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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Kugelkopffräser sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 10 Hersteller von Kugelkopffräser und deren Firmenranking.
Inhaltsübersicht
Ein Kugelkopffräser ist ein Schaftfräser, ein in Werkzeugmaschinen verwendetes Schneidwerkzeug mit einer kugelförmigen Spitze.
Die Querschnittsform der Schnittfläche ist aufgrund der flachen Form normaler Schaftfräser rechtwinklig, während die Querschnittsform beim Schneiden mit einem Kugelkopffräser gekrümmt sein kann.
Durch die Verwendung von Kugelkopffräsern können gekrümmte Oberflächen frei geformt werden, solange der Krümmungsradius gleich oder größer als der Kugelkopffräser-Kugelradius ist, ohne dass 5-Achsen-Bearbeitungszentren mit einem Mechanismus zum Kippen des Schneidwerkzeugs verwendet werden müssen.
Kugelkopffräser eignen sich zum Schneiden von Werkstücken mit gekrümmten Oberflächen und werden zum Schneiden von Verrundungen verwendet, um zu verhindern, dass sich Teile und Ablagerungen in den Ecken der Bodenfläche ansammeln oder zum Schneiden von rillenförmigen Nuten als Fließwege für Flüssigkeiten.
Darüber hinaus kann durch numerisch gesteuertes Fräsen auf einer NC-Fräsmaschine usw. auf der Grundlage einer mit CAD-Software entworfenen Form eine glatte, gekrümmte Oberfläche geformt werden, was mit gewöhnlichen Kugelkopffräsern schwierig ist, sofern der Krümmungsradius größer ist als der Kugelkopffräserradius.
Kugelkopffräser können in Verbindung mit NC-Werkzeugmaschinen verwendet werden, um leicht gekrümmte Oberflächenprofile zu schneiden. Allerdings gibt es einige Nachteile im Vergleich zu Vierkantfräsern.
Kugelkopffräser haben eine kleine Querschnittsfläche der Schneide, was sie weniger steif und anfälliger für Ausbrüche macht. Der Querschnitt der Schneide eines Kugelkopffräsers ist gekrümmt und der Werkzeugdurchmesser variiert je nach Kontaktposition mit dem zu schneidenden Material stark. Selbst bei konstantem Vorschub und konstanter Drehzahl wird die Spitze des Fräsers je nach Ebenheit und Rauheit der Werkstückoberfläche übermäßig belastet, was zu Kantenausbrüchen führen kann.
Weitere Nachteile sind die Unmöglichkeit, rechtwinklige Ecken an der Unterseite zu bearbeiten und der schlechte Abtransport der Späne, weshalb Vierkantfräser für allgemeine Fräsarbeiten die bessere Wahl sind. Die Qualität der bearbeiteten Oberfläche hängt stark von der Position des Kontakts mit dem zu bearbeitenden Material ab, so dass der Einsatz von Bearbeitungsmaschinen mit hochpräziser Positioniergenauigkeit und eine Oberflächenbehandlung nach der Bearbeitung erforderlich sind, wenn glatte gekrümmte Oberflächen geformt werden sollen.
Durch die runde, kugelförmige Form der Schneide können mit Kugelkopffräsern beliebige Formen geschnitten werden wie z. B. ebene Flächen, Seitenflächen und kugelförmige Flächen, aber auch Eckenradien mit dem Radius des Fräsers. Aufgrund des kugelförmigen Charakters der Schneide nimmt der Werkzeugdurchmesser von der Spitze nach außen hin allmählich zu und die Drehzahl ändert sich ebenfalls.
Da der Werkzeugdurchmesser an der Spitze Null ist, bleibt die Drehzahl Null, egal wie schnell das Werkzeug gedreht wird. Daher führt die Bearbeitung nur an der Spitze, wo die Rotation gleich Null ist, weder für den Fräser noch für das Werkstück zu guten Ergebnissen, wie z. B. verschmutzte Oberflächen oder verschüttete Kanten. Um mit einem Kugelkopffräser gute Bearbeitungsergebnisse zu erzielen, ist es wichtig, so viel wie möglich von der Außenseite der Schneidfläche zu nutzen und das Werkstück mit einer hohen Drehzahl zu kontaktieren.
Bei 5-Achsen-Maschinen mit frei einstellbaren Tisch- und Spindelwinkeln kann der Schaftfräser oder der Tisch in jeden beliebigen Winkel geschwenkt werden, um eine gute Schnittgenauigkeit zu erzielen. Es ist nicht unmöglich, mit einem Kugelkopffräser ebene Flächen zu bearbeiten. Obwohl es mehr Zeit in Anspruch nimmt als mit einem Fräser, ist es möglich, eine ebene Fläche zu bearbeiten, indem man den Durchmesser der Kugel um die Hälfte (10 mm für 20 mm) verschiebt und die ebene Fläche ausfüllt.
In diesem Fall ist die Oberfläche merklich uneben und nicht sauber. Ein Kugelkopffräser ist zwar auf Schruppanwendungen beschränkt, kann aber universell für alles eingesetzt werden, von komplexen Oberflächenformen bis hin zur Bearbeitung flacher Oberflächen mit Seitenbearbeitung.
Für Kugelkopffräser mit einem Durchmesser von mehr als 20 mm gibt es sowohl massive Typen als auch Typen mit zwei abnehmbaren, auswechselbaren Schneiden (Wendeplatten). Die auswechselbaren Schneiden können nicht nachgeschliffen und wieder verwendet werden, wie dies bei den massiven Typen der Fall ist.
Sie lassen sich jedoch leicht austauschen, wenn die Schärfe nachlässt, was einfach ist und den Zeitaufwand für den Klingenwechsel verringert. Je nach Art der Spitze gibt es zwei Typen: eine zum Schruppen und eine zum Schlichten, wobei eine Spitze zum Schruppen oben und unten symmetrisch ist.
In vielen Fällen kann eine Spitze für zwei Bearbeitungen verwendet werden, wenn die Spitze nach dem Gebrauch umgedreht und montiert wird. Kugeln zum Schlichten sind einteilige Einsätze in Form eines Halbmondes und können nicht wie beim Schruppen durch Wiederzusammensetzen der Schneiden nachbearbeitet werden.
Die wichtigsten Maschinentypen, die in Verbindung mit Kugelkopffräsern eingesetzt werden, sind 3-Achsen-CNC-Fräsen, 4-Achsen-CNC-Fräsen und 5-Achsen-CNC-Fräsen. Jede CNC-Fräsmaschine liest die von der CAD/CAM-Software erstellten 3D-Daten und bearbeitet sie mit Kugelkopffräsern.
Die Bearbeitungsgenauigkeit kann durch den Radius der Schneide des Kugelkopffräsers, die Anzahl der Umdrehungen und die Vorschubgeschwindigkeit eingestellt werden. In jüngster Zeit wurden auch Maschinen mit einer Hochgeschwindigkeitsschneidfunktion eingeführt, die auf die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung spezialisiert sind.
3-Achsen-CNC-Fräsen
3-Achsen-CNC-Oberfräsen werden durch drei Achsen - X-, Y- und Z-Achse - gesteuert und eignen sich für das Planfräsen und das Nutenfräsen.
4-Achsen-CNC-Oberfräsen
4-Achsen-CNC-Oberfräsen haben zusätzlich zu den X-, Y- und Z-Achsen eine Drehachse und eignen sich für dreidimensionale Bearbeitungen und Gravuren, da sie sich während der Bearbeitung drehen können.
5-Achsen-CNC-Oberfräsen
5-Achsen-CNC-Fräsen verfügen zusätzlich zur 4-Achsen-CNC-Fräse über eine Kippachse und ermöglichen die Bearbeitung komplexerer Formen.
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