Prozesse beherrschen: 5-Achsen-Präzisionsfräsen

Moderne Mehrachsmaschinen ermöglichen es, komplexere Werkstücke effizient und produktiv zu bearbeiten. 5-Achs-Fräsen und Simultanfräsen haben ihre Vorteile in allen Industriezweigen, insbesondere im Werkzeug- und Formenbau. Dabei spielen auch die eingesetzten Werkzeuge eine wichtige Rolle. Die Paul Horn GmbH, der Tübinger Präzisionswerkzeughersteller, bietet ein breites Spektrum an Werkzeugen für diese Anwendungen. 

Michelangelo sagte einmal, dass in jedem Steinblock eine Skulptur steckt und die Aufgabe des Bildhauers darin besteht, sie zu entdecken. Hätte er Hammer und Meißel gegen ein modernes Bearbeitungszentrum zum 5-Achs-Fräsen und Simultanfräsen mit präzisen Werkzeugen eintauschen können, hätten wir heute unzählige Bilder dieses italienischen Bildhauers zum Träumen. 

Moderne 5-Achsen-Bearbeitungszentren verfügen wie eine herkömmliche Fräsmaschine über drei Linearachsen (X, Y, Z) in je einer Raumrichtung. Darüber hinaus kann ein Werkstück dank zweier Dreh- oder Rotationsachsen in 3D bearbeitet werden. Beim 5-Achsen-Fräsen bewegen sich nicht alle Achsen gleichzeitig, aber alle fünf Seiten des Werkstücks können bearbeitet werden. Wenn sich alle Achsen gleichzeitig bewegen müssen, um die korrekte Geometrie eines Teils zu erzeugen, spricht man von 5-Achsen-Simultanfräsen.

Im Automobilsektor werden bei der Bearbeitung von Formen für die Scheinwerferproduktion viele Horn-Fräswerkzeuge eingesetzt. Denn die unterschiedlichen Oberflächen und Radien stellen den Hersteller vor große Herausforderungen. Für das Schruppen der Form werden Hochgeschwindigkeitsfräser der Serie DAH 8 von Horn eingesetzt, während die Ingenieure beim Schlichten auf die Systemschaftfräser DS des Werkzeugherstellers setzen. Neben dem Kugelfräsen setzen sie auch Kreissegmentfräser ein, die bei der Bearbeitung von Freiformflächen weniger Vorschübe benötigen, aber dennoch die gleiche hohe Oberflächengüte wie andere Fräser aufweisen. Die Durchlaufzeit ist deutlich kürzer.

Eine weitere Anwendung sind Fräsarbeiten an Spritzgussformen, bei denen ein Fräser mit hohem Vorschub und 12 mm Durchmesser zum Aufrauen der Oberfläche eingesetzt wird. Dieser Fräsertyp hat eine Doppelradiusgeometrie. Dies fördert den Kraftfluss in axialer Richtung der Spindel und verursacht nur geringe Radialkräfte. Dank dieser Geometrie können auch bei langen Vorsprüngen hohe Vorschübe erzielt werden, ohne dass es zu Vibrationen im Werkzeug kommt. 

Bei der Bearbeitung einer Form mit verschiedenen Kugelfräsern sind drei Faktoren für die Qualität der Oberfläche entscheidend: die Präzision des Werkzeugs, eine leistungsfähige CAM-Software für die optimale Bearbeitung und eine präzise Vorrichtung. Horn fertigt die Radien der Fräser mit einer maximalen Formabweichung von +/- 0,005 mm. Wie wichtig diese Präzision ist, wird deutlich, wenn mehrere Fräser an einer zu bearbeitenden Form eingesetzt werden.

Die 5-Achs-Frästechnik wird auch in der Zulieferindustrie für den medizinischen Bereich eingesetzt. So setzt ein Hersteller Titanfräser des Typs DS von Horn für die Produktion von Implantaten ein. 

Diese Elemente aus Titan umfassen mehrere Freiformflächen, etwa 20 verschiedene Radien und viele Hohlräume in verschiedenen Winkeln. Zum Schruppen wird ein Fräser mit einem Durchmesser von 10 mm und einem Winkelradius von 0,2 mm gewählt sowie einer mit einem Durchmesser von 6 mm und einem Winkelradius von 0,5 mm. Zum Schlichten wird ein Schaftfräser mit einem Durchmesser von 1 mm verwendet. Für andere Bearbeitungen werden DS-Fräser mit den Durchmessern 10/6/4/2 und 0,6 mm sowie ein 2 mm Kugelfräser und ein DCG-Gewindefräser mit drei Schneiden gewählt. Das letztgenannte Werkzeug fräst M 3,5 x 0,5 - 8 mm tief und in einem Winkel von 35° in einem Durchgang. 

Das Fräsen von zwei kegelförmigen Vorsprüngen erwies sich als eine große Herausforderung. Ihr 43°-Kegel ist etwa 2 mm hoch und muss in einer geometrisch perfekten Spitze enden. Das Schruppen und Schlichten erfolgt mit einer Horn-Mikrofräsmaschine.