Probleme mit niedrigen Vorschüben und Schnitttiefen gearbeitet. Üblich ist dort eine maximale Frästiefe von 1,5 x D. Anders beim trochoiden Fräsen: Durch das Umgehen des Vollschnitts sind selbst ohne speziell entwickelte Fräser Schnitttiefen von bis zu 2 x D erreichbar.

Trochoides Fräsen bringt Kosten- und Wirtschaftlichkeitsvorteile

Für den Anwender bedeutet dies kürzere Bearbeitungszeiten, eine bessere Werkzeugausnutzung und einen spürbar geringeren Werkzeugverschleiß. Gerade Letzterer rückt angesichts der rasant ansteigenden Hartmetallpreise in das Blickfeld der Metallbearbeiter, die beim Umstieg auf das trochoide Fräsen gleich zweimal profitieren: Von den höheren Werkzeugstandzeiten und den niedrigeren Anschaffungskosten des Fräsers aus den kleineren Durchmessern resultierend. Wird das trochoide Fräsen in Bearbeitungszentren eingesetzt, sind zusätzliche Kosteneinsparungen möglich. Weil mit nur einem Werkzeug sehr unterschiedliche Nutbreiten oder Taschengrößen erzeugt werden können, muss das Werkzeug seltener gewechselt werden und es bleibt Platz im Werkzeugmagazin. Auch konstruktionstechnisch bietet das trochoide Fräsen Vorteile. Wegen der geringeren radialen Kräfte können wesentlich filigranere und dünnwandigere Bauteile realisiert und höhere Genauigkeiten erreicht werden. Gleichzeitig werden die Spindellager geschont und die Werkzeugstandzeit erhöht sich.

OptiMill-Fräser von MAPAL optimal geeignet

Die Produktfamilie OptiMill von MAPAL hält für das trochoide Trockenfräsen geeignete Fräser mit DIN-Schaftlänge 2xD bereit. Für Anwendungen mit noch höheren Anforderungen hat MAPAL jetzt ganz neue Fräser mit einer Schneidlänge von 3xD und einem Durchmesser von 6 bis 20 mm entwickelt und ins Lieferprogramm aufgenommen. Eine besonders ausgeführte Ungleichteilung (EU-Teilung) der fünf Schneiden in Kombination mit einer innovativen Geometrieauslegung des Schneidkeils reduziert hier die Schwingungsanregung. Eine während des Herstellungsprozesses vorgenommene Auswuchtung (Wuchtgüte 2,5) senkt das Vibrationsrisiko noch weiter. So kann der zum Patent angemeldete Fräser selbst bei extrem hohen Drehzahlen problemlos eingesetzt werden. Damit es bei den nun möglichen gewordenen größeren Schnitttiefen wegen der dabei entstehenden längeren Späne nicht zum Klemmen kommt, haben die Werkzeugkonstrukteure darüber hinaus einen Spanteiler integriert, der die Späne halbiert. Dies stellt ein problemloses Abführen der Späne aus dem Maschinenraum sicher. Eine spezielle Werkzeugaufnahme ist für das trochoide Fräsen mit den MAPAL Fräsern nicht erforderlich.

Soll das Potenzial des trochoiden Fräsens und der neuen Fräser jedoch voll ausgeschöpft werden, empfiehlt sich der Einsatz des neuen MAPAL HTC Spannfutters. Das Futter vereint die sehr guten Dämpfungseigenschaften der Hydro-Dehnspanntechnik mit den hohen Haltekräften der Schrumpftechnologie. Dabei überträgt das HTC hohe Drehmomente prozesssicher. Selbst eine Aufheizung auf 170° kann dem HTC-Futter nichts anhaben, wie Fräsversuche bestätigt haben. Es kann daher in der Regel auf eine Kühlung verzichtet werden.

Kleinere bzw. filigranere Teile, höhere Genauigkeiten und der anhaltende Zwang zur weiteren Reduzierung der Werkzeug-, Betriebs- und Wartungskosten lassen den Ruf nach effizienteren Fräsverfahren lauter werden. Dank der Verfügbarkeit leistungsfähiger Werkzeuge wie den neuen MAPAL Trochoid-Fräsern und der zunehmenden Verbreitung leistungsfähiger CNC-Steuerungen und CAM-Software steht einem breiten Einsatz des Trochoid-Fräsverfahrens jetzt nichts mehr im Weg. Die Zeit ist reif für das trochoide Fräsen!

Kontakt:

www.Mapal.com