Microsoft Word - Skript08_2-Fraesen-Fraesmaschine-Spindel_Info-flip.doc

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse









Fräsen – Fräsverfahren




































Bildquelle: Sandvik Tooling Deutschland GmbH
























1

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Hausaufgabe

Fräsen Grundlage

Sieh dir die folgenden Filme zum Fräsen als Einleitung an und bearbeite dabei die
folgenden Aufgaben:


1.) Grundlage Fräsen
Der Lehrfilm zeigt das grundlegende Arbeiten an einer
konventionellen Fräsmaschine.
Dabei wird ein Würfel gefräst. Verwendet werden folgende
Werkzeuge:
 Messerkopf
 Fasenfräser
 Kantentaster
 Zentrierbohrer

https://www.youtube.com/watch?v=AMVYqt7nDHo Achte auf die Tätigkeit des Werkers. Was bedeutet die Bezeichnung
„konventionell“?
2.) Fräsmaschine und Fräsoperationen
Angaben zu den Werkzeugen und Detailbegriffe zur Maschine sind
nebensächlich!

a.) Übertrage die Achsen der Maschine (x, y, z) auf deine rechte
Hand und finde die Rechte-Hand-Regel.
b.) Erstelle ein Diagramm in dem du die Begriffe Umfangsfräsen
und Stirnfräsen etc., sowie Gegen- lauffräsen und
Gleichlauffräsen sinnvoll anordnest
https://www.youtube.com/watch?v=aEj5lKnCXnI

ACHTUNG: der Film ist erst ab 3:26 interessant, ab 11:50 geht es
ums Bohren und Reiben, danach kannst du ihn beenden (14:01)
3.) VHM-Bohren und Fräsen
Achte in dem Film genau auf die Angaben unten links.

Unterscheide die Verfahren Schruppen und Schlichten indem Du die
Begriffe …
 viel / weinig Materialabtrag
 glatte / raue Oberfläche
 hohe / geringe Maßhaltigkeit
https://www.youtube.com/watch?v=eqgkdf6o_vo&feature=youtu.be … sinnvoll verwendest. Formuliere ganze Sätze


Aufgabe: Verwende dein Tabellenbuch, um parallel die Fräsparameter nachzuschlagen
– Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Zustelltiefe (Zustellung), Schnittbreite – …










2

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info



Weitere infos zur Zerspanung findest du z.B. auf der Homepage der Firma SANDVIK.
Die Infos hier sind bisweilen besser, als das was die Fachliteratur bietet.



SANDVIK




https://www.sandvik.coromant.com/de-de/knowledge/milling/pages/default.aspx






die Firma Hoffmann bietet interessante Praxisbeispiele.



Hoffmann-Video Zerspanung


https://www.youtube.com/watch?v=K90cZYVats0











Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH




https://www.youtube.com/watch?v=j0VqN7G-3MU















3

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info


Folgende Fräsertypen werden zu unterschiedichen Fräsarbeiten eingesetzt.
– Auswahl –















Schaft- oder Nutenfräser (90°-Ecken)











Radius-, Kugel- oder Kopierfräser (runde Stirnformen)

















































Aufgabe: Bearbeite mittels dieser Auflistung die Aufgabe „Fräsertypen“.

4

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info

Fräsverfahren


Frästechnik Nach der Lage der Werkzeugachse bezogen auf das Werkstück
unterscheidet man die beiden grundlegenden Verfahren
Umfangsfräsen und Stirnfräsen



Gegenlauffräsen



Beim Umfangsfräsen

Umfangsfräsen werden zudem je nach SANDVIK Tooling Deutschland GmbH

Drehrichtung des Fräsers
bezogen auf seine Bewe-
gungsrichtung zwei
Gleichlauffräsen

unterschieden
Fräsmethoden
Verlag Europa Lehrmittel



SANDVIK Tooling Deutschland GmbH


Außenverzahnt







Beim Stirnfräsen hängt Messerkopf Walzenstirnfräser
Stirnfräsen im Werkstück zurück- www.reidl.de www.bachgmbh.de
der Weg, den der Fräser
legen kann von der Aus-
Ein Zahn über die Mitte

schneiden ab
gestaltung der Haupt-
Verlag Europa Lehrmittel




Bohrnutenfräser
www.atorn.de

Die Qualität des Fräsergebnisses hängt in erster Linie von den Fräsparametern
(Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Zustellung) ab. Es gilt allgemein, dass weniger
Materialabtrag und eine hohe Schnittgeschwindigkeit zu einer feineren Güte führt. Güte
meint hierbei die Maßhaltigkeit sowie die Oberflächengüte.



5

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info

Fräsparameter – Technische Daten





vc
vc








Stirnfräsen Umfangsfräsen


Schnittgeschwindigkeit vc
Die Schnittgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der die Schneide am Werkzeug
entlangläuft. Sie ist vergleichbar mit einem Rad, welches auf einer Bahn abrollt.


Die Drehzahl n gibt hierbei die Geschwindigkeit vor.
Die Drehzahl n ist das Maß für die Anzahl der vc
Umdrehungen pro Zeit.
n
n = 1000 1/min bedeutet demnach, dass der Körper
1000 Umdrehungen je eine Minute macht.

Je schneller die Drehzahl desto schneller ist auch die Geschwindigkeit.



Es gilt v   d  n  d – Durchmesser des Fräsers (oder des Rades…)
c


Beispiel:
Mit dem dargestellten Messerkopf (D = 65mm) soll eine Fläche
plangefräst werden. Der Fräserhersteller empfiehlt eine
Schnittgeschwindigkeit vc = 180 … 220 m/min.
In welchem Bereich muss die Drehzahl des Spindelmotors
eingestellt werden?


Lösung:
SANDVIK Tooling Deutschland GmbH v
aus v   d  n  wird n   c d 
c

v 180000 mm v 220000 mm
n  c, min  min  882 1 n  , c max  min  1078 1
min
π  d  π 65mm min max   d   65mm min


6

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info


Gleichlauf Gegenlauf




























SANDVIK Tooling Deutschland GmbH


Ein perfektes Fräsergebnis wird beim Fräsen dann erreicht, wenn der Fräser beim
Anschnitt auf reichlich Material trifft, das abgespant werden kann und wenn die Größe des
Spans zum Fräseraustritt hin abnimmt – Kommaspan


Aufgabe: Beurteile nun, warum die Bewertung (+ und -) bei den oberen Bildern
zum Umfangsfräsen so, wie dargestellt, ausgefallen ist.





Frästechnik – Wirtschaftlichkeit und Probleme beim Fräsen


Zeitspanvolumen

Beim Zerspanen ist bezüglich der Wirtschaflichkeit der wichtigste Aspekt, wie viel Material
pro Zeit zu Spänen verwandelt wird. Das Maß hierfür ist das Zeitspanvolumen:




Q  a p a  e v  f

Schau dir den Film an und beschreibe – auch anhand der
Gleichung – wie die Firmen Chiron und Guhring es geschafft
haben, ein derart hohens Zeitspanvolumen zu leisten, wie im
Film beschrieben. Beleuchte alle Aspekte.

https://www.youtube.com/watch?v=Kbxj7IGfL8M&feature=emb_logo


7

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info

Mittiger Anschnitt

Beim Stirnfräsen z.B. mit Messerkopf….















Fräsbreite ist größer als halber Fräsbreite ist so groß wie halber Fräsbreite ist kleiner als halber
Fräserdurchmesser Fräserdurchmesser Fräserdurchmesser
ae > D/2 ae = D/2 ae < D/2
Schneidplatte trifft schräg auf Schneidplatte trifft flächig auf Schneidplatte trifft mit Schnei-
Material, gute „Abschab- Material, hohe Schneidplatten- de voll auf Material, beste
bedingungen“ belastung „Abschabbedingungen“
Quelle: SANDVIK Tooling Deutschland GmbH

Frästechnik – Begriffe



Herstellen einer ebenen Fläche
durch Stirnfräsen.
Planen
Wichtigstes Werkzeug hierfür:

Messerkopf (Planfräser)
SANDVIK Tooling Deutschland GmbH

Mit einem Stirnfräser um eine
parallel zur Fräserachse liegende
Oberfläche fräsen (Gleich- oder
Säumen Gegenlauf), um mit den Neben-
schneiden zu zerspanen.
Kennzeichnend ist ein sehr

https://mav.industrie.de geringes ap.



Mit einem Kugelfräser oder wie im
Bild mit einem Rundplattenfräser
Abzeilen
eine schräge Ebene „Zeile für Zeile“
zerspanen.

https://mav.industrie.de
Viel Materialabtrag bei normaler
Schnittgeschwindigkeit (ap, ae, f
Schruppen sind hoch)
+ Wenig Materialabtrag bei hoher
Schlichten Schnittgeschwindigkeit für gute
Oberfläche und gute Maßhaltigkeit
www.gerdt-cnc.de/schruppen-schlichten/ (ap, ae, f sind niedrig - finishen)

8

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse






Fräsmaschinen




























Bildquelle: DMG MORI AG Bildquelle: www.conrad.de































Bildquelle: KUNZMANN Maschinenbau GmbH






9

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info


Fräsmaschinen – Aufbau, Achsen, Funktion, Anforderung
Herkömmliche (konventionelle) Fräsmaschinen besitzen wenigstens drei Achsen, X, Y
und Z, wobei die Z-Achse stets die ist, um die die Frässpindel dreht (Rechte-Hand-Regel).


Diese Art der Fräsmaschine
befindet sich auch in der Werk-
statt der ESS. Während die
Achsen über einen Kurbeltrieb
stets per Hand angetrieben
werden können, ist natürlich auch
ein motorgsteuerter
Automatikbetrieb möglich.
Streckensteuerung: Nur eine
Achse kann sich gleichzeitig
bewegen.
Bahnsteuerung: Alle drei Achsen
arbeiten simultan zusammen. Es
können Bahnen wie Radien,
Kreise, Bögen etc. abgefahren
Bildquelle: www.wgm-maschinen.de/
werden.


5-Achs-Maschinen
Leistungsstarke moderne Fräsmaschinen besitzen neben den herkömmlichen drei Achsen
noch die Möglichkeit, je eine Drehbewegung um die X- und um die Z-Achse auszuführen.
Diese neuen Bewegungsmöglichkeiten werden als A- und C-Achse bezeichnet.



Hierbei unterscheidet man Maschinen,
bei denen die X-, die Y- und die Z-Achse
simultan bewegt werden können, die A-
und die C-Achse jedoch nur einzeln.
Diese Maschinen sind 3+2-Achs-

https://www.youtube.com/watch?v=nsknNWrPYHw Maschinen.


Sobald die A- und die C-Achse ebenfalls
simultan bewegt werden können, sind
dies 5-Achs-Simultanmaschinen. Hierbei
sind die komplexesten Bewegungen
möglich.

https://www.youtube.com/watch?v=RnIvhlKT7SY

Achte beim ersten Video auf das sehr hohe Zeitspanvolumen, welches erzeugt wird.

Achtung: beide Videos sind nur Demonstrationen, um die Leistungsfähigkeit der Maschinen und
der Software zu demonstrieren. Eine Felge und auch ein Helm werden anders gefertigt.


10

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info


Fräsmaschinen – Aufbau, Achsen, Funktion, Anforderung
Der Aufbau von Fräsmaschinen ist sehr unterschiedlich. Die drei Hauptachsen X, Y und Z
befinden sich stets in der gleichen Anordnung, sie werden jedoch auf unterschiedliche
Arten bewegt.
Wesentliche Unterscheidung bei den verschiedenen Aufbauformen ist die Lage der
Frässpindel, also der Z-Achse. Diese kann horizontal oder vertikal liegen…
















































Bildquelle: Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer Verlag

Die Darstellungen oben sind nur schemenhaft und behandeln nur die Hauptachsen. Da es
sich ja auch oft um 5-Achs-Maschinen handelt, kommen die A- und die C-Achse noch
hinzu.

Aufgaben

1. Suche drei der o.d. Fräsmaschinen-Bauweisen heraus und überprüfe die Ein-
haltung der Rechte-Hand-Regel.
2. Erinnere Dich an die Fräs-Demo an der CNC-Maschine der ESS. Welche
Maschinenbauform besitzt die DMG DMU40.


11

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info

Vorschubantriebe / Achsantriebe in Fräsmaschinen























































Bildquelle: www.cnc-shop.mobasi.com





Im oberen Bild ist eine konventionelle Fräsmaschine mit Streckensteuerung dargestellt.
 Trage an die Pfeile die jeweilige Achse an, deren Bewegungsrichtung dargestellt ist.
Nutze die Rechte-Hand-Regel!


Kugelumlaufspindel

Das wichtigste Element, um die Achsen anzutreiben
ist die Kugelumlaufspindel. Gem. dem dargestellten
Bild, kommt der Name von der Anordnung der
Kugeln innerhalb des Zusammenspiels von Spindel,
Spindelmutter und Kugeln.

Alternativname: Kugelgewindetrieb
Bildquelle: Robert Bosch AG

12

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Info

Folgende Filme zeigen die Funktionsweise von Kugelumlaufspindeln. Ab und an ist in den
Filmen der Fokus auf besonderen Konstruktionselementen des jeweiligen Kugelumlauf-
triebes gelegt – lasst Euch davon nicht weiter stören.














https://www.youtube.com/watch?v=yUc0JAkEkTk https://www.youtube.com/watch?v=2XZpQwUVGgQ https://www.youtube.com/watch?v=L-Rk3Di9FIs




Motor






Bildquelle: www.ludwigmeister.de


In einer Werkzeugmaschine besitzt jede Linearachse
einen eigenen Antrieb, der mit der Kugelumlauf-
spindel verbunden ist und diese antreibt.
Die Kugelumlaufspindel alleine reicht nicht aus, um
die Funktion des Linearantriebs zu gewährleisten.
Das System benötigt stets eine Führung, damit die
Mutter keine Drehbewegung ausführt.
Bildquelle: Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Kugelumlaufspindel-Technologien









Bilder: KEM Konstruktion, Verlag Konradin Mediengruppe

Drehende Spindel Stehende Spindel / steigende Spindel
Die Spindel wird angetrieben und dreht um ihre Die Spindelmutter wird angetrieben und dreht
eigene Achse, die Spindelmutter incl. Tisch um ihre eigene Achse, die Spindel steht in
bewegt sich hin und her. (vgl. Technik oben auf Drehrichtung fest und bewegt sich incl. Tisch
dem Blatt) hin und her.




13

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse
Arbeitsblatt

Lineargeschwindigkeit Kugelumlaufspindel

Die Lineargeschwindigkeit der Spindelmutter (bei drehender Spindel) bzw. der Spindel (bei
stehender/steigender Spindel) gibt die Vorschubgeschwindigkeit des Achsantriebes wieder
und hängt ab von der Drehzahl der Spindel/Spindelmutter und der Steigung der Spindel
(vgl. Gewinde). Es gilt:
P – Steigung
n – Spindeldrehzahl
P


Lineargeschwindigkeit: v  n P die kennen wir doch!!!
f

Gesamtübung


Werkstück
Lager Arbeitstisch Lager


Zahnriemenrad z = 36




…...…………- P = 10mm ……………...…….. Zahnriemenrad z = 24
Drehzahlveränderlicher Motor


Fräsmaschinenvorschub
Im o.d. Schema ist der Antriebsstrang des X-Achs-Vorschubes einer Fräsmaschine dargestellt.

1.) Beschreibe den Bewegungsfluss und die Funktion des gesamten Antriebsstrangs.
2.) Um welche Kugelumlaufspindel-Technologie handelt es sich?

3.) Welches Fräsverfahren mit welchem Werkzeug wird oben dargestellt?

Der Katalogauszug des Fräserherstellers beinhaltet folgende Daten:
Fräserdurchmesser D = 65mm
Empfohlener Vorschub f = 1,2mm
Optimale Schnittgeschwindigkeit vc = 200 m/min

4.) Bestimme die Fräserdrehzahl sowie die einzustellende Vorschubgeschwindigkeit.
5.) Bestimme die Spindeldrehzahl, um die Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen.

6.) Finde den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl und der Spindeldrehzahl aufgrund
des Zahnriementriebs (Zähnezahlen / Zahnriemenräder) – proportionale/antiproportionale
Zuordnung.
7.) Bestimme die bei der Vorschubgeschwindigkeit einzustellende Motordrehzahl.


14

Technisches Gymnasium Technik + Management
Eingangsklasse










































© StD Markus Bürger, Dipl.-Ing. (FH)

Ehrhart-Schott-Schule Schwetzingen
[email protected]


www.esss.de









15