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Mastercam-dynamisches Fräsen

Dynamisches Fräsen ist eine Bearbeitungsmethode, die in Zusammenarbeit mit Werkzeugherstellern und CAM-Software-Entwicklern entwickelt wurde. Ursprünglich wurde die dynamische Bearbeitung für das Schruppen von schwer zerspanbaren Materialien wie harten Stählen und hitzebeständigen Superlegierungen entwickelt, eignet sich aber auch für das Fräsen anderer Materialien. Die Methode nutzt die volle Schnitttiefe des Werkzeugs, was zu einem gleichmäßigen Verschleiß über die gesamte Schneidenlänge führt und die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert.

Das grundlegende Prinzip des dynamischen Fräsens besteht in einer großen axialen (ap) und kleinen radialen (ae) Schnitttiefe im Vergleich zu traditionellen Bearbeitungsmethoden. Ziel des dynamischen Fräsens ist es, das Fräsen bei voller Werkzeugbreite und lineare Bewegungen zu vermeiden, indem der Materialabtrag mit sanften Bearbeitungsbewegungen erreicht wird.

Dynamische Bearbeitung wird generell als sogenanntes Gleichlauffräsen durchgeführt, bei dem das Werkzeug mit einer hohen Vorschubrate (sogenannter Luftschnitt) zum Anfang des neuen Spans zurückkehrt, sobald der Span endet. Die An- und Abfahrbewegungen zum Bearbeitungspfad erfolgen stets auf einer gebogenen Bahn (ca. 10% Dc). Beim dynamischen Fräsen sollte der Werkzeugdurchmesser (Dc) höchstens 70% der Breite des bearbeiteten Bereichs betragen. Der seitliche Versatz ae beim dynamischen Hochgeschwindigkeitsfräsen liegt in der Regel bei etwa 5-20% Dc, abhängig vom Werkzeug und Material. Der Einsatz von Kühlschmieremulsionen sollte beim dynamischen Fräsen geschlossener Taschenformen vermieden werden, da die Flüssigkeit die Späne in die Tasche drückt und den Bearbeitungsprozess unterbricht. Es wird empfohlen, beim dynamischen Fräsen eine Luftkühlung zu verwenden.

 

Beim dynamischen Flächenplanieren wird die optimale Werkzeugbreite gemäß den Anweisungen des Werkzeugherstellers verwendet (etwa 60-90% Dc). Der Vorteil des dynamischen Planierens gegenüber traditionellen Planiermethoden (einfache Richtung oder Zickzack) ist ein gleichmäßiger Bearbeitungspfad, der der zu planierenden Oberfläche folgt. Beim dynamischen Planieren ist das Werkzeug immer im Eingriff mit dem bearbeiteten Material, und die Schnittrichtung bleibt konstant bei einer kontinuierlich optimalen Schnittbreite. Der Einsatz dynamischer Methoden sorgt für einen stabilen Spanfluss und Maschinenbelastung im Bearbeitungsprozess, wodurch höhere Bearbeitungswerte angewendet werden können.

 

Vorteile und Nachteile des dynamischen Fräsens

Vorteile:

  • Höhere Schnittgeschwindigkeit
  • Größerer Vorschub pro Zahn
  • Erhöhter Spanfluss
  • Kürzere Bearbeitungszeit
  • Bessere Spansteuerung
  • Weniger Hitzeentwicklung
  • Geringere Werkzeugkosten
  • Prozesssicherheit
  • Es ist immer nur eine Schneide im Eingriff, was Vibrationen reduziert
  • Geringerer Energiebedarf im Vergleich zu traditionellen Bearbeitungsmethoden

Nachteile:

  • NC-Code-Länge
  • Komplexe Lesbarkeit des Bearbeitungsprogramms ohne CAM-Software
  • Manuelles Bearbeiten des NC-Codes unmöglich
  • Erforderlicher Speicher für den NC-Code in der Maschinensteuerung
  • Fähigkeit älterer Maschinensteuerungen, lange NC-Codes zu lesen

 

Schneidwerkzeuge und Werkzeughalter beim dynamischen Fräsen

Beim dynamischen Fräsen können gängige Schneidwerkzeuge genutzt werden, doch der größte Nutzen der Methode wird durch Verwendung von Vollhartmetallfräsern mit langen Schneidenlängen erzielt, die speziell für das dynamische Fräsen entwickelt wurden und mit mehreren Schneidkanten und Spanbrechernuten ausgestattet sind. Diese umfassen beispielsweise die Walter Tools MD133-Serie, erhältlich in 3xD, 4xD und 5xD Schneidenlängen. Der beim dynamischen Fräsen verwendete laterale Versatz hängt nicht nur vom Werkzeug ab, sondern auch von der Bearbeitungstiefe, dem zu bearbeitenden Material, der verwendeten Werkzeugmaschine, der Maschinenkegel, dem Werkzeughalter und der Werkstückspannung. Um die Effektivität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen, sollten immer die Berechnungsprogramme des Werkzeugherstellers verwendet werden, die diese Aspekte berücksichtigen. Solche Programme sind beispielsweise Walter GPS.

Walter Tools AK182 holder

 

Die Bedeutung des richtigen Werkzeughalters beim dynamischen Fräsen sollte nicht unterschätzt werden. Da Werkzeuge, die für das dynamische Fräsen entwickelt wurden, oft teurer als traditionelle Fräser sind, hat die Werkzeugspannung einen erheblichen Einfluss auf die Kosteneffizienz des Prozesses. Der empfohlene Werkzeughalter für dynamisches Fräsen ist ein Hydrodehnspannfutter. Beispielsweise Walter Tools AK182. Ein Hydrodehnspannfutter bietet eine gute und stabile Spannung für das Werkzeug und gewährleistet hohe Rundlaufgenauigkeit. Eine sekundäre Option für dynamische Fräswerkzeuge ist ein Weldon-Halter, der ebenfalls eine feste Spannung bietet, jedoch nicht dieselbe Rundlaufgenauigkeit, was die Werkzeuglebensdauer und die Oberflächenqualität des Werkstücks beeinträchtigt. Beim Einsatz von Schrumpffuttern oder anderen schlanken Werkzeughaltern ist es oft nicht möglich, die maximalen Bearbeitungswerte des Werkzeugs zu nutzen. ER-Spannzangen sollten vermieden werden, da das Werkzeug aus diesen Haltern zurückgezogen werden kann, wenn die Bearbeitungskräfte zunehmen. Falls notwendig, können ER-Spannzangen verwendet werden, die für das dynamische Fräsen entworfen wurden und das Werkzeug verriegeln, um ein Herausziehen zu verhindern.