Walzfräser

Ein Stirnfräser ist ein rotierendes Schneidwerkzeug mit Nuten (Rillen), die sich über seine Länge erstrecken und an einer spitzen oder flachen Spitze zusammenlaufen. Im Unterschied zu einem Bohrer, der hauptsächlich an seiner Spitze schneidet, arbeitet ein Stirnfräser sowohl auf seiner Stirnfläche als auch an seinen zylindrischen Seiten und eignet sich daher zum Ausräumen von Taschen, zum Planfräsen von Flächen und zum Schneiden von Wänden im Werkstück. Das Werkzeug wird in einer Spindel eingespannt und dreht sich je nach Material und Durchmesser typischerweise mit 500 bis 3000 U/min.

Stirnfräser werden nach mehreren Merkmalen eingeteilt. Ein Flachfräser (oder Quadratfräser) hat einen ebenen Boden und ist die verbreitetste Variante für allgemeines Taschenfräsen und Konturbearbeitung. Ein Kugelfräser hat eine halbkugelförmige Spitze und wird bevorzugt für 3D-Profilierungen und skulpturale Oberflächen, wo ein sanfter Radius erforderlich ist. Fräser mit Eckenradius stellen einen Kompromiss dar und haben eine kleine Verrundung am Ende, um Spannungskonzentrationen zu reduzieren. Die Anzahl der Nuten variiert: Zweinuten-Fräser eignen sich für weichere Materialien wie Aluminium und Kunststoffe und fördern Späne freier aus; Viernuten- und Sechsnuten-Fräser liefern feinere Oberflächenqualität auf Stahl und Gusseisen. Längere Werkzeuge gibt es für tiefe Taschen; kürzere, steifere Werkzeuge widerstehen Rattern und Durchbiegung beim Bearbeiten härterer Materialien.

Das Material des Fräsers selbst bestimmt seine Schnittgeschwindigkeit und Härte. Schnellarbeitsstahl-Fräser (HSS) sind preiswert und gutmütig, aber langsam und geeignet für Handmaschinen und unterbrochene Schnitte. Hartmetall-Fräser sind viel härter, halten ihre Schärfe länger und laufen drei- bis zehnmal schneller als HSS, sind aber spröde und erfordern starre Aufbauten und gleichmäßige Vorschübe. Beschichtetes Hartmetall (TiN, AlTiN oder ähnlich) verlängert die Standzeit auf Stahl weiter. Keramik-Fräser gibt es für spezialisierte Hochtemperaturarbeiten, sind aber in allgemeinen Werkstätten selten anzutreffen.

Stirnfräserbruch entsteht üblicherweise durch Rattern, Durchbiegung oder unterbrochene Schnitte. Rattern zeigt sich durch Vibration und schlechte Oberflächenqualität; es tritt auf, wenn das Werkzeug zu lang im Verhältnis zu seinem Durchmesser ist, die Spindel verschlissen ist oder die Werkstückspannung lose ist. Durchbiegung tritt auf, wenn der Vorschubbetrag die Steifigkeit des Werkzeugs übersteigt, besonders gegen Ende eines tieferen Schnitts; dies führt zu Überhitzung und abgestumpften Kanten. Plötzlicher Bruch bei Hartmetall-Werkzeugen tritt auf, wenn das Werkzeug auf ein Hindernis trifft oder wenn der Vorschub während eines Schnitts seitwärts gerissen wird. Weichere Materialien wie Aluminium verstopfen manchmal die Nuten, wenn Späne nicht abgeführt werden; eine Peck-Strategie (periodisches Zurückfahren) hilft.

Der Begriff 'Stirnfräser' unterstreicht, dass das Schneiden am Ende des Werkzeugs stattfindet, was ihn von einem Planfräser (der hauptsächlich auf einer ebenen Fläche senkrecht zur Achse schneidet) oder einem Schlitzfräser (ein älterer Begriff, der manchmal locker für dasselbe Werkzeug verwendet wird, obwohl Schlitzfräser eigentlich ein Werkzeug ohne die Stirnschneidfähigkeit eines echten Stirnfräsers bezeichnet) unterscheidet. Bei CNC-Arbeiten sind Stirnfräser das primäre Werkzeug für 2,5D- und 3D-Fräsoperationen; Handmaschinen verwenden sie für handgeführte Taschen-, Nutfräs- und Finissearbeiten, wo Genauigkeit und Oberflächenqualität wichtiger sind als reine Geschwindigkeit.