1. Was ist Helixfräsen?

Helixfräsen ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem das Werkzeug einer Kreisinterpolation folgt und gleichzeitig in Z-Richtung zustellt. Statt senkrecht einzutauchen, bewegt sich das Werkzeug beim Zeichnen eines Kreises schrittweise nach unten und erzeugt so eine helikale Werkzeugbahn.

Dieses Verfahren wird für das Herstellen von Bohrungen, das Einfahren in Taschen, senkbohren sowie zum Öffnen von Löchern ohne Pilotbohrung eingesetzt. Es erleichtert die Bearbeitung von Lochdurchmessern, die größer als der Cutter-Durchmesser sind, und derselbe Cutter kann oft für mehrere Lochgrößen verwendet werden.

Beim Helixfräsen tritt das Werkzeug jedoch stets in einem geneigten Winkel in das Werkstück ein. Im Gegensatz zum gewöhnlichen Umfangsfräsen oder Nutenfräsen müssen Sie Rampenwinkel, Helix-Steigung, Werkzeugmittelpunktbahn und Vorschubkorrektur prüfen.

2. Drei Schlüsselwerte beim Helixfräsen

Beim Festlegen der Bedingungen für das Helixfräsen beginnen Sie mit den folgenden drei Werten.

Sobald diese drei Werte festgelegt sind, lassen sich der Durchmesser der Werkzeugmittelpunktbahn und die Wegstrecke des Werkzeugmittelpunkts pro Umdrehung bestimmen.

Tool-center path diameter = Dh - Dc
Tool-center travel distance per revolution = (Dh - Dc) x pi

So denken Sie über den Rampenwinkel

Sobald die Helix-Steigung festgelegt ist, kann der Rampenwinkel berechnet werden.

Ramping angle = atan(helical pitch / tool-center travel distance per revolution)

Beispiel: Lochdurchmesser 50 mm, Cutter-Durchmesser 10 mm und Helix-Steigung 5 mm:

Tool-center path diameter = 50.0 - 10.0 = 40.0 mm
Tool-center travel distance per revolution = 40.0 x pi = 125.7 mm
Ramping angle = atan(5.0 / 125.7) = approx. 2.3 deg

Wenn Sie zuerst den Rampenwinkel festlegen möchten, berechnen Sie die Helix-Steigung mit der folgenden Formel.

Helical pitch = tool-center travel distance per revolution x tan(ramping angle)

3. Punkte zur Werkzeugauswahl für Helixfräsen

Beim Helixfräsen ist nicht automatisch jeder Cutter geeignet, der in den Lochdurchmesser passt. Sie müssen prüfen, ob das Werkzeug Helixfräsen unterstützt, ob der Lochdurchmesser innerhalb des minimalen und maximalen helikalen Lochbereichs liegt und ob Steigung und Rampenwinkel innerhalb der Werkzeugspezifikationen liegen.

Arten von Cuttern für Helixfräsen

Die wichtigsten Kandidaten sind Schulterfräsen-Cutter mit Rampenfähigkeit und High feed-Cutter mit Rampenfähigkeit. Bei beiden Typen prüfen Sie, ob das Werkzeug für Helixfräsen eingesetzt werden kann, wie groß der maximale Rampenwinkel ist und ob der Zieldurchmesser innerhalb des minimalen und maximalen helikalen Lochbereichs liegt.

Fürs Schruppen sind High-Feed-Cutter meist die erste Wahl

Wenn Helixfräsen als Schruppbearbeitung eingesetzt wird, ist es sinnvoll, zunächst einen High feed-Cutter in Betracht zu ziehen. Auch wenn High-Feed-Cutter eine geringere maximale Schnitttiefe APMX haben können, lassen sich oft höhere Vorschübe anwenden, was die Produktivität steigert.

Je nach Bearbeitungsweg und Durchmesser der Werkzeugmittelpunktbahn kann der maximale Rampenwinkel eines Shoulder-Cutters zum limitierenden Faktor werden, sodass der Cutter seine verfügbare APMX nicht vollständig nutzen kann. Daher kann ein High-Feed-Cutter auch bei kleinerer APMX vorteilhaft sein, weil er höhere Vorschubbedingungen ermöglicht.

Wo Schulterfräsen-Cutter effektiv sind

Es gibt auch Fälle, in denen Schulterfräsen-Cutter vorteilhaft sind. Ziehen Sie einen Shoulder-Cutter in Betracht, wenn die Werkstücksteifigkeit gering ist oder wenn das Erscheinungsbild der bearbeiteten Lochwand wichtig ist.

4. Vorgehensweise zur Werkzeugauswahl

Dieser Abschnitt skizziert den praktischen Ablauf zur Auswahl eines Fräsers für das Helixfräsen. Legen Sie zunächst den Kandidaten-Cutter-Durchmesser fest und prüfen Sie, ob das Werkzeug den Ziel-Lochdurchmesser abdecken kann. Anschließend verzweigt der Ablauf je nachdem, ob Sie zuerst die Helix-Steigung oder zuerst den Rampenwinkel festlegen.

1. Cutter-Durchmesser festlegen: Legen Sie den Cutter-Durchmesser bzw. den Kandidaten-Werkzeugdurchmesser fest.



2. Werkzeug vorläufig über den min./max. helikalen Lochbereich auswählen: Prüfen Sie, ob der Zieldurchmesser innerhalb des Anwendungsbereichs des Werkzeugs liegt.



3. Durchmesser und Wegstrecke der Werkzeugmittelpunktbahn berechnen: Sobald der Cutter-Durchmesser festgelegt ist, ist die Grundlage für die Berechnung von Rampenwinkel und Steigung fixiert.
4. Entscheiden, ob Steigung oder Rampenwinkel zuerst kommt: Beide Ansätze sind möglich; am Ende prüfen Sie sowohl APMX als auch den maximalen Rampenwinkel.

Methode 1. Zuerst die Helix-Steigung festlegen

Wenn Sie zuerst die Helix-Steigung festlegen, prüfen Sie, ob die Steigung die APMX des Werkzeugs überschreitet. Wenn sie zulässig ist, übernehmen Sie diese Steigung und berechnen den Rampenwinkel aus der Wegstrecke des Werkzeugmittelpunkts und der Steigung.

Ramping angle = atan(helical pitch / tool-center travel distance per revolution)

Bestätigen Sie abschließend, dass der berechnete Rampenwinkel innerhalb des maximalen Rampenwinkels des Kandidaten-Werkzeugs liegt. Wenn es keine Probleme gibt, können Cutter-Durchmesser, Werkzeug, Helix-Steigung und Rampenwinkel final festgelegt werden.

Methode 2. Zuerst den Rampenwinkel festlegen

Wenn Sie zuerst den Rampenwinkel festlegen, prüfen Sie, ob der Winkel den maximalen Rampenwinkel des Kandidaten-Werkzeugs überschreitet. Wenn er zulässig ist, übernehmen Sie diesen Rampenwinkel und berechnen die Helix-Steigung aus der Wegstrecke des Werkzeugmittelpunkts und dem Rampenwinkel.

Helical pitch = tool-center travel distance per revolution x tan(ramping angle)

Bestätigen Sie abschließend, dass die berechnete Helix-Steigung innerhalb der APMX des Kandidaten-Werkzeugs liegt. Wenn es keine Probleme gibt, können Cutter-Durchmesser, Werkzeug, Rampenwinkel und Helix-Steigung final festgelegt werden.

5. Hinweise beim Helixfräsen

Da das Werkzeug beim Bewegen entlang einer Kreisbahn in einem Winkel eintritt, erfordert Helixfräsen mehr Prüfungen der Bedingungen als gewöhnliches Umfangsfräsen. Prüfen Sie insbesondere immer Rampenwinkel, Steigung, Vorschubkorrektur und Spanabfuhr.

Den Rampenwinkel nicht zu groß wählen

Mit zunehmendem Rampenwinkel steigen die Belastung an der Cutter-Schulter und an der wendeschneidplatten. Selbst wenn der Winkel innerhalb der maximalen Rampenwinkelgrenze liegt, können je nach Werkstoff, Maschinensteifigkeit und Auskraglänge Rattern oder Chipping auftreten.

Helix-Steigung innerhalb von APMX halten

Die Helix-Steigung ist die Z-Achsen-Tiefe pro Umdrehung. Ist die Steigung zu groß, kann sie die APMX des Werkzeugs überschreiten und zu Spanverstopfung oder Rattern führen.

Achtung: Wegstrecke des Werkzeugmittelpunkts und Wegstrecke der Schneide sind unterschiedlich

Beim Helixfräsen basieren NC-Befehle auf der Werkzeugmittelpunktbahn. Die tatsächliche Zerspanung erfolgt jedoch am Werkzeugumfang.

Beim inneren Helixfräsen ist der Durchmesser der Werkzeugmittelpunktbahn kleiner als der bearbeitete Lochdurchmesser. Daher sind die Wegstrecke des Werkzeugmittelpunkts und die Wegstrecke der Schneide nicht identisch.

Wenn Katalog-Vorschubwerte direkt als Werkzeugmittelpunkt-Vorschub vorgegeben werden, kann der tatsächliche Vorschub an der Schneide größer als erwartet werden. Prüfen Sie den Soll-Vorschub für den Werkzeugmittelpunkt und die Vorschubkorrektur, damit der Vorschub an der Schneide nicht übermäßig wird.

Tool-center command feed = uncorrected feed x (Dh - Dc) / Dh

Hinweis: Je nach Maschine, CNC-Steuerung oder CAM-System kann die Kreisvorschubkorrektur automatisch gehandhabt werden. Bestätigen Sie die Steuerungsspezifikationen der Maschine für das tatsächliche Programm.

Spanabfuhr sicherstellen

Beim Helixfräsen innerhalb einer Bohrung ist der Raum zum Abtransport der Späne begrenzt. Spanverstopfung kann zu Chipping, schlechter Oberflächenqualität, abnormalen Geräuschen und Rattern führen.

6. Ein praktischer Rechner für Steigung und Rampenwinkel

Wie oben beschrieben, erfordert Helixfräsen, Lochdurchmesser, Cutter-Durchmesser, Steigung, Rampenwinkel und Vorschubkorrektur der Reihe nach zu prüfen.

Die Formeln selbst sind nicht schwierig, aber die manuelle Berechnung jedes Mal ist zeitaufwendig. Wenn Prüfungen von APMX oder maximalem Rampenwinkel übersehen werden, kann die Bedingung die Werkzeugspezifikation überschreiten.

Aus diesem Grund ist die Verwendung eines Rechners, der Rampenwinkel und Steigung automatisch berechnet, eine effiziente Möglichkeit, Helixfräsbedingungen zu überprüfen. Der folgende Rechner kann zwischen den Berechnungsmodi „Steigung → Winkel“ und „Winkel → Steigung“ umschalten.

Helixfräsen-Rechner

Rechner für Rampenwinkel und Steigung

Prüfen Sie Lochdurchmesser, Cutter-Durchmesser, Steigung, Rampenwinkel und Vorschubkorrektur gemeinsam.

--Rampenwinkel

Eingabebedingungen

Ladebeispiel

Berechnungsmodus

Steigung zu WinkelPh eingeben, um den Winkel zu berechnen Winkel zu SteigungWinkel eingeben, um Ph zu berechnen

DhLochdurchmesser Dh mm DcCutter-Durchmesser Dc mm PhHelix-Steigung Ph mm/U ZBearbeitungstiefe mm ApMax. Schnitttiefe APMX mm θmaxMax. Rampenwinkel deg VcSchnitttiefe Vc m/min zWirksame Zähne z fzZahnvorschub fz mm/Z

Berechnungsergebnisse

Wird berechnet

DpathDurchmesser der Werkzeugmittelpunktbahn Dpath--

LWegstrecke des Werkzeugmittelpunkts pro Umdrehung--

θRampenwinkel Theta--

nSpindeldrehzahl n--

FeUnkorrigierter Vorschub F_edge--

KVorschubkorrekturfaktor--

FcSoll-Vorschub Werkzeugmittelpunkt F_center--

Bearbeitungstiefe

Erforderliche Umdrehungen

--

Programmierte Umdrehungen

--

Tiefenpassende Steigung

--

Tiefenpassender Winkel

--

Wegstrecke und Zeit

3D-Wegstrecke pro Umdrehung

--

Ca. Gesamtwegstrecke

--

Ca. Bearbeitungszeit

--

Beurteilung und Hinweise

7. Einführung in den Tool Selector

Nach der Berechnung von Rampenwinkel und Helix-Steigung stellt sich als Nächstes die Frage, welche Cutter unter diesen Bedingungen eingesetzt werden können. Beim Helixfräsen müssen Lochdurchmesser, Cutter-Durchmesser, APMX, maximaler Rampenwinkel sowie min./max. helikaler Lochbereich gemeinsam geprüft werden, was die Katalogsuche zeitaufwendig machen kann.

Zur Unterstützung dieser Prüfung steht ein separater Tool Selector zur Verfügung, mit dem sich anhand Ihrer Eingabebedingungen passende Tungaloy-Cutter-Kandidaten finden lassen. Durch das Eingrenzen der Kandidaten im Tool Selector können Sie Helixfräsbedingungen reibungsloser überprüfen.

Hinweis: Der Tool Selector hilft Ihnen, Tungaloy-Cutter-Kandidaten zu prüfen, die zu Ihren Eingabebedingungen passen.

Zusammenfassung

Helixfräsen ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem das Werkzeug einer Kreisinterpolation folgt und gleichzeitig in Z-Richtung zustellt. Es ist nützlich für große Löcher, die sich mit Bohrern nur schwer bearbeiten lassen, sowie für das Einfahren in Taschen; eine falsche Einstellung der Bedingungen kann jedoch die Werkzeugbelastung deutlich erhöhen.

1. Beim Helixfräsen prüfen Sie Lochdurchmesser Dh, Cutter-Durchmesser Dc und den Durchmesser der Werkzeugmittelpunktbahn.
2. Berechnen Sie Helix-Steigung und Rampenwinkel auf Basis der Wegstrecke des Werkzeugmittelpunkts.
3. Für die Werkzeugauswahl prüfen Sie immer min./max. helikalen Lochdurchmesser, APMX und maximalen Rampenwinkel.
4. Egal, ob Sie mit Steigung oder Winkel starten: Bestätigen Sie, dass die finalen Bedingungen innerhalb der Werkzeugspezifikation liegen.
5. Da Werkzeugmittelpunkt-Wegstrecke und Schneiden-Wegstrecke unterschiedlich sind, achten Sie auf die Vorschubkorrektur.
6. Wenn die manuelle Berechnung mühsam ist, nutzen Sie den Rechner zur Prüfung der Bedingungen.
7. Nutzen Sie den separaten Tool Selector, um Kandidaten-Werkzeuge zu prüfen.

Beim Helixfräsen sollten Berechnungen und Werkzeugauswahl nicht getrennt betrachtet werden. Wichtig ist, Lochdurchmesser, Cutter-Durchmesser, Steigung, Rampenwinkel, Vorschubkorrektur und Werkzeugspezifikationen als einen durchgängigen Workflow zu prüfen.