Der Unterschied liegt in der Richtung zweier Vektoren. Beim Gleichlauffräsen zeigen Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit im Eingriff in dieselbe Richtung, beim Gegenlauffräsen in entgegengesetzte.
Daraus folgt alles Weitere: Spanungsdicke, Verschleiß, Oberfläche und die Anforderung an die Maschine. Beide gehören zu den grundlegenden Arten von Fräsoperationen.
Dieser Leitfaden erklärt die Definition nach DIN 8589-3, stellt die Vor- und Nachteile gegenüber und zeigt, welches Verfahren wann sinnvoll ist und was Ihre Fräsmaschine dafür können muss.
Wesentliche Erkenntnisse
- Gleichlauffräsen ist der Standard beim Schlichten. Die Schneide beginnt mit maximaler Spanungsdicke und schneidet sofort.
- Gegenlauffräsen beginnt mit der Spanungsdicke null. Die Schneide reibt erst und schneidet dann, was Verschleiß und Kaltverfestigung erhöht.
- Gleichlauffräsen setzt einen spielfreien oder kompensierten Vorschubantrieb voraus. Sonst zieht der Fräser das Werkstück in den Schnitt.
- Bei Gusshaut, Zunder und Walzhaut hat Gegenlauffräsen weiterhin einen echten Vorteil.
- In der Vollnut treten beide Verfahren gleichzeitig auf, auf jeder Seite der Nut eines.
- Die verbreitete Praxis lautet: schruppen im Gegenlauf, schlichten im Gleichlauf.
Inhaltsverzeichnis
- Kurz erklärt: der Unterschied in einem Satz
- Definition nach DIN 8589-3
- Was ist Gegenlauffräsen?
- Was ist Gleichlauffräsen?
- Gleichlauffräsen vs. Gegenlauffräsen im Vergleich
- Vor- und Nachteile auf einen Blick
- Warum Gleichlauffräsen die bessere Oberfläche erzeugt
- Das Spiel im Vorschubantrieb
- Umfangsfräsen, Stirnfräsen und die Vollnut
- Entscheidungshilfe: wann welches Verfahren?
- Praxistipps für beide Verfahren
- Drei verbreitete Irrtümer
- Gleich- und Gegenlauffräsen bei Vulcanus Stahl
- Häufige Fragen
- Quellen und Normen
Kurz erklärt: der Unterschied in einem Satz
Entscheidend ist die Lage zweier Geschwindigkeitsvektoren im Eingriffsbereich der Schneide.
- Gleichlauffräsen: Schnittgeschwindigkeitsvektor und Vorschubgeschwindigkeitsvektor zeigen in dieselbe Richtung.
- Gegenlauffräsen: die beiden Vektoren sind einander entgegengesetzt gerichtet.
Der Rest ist Folge dieser einen Festlegung. Sie bestimmt, ob die Schneide mit voller oder mit verschwindender Spanungsdicke in den Werkstoff eintritt.
Wie die Schnittgeschwindigkeit selbst berechnet wird, erklärt unser Beitrag zur Schnittgeschwindigkeit.
Definition nach DIN 8589-3
Die Fräsverfahren sind in DIN 8589-3 geordnet und benannt. Die Norm trägt den Titel “Fertigungsverfahren Spanen, Teil 3: Fräsen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe”.
Sie gliedert das Fräsen unter anderem nach der Lage der Wirkrichtung und unterscheidet dabei Gleichlauf und Gegenlauf. Für Zeichnungen, Arbeitspläne und Prüfberichte ist das die maßgebliche Begriffsgrundlage im deutschsprachigen Raum.
Im Englischen heißen die Verfahren down milling und up milling. Climb milling und conventional milling sind gleichbedeutende, vor allem in Nordamerika verbreitete Bezeichnungen.
Was ist Gegenlauffräsen?
Beim Gegenlauffräsen bewegt sich die Schneide im Eingriffsbereich entgegen der Vorschubrichtung des Werkstücks. Die Spanungsdicke beginnt bei null und wächst bis zum Schneidenaustritt an.
Es entsteht ein Kommaspan, der dünn anfängt und dick endet. Am Anfang des Schnittbogens kann die Schneide den Werkstoff nicht abtrennen, weil die Mindestspanungsdicke noch nicht erreicht ist.
Sie reibt und quetscht stattdessen, bevor der eigentliche Schnitt einsetzt. Genau daraus entstehen Reibung, Wärme und Kaltverfestigung der Randzone.
Wann Gegenlauffräsen sinnvoll bleibt
- Harte Randschichten: bei Gusshaut, Zunder oder Walzhaut tritt die Schneide unter der harten Schicht ein statt frontal auf sie zu treffen.
- Maschinen mit Spiel: ältere Fräsmaschinen und die manuelle Bearbeitung ohne Spielausgleich.
- Instabile Aufspannung: der weiche Krafteinstieg verzeiht mehr als ein Eintrittsstoß.
- Schruppen: wo die Oberfläche noch keine Rolle spielt, siehe unseren Beitrag zum CNC-Schruppen.
Die Nachteile
- höherer Freiflächenverschleiß durch das Reiben vor dem Schnitt
- mehr Wärme im Werkzeug und in der Randzone
- rauere Oberfläche, weil Späne vor die Schneide fallen und erneut geschnitten werden
- Kaltverfestigung, die bei Edelstahl den nächsten Schnitt erschwert
- Schnittkraftkomponente, die das Werkstück tendenziell vom Tisch abhebt
Was ist Gleichlauffräsen?
Beim Gleichlauffräsen bewegt sich die Schneide im Eingriff in Richtung des Vorschubvektors. Die Spanungsdicke ist bei Schneideneintritt am größten und nimmt bis zum Austritt auf null ab.
Die Schneide trennt also sofort, ohne vorher zu reiben. Der Span wird zum Austritt hin immer dünner und schließlich abgeschält.
Die Schnittkraft drückt das Werkstück zusätzlich auf den Tisch. Das ist bei dünnwandigen Bauteilen ein spürbarer Vorteil.
Die Vorteile
- bessere Oberfläche, weil kein Reiben und kein erneutes Schneiden von Spänen stattfindet
- geringerer Verschleiß bei stabilem Prozess und damit längere Standzeit
- weniger Kaltverfestigung der Randzone
- Späne fallen hinter die Schneide und stören den Prozess nicht
- niederdrückende Kraftkomponente stabilisiert die Aufspannung
Die Grenzen
- Spiel im Vorschubantrieb führt zum ruckartigen Einziehen des Werkstücks
- der Eintrittsstoß bei maximaler Spanungsdicke belastet die Schneidkante
- bei harter Gusshaut trifft die Schneide die Randschicht mit voller Spanungsdicke
- unterbrochene Schnitte erhöhen die Ausbruchgefahr an der Schneidkante
Gleichlauffräsen vs. Gegenlauffräsen im Vergleich
Die Tabelle fasst die Unterschiede zusammen, die in der Praxis über Verfahren, Werkzeug und Ergebnis entscheiden.
| Merkmal | Gegenlauffräsen (Up Milling) | Gleichlauffräsen (Down Milling) |
|---|---|---|
| Vektoren im Eingriff | Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit entgegengesetzt | Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit gleichgerichtet |
| Spanungsdicke bei Schneideneintritt | null, steigt bis zum Austritt | maximal, fällt bis zum Austritt |
| Spanform | Kommaspan, dünn beginnend | Kommaspan, dick beginnend |
| Erste Phase im Eingriff | Reiben und Quetschen vor dem Schnitt | sofortiger Schnitt, dafür Eintrittsstoß |
| Schnittkraftrichtung | hebt das Werkstück tendenziell an | drückt das Werkstück auf den Tisch |
| Wirkung auf den Vorschubantrieb | drückt den Tisch gegen die Spindelflanke | zieht den Tisch in vorhandenes Spiel |
| Werkzeugverschleiß | höher, vor allem Freiflächenverschleiß | geringer bei stabilem Prozess |
| Kaltverfestigung der Randzone | ausgeprägter | geringer |
| Erreichbare Oberfläche | rauer | glatter, Standard beim Schlichten |
| Maschinenanforderung | Spiel wird toleriert | spielfreier oder kompensierter Antrieb nötig |
| Typischer Einsatz | Schruppen, Gusshaut, ältere Maschinen | Schlichten, Aluminium, moderne Bearbeitungszentren |
Vor- und Nachteile auf einen Blick
Wer nur die Gegenüberstellung sucht, findet sie hier kompakt.
| Vorteile | Nachteile | |
|---|---|---|
| Gleichlauffräsen | bessere Oberfläche; geringerer Verschleiß; weniger Kaltverfestigung; drückt das Werkstück auf den Tisch; saubere Spanabfuhr nach hinten | braucht spielfreien Antrieb; Eintrittsstoß belastet die Schneide; zieht bei Spiel das Werkstück in den Fräser; empfindlich gegen harte Gusshaut |
| Gegenlauffräsen | toleriert Spiel im Vorschubantrieb; weicher Krafteinstieg; unempfindlich gegen harte Randschichten; gut bei instabiler Aufspannung | Reiben vor dem Schnitt; höherer Verschleiß und mehr Wärme; rauere Oberfläche; Kaltverfestigung; Späne fallen vor die Schneide und werden erneut geschnitten |
Warum Gleichlauffräsen die bessere Oberfläche erzeugt
Die Behauptung ist verbreitet, aber selten begründet. Es sind drei Mechanismen, die zusammenwirken.
1. Kein Reiben vor dem Schnitt
Jede Schneide braucht eine Mindestspanungsdicke, um den Werkstoff sauber abzutrennen. Liegt die Spanungsdicke darunter, wird der Werkstoff nur elastisch und plastisch verdrängt.
Beim Gegenlauffräsen durchläuft jede Schneide diesen Bereich zwangsläufig, weil der Schnitt bei null beginnt. Beim Gleichlauffräsen entfällt er, weil die Schneide sofort mit voller Spanungsdicke eintritt.
2. Keine Kaltverfestigung für die nächste Schneide
Das Verdrängen verfestigt die Randzone. Die folgende Schneide trifft damit auf härteres Material als das Grundgefüge.
Bei austenitischem Edelstahl ist dieser Effekt besonders ausgeprägt. Genau deshalb gilt dort die Regel, den Schnitt nicht zu unterbrechen und ausreichend Vorschub zu fahren.
3. Späne fallen hinter die Schneide
Beim Gleichlauffräsen wird der Span nach hinten aus dem Eingriff geworfen. Beim Gegenlauffräsen fällt er vor die Schneide und wird häufig erneut geschnitten.
Erneut geschnittene Späne hinterlassen Spuren in der Oberfläche und verkürzen die Standzeit. Welche Kennwerte die Oberfläche beschreiben, erklärt unser Beitrag zur Oberflächenrauheit.
Die Spanabfuhr hängt zusätzlich von der Kühlstrategie ab, siehe unseren Beitrag zu Kühlschmiermitteln, und vom Werkstoff selbst, siehe Werkstoffauswahl für die CNC-Fertigung.
Das Spiel im Vorschubantrieb
Spiel bedeutet, dass die Vorschubspindel ein kleines Stück gedreht werden kann, ohne dass sich der Tisch bewegt. Die Mutter liegt dann nicht an der treibenden Flanke an.
Beim Gegenlauffräsen drückt der Fräser den Tisch gegen die treibende Flanke. Das Spiel bleibt geschlossen und die Bewegung gleichmäßig.
Beim Gleichlauffräsen zieht der Fräser den Tisch in Vorschubrichtung. Ist Spiel vorhanden, springt der Tisch um dieses Maß nach vorn, die Spanungsdicke steigt schlagartig und die Schneide kann brechen.
Moderne Bearbeitungszentren mit vorgespanntem Kugelgewindetrieb oder Linearantrieb haben dieses Problem praktisch nicht. Bei älteren Maschinen entscheidet der Zustand der Spindel darüber, ob Gleichlauffräsen überhaupt zulässig ist.
Bleibt der Prozess trotz spielfreier Maschine unruhig, liegt es meist an anderer Stelle. Hinweise dazu geben unsere Beiträge dazu, wie Sie Vibrationen beim Fräsen vermeiden, und zu Rundlauffehlern.
Umfangsfräsen, Stirnfräsen und die Vollnut
Die Unterscheidung zwischen Gleichlauf und Gegenlauf ist beim Umfangsfräsen eindeutig. In zwei häufigen Fällen ist sie es nicht.
In der Vollnut treten beide Verfahren gleichzeitig auf
Fräst ein Schaftfräser eine Nut in voller Werkzeugbreite, greift er auf beiden Seiten gleichzeitig. Auf der einen Nutwand arbeitet er im Gleichlauf, auf der anderen im Gegenlauf.
Die beiden Nutwände fallen deshalb unterschiedlich aus. Wer eine maßhaltige Nut braucht, trennt Schruppen und Schlichten, wie im Beitrag zum Nutenfräsen beschrieben.
Beim Stirnfräsen entscheidet die Lage des Fräsers
Beim Planfräsen mit einem Messerkopf durchläuft jede Schneide beide Zonen, sofern der Fräser mittig über dem Werkstück steht. Das ist selten die beste Einstellung.
Versetzt man den Fräser seitlich, überwiegt eine der beiden Eingriffsarten. Üblich ist ein Versatz, bei dem der Fräserdurchmesser etwa 20 bis 30 Prozent größer ist als die Werkstückbreite.
Beim reinen Umfangsfräsen und bei Konturen entlang einer Bahn bleibt die Zuordnung dagegen eindeutig. Für Freiformkonturen gilt das Gleiche, siehe Formfräsen.
Entscheidungshilfe: wann welches Verfahren?
Die Frage lautet nicht, welches Verfahren besser ist. Sie lautet, welches zur Aufgabe, zur Maschine und zum Werkstoff passt.
| Wenn Ihre Aufgabe … | dann … |
|---|---|
| ein Schlichtdurchgang mit Oberflächenanforderung ist | Gleichlauf |
| auf einer modernen CNC-Maschine mit Kugelgewindetrieb läuft | Gleichlauf |
| Aluminium oder weiche Nichteisenmetalle betrifft | Gleichlauf |
| dünnwandige Bauteile mit Abhebeneigung umfasst | Gleichlauf |
| Gusshaut, Zunder oder Walzhaut durchdringen muss | Gegenlauf |
| auf einer älteren Maschine mit Spiel stattfindet | Gegenlauf |
| eine instabile oder schwer spannbare Aufspannung hat | Gegenlauf |
| Schruppen vor dem Schlichten ist | Gegenlauf, danach Gleichlauf schlichten |
Die Kurzformel: Gleichlauf ist der Normalfall auf moderner Technik. Gegenlauf ist die Antwort auf Spiel, auf harte Randschichten und auf wacklige Aufspannungen.
Praxistipps für beide Verfahren
1. Werkstückspannung prüfen
Beim Gleichlauffräsen wirkt die Kraft in Vorschubrichtung. Die Spannung muss diese Kraft aufnehmen, nicht nur das Werkstück halten.
2. Vorschub nicht zu klein wählen
Ein zu kleiner Zahnvorschub führt in beiden Verfahren dazu, dass die Schneide reibt statt schneidet. Bei Edelstahl ist ein zu geringer Vorschub ein häufiger Grund für schlechte Standzeit.
3. Werkzeuge kurz und scharf halten
Kurze Auskraglänge und scharfe Schneiden reduzieren Auslenkung und Rattern. Eine Übersicht der Werkzeugtypen bietet unser Beitrag zu CNC-Werkzeugen.
4. Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten im Gleichlauf arbeiten
Die geringere Reibung beim Eintritt macht Gleichlauffräsen zur Regel im HSC-Fräsen. Dort ist die Wärmeführung entscheidend.
5. Auf Gusshaut anders vorgehen
Bei Gusshaut und Zunder lohnt ein erster Schnitt im Gegenlauf, der die harte Schicht durchdringt. Danach kann im Gleichlauf geschlichtet werden.
Drei verbreitete Irrtümer
“Gegenlauffräsen erzeugt die bessere Oberfläche”
Das steht gelegentlich in Ratgebern, ist aber falsch. Der Schlichtdurchgang wird in der industriellen Praxis nahezu durchgängig im Gleichlauf gefahren. Typische Folgefehler beschreibt unsere Übersicht der Fräsfehler.
“Gleichlauffräsen ist immer schneller”
Die Verfahrenswahl allein ändert die Zeit nicht. Schneller wird es erst, wenn längere Standzeiten und entfallende Nacharbeit einbezogen werden.
“Auf modernen Maschinen spielt das keine Rolle mehr”
Die Maschine löst nur das Spielproblem. Spanungsdicke, Kaltverfestigung und Spanabfuhr bleiben unverändert und wirken direkt auf die erreichbare Fertigungstoleranz und die Oberfläche. Belegt wird das Ergebnis über die Präzisionsmessung.
Gleich- und Gegenlauffräsen bei Vulcanus Stahl
Vulcanus Stahl fertigt seit 1984 präzise Bauteile für den Maschinen- und Anlagenbau. Unser Qualitätsmanagement ist nach ISO 9001 zertifiziert.
Wir legen die Eingriffsart je Arbeitsgang fest, nicht je Maschine. Geschruppt wird dort im Gegenlauf, wo Rohhaut oder Aufspannung es verlangen, geschlichtet wird im Gleichlauf.
- 5-Achs-Bearbeitungszentren mit FD-Funktion für komplexe Geometrien
- ein 4-Achs-Horizontalbearbeitungszentrum mit Wechseltisch, siehe auch vertikales und horizontales Fräsen
- Bearbeitungsraum von 4500 mm in X, 1200 mm in Y und 1800 mm in Z
- Großfräsbereich bis 10 t Stückgewicht, siehe Bearbeitung großer Werkstücke
- Sonderwerkstoffe wie Nickelbasislegierungen, Manganhartstahl und Wolfram
Die Ergebnisse werden dokumentiert geprüft, wie im Beitrag zur CNC-Qualitätskontrolle beschrieben. Vom Einzelteil bis zur Serie arbeiten wir in der CNC-Lohnfertigung.
Was die Verfahrenswahl wirtschaftlich bedeutet, zeigen unsere Beiträge zur Zykluszeit an der CNC-Maschine und dazu, wie Sie Stückkosten senken. Das gesamte Spektrum unserer Fräsdienstleistungen und der übrigen Dienstleistungen finden Sie auf unserer Website.
Fazit: Gleichlauf ist der Normalfall, Gegenlauf die Ausnahme mit gutem Grund
Gleichlauffräsen liefert die bessere Oberfläche, die längere Standzeit und die geringere Kaltverfestigung. Es setzt dafür einen spielfreien Antrieb und eine tragfähige Spannung voraus.
Gegenlauffräsen bleibt die richtige Wahl bei Spiel, bei harten Randschichten und bei instabilen Aufspannungen. Die Kombination aus beidem ist in der Serienfertigung die Regel.
Vulcanus Stahl liefert Präzisionsfertigung vom Einzelteil bis zur Serie. Sprechen Sie uns an, wenn Sie Ihre Frässtrategie belastbar auslegen möchten.
Häufige Fragen
- Was ist der Unterschied zwischen Gleichlauf- und Gegenlauffräsen?
Die Richtung der Vektoren im Eingriff. Beim Gleichlauffräsen zeigen Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit in dieselbe Richtung, beim Gegenlauffräsen sind sie entgegengesetzt.
- Zeigen beim Gegenlauffräsen Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit in dieselbe Richtung?
Nein. Beim Gegenlauffräsen sind die beiden Vektoren entgegengesetzt gerichtet. Gleichgerichtet sind sie beim Gleichlauffräsen.
- Wo sind die Verfahren genormt?
In DIN 8589-3, “Fertigungsverfahren Spanen, Teil 3: Fräsen; Einordnung, Unterteilung, Begriffe”. Dort sind die Fräsverfahren geordnet und die Begriffe festgelegt.
- Welches Verfahren liefert die bessere Oberflächenqualität?
Gleichlauffräsen. Die Schneide tritt mit maximaler Spanungsdicke ein und reibt nicht, die Späne fallen hinter die Schneide und werden nicht erneut geschnitten.
- Warum wird überhaupt noch im Gegenlauf gefräst?
Wegen Spiel im Vorschubantrieb, harter Gusshaut oder Walzhaut und instabiler Aufspannung. In diesen drei Fällen ist der weiche Krafteinstieg ein echter Vorteil.
- Was passiert beim Fräsen einer Vollnut?
Beide Verfahren treten gleichzeitig auf. Auf der einen Nutwand arbeitet der Fräser im Gleichlauf, auf der anderen im Gegenlauf, weshalb die Wände unterschiedlich ausfallen.
- Gilt die Unterscheidung auch beim Schleifen?
Ja, sinngemäß. Auch beim Schleifen werden Gleichlauf und Gegenlauf unterschieden, die Schnittwerte und Wirkungen sind dort aber andere als beim Fräsen.
- Lassen sich beide Verfahren in einem Bauteil kombinieren?
Ja, das ist der Normalfall. Üblich ist Schruppen im Gegenlauf und Schlichten im Gleichlauf.