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Fräsen eines größeren Teils aus Aluminium

Know-How > Frästechnik



Das CNC-Fräsen größerer und komplexerer Teile aus Metall, vorzugsweise Aluminium, unterscheidet sich dramatisch von einfachen Gravierarbeiten oder dem Ausschneiden von Teilen aus Plattenmaterial. Zunächst einmal bekommen Sie es hier mit der dritten Dimension zu tun, das Teil hat in der Regel unterschiedliche Höhen, bzw. Auschnitte und Bohrungen verschiedener Tiefen. Weiterhin müssen Sie das Fräs- und Bohrwerkzeug mehrfach wechseln und die Aufspannung des Teils auf den Fräsmaschinentisch wird leicht zu einem Problem.

Im folgenden Artikel möchte ich deshalb als Beispiel die Herstellung eines Teils für den Umbau der Sieg X3 zeigen. Dabei gehe ich davon aus, dass Sie mit dem manuellen Fräsen vertraut sind und ich nur auf die Aspekte des CNC-Fräsens eingehen muss. Sollte das nicht so sein, empfehle ich Ihnen die Bücher von Jürgen Eichardt aus dem vth-Verlag.

Zur Erzeugung des Fräsprogramms habe ich SheetCam TNG benutzt, für die Steuerung der Fräsmaschine Mach3 mit meiner deutschen Oberfläche. Sie können natürlich auch andere Programme zur Erzeugung des Fräsprogramms verwenden, wie in meinem Buch "CNC-Fräsen im Modellbau - von der Idee zum fertigen Werkstück" beschrieben.

Dies ist die Zeichnung des Teils, sie stimmt nicht ganz mit den Fotos überein, weil sie von einer neueren Version der X3 stammt:



Aufspannen auf den Maschinentisch

Weil bei diesem Teil sowohl die Außenkontur als auch Ausschnitte im Innenteil (im CNC-Jargon sind das Taschen) gefräst werden sollen, ist das Aufspannen nicht ganz einfach. Dazu kommen Bohrungen, die nahe am Rand des Teils angebracht werden sollen. Für die Taschen und die Bohrungen ist es möglich, das Rohteil zunächst rechts und links an den Schmalseiten mit Spanneisen auf den Maschinentisch zu spannen. Spätestens beim Fräsen der Umrisskontur sind diese dann aber im Wege. Da bietet es sich dann an, die Befestigung durch die bereits fertigen Öffnungen im Inneteil vorzunehmen, wodurch der Umriss frei bleibt. Allerdings muss sichergestellt sein, dass das halbfertige Teil genau in der selben Position wieder aufgespannt werden kann. Um das zu ermöglichen, habe ich eine Zwischenplatte aus Aluminium angefertigt.



Die Platte hat an der Unterseite zwei Passstifte (Pfeile), die in die Nuten des Maschinentisches passen und es erlauben, die Platte an eine Nut anzuschlagen und so parallel auf dem Tisch auszurichten.



In die ausgerichtete und aufgespannte Platte habe ich dann auf der Fräsmaschine Bohrungen für Anschläge in X-Richtung (2) und Y-Richtung (3) angebracht und ausgerieben. In die Bohrungen passen Stifte mit 6 mm Durchmesser. Sehr gut geeignet sind z.B. abgebrochene Fräser oder Zentrierbohrer. Auf den Maschinentisch habe ich noch einen Anschlag für die Zwischenplatte in X-Richtung angebracht (1). Diese Platte kann ich also immer wieder, ohne zu messen oder zu knobeln, in derselben Position auf den Tisch spannen. Ausserdem schont sie den Fräsmaschinentisch. Wenn ich oft genug hineingefräst habe, werfe ich sie weg und mache eine neue. Um das Werkstück aufzuspannen, bringe ich in der Platte an den passenden Stellen Gewindebohrungen M8 an (4), in die ich die Stiftschrauben für die Spanneisen schraube.

Im folgenden Bild ist das Werkstück für Bearbeitung des Innenbereichs mit Spanneisen befestigt. Zur Schonung der Zwischenplatte habe ich noch ein Stück MDF mit 10 mm Stärke dazwischen gelegt.



Nachdem der Innenbereich fertiggestellt ist, nehme ich die Platte von der Maschine und stelle an den passenden Stellen die Gewindebohrungen für die Stiftschrauben her. Danach spanne ich wieder alles so auf die Maschine, dass ich die Aussenkontur fräsen kann. Im Bild sehen Sie das Schruppen der Kontur. Sehr wichtig ist es, nach dem Aufspannen die Passstifte herauszuziehen, diese sind sonst dem Fräser im Wege!



Wahl der Fräswerkzeuge

Zur Bearbeitung solcher Teile gehe ich grundsätzlich so vor: Alle Konturen werden zunächst geschruppt, das heißt, mit einem kleinen Abstand zur fertigen Kontur, dem Schlichtaufmaß, grob vorgefräst. Ein Schruppfräser mit einer möglichst feinen Verzahnung läuft ruhiger und schafft ein wesentlich höheres Spanvolumen als ein Schlichtfräser. Das liegt daran, dass der Schruppfräser viel kleinere Späne macht. Weil die Ecken des Schruppfräsers leicht abgerundet sind, erzeugt er auch eine wesentlich bessere Oberfläche beim Planfräsen von Werkstücken. Außerdem brechen die Ecken auch nicht so leicht ab. Es ist allemal besser und meist zeitsparender, ein Werkstück zunächst mit hohem Spanvolumen vorzuschruppen und dann die letzten Zehntel mit einem Schlichtfräser nachzuarbeiten, als das ganze Werkstück mit geringem Spanvolumen mit dem Schlichtfräser zu bearbeiten. Die CNC-Technik erleichtert uns dieses Vorgehen, weil wir ja nicht von Hand kurbeln müssen.

Nach dem Schruppen fräse ich die Konturen in einem Durchgang, also sofort auf volle Tiefe, mit dem Schlichtfräser, lasse aber auch dabei noch ein kleines Aufmaß stehen. Dieses fräse ich im folgenden Durchgang auf das Endmaß weg. Soll das Teil sehr maßhaltig werden, z.B. eine genaue Bohrung, dann mache ich noch einen letzten Durchgang ohne seitliche Zustellung.

Bei der Wahl eines Fräsers sollten Sie folgende Punkte beachten:

So dick und kurz wie möglich. Je dünner und länger ein Fräser ist, um so leichter biegt er sich. Das ist zwar mit dem bloßen Auge nicht zu sehen, zeigt sich aber darin, dass die Maßhaltigkeit leidet und der Fräser rattert und vibriert. Schlimmstenfalls kommt es bei falschen Drehzahl- und Vorschubwerten sogar zum Fräserbruch. Der schwächste Bereich an einem Fräser ist der Schneidenteil, durch die ausgeschliffenen Spannuten biegt er sich dort am meisten. Oft ist es nun so, dass der Schneidenbereich eines Fräsers zu kurz ist, um das Werkstück auf der vollen Tiefe zu bearbeiten. Abhilfe schaffen überlange Fräser, die aber wieder das Problem des Durchbiegens bringen. Ich helfe mir dann so, dass ich den Schaft des Fräsers und einen ganz kleinen Teil der Schneiden dünner schleife. Das sieht dann so aus und nennt sich Halsfreischliff:



Der Freischliff dient dazu, dass der Schaft des Fräsers nicht am Werkstück reibt, wenn in Tiefen gefräst wird, die die Länge der Fräserschneiden übersteigen. Natürlich muss in mehreren Stufen gefräst werden, um die gewünschte Tiefe zu erreichen. Ein kleiner Nachteil des Verfahrens ist, dass kleine Absätze auf der gefrästen Fläche zu sehen sind. Das läßt sich damit vermeiden, dass nach dem Schruppen mit einem solchen Fräser das Schlichten mit einem Fräser mit langen Schneiden erfolgt. Weil die Spanabnahme dabei minimal ist, ist die Gefahr des Durchbieges gering. Ich führe den Halsfreischliff auf meiner Drehbank mit einer Supportschleifeinrichtung durch. Weil es dabei nicht auf Genauigkeit ankommt, reicht auch das Freihandverfahren mit einer schmalen Schleifscheibe. Der Fräser muß lediglich 0,3 - 0,4 mm dünner geschliffen werden. Nicht zu vernachlässigen ist auch der Preisvorteil: Fräser mit langen Schneiden kosten wesentlich mehr als solche mit kurzen.

Der Fräser sollte "über Mitte schneiden". Wenn Sie bei einem Schaftfräser von vorne auf die Schneiden schauen, sehen Sie bei einem solchen Fräser einen Zahn, der bis ins Zentrum reicht. Dieser Zahn sorgt dafür, dass Sie mit dem Fräser in das Material eintauchen können. Anderenfalls müssen Sie bei SheetCam mit einer Rampe ins Material eintauchen, bei Programmen, die das nicht können müssen Sie erst vorbohren, wobei die Bohrung dünner sein kann, als der Fräser.

Je härter das Material, desto mehr Zähne sollte der Fräser haben. Ich fräse Aluminium mit Dreizahnfräsern. Mit den oft angebotenen Zweizahnfräsern habe ich keine besonders guten Erfahrungen gemacht, jedenfalls nicht beim Ausräumen von Material. Zum Schlichten sind sie sicherlich geeignet, hier bringen sie aber keinen Vorteil, weil die dünnen Späne auch bei einem Fräser mit mehr Schneiden sicher abgeführt werden. Einzahn- und Zweizahnfräser sind gut bei hohen Drehzahlen in Holz , Kunstoff oder Platinenmaterial.

Der Durchmesser muss so gewählt werden, dass der Fräser in Innenecken und Öffnungen die vorgegebene Kontur einhalten kann. Wenn Sie z.B. eine Innenecke mit einem Radius von 3 mm programmieren, können Sie diese nicht mit einem Fräser mit 8 mm Durchmesser fräsen. Auch 6 mm wäre zu dick, weil kein Schlichtaufmaß übrig bleibt. Es ist also wichtig, schon beim Zeichnen an das später zu verwendende Werkzeug zu denken.

Für die Produktion des gezeigte Teils brauche ich folgende Werkzeuge:

  • Einen Schruppfräser mit 12 mm Durchmesser für die Tasche
  • Einen Schruppfräser mit 8 mm Durchmesser für die Aussenkontur. Weil diese nicht nur abgefräst, sondern auch durch Nuten abgetrennt werden, muss ein zu dicker Fräser zu viel Material wegräumen. Acht Millimeter sind ein guter Kompromiß.
  • Einen Schlichtfräser mit 8 mm Durchmesser und langen (mindestens 20 mm) Schneiden.


Meine Fräser kaufe ich mittlerweile bei Dieter Amann Maschinen+Werkzeuge, Neugärtenstr. 14, 73527 Schwäbisch Gmünd,
Dieter_Amann@t-online.de
Dort bekommen Sie Schlicht- und Schruppfräser aus HSS mit Beschichtung, die qualitativ sehr gut sind. Die Preise sind moderat, ein Schlichtfräser 6 mm kostet unter 5,- €.

Einspannen der Werkzeuge

Abhängig von der Größe und der Bauart der Fräsmaschine gibt es verschiedene Werkzeugspannsysteme. Bei kleinen und/oder alten Maschinen findet man sehr häufig Spindeln mit Morsekegel-Aufnahme in den Größen MK2 oder MK3, selten auch MK1 oder MK4. Weil der Morsekegel selbsthalten ist, das heißt, er muß mit einer Abdrückvorrichtung oder einem Hammerschlag aus der Spindel entfernt werden, ist der Werkzeugwechsel umständlich. Deshalb eignet sich die MK-Aufnahme nicht für automatische Werkzeugwechsler an CNC-Maschinen. Modernere, größere Maschinen haben aus diesem Grund meist eine SK40 oder SK50 (sehr selten SK30) Steilkegelaufnahme. In England gibt es auch Maschinen mit R8-Kegeln, die aber in Deutschland fast nicht anzutreffen sind.


Oben ein SK30-Werkzeughalter für ER25- Spannzangen, unten ein Halter mit MK2-Schaft, ebenfalls für ER25.

Um nun einen Fräser einzuspannen, gibt es bei Maschinen mit SK-Aufnahme nur die Möglichkeit, einen Werkzeughalter zu benutzen. In Maschinen mit Morsekegel-Aufnahme kann der Fräser auch mit einer entsprechenden Spannzange direkt in der Spindel gespannt werden. Das hat den Vorteil, dass die Spannzangen relativ billig sind und der Fräser sehr stabil gehalten wird. Nachteilig ist, dass der Kopf der Maschine oft nicht soweit heruntergefahren werden kann, dass die Bearbeitung bis zur gewünschten Tiefe möglich ist. Ausserdem kollidiert der große Durchmesser der Pinole oder der Kopf der Fräsmaschine dann gerne mit den Spanneisen und Stiftschrauben der Werkstückaufspannung. Also bietet sich auch bei bei Maschinen mit MK-Aufnahme die Verwendung von Werkzeughaltern an.


Eine MK2-Direktspannzange



Links ein Werkzeughalter für ER32-Spannzangen mit MK3-Schaft, Mitte ein Halter für ER25-Spannzangen mit MK2-Schaft, rechts für ER16-Spannzangen, ebenfalls mit MK2-Schaft. Beachten Sie die unterschiedlichen Größen der Schließmutter für die Spannzangen.

Die teure Varainte, bei der auch die Selbstanfertigung ausscheiden dürfte, ist ein Halter mit Spannzangenaufnahme. Diese Halter sind meist für die sogenannten ER-Spannzangen eingerichtet. ER-Spannzangen haben den Vorteil, unterschiedliche Durchmesser mit einer Zange spannen zu können. Der Durchmesser-Unterschied, der überbrückt werden kann beträgt meist 1 mm. Die Spannzangen kommen in Sätzen, wobei pro Zange der Durchmesser um jeweils 1 mm steigt. Die für uns wichtigen Größen sind

  • ER16 von 1 - 10 mm (MK2)
  • ER20 von 1 - 13 mm (MK2)
  • ER25 von 1 - 16 mm (MK2, MK3)
  • ER32 von 3 - 20 mm (MK2, MK3)
  • ER40 von 3 - 26 mm (MK3)


Werden nicht zu dicke Fräser eingesetzt, dann sind die Halter für ER16-Spannzangen sehr vorteilhaft, weil sie schlank sind und weniger Kollisionspotential besitzen. Man muß übrigens nicht immer komplette Spannzangensätze kaufen, die Zangen für die wichtigsten Fräserdurchmesser sollten reichen. Das sind 6 und 10 mm. Praktisch alle Fräser bis 6 mm Durchmesser haben einen Schaftdurchmesser von 6 mm, die bis 10 mm haben 10 mm Schäfte. Ein kompletter Satz lohnt sich, wenn die Zangen auch in der Drehmaschine oder als Bohrfutter verwendet werden sollen. Beim Einspannen von Bohrern ist der Vorteil, dass die Bohrer sehr kurz, auch auf den Schneiden eingespannt werden können.

Die bessere Variante sind Werkzeughalter für Fräser mit Weldon-Schaft (praktisch alle modernen Fräser). Der Weldon-Schaft hat eine eingeschliffene Fläche für eine Feststellschraube. Damit wird der Fräser in der Aufnahme sicher gehalten und gegen Verdrehen gesichert. Weil die geschliffenen Fläche meist länger ist als für die Festellschraube erforderlich, ist es wichtig, den Fräser bein Festschrauben nach unten zu ziehen, bis er an der Schraube anschlägt und dann die Schraube festzuziehen. Weil Fräser durch den Spiralschliff die Tendenz haben, in das Material hineingezogen zu werden, kann nämlich sonst genau das passieren und das Werkstück ist verdorben. Halter für Weldon-Schäfte kann man gut selbst auf der Drehmaschine anfertigen, am schnellsten geht es mit einem Rohling mit MK-Schaft und weichem Kopf. Eine gute und günstige Quelle ist die englische Seite www.arceurotrade.co.uk Unter Collets / End Mill Holders finden Sie Weldon-Halter für MK2 und MK3. Achten Sie darauf, die metrischen Versionen zu kaufen, entweder mit M10- (MK2) oder M12-Gewinde (MK3). Unter "Blank End Arbors" finden Sie MK-Schäfte mit weichen Köpfen, falls Sie die Halter selbst machen wollen (was sich aber kaum lohnt).

Der Vorteil dieser Halter ist der günstige Preis und dass sie sehr schlank sind, also wenig Kollisionsgefahr besteht. Es lohnt sich, für oft gebrauchte Fräser jeweils einen eigenen Halter zu haben, dessen Länge in der Werkzeugtabelle der Steuerungssoftware gespeichert ist. Man spart sich damit das ständige Werzeuglängenmessen beim Werkzeugwechsel. Wie Mach3 mit voreinstellbaren Werkzeugen umgeht, ist im Handbuch zu meiner deutschen Oberfläche für Mach3 beschrieben.


Ein selbstgefertigter MK2-Halter für Fräser von 6 mm Durchmesser mit Weldonschaft (links), dazu ein entsprechender Fräser mit größerem Durchmesser wegen der Deutlichkeit. Oben ein MK2-Rohling mit weichem Kopf, aus dem der Halter gedreht wurde.

Das Material

Weil das Teil aus Aluminium gefertigt werden soll, ist die Wahl der richtigen Legierung wichtig. Es gibt Aluminiumsorten, die sich nur sehr schwer spanabhebend bearbeiten lassen. Was gebraucht wird, ist die sogenannte "Dreh- und Bohrqualität". Gängige Legierungen sind

  • Al Cu Mg Pb - gut zerspanbar, Bohr- und Drehqualität (meist Stangen)
  • Al Mg Si 1 - Seewasserfest, gut schweißbar (Stangen)
  • Al Mg Si 0,5 - gut schweißbar, gut eloxierbar (Profile)
  • Al Zn Mg Cu 1,5 - hochfest (Stangen, Platten)
  • Al Mg1, Al Mg3 - schlecht zerspanbar (Bleche)
  • Al Cu Mg 1 - sehr gut zerspanbar (Platten)


Wenn Sie Material auf dem Schrottplatz holen, laufen Sie das Risiko, an eine ungeeignete Legierung zu geraten (die Liste ist nur ein Ausschnitt). Es sei denn, der Schrotthändler Ihres Vertrauens wüste, was er Ihnen verkauft - wohl eher unwahrscheinlich.

Drehzahl, Frästiefe und Vorschubgeschwindigkeit

Hier findet man in der Literatur eine Vielzahl von Tabellen und Formeln, die alle den Nachteil haben, dass sie dem durchschnittlichen Modellbauer nichts nützen, weil sie auf die Belange der Fertigungsindustrie zugeschnitten sind. Klassisches Beispiel ist eine Tabell mit Schnittgeschwindigkeiten bei Fräsen mit der Fußnote "für eine Fräserstandzeit von 60 Minuten". Im Klartext: bei diesen Schnittwerten schmeißt man den Fräser alle 60 Minuten weg. Für die Industrie ist das in Ordnung, der Fräser hat dann auch sein Geld verdient. Ein weiterer Punkt ist, dass unsere schwachen Maschinen (ja, auch eine Wabeco oder Optimum BF20 sind schwach, verglichen mit Industriemaschinen), diese Leistung gar nicht bringen.

Es gilt also, mit eigenen Versuchen Klarheit zu schaffen und sich an die vertretbaren Werte "heranzutasten". Bei der Drehzahl gibt eh meist die Maschine die Grenze vor. Meine umgebaute Wabeco hat eine Maximaldrehzahl von 3.000 1/min, die ich aber ungern nutze, weil dann die Maschine mörderisch laut wird. Ich fräse also mit Schaftfräsern beim Schruppen mit 1.500 1/min (6 mm) oder 1.200 1/min (8 mm). Beim Schlichten mit 1.800 1/min (6 mm) oder 1.500 1/min (8 mm).

Die Eintauchtiefe des Fräsers sollte seinen halben Durchmesser nicht übersteigen, wenn wirklich etwas weggefräst wird. Beim Schlichten von Kanten, wo vielleicht nur ein Zehntel weggenommen wir, geht auch die volle Schneidenlänge.

Die Vorschubgeschwindigkeit wähle ich beim Schruppen höher als beim Schlichten, wo es auf Maßhaltigkeit ankommt. Bei einem Fräserdurchmesser von 6 mm schruppe ich mit 250 mm/min, bei 8 mm mit 200 mm/min. Beim Schlichten sind es dann 180 mm/min (6 mm) und 150 mm/min (8 mm).

Das sind Werte, die bei mir funktionieren. Da Ihre Maschine vielleicht in einem anderen Zustand ist, müssen Sie davon ausgehend eigene Versuche anstellen.

Beachten Sie , dass das oben gesagte nur für Tischfräsmaschinen gilt. Auf normalen Portalfräsmaschine für den Modellbauer sind solche Schnittwerte nicht möglich.

Gleichlauf oder Gegenlauf?

Weil die Erklärung aller Aspekte des Gleich- und Gegenlauffräsens den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, verweise ich auch hier auf das Buch von Jürgen Eichardt aus dem vth-Verlag "Fräsen für Modellbauer, Band 2", in dem das sehr gut erklärt ist.
Kurz gefasst, sollte man das Gleichlauffräsen nur auf NC-Maschinen durchführen, die Kugelgewindespindeln haben. Beim Schruppen von Aluminium und anderen weichen Metallen arbeite ich immer im Gleichlauf, bei Stahl kommt es auf den Versuch an. Das Schlichten führe ich auf jeden Fall im Gleichlauf durch, weil es bessere Oberflächen gibt.

Anfahren an Konturen

Beim Schruppen ist die Art, wie ein Fräser an die herzustellende Kontur herangefahren wird, meist unerheblich. Deshalb wähle ich in Filou das direkte Heranfahren. Dabei taucht der Fräser in das Material ein und folgt dann sofort der zu fräsenden Kontur.
Beim Schlichten passiert es aber gerne, dass dabei eine Markierung auf der fertigen Oberfläche entsteht. Das liegt daran, dass sich der Fräser minimal verbiegt. Um das zu vermeiden, fahre ich die Kontur mit einem tangentialen Bogen an. Dabei wird der Fräser zunächst in einem gewissen Abstand von der Kontur auf die programmierte Tiefe gefahren und erst dann in einem Bogen an die Kontur heran- und ohne Unterbrechung weitergefahren. Damit kann die erwähnte Markierung nicht entstehen. Das tangential Heranfahren können Sie bei der Erstellung des Fräsprogramms in Filou einstellen. Es erfordert keinen zusätzlichen Programmieraufwand.

Kühlung und Schmierung

Kühlung und Schmierung sind auch beim Fräsen von Aluminium wichtig. Dabei verwende ich keine Schwallkühlung, weil meine Maschine nicht dafür eingerichtet ist, sondern ich arbeite noch mit der "Spritzflaschenmethode". Als Kühlschmierstoff verwende ich eine Flüssigkeit, die ich mal in großen Mengen in eBay "geschossen" habe. Es ist angeblich Zeug für Minimalschmierung mit einer Sprühkühlanlage. Der Vorteil ist, dass es nicht stinkt. Ansonsten sollten auch alle wassermischbaren Kühlschmierstoffe funktionieren, Sie müssen nur darauf achten, die Maschine nach Gebrauch "trockenzulegen", wenn Sie sie längere Zeit nicht brauchen werden. Die in der Kühlemulsion enthaltenen Öle verdunsten mit der Zeit und übrig bleibt das Wasser, das ihre Maschine rosten lässt. Auch Spiritus geht für Aluminium gut, er stinkt aber und ist feuergefährlich.

Ich verwende Kühlschmiermittel immer bei der Zerspanung von Stahl, bei Aluminium aber nur bei schwerer Zerspanung, also beim Ausräumen und Schruppen. Das Schlichten von Konturen mache ich oft trocken, weil sonst die Späne an den Flächen klebenbleiben und beim nächsten Schlichtdurchgang wieder mit "durchgemüllert" werden, was der Oberflächengüte schaden kann.

Das Fräsprogramm

Mit der Zeichnung des Teils kann die Steuerungssoftware, in meinem Fall Mach3, noch nichts anfangen. Die Zeichnung muß erst in ein Fräsprogramm umgesetzt werden, das nicht nur die zu fräsenden Konturen, sondern auch Technologie-Informationen wie Frästiefe, Fräserdurchmesser, Vorschub und Drehzahl enthält. Um das Fräsprogramm zu erzeugen benutzte ich SheetCam TNG. SheetCam generiert aus fertigen Zeichnungen mit wenigen zusätzlichen Informationen komplette Fräsprogramme. Die Zeichnungen müssen im DXF-Format (ein CAD-Austauschformat) oder in HPGL vorliegen.

Weil SheetCam mit Bemaßungen und Seitenansichten nichts anfangen kann, habe ich diese erst einmal gelöscht. Dann habe ich meine Zeichnung im DXF-Format gespeichert und in SheetCam eingelesen. Wichtig ist es, beim Einlesen der Zeichnung den Werkstück-Nullpunkt festzulegen, von dem aus alle Koordinaten ermittelt werden. Bei meinem Teil liegt der Nullpunkt auf der Kreuzung der gestrichelten roten Linien im Bild.



Der mittlere Bereich des Teils, in dem die Zahnriemenscheiben und der Zahnriemenlaufen, muß auf 18 mm Tiefe ausgeräumt werden. Dazu benutze ich einen Schruppfräser mit 12 mm Durchmesser. Damit beim Ausräumen genug Material für das anschließende Fräsen der Kontur stehen bleibt, sage ich SheetCam, dass es ein Schlichtaufmaß von 0,5 mm zur Kontur einhalten soll. Nun muß ich noch festlegen, in welchen Schritten auf die gewünschte Tiefe gefräst werden soll. Zur Sicherheit nehme ich etwas weniger als den halben Fräserdurchmesser, nämlich 4,5 mm, als Zustellung in der Z-Achse. Damit wird die Tasche in vier Durchgängen ausgeräumt. Als XY-Vorschub nehme ich 200 mm/min und als Drehzahl 1.500 1/min. Das Eintauchen des Fräsers ins Material soll mit einem Rampenwinkel von 30° und 50 mm/min erfolgen. Durch das Eintauchen über eine schräge Rampe können auch Fräser verwendet werden, die nicht über Mitte schneiden, also auch nicht senkrecht eintauchen können. Die genannten Definitionen sehen dann so aus:



Die generierten Werkzeugbahnen zeigt SheetCam in blau an:



Der Anfang des generierten Programms sieht so aus:

N0000 (Filename: X3-15.tap)
N0010 (Post processor: Mach3_no_G43.scpost)
N0020 (Date: 19.04.2010)
N0030 G21 (Units: Metric)
N0040 G40 G90 G91.1
N0050 F1
N0060 (Part: X3-15)
N0070 (Operation: Spiraltasche,LAYER2,T61: Schruppfräser 12 x 27,18 mm Tief)
N0080 (Schruppfräser 12 x 27)
N0090 M06 T61
N0100 G00 Z20.0000
N0110 M03 S1500
N0120 X155.0469 Y46.8131
N0130 Z0.5000
N0140 G01 Z0.0000 F50
N0150 X157.0365 Y46.8031 Z-1.1487
N0160 G03 X156.9987 Y47.1993 Z-1.5346 I0.0010 J0.2000
N0170 G01 X155.0469 Y46.8131 Z-2.6833
N0180 X155.8869 Y49.8455 Z-4.5000
N0190 X155.0469 Y46.8131 F200
N0200 X156.9987 Y47.1993
N0210 G02 X157.0365 Y46.8031 I0.0388 J-0.1962
N0220 G01 X155.0469 Y46.8131
N0230 X157.0365 Y46.8031
N0240 G03 X156.9987 Y47.1993 I0.0010 J0.2000
N0250 G01 X155.0469 Y46.8131
N0260 X156.2300 Y51.0840
N0270 X115.6333 Y43.0509
N0280 X157.0168 Y42.8432
N0290 G03 X156.2300 Y51.0840 I0.0207 J4.1599
N0300 G01 X155.4613 Y54.9687
N0310 X76.2197 Y39.2886

Die programmierten Fräserbahnen kann ich mir in der Simulation ansehen. Bei Bedarf zoome ich das Bild größer und kann so einzelne Bahnen genau verfolgen. So kann Ich Programmfehler entdecken, die sonst erst bei der echten Bearbeitung in Erscheinung treten würden.





Einrichten der Maschine

Nachdem das Fräsprogramm fertiggestellt und das Rohteil auf den Maschinentisch gespannt ist, geht es ans Einrichten der Maschine. Zunächst wird der Werkstück-Nullpunkt festgelegt. Das kann bei Rohteilen, die größer sind als das fertige Werkstück, einfach mit einer in die Spindel gespannten Spitze geschehen. Diese wird in etwa auf den Werstück-Nullpunkt gefahren, meist die linke, vordere Ecke, in jedem Fall aber die selbe Position, die bei der Erstellung des Fräsprogramms als Werkstück-Nullpunkt definiert wurde. Soll der äußere Umriss gefräst werden, muß rundum etwas Material dasein, das weggefräst werden kann. Ich verschiebe also den Nullpunkt etwas nach rechts und hinten auf das Rohmaterial. Dann setze ich die Position der X- und Y-Achse auf Null.
Bei Teilen, bei denen die Einstellung des Nullpunkts kritischer ist, beispielsweise weil die Aussenkontur schon fertig ist, empfiehlt sich der Einsatz eines Kantentasters. Die Einstellung des Werkstück-Nullpunkts ist übrigens sehr ausführlich im Handbuch zu meiner deutschen Oberfläche für Mach3 beschrieben.
Zur Sicherheit lasse ich mir nach der Einstellung des Werkstück-Nullpunkts dessen Maschinenkoordinaten anzeigen und notiere sie. Damit bin ich in der Lage jederzeit, z.B. nach einem Programmabsturz, eine Referenzfahrt durchzuführen und die Nullposition wieder anzufahren.


Einstellen des Werkstück-Nullpunkts mit einem 3D-Kantentaster

Nach dem Laden des Fräsprogramms zeigt Mach3 die Minimal- und Maximalkoordinaten an, die im Programm angefahren werden (Koordinaten-Grenzen des Programms im Bildschirm "Automatik"). Um sicher zu sein, dass diese Koordinatenpositionen auch erreichbar sind, fahre ich sie im manuellen Betrieb nacheinander an. Nichts ist nämlich ärgerlicher als wenn, wie es mir auch schon passiert ist, im schönsten Fräsen die Maschine auf einen Endschalter fährt. Ohne Endschalter ist es übrigens noch schlimmer, die Maschine verliert dann nämlich den restlichen Fahrweg und macht anschließend mit verschobenen Koordinaten weiter. Waren Sie zu dem Zeitpunkt gerade nicht in der Werkstatt, dann ist das Teil hinüber.


Probeweises Anfahren der maximalen X- und Y-Position des Werkstücks

Überlegen Sie auch genau, ob es zu Kollisionen mit den Spannmitteln oder anderen Teilen der Maschine kommen kann. Im Zweifelsfall müssen Sie das Teil an anderen Stellen spannen oder das Programm so ändern, dass das Fahren im Eilgang auf einer höheren Z-Ebene stattfindet. Dazu schauen Sie sich in Mach3 die angezeigten Werkzeugbahnen an:



Die blauen, gestrichelten Linien sind die Fräserbahnen im Eilgang. Prüfen Sie, ob diese möglicherweise durch Spannmittel führen, bzw. der Sicherheitsabstand so groß ist, dass keine Kollision möglich ist.

Als nächstes muß die Werkzeuglänge eingestellt werden. Auch hierfür gibt es verschiedene Methoden, die alle im Handbuch zu meiner deutschen Oberfläche für Mach3 beschrieben sind. Hier benutze ich ein Höheneinstellgerät mit Messuhr, das einfach auf das Werkstück gestellt wird. Die Höhe des Geräts (50 mm) wird in Mach3 eingegeben und automatisch mit verrechnet, so dass, wenn die Z-Achse auf die Nullposition gefahren wird, der Fräser genau auf der Werkstück-Oberfläche steht.


Einstellen der Werkzeuglänge mit dem Höheneinstellgerät

Was jetzt bleibt, ist nur noch das Klicken auf den Startknopf und das Schicksal nimmt seinen Lauf. Ich habe in solchen Momenten immer die Hand auf dem Notschalter. Haben Sie einen Spindelmotor, der nicht von der Steuerung kontrolliert wird, müssen Sie natürlich vor dem Start den Motor einschalten. Das gilt auch bei jedem Werkzeugwechsel.
Beim Schruppen von Innenkonturen und Taschen sollte ein Staubsauger zur Hand sein, um die in großen Mengen anfallenden Späne abzusaugen, die sonst ständig mit durchgemahlen werden. Klicken Sie dazu auf den Knopf "Pause". Die Steuerung arbeitet dann den laufenden Fahrbefehl noch ab und hält an. Sobald Sie auf "Start" klicken, geht es weiter. Haben Sie nach "Pause" die Spindel abgeschaltet, denken Sie daran, sie wieder einzuschalten, bevor Sie auf "Start" klicken.


Schruppen der Innenkontur


Innenkontur, fertig geschruppt

Nach dem Schruppen der Innenkontur muß der Schlichtfräser eingespannt werden. Im Programm gibt es dafür den Werkzeugwechselbefehl "M6". Das Programm wird angehalten und, wenn von der Steuerung kontrolliert, die Spindel gestoppt. Ich fahre die Spindel dann durch Klicken auf den Knopf "Z hochfahren" auf die Sicherheitsposition, um genug Platz für den Werkzeugwechsel zu haben. Nach dem Werkzeugwechsel muß ich, wenn ich nicht mit voreingestellten Werkzeugen arbeite, die Werkzeuglänge neu vermessen. Danach geht es durch Klicken auf "Start" weiter und die Innenkontur wird geschlichtet.

Ist das Schlichten abgeschlossen, folgt als Werkzeug ein NC-Anbohrer, den ich in ein Bohrfutter mit MK-Schaft spanne. Auch hier muß ich natürlich die Werkzeuglänge neu vermessen. Ich senke die Bohrungen meist nur an und stelle sie auf der Bohrmaschine fertig, weil mir die notwendigen Werkzeugwechsel lästig sind.


Die Innenkontur nach dem Schlichten und Ansenken der Bohrungen

Nachdem Innnenkontur und Senkungen fertig sind, folgt das Umspannen des Werkstücks. Dabei hilft die Zwischenplatte, die ursprünglich Position ohne langwieriges Vermessen wiederzufinden. Anschließend vergesse ich nicht, die Paßstifte zu entfernen, anderenfalls droht das Desaster. Auf das Einspannen des Schruppfräsers mit 8 mm Durchmesser folgt das Schruppen der Außenkontur. Vorsicht übrigens beim letzten Fräsgang, wenn überflüssige Stücke des Rohteils abgefräst werden. Diese fliegen dann schon mal gerne mit Wucht durch die Werkstatt. Ich schruppe aber trotzdem immer so tief, dass das Rohteil sicher durchgefräst wird. Natürlich habe ich dabei eine Zwischenlage zwischen Tisch und Werkstück, um nicht in den Tisch zu fräsen.

Darauf folgt der letzte Werkzeugwechsel und das Schlichten der Aussenkontur mit einem 8 mm Schlichtfräser. Dessen Schneiden sind so lang, dass die gesamte Kontur in einem Durchgang gefräst werden kann.

Damit ist das Werkstück soweit fertiggestellt. Was fehlt, sind die Bohrungen und Gewinde, die ich auf konventionellen Maschinen herstelle.





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