Ein Fräser ist ein rotierendes Werkzeug zur materialabtragenden Bearbeitung von Werkstoffen durch das Fräsen. Er wird auf Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren eingesetzt. Im Gegensatz zum Bohrer, der nur in einer Bearbeitungsrichtung eingesetzt werden kann, kann der Fräser je nach Bauart in zwei oder drei Dimensionen Werkstoff abnehmen.
Schneidengeometrie
Wendelgezahnte (spiralige) Fräser wie in den beiden oberen Bildern sind die häufigsten Fräser. Meist haben sie einen Rechtsdrall der Schneiden um den Span nach oben vom Werkstück wegzuführen. Ein großer Drallwinkel gewährleistet, dass eine Schneide erst außer Eingriff geht, wenn die nächste Schneide bereits im Schnitt ist und dass die Schneide langsam in den Werkstoff eindringt. Dadurch wird die Schnittkraft der Schneiden gleichmäßiger, die Maschine läuft deutlich ruhiger und die Standzeit verlängert. Fräser können eine beliebige Anzahl an Schneiden besitzen, wobei einschneidige Fräser vorwiegend in der Kunststoffverarbeitung und manchmal auch in der Aluminiumverarbeitung verwendung finden und auf hochtourig drehenden Fräsmaschinen (ca. 10.000 U/min) eingesetzt werden. Fräser schneiden am Umfang (Umfangschneide) und oft auch an der Fräserstirn (Stirnschneide). Fräser, die zum Eintauchen in das Material geeignet sind, haben stirnseitig eine über die Drehachse verlängerte Schneide, während alle anderen Schneiden kurz vorher aufhören und heißen Langloch- oder Bohrnutenfräser. Beim Eintauchen muß jedoch mit verringertem Vorschub gearbeitet werden, da beim Fräser stirnseitig im Zentrum der Drehachse kein Schneiden stattfindet, sondern der Werkstoff dort nur gequetscht wird.
Schneidstoffe
Da sich die Schneiden eines Fräsers nicht wie beim Drehen ständig im Schnitt befinden, sondern bei jeder Umdrehung in den Werkstoff eintauchen und wieder hinausfahren, muß der Schneidstoff eine hohe Zähigkeit bei schlagartiger Belastung und eine Unempfindlichkeit gegen extreme Temperaturschwankungen besitzen.
besitzt gegenüber Hartmetall den oft entscheidenden Vorteil einer höheren Zähigkeit und Kantenfestigkeit, was größere Spanwinkel erlaubt. Ein größerer Spanwinkel bedeutet einen kleinerer Keilwinkel wodurch die Schnittkraft sinkt und dünnere Späne möglich sind. Dünnwandige oder weiche Werkstücke lassen sich damit wesentlich besser bearbeiten. Wegen der guten Formgebungsmöglichkeiten des HSS lassen sich daraus nahezu alle erdenklichen Fräswerkzeuge anfertigen. Je nach Anwendungsfall können sie mit verschiedenen Hartstoffbeschichtungen versehen sein.
Hartmetall, Keramik und Cermet
- Vollfräser aus Hartmetall sind mittels sintern hergestellte Werkzeuge für spezielle Fräsarbeiten an hochfesten Edelstählen oder gehärteten Stählen, bei denen sich der Einsatz von Wendeschneidplatten wegen fehlender Formgebungsmöglichkeiten verbietet. Moderne Fräser aus Hartmetal eignen sich zum High Speed Cutting.
- Wendeschneidplatten aus Hartmetall oder Keramik erhöhen die Wirtschaftlichkeit beträchtlich, da bei Werkzeugverschleiß nicht das Werkzeug, meist ein Messerkopf, getauscht, sondern nur die einzelnen Schneidplatten gedreht bzw. gewechselt werden müssen.
- Fräser aus Cermet sind zwar verschleißfest, haben sich aber aufgrund der geringen Biegebruchfestigkeit nicht durchgesetzt.
Bei Hartmetall- oder Keramikschneidstoffen gilt es stets für geringe Temperaturschwankungen zu sorgen, da diese über keine hohe Wechseltemperaturbeständigkeit verfügt. In der Praxis bedeutet dies, daß entweder Kühlflüssigkeit mit bis zu 14 bar den Fräser abgkühlt, oder eine Kühlung komplett wegfällt.
Unterscheidung nach Art der Aufnahme
Fräser kann man nach der Art der Mitnahme (Aufsteck- oder Schaftfräser), nach der Lage und Form der Schneiden (z.B Walzenstirnfräser) und dem Zweck (z.B Nutenfräser) unterscheiden. Aufsteckfräser haben in der Regel in der Mitte eine Bohrung, durch welches sie an einen Aufsteckfräserdorn geschraubt werden. Schaftfräser bietet eine höhere Präzision, da sie direkt mit einer Spannzange im Spindelkopf oder mittels Schrumpfen des Fräserdornes befestigt werden und damit ein hohe Parallelität zu Spindelachse gewährleistet ist.
Folgende Fräser sind allgemein in Gebrauch:
Aufsteckfräser
- Walzenfräser - zum Fräsen von Planflächen
- Walzenstirnfräser - zum Fräsen von Ecken Planflächen
- Scheibenfräser - zum Fräsen von Nuten
- Prismenfräser - zum Fräsen von Prismenführungen
- Halbrundprofilfräser - zum Fräsen von Halbrundführungen
- Messerköpfe - zum Fräsen von Ecken Planflächen (Fräsköpfe mit Wendeschneidplatten)
- Scheibenfräser - zum Fräsen von Schlitzen, Nuten und zum Trennen
Schaftfräser
- Langlochfräser - zum Fräsen von Keilnuten und Taschen
- Schaftfräser - zum Fräsen tiefer Nuten und Konturen
- T-Nutenfräser - zum Fräsen von T-Nuten
- Schlitzfräser - zum Fräsen von Scheibenfedernuten
- Winkelfräser - zum Fräsen von Winkelführungen
- Walzenstirnfräser - zum Fräsen von Ecken und Planflächen
- Schaftfräser - zum Bohren, Anfasen und Gesenkfräsen
Unterscheidung nach Bearbeitungsart
Man unterscheidet Schlicht- und Schruppfräser
Schruppen
Schruppfräser sind leicht am unterbrochenen Profil der Werkzeugschneide zu Erkennen, die ein schnelles Brechen des Spanes ermöglicht und daher für nicht die Herstellung einer gleichmäßigen und hohen Oberflächengüte geeignet sind. Weiter gibt es oft auch eine Spanleitstufe auf der Spanfläche, über die der abgetragene Span fließt. Ziel ist jeweils ein kurzspanendes Verhalten des abgetragenen Materials zu erreichen, das zwar Vibrationen und damit schlechtere Oberflächengüten, aber dafür gegenüber einem langspanendem Verhalten viele Vorteile, im Besonderen die wesentlich bessere Spanabfuhr, ergibt. Aufgrund des guten Zeitspanungsvolumens eigenen sich Schruppfräser hervorragend für Arbeitsgänge, bei denen es gilt, bis auf ein Schlichtaufmaß möglichst effektiv und schnell Material vor einem Arbeitsgang mit einem Schlichtfräser abzunehmen und wenn eine besonders hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte nicht erforderlich ist.
Schlichten
Schlichtfräser besitzen üblicherweise keine Profilierung der Schneide oder der Spanfläche die ein kurzspanendes Verhalten besonders begünstigt. Aufgrund der Regelmäßigkeit der Werkzeugschneide, der hohen Drehzahl bei gleichzeit niedriger Vorschubgeschwindigkeit des Fräsers sowie des geringen Spanvolumens aufgrund des geringen Schlichtaufmaßes, je nach Anwendung von 1 bis 0,01 Millimeter, ergibt sich eine hohe Maßhaltigkeit und eine glatte Oberfläche. Das Gleichlauffräsen, das mit den praktisch spielfreien Vorschüben von CNC-Maschinen mit Kugelgewindetrieb möglich ist, verbessert das Ergebnis zusätzlich. Ein gravierender Nachteil von Schlichtfräsern ist die sehr schnelle Abnutzung der meist besonders scharfen Werkzeugschneiden.
Unterscheidung nach Bauart
Im wesentlichen wird zwischen Vollfräsern und Trägerwerkzeugen für Wendeschneidplatten unterschieden.
Vollfräser
Unter Vollfräser versteht man einen Fräser, der am Werkzeugkörper selbst die spanabhebenden Schneiden trägt. Sie können entweder aus HSS oder aus Hartmetall gefertigt sein. Verschlissene Schneiden an Vollfräsern können durch Werkzeugschleifen für den weiteren Gebrauch aufgearbeitet werden.
Trägerwerkzeuge
Trägerwerkzeuge sind meist aus mittelfesten unvergüteten Stählen hergestellte Aufnahmen für Wendeschneidplatten. Die Schneidplatten aus Hartmetall, Keramik oder Diamant (PKD) sind entweder einzeln angeschraubt oder geklemmt und können je nach Geometrie der Schneidplatte bis zu achtmal wiederverwendet werden. Bei Trägerwerkzeugen mit internem Kühlsystem versorgen Kühlmittelbohrungen jede Schneidplatte einzeln mit Kühlflüssigkeit. Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen, beispielsweise als Messerkopf.