Umfangsfräsen ist ein weit verbreiteter CNC-Bearbeitungsprozess, bei dem Material von der Oberfläche eines Werkstücks mithilfe der äußeren Schneiden eines rotierenden Fräsers entfernt wird. Dank seiner Fähigkeit, präzise Maße, glatte Oberflächen und effiziente Materialabtragung zu erzielen, ist es in Branchen wie der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt unverzichtbar.

Egal ob Sie einfache Bauteile oder komplexe Konstruktionsteile fertigen, ein genaues Verständnis dafür, wie das Umfangsfräsen funktioniert, zusammen mit Wissen über Werkzeuge, Bearbeitungsparameter und Optimierungstechniken, kann Produktivität steigern, Oberflächenqualität verbessern und Werkzeugstandzeiten verlängern.

Dieser Leitfaden führt Sie durch alle wichtigen Aspekte, von den verschiedenen Arten des Umfangsfräsens über Vorteile und Herausforderungen bis hin zu praktischen Tipps für den Erfolg, und vermittelt Ihnen sowohl technisches Know-how als auch wertvolle Praxiseinblicke.

Wichtige Erkenntnisse

  • Präzision und Effizienz: Das Umfangsfräsen bietet hohe Maßgenauigkeit und glatte Oberflächen, ideal für anspruchsvolle Bauteile.
  • Vielfältige Ansätze: Vom Gegenlauffräsen bis zum Gleichlauffräsen, jede Variante hat je nach Material und Projektanforderungen ihre Vorteile.
  • Werkzeugauswahl ist entscheidend: Werkstoff, Geometrie und Beschichtung des Fräsers beeinflussen direkt Leistung und Oberflächenqualität.
  • Parameter optimieren: Durch Anpassen von Vorschub, Schnittgeschwindigkeit und Zustelltiefe lassen sich Werkzeugstandzeit und Produktivität deutlich steigern.
  • Kenntnis der Grenzen: Obwohl sehr effektiv, kann Umfangsfräsen bei bestimmten Oberflächen zusätzliche Nachbearbeitung erfordern.
  • Potenzial zur Automatisierung: Moderne CNC-Technik ermöglicht konstante, reproduzierbare Ergebnisse bei minimalem Bedienereinsatz.

Was ist Umfangsfräsen?

Das Umfangsfräsen, auch als Walzenfräsen oder Seitenfräsen bekannt, ist ein Zerspanungsprozess, bei dem der Materialabtrag entlang des Umfangs (der Seiten) des Fräsers erfolgt, nicht über dessen Stirnfläche. Dabei verläuft die Drehachse des Fräsers parallel zur Werkstückoberfläche, und nur die äußeren Schneiden greifen in das Material ein. So entsteht ein schmaler, präzise kontrollierter Schnittweg.

Da der Fräser das Werkstück radial bearbeitet, wirken die Schnittkräfte seitlich, was zu einer verbesserten Oberflächenqualität und hohen Maßgenauigkeit führen kann. Zwar ist die Materialabtragsrate beim Umfangsfräsen meist geringer als beim Planfräsen, jedoch eignet es sich hervorragend für das präzise Herstellen von Nuten, Schultern, Führungen und Konturen.

In der CNC-Bearbeitung wird das Umfangsfräsen häufig eingesetzt, um Passfedernuten, T-Nuten, Zahnräder und andere komplexe Werkstückdetails mit gleichbleibender Präzision zu fertigen.

Umfangsfräsen vs. Planfräsen: Die wichtigsten Unterschiede

Schneller Vergleich

  • Umfangsfräsen (auch Seitenfräsen genannt) nutzt die Schneiden an den Seiten des Fräsers, wobei die Drehachse parallel zum Werkstück verläuft.
  • Planfräsen arbeitet mit der Stirnfläche des Fräsers, dessen Drehachse senkrecht zur Werkstückoberfläche steht, ideal zum schnellen Abtragen großer Flächen.

Hauptunterschiede und Einsatzgebiete

Merkmal Umfangsfräsen Planfräsen
Schnittbereich Seiten des Fräsers greifen ins Material Stirnfläche des Fräsers trägt Material ab
Oberflächenqualität Sehr präzise, schmale Schnitte Glatte, gleichmäßige Oberflächen auf großen Flächen
Materialabtragsrate Langsamer, dafür kontrollierter Schnell, deckt große Flächen ab
Typische Anwendungen Nuten, Schlitze, Profile, Passfedernuten Platten, ebene Flächen, Vorbearbeitung
Kräfte Radial, seitlich wirkend Axial, nach unten wirkend

Vorteile des Umfangsfräsens

  • Höchste Präzision optimal für T-Nuten, Passfedernuten, Zahnradverzahnungen und komplexe Konturprofile.
  • Exzellente Oberflächenqualität dank kontrollierter, seitlicher Schneiden­eingriffe.
  • Bevorzugt im Präzisionsmaschinenbau, besonders bei engen Toleranzen und filigranen Bauteilen.

Warum Planfräsen weiterhin wichtig ist

  • Sehr hoher Materialabtrag bei großen, ebenen Flächen.
  • Ideal für grobe Vorbearbeitung und schnelles Abtragen von Rohmaterial.
  • Weniger anspruchsvoll bei der Werkzeugausrichtung, praktisch, wenn Volumenleistung wichtiger ist als Detailgenauigkeit.

Vorteile und Nachteile des Umfangsfräsens

Vorteile

  1. Hervorragende Präzision

Da nur die äußeren Schneiden des Fräsers eingreifen, ermöglicht das Umfangsfräsen äußerst genaue, schmale Schnitte. Ideal für Detailarbeiten wie T-Nuten, Passfedernuten und profilierte Konturen.

  1. Exzellente Oberflächengüte

Der radiale Eingriff und präzise Werkzeugbahnen sorgen oft für glattere, sauberere Oberflächen als bei aggressiveren Fräsverfahren.

  1. Vielseitig einsetzbar

Mit dem passenden Fräser und einer optimalen Maschineneinstellung lassen sich Stahl, Aluminium, Edelstahl und spezielle Legierungen effizient bearbeiten, maximale Anpassungsfähigkeit für verschiedene Projekte.

  1. Minimierte Oberflächenfehler

Der präzise Eingriff reduziert Schnittstöße und senkt das Risiko von Riefen oder Brandspuren, besonders wichtig bei Bauteilen mit hohen Toleranzanforderungen.

Nachteile

  1. Geringere Spanabtragsrate

Das Umfangsfräsen ist meist langsamer als Verfahren wie Planfräsen und weniger effizient bei grobem Materialabtrag.

  1. Hohe Empfindlichkeit bei der Einrichtung

Exakte Fräserausrichtung und stabile Werkstückspannung sind entscheidend. Schon geringe Abweichungen können zu Vibrationen, erhöhtem Werkzeugverschleiß und schlechter Oberflächenqualität führen.

  1. Abhängigkeit von Kühlschmierstoffen

Für eine stabile Bearbeitung und lange Werkzeugstandzeiten ist oft der Einsatz von Kühlschmierstoff nötig, das erhöht den Einrichtungsaufwand.

  1. Werkzeugverschleiß-Risiko

Längere Bearbeitung ohne Kühlung oder das Fräsen abrasiver Materialien kann den Verschleiß beschleunigen oder Schneidkantenbrüche verursachen, besonders bei HSS-Werkzeugen.

Werkzeuge und Ausrüstung für das Umfangsfräsen

1. Fräsertypen und ihre Einsatzbereiche

Walzenstirnfräser

Walzenstirnfräser besitzen gerade, gleichmäßig verteilte Zähne entlang des Umfangs. Sie eignen sich ideal für breite, lineare Schnitte und Schrupparbeiten, zum Beispiel zum Abtragen großer Materialmengen von Plattenoberflächen oder Strukturbauteilen.

Schraubschneidenfräser

Diese Fräser verfügen über schräg angeordnete Zähne, die das Werkstück schrittweise erfassen und so einen gleichmäßigeren Schnitt ermöglichen. Vorteile sind reduzierte Vibrationen, bessere Spanabfuhr und eine verbesserte Oberflächenqualität. Sie sind besonders geeignet für Feinbearbeitungen an Aluminium oder empfindlichen Bauteilen.

Schaftfräser & Profilfräser 

Diese Werkzeuge werden für Profil-, Nuten- und Konturfräsen eingesetzt und können komplexe Geometrien präzise nachbilden. Sie sind unverzichtbar im Luft- und Raumfahrt- sowie im Automobilbau, wo Bauteile hohe geometrische Genauigkeit und flexible Fräserbewegungen erfordern.

2. Fräswerkstoffe für Leistung und Langlebigkeit

Schnellarbeitsstahl 

HSS-Fräser bieten zuverlässige Leistung bei allgemeinen Materialien wie Baustahl oder Aluminium. Sie sind kostengünstig, robust und bestens geeignet für Standardbearbeitungen.

Hartmetallfräser

Hartmetallwerkzeuge sind härter und verschleißfester, ermöglichen höhere Schnittgeschwindigkeiten und verlängern die Standzeit, besonders wichtig bei Edelstahl, gehärteten Legierungen oder in der Serienfertigung.

3. Maschinenaufbau und Werkstückspannung

Horizontale vs. vertikale Fräsmaschinen

  • Horizontale Fräsmaschinen bieten mehr Stabilität bei tiefen Schnitten.
  • Vertikale Fräsmaschinen erleichtern die Einrichtung und bieten bessere Sicht, besonders bei flachen oder präzisen Schnitten.

Stabile Werkstückspannung

Eine solide und vibrationsfreie Spannung ist entscheidend, um Rattern zu minimieren und die Genauigkeit zu sichern. Schon kleinste Vibrationen oder Fehlstellungen können Oberflächenqualität, Standzeit und Maßhaltigkeit negativ beeinflussen.

4. Optimierung für beste Ergebnisse

  • Fräsermaterial an Werkstück anpassen: HSS für allgemeine Bearbeitung, Hartmetall für harte Werkstoffe.
  • Feinere Oberflächen erzielen: Bei hohen Oberflächenanforderungen Schraubschneidenfräser verwenden und Werkzeug exakt ausrichten.
  • Maximale Steifigkeit sicherstellen: Ein fester Maschinenaufbau und stabile Werkstückspannung sind unverzichtbar für hochpräzises Umfangsfräsen.

Bearbeitungsparameter beim Umfangsfräsen

Die Wahl der richtigen Bearbeitungsparameter ist entscheidend, um beim Umfangsfräsen Präzision, Effizienz und eine lange Werkzeugstandzeit zu erzielen. Die drei wichtigsten Faktoren sind Schnittgeschwindigkeit, Vorschubrate und Schnitttiefe.

1. Schnittgeschwindigkeit

  • Bezeichnet die Geschwindigkeit, mit der die Schneide über die Oberfläche des Werkstücks läuft.
  • Gemessen in Metern pro Minute (m/min) oder in Surface Feet per Minute (SFM).
  • Die optimale Geschwindigkeit hängt vom Werkstoff ab: Weiche Metalle wie Aluminium können mit höheren Geschwindigkeiten bearbeitet werden, während gehärtete Stähle niedrigere Geschwindigkeiten erfordern, um vorzeitigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden.

2. Vorschubrate

  • Gibt an, wie weit sich das Werkzeug pro Umdrehung in das Werkstück hineinbewegt.
  • Höhere Vorschübe steigern die Produktivität, können jedoch bei zu aggressiver Einstellung die Oberflächenqualität verschlechtern.
  • Für komplexe Profile oder enge Toleranzen ist meist eine moderate Vorschubrate vorzuziehen.

3. Schnitttiefe

  • Beschreibt die Materialstärke, die in einem Durchgang abgetragen wird.
  • Eine größere Schnitttiefe erhöht die Zerspanungsleistung, belastet jedoch Werkzeug und Spindel stärker.
  • Für Schlichtdurchgänge werden flache Schnitte empfohlen, um glatte Oberflächen und präzise Maße zu erreichen.

Weitere relevante Parameter sind der radiale Eingriff (Prozentsatz des Werkzeugdurchmessers, der mit dem Material in Kontakt steht), die Kühlmittelzufuhr und die Werkzeugwegstrategie. Die Anpassung dieser Faktoren an Werkstoff, Werkzeugtyp und gewünschte Oberflächengüte gewährleistet sowohl Effizienz als auch Bauteilqualität.

Tipps zur Optimierung des Umfangsfräsens

Auch mit der richtigen Maschineneinstellung erfordert erstklassiges Umfangsfräsen eine Kombination aus bewährten Vorgehensweisen und sorgfältiger Überwachung.

  1. Das richtige Werkzeugmaterial und die passende Beschichtung wählen
  • Hartmetallwerkzeuge eignen sich für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und harte Materialien.
  • Beschichtungen wie TiAlN oder TiN reduzieren die Reibung und verbessern die Hitzebeständigkeit.
  1. Werkzeuggeometrie optimieren
  • Positive Spanwinkel verringern die Schnittkräfte und verbessern die Oberflächengüte.
  • Beim Nutfräsen sollte das Profil des Fräsers exakt den Nutmaßen entsprechen, um Werkzeugdurchbiegung zu vermeiden.
  1. Drehzahl und Vorschub ausbalancieren
  • Zu hohe Schnittgeschwindigkeiten beschleunigen den Werkzeugverschleiß.
  • Kleine Anpassungen des Vorschubs können die Oberflächenqualität spürbar verbessern.
  1. Ausreichend Kühlschmierstoff einsetzen
  • Kühlschmiermittel leiten Wärme ab, verlängern die Standzeit und verhindern Werkstückverzug.
  • Bei Werkstoffen mit Kaltverfestigung wie Edelstahl ist eine kontinuierliche Kühlmittelzufuhr besonders wichtig.
  1. Vibrationen minimieren
  • Werkstück sicher und fest spannen.
  • Kurze Werkzeugauskragungen verwenden, um Rattern zu vermeiden.
  1. Werkzeuge regelmäßig prüfen
  • Verschleißbilder überwachen, um rechtzeitig zu wechseln, bevor die Qualität leidet.
  • Ersatzwerkzeuge bereithalten, um Stillstandszeiten zu reduzieren.

Mit diesen Optimierungstipps steigern Zerspaner die Produktivität, sichern eine gleichbleibend hohe Qualität und verlängern die Lebensdauer ihrer Fräswerkzeuge, wodurch das Umfangsfräsen sowohl kosteneffizient als auch zuverlässig bleibt.

Präzision zum Leben erwecken mit Umfangsfräsen

Das Umfangsfräsen ist eine unverzichtbare Bearbeitungstechnik, um präzise Nuten, Profile und komplexe Konturen in einer Vielzahl von Materialien herzustellen. Wer die verschiedenen Arten des Umfangsfräsens kennt, die passenden Werkzeuge auswählt und optimale Bearbeitungsparameter einsetzt, erreicht höchste Maßgenauigkeit und exzellente Oberflächenqualitäten.

Ob beim Fräsen von Passfedernuten oder beim Formen von Zahnradzähnen, dieses Verfahren bietet eine ideale Kombination aus Präzision und Vielseitigkeit. In Verbindung mit regelmäßiger Werkzeugpflege, effizienter Kühlschmierung sowie der richtigen Wahl von Vorschub und Drehzahl liefert Umfangsfräsen langlebige Ergebnisse und sorgt gleichzeitig für eine effiziente Produktion.

Egal, ob in einer kleinen Werkstatt oder in der Serienfertigung auf CNC-Maschinen, das Beherrschen dieses Prozesses ist eine Investition in Qualität und Produktivität.

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FAQs zum Umfangsfräsen

1. Wofür wird das Umfangsfräsen eingesetzt?

Es dient zum Fräsen von Nuten, Rillen, Schultern, Zahnradzähnen und anderen detaillierten Profilen mit hoher Maßgenauigkeit. Ebenso eignet es sich zum Erzeugen ebener Flächen an den Seiten eines Werkstücks.

2. Welche Materialien lassen sich mit Umfangsfräsen bearbeiten?

Mit dem richtigen Fräser und optimalen Parametern können Baustahl, Aluminium, Edelstahl, Titan und Speziallegierungen effizient gefräst werden.

3. Worin liegt der Unterschied zwischen Umfangsfräsen und Planfräsen?

Beim Umfangsfräsen erfolgt der Schnitt an der Mantelfläche (Peripherie) des Fräsers, während beim Planfräsen die Stirnfläche des Fräsers schneidet.

4. Welche Fräswerkzeuge werden verwendet?

Typisch sind Fräser aus Schnellarbeitsstahl (HSS) oder Hartmetall, darunter gerade, spiral- oder versetzt verzahnte sowie Seiten- und Scheibenfräser, je nach Anwendungsfall.

5. Wie lässt sich die Oberflächenqualität beim Umfangsfräsen verbessern?

Scharfe Fräser verwenden, Kühlschmierstoff gezielt einsetzen, Vibrationen minimieren und Vorschubgeschwindigkeit optimal anpassen, um glattere Oberflächen zu erzielen.