Was ist ein Tonnenfräser?
Ein Tonnenfräser, auch Kreissegmentfräser genannt, hat statt einer Kugel nur ein Segment eines sehr grossen Kreises als Schneide. Dieser Radius kann ein Vielfaches des Werkzeugdurchmessers betragen. Am Werkzeug selbst ist er kaum zu erkennen, auf der Oberfläche macht er aber den entscheidenden Unterschied.
Warum der grosse Radius so viel bringt
Beim Schlichten bleibt zwischen zwei Bahnen ein kleiner Kamm stehen. Wie hoch dieser Kamm ist, hängt vom Zeilenabstand und vom Radius der Schneide ab. Je grösser der Radius, desto grösser darf der Zeilenabstand bei gleicher Kammhöhe sein. Mit einem Tonnenfräser sind deshalb oft ein Vielfaches des Zeilenabstands eines Kugelfräsers möglich, und die Schlichtzeit sinkt entsprechend.
Ein Rechenbeispiel: Ein Kugelfräser Ø 10 mm hat einen Radius von 5 mm. Bei 3 µm Kammhöhe ergibt das einen Zeilenabstand von rund 0,35 mm. Ein konischer Tonnenfräser mit 500 mm Profilradius schafft bei gleicher Kammhöhe rund 3,5 mm, also das Zehnfache. Der Zeilenabstand wächst mit der Wurzel des Radius: 100-facher Radius ergibt 10-fachen Zeilenabstand. Auf gekrümmten Flächen ändert sich der wirksame Radius: Auf konkaven Flächen wird der Zeilenabstand grösser, auf konvexen kleiner.
Die gängigen Formen
- Konische Tonne: Konischer Schaft mit grossem Radius an der Flanke und kleinem Radius an der Spitze. Sehr verbreitet, gut für steile Wände und enge Bereiche.
- Tangentiale Tonne: Grosser Radius an der Flanke, für Wände und Übergänge in den Boden.
- Linsenform: Grosser Radius an der Stirn, für flache, leicht gekrümmte Flächen.
- Ovalform: Kombination aus kleinem Radius an der Spitze und grösserem an der Seite, kompakt für enge Bereiche.
Voraussetzungen
- 5-Achs-Maschine: Der grosse Radius muss tangential zur Fläche stehen. Das geht nur mit angestelltem oder simultan geführtem Werkzeug.
- CAM-Strategie: Das System muss das Werkzeugprofil exakt kennen und die Anstellung so berechnen, dass der Kontaktpunkt auf dem grossen Radius liegt. In hyperMILL gibt es dafür zum Beispiel die Tangentialbearbeitung und die Tangentialebenen-Bearbeitung.
- Genaue Werkzeugvermessung: Schon kleine Abweichungen im Profil wirken sich auf die Kontur aus.
- Gute Maschinenkinematik: Eine sauber vermessene Maschine und ruhige Rundachsen vermeiden Markierungen auf der Fläche.
Typische Anwendungen
Tonnenfräser haben sich überall dort durchgesetzt, wo grosse, gekrümmte oder steile Flächen geschlichtet werden: im Formenbau, bei Turbinenschaufeln und Blisks, im Werkzeugbau und in der Medizintechnik. Ein Beispiel ist das Schlichten von Knochenplatten aus Titan. Dort laufen konische Tonnenfräser 5-achsig simultan über die gekrümmten Flächen.
Grenzen
- Kleine Innenradien und enge Ecken brauchen weiterhin Kugel- oder Torusfräser.
- Die Programmierung ist anspruchsvoller als beim Kugelfräser, und die Werkzeuge sind teurer.
- Nicht jede Maschine bringt die nötige Genauigkeit und Dynamik mit.
Rechner: Kugelfräser oder konischer Tonnenfräser?
Rechnen Sie selbst: Kugelfräser oder konischer Tonnenfräser?
Gleiche Rautiefe, viel breitere Zeilen: Tragen Sie Ihre Werte ein. Leere Zeilenabstände werden aus der Rautiefe vorgeschlagen.
Richtwert für das Schlichten der Fläche: Fläche ÷ (Zeilenabstand × Vorschub), ohne An- und Abfahrbewegungen. Zeilenabstand aus der Kammhöhe: a = 2·√(2·r·h − h²).
Häufige Fragen
Kann ich einen Tonnenfräser auf einer 3-Achs-Maschine einsetzen?
Sinnvoll nicht. Der grosse Radius liegt an der Flanke oder Stirn und muss tangential zur Fläche angestellt werden. Dafür braucht es mindestens 3+2, meist 5-Achs-Simultan.
Wie gross ist der Radius eines Tonnenfräsers?
Das hängt von Form und Hersteller ab. Üblich sind Radien, die ein Vielfaches des Werkzeugdurchmessers betragen, bei manchen Werkzeugen mehrere hundert Millimeter, zum Beispiel 500 mm an der Flanke eines konischen Tonnenfräsers.
Ersetzt der Tonnenfräser den Kugelfräser komplett?
Nein. Für kleine Radien, Ecken und Restmaterial bleibt der Kugelfräser wichtig. Der Tonnenfräser übernimmt die grossen Flächen.
