In der Technik „Faden„“ bezieht sich auf die spiralförmigen Nuten an der äußeren zylindrischen oder inneren hohlzylindrischen Geometrie, die alles von einer kleinen Schraube bis hin zu einem kundenspezifischen Teil einer großen mechanischen Baugruppe darstellen kann. Schneiden, Gewindeschneiden und Fräsen sind die wichtigsten Verfahren zur Herstellung. Inzwischen Gewindefräsen wird besonders gerne zum Einfädeln von Fäden in mittelgroße bis große Gegenstände verwendet.
Obwohl dieses mechanische Element einfach aussieht, hat es vielfältige Verwendungsmöglichkeiten, z. B. zur Befestigung, Bewegungsübertragung, radialen Lastaufnahme und Abdichtung. Es ist ebenso komplex und eine Herausforderung, es präzise herzustellen.
Dieser Artikel behandelt den Prozess, die Werkzeuge sowie die Vor- und Nachteile des Gewindefräsens in Metall- und Kunststoffwerkstücken und beschreibt die komplette Gewindekonstruktion. Zusätzlich vergleichen wir das Verfahren mit dem Gewindeschneiden.
Was ist Gewindefräsen?
Gewindefräsen ist eine Art von CNC-FräsbetriebEin subtraktives Fertigungsverfahren zur Herstellung von Gewinden. Dabei wird ein spezielles Einpunktwerkzeug verwendet, das Material vom Werkstück entfernt und die gewünschten Gewinde erzeugt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Gewindeschneidverfahren ist das Fräsen flexibel hinsichtlich der Durchmessertoleranzen und ermöglicht die Herstellung von Gewinden mit unterschiedlichen Durchmessern über die gesamte Werkstücklänge.
Mit einer Fräsmaschine können Sie sowohl Innen- als auch Außengewinde nach Ihren spezifischen Anforderungen herstellen. Die Werkzeuge rotieren in spiralförmige kreisförmige Muster entlang der Seiten von Werkstücken, wobei Material entfernt und eine spiralförmige Struktur erzeugt wird.
Bei Innengewinden folgt das Werkzeug einem spiralförmigen Pfad um die Außenseite eines zylindrischen Werkstücks, während es in die Bohrung eindringt und einem ähnlichen Pfad entlang der Innenwand folgt.
Dieses Verfahren ist sogar für große Löcher und dünnwandige Bauteile anwendbar. Ein einziges Werkzeug kann für verschiedene Projekte mit unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern eingesetzt werden und bietet so Flexibilität und individuelle Anpassungsmöglichkeiten. So können Sie Gewinde in zähe Materialien wie Werkzeugstahl (> 45 HRC), Titanlegierungen und Inconel fräsen.
Mechanische Gewindeterminologien
In der Ingenieurwissenschaft und Fertigung gibt es verschiedene Fachbegriffe, die den Konstruktions- und Produktionsprozess näher beschreiben. Schauen wir uns diese zunächst genauer an, bevor wir weiter darauf eingehen.
- Außendurchmesser: Der Außendurchmesser (oder Durchmesser der Welle, an der das Gewinde geformt wird)
- Kleiner Durchmesser: Der Innendurchmesser nach der Erstellung der Spiralstruktur (kleinster Durchmesser)/Durchmesser des Lochs vor dem Gewindeschneiden, bei Innengewinden
- Kamm: Der obere Teil (obere Kante) der Spiralform.
- Wurzel: Die Bodenfläche zwischen zwei Gewindeflanken.
- Flanke: Die Gewindeoberfläche, die zwischen dem Kamm und der Wurzel liegt.
- Gewindewinkel: Der Winkel, den zwei benachbarte Gewindeflanken bilden.
- Tonhöhe: Die Tonhöhe ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Spitzen.
- Teilungsdurchmesser: Dies ist der Durchmesser, der korrekt zu seiner Gegenkomponente männlich/weiblich passt.
- Führen: Damit ist die Länge/Distanz gemeint, die das Gewinde bei der Montage in einer Umdrehung zurücklegt.
Wie funktioniert Gewindefräsen?
Der Schlüsselmechanismus liegt in der spiralförmigen Bewegung des Gewindeschneidwerkzeugs, gesteuert durch CNC-Programme. Typischerweise bleibt das Werkstück stationär, während das spitze Werkzeug rotiert und mit seinen Kanten das Material abträgt. Anders als beim Gewindeschneiden ist die Werkzeuggeometrie nicht direkt mit der Gewindegeometrie verknüpft. Stattdessen bestimmt die Bewegung entlang der X- und Y-Achse den Durchmesser, während die Z-Achse die Steigung steuert.
Die Schritte des CNC-Gewindefräsens sind wie folgt:
Schritt 1: Maschineneinrichtung und Werkzeugauswahl
Wählen Sie zunächst die richtige CNC-Fräsmaschine oder einen speziellen Gewindefräser. Bearbeiten Sie das Werkstück vor, indem Sie ein Loch bohren oder die Außenfläche glätten, wo Gewinde eingebracht werden sollen. Daher ist die Wahl des richtigen Werkzeugs ebenso wichtig. Einpunktschneider für kleine und präzise Gewinde, Profil-Mehrzahnfräser für hohe Geschwindigkeit und Wende für große Größen. Die Auswahl der Werkzeuggröße hängt von den Gewindeparametern wie Außen- und Innendurchmesser ab.
Schritt 2: CNC-Programmierung
Sobald Sie das Werkzeug in die Spindel einsetzen und das Werkstück darauf ausrichten, G- und M-Codes bestimmen alle Werkzeugbewegungen. Sie steuern den Werkzeugweg, die Anzahl der Durchgänge, die Materialabtragsrate, die Tiefe usw.
Das CNC-Programm definiert auch den Ein- und Austrittsbogen der Schneide, den Gewindetyp (z. B. M10 x 1.5, UNC), die Gewindesteigung, den Werkzeugabstand und die Vorschubgeschwindigkeit.
Schritt 3: Der Gewindeschneidvorgang
In dieser Phase läuft das CNC-Programm, und die Maschine beginnt mit dem Gewindeschneiden. Das Werkzeug fährt in einem vorgegebenen Bogen ein, folgt der Spiralbahn und zieht sich nach dem letzten Durchgang aus dem Werkstück zurück.
Gewindefräswerkzeuge
Es gibt verschiedene Arten von Gewindefräsern, die sich in Geometrie, Spanabfuhrmechanismus und der Fähigkeit zum Schneiden bestimmter Gewindearten unterscheiden. Lassen Sie uns kurz auf sie eingehen.
Gewindefräser mit gerader Nut
Wie der Name schon sagt, verfügt dieser Gewindefräser über eine gerade Nut, die die Späne abtransportiert, wenn die Zähne ineinandergreifen und Material abtragen. Die Schneidzähne greifen kontinuierlich in das Material ein und schneiden es, die gerade Nut zwischen ihnen leitet das Material nach außen ab. Gerade Nutfräser werden häufiger zum Schneiden von Gewinden in leicht zerspanbaren Materialien wie Aluminium und ABS verwendet.
Gewindefräser mit spiralförmiger Nut
Die Spiralnutfräser verfügen über eine Reihe spiralförmig angeordneter Zähne am Werkzeugumfang, die eine spiralförmige Nut bilden. Der Spiralwinkel liegt typischerweise zwischen 15 und 30°. Diese Geometrie ermöglicht eine bessere Spanabfuhr und -geschwindigkeit als gerade Nuten und sorgt zudem für ein besseres Oberflächenfinish.
Einform-Gewindefräser
Dieser Gewindefräser fräst die Gewinderillen in einem Durchgang (oder jeweils ein Gewinde). Er eignet sich hauptsächlich für Innengewinde. Die Zähne greifen in das Material ein und bewegen sich vorwärts, während die spiralförmigen Nuten die Späne nach außen abführen. Trotz der niedrigen Drehzahl bietet ein Einformfräser mehr Flexibilität.
Einzelprofil-Gewindefräser
Im Gegensatz zu einem Einformfräser verfügt ein Einprofilfräser über mehrere Schneiden, die mehrere Gewinde gleichzeitig mit einem einheitlichen Profil schneiden können. Sie können Gewinde mit gleicher Gewindesteigung und -größe schneller und präziser schneiden. Diese sind jedoch nicht flexibel und funktionieren nur für die spezifische Gewindegröße, für die sie ausgelegt sind. Beispielsweise kann ein für M6 × 1 ausgelegter Eingewinde-Profilfräser kein M6 × 0.75 schneiden.
Multiform-Gewindefräser
Während ein Einformfräser eine Gewinderille in einem Durchgang schneidet, kann ein Mehrformfräser mit seinen axial angeordneten Zähnen mehrere Gewindegänge schneiden, die der jeweiligen Steigungsgröße entsprechen. Diese werden auch zur schnellen Herstellung von Gewinden mit bestimmten Gewindearten, -größen und -steigungen verwendet.
Vorteile des Gewindefräsens
- Flexibilität: Ein Einzelgewindewerkzeug kann mehrere Gewindefräsarten mit unterschiedlichen Größen ausführen, beispielsweise Innen- und Außengewinde.
- Anpassung: Werkzeuge/Fräser können für eine bestimmte Größe ausgelegt werden und Sie können in großen Stückzahlen identische Gewinde herstellen.
- Schnellere Produktion: Die Automatisierung des CNC-Gewindefräsens verkürzt die Produktionszykluszeiten und ermöglicht schnelles Schneiden mit minimalen Abweichungen in Größe und Qualität.
- Vielfältige Materialoptionen: Gewindefräser sind sowohl mit weichen als auch mit harten Materialien kompatibel. Mit den richtigen Werkzeugen können Sie sogar Gewinde in schwer zerspanbare Materialien einarbeiten.
- Minimaler Verschleiß: Das Schneidwerkzeug greift nur dort in das Material ein, wo es ein Gewinde schneiden muss, nicht über den gesamten Umfang. Dadurch wird der Verschleiß des Werkstücks minimal gehalten.
- Präzision: A CNC-Fräsmaschinen können Gewindetoleranzen von bis zu
Nachteile des Gewindefräsens
- Langsamer bei Innengewinden, da die Löcher vorgebohrt werden müssen
- Komplexe Maschinen und zeitaufwändige Einrichtung, die bei einfachen Gewinden und kleinen Auflagen möglicherweise nicht wirtschaftlich ist.
- Die Gewindefräser sind nicht mit kleinen Löchern kompatibel; typischerweise erfordern sie einen Lochdurchmesser ≥6 mm.
Gewindefräsen vs. Gewindeschneiden
Gewindeschneiden ist eine weitere Methode zum Erzeugen von Gewinden in Bohrungen (innen). Dabei werden spezielle Werkzeuge, sogenannte Gewindebohrer, verwendet. Das Gewindebohrwerkzeug wird in die Bohrung eingeführt und formt Gewinde mit der gleichen Größe wie sein eigenes. Die Gewindebohrwerkzeuge werden sowohl manuell als auch durch CNC-Maschinenund kann Gewinde in leicht zu bearbeitende Materialien wie Aluminium, Stahl und ABS einarbeiten.
In der folgenden Tabelle sind die Unterschiede zwischen Gewindebohren und Gewindefräsen aufgeführt.
| Eigenschaften | Gewindefräsen | Tapping |
| Prozess und Werkzeuge | Das CNC-Programm führt ein einzelnes Werkzeug auf einer spiralförmigen Bahn | Dabei wird ein Gewindebohrer in Form einer Schraube verwendet, der für eine bestimmte Gewindegröße/-steigung ausgelegt ist. |
| Flexibilität | Hohe Flexibilität, da ein Werkzeug Innen-/Außengewinde sowie Rechts-/Linksgewinde in unterschiedlichen Größen schneiden kann. | Eingeschränkte Flexibilität, da der Hahn bei jeder Größe gewechselt werden muss. |
| Produktionsgeschwindigkeit | Langsamer bei kleinen Löchern (≈10–15 s/Loch) | Viel schneller pro Loch (≈2–8 s) |
| Maschinenanforderungen | Es erfordert eine CNC-Konfiguration mit Spiralinterpolation und einer Hochdrehzahlspindel | Das Gewindeschneiden kann auf einfacheren CNC-/Gewindeschneidmaschinen durchgeführt werden |
| Materialeignung | Hervorragend geeignet für harte Materialien wie Titan, Edelstahl, Inconel usw. | Es ist nur für leicht zu bearbeitende Metalle wie Aluminium, Messing, Weichstahl usw. geeignet. |
| Gewindequalität und Präzision | Hohe Präzision und Oberflächengüte durch hervorragende Spankontrolle. | Gut für Standardgewinde; Verarbeitung und Genauigkeit hängen von der Werkzeugqualität ab |
| Produktionsvolumen | Ideal für geringe bis mittlere Lautstärke und | Am besten für große Mengen identischer Threads geeignet – schnell, wiederholbar, geringer Einrichtungsaufwand. |
| Komplexität des Setups | Höherer Programmieraufwand, Spiralbahnen, Vorschübe, Versätze etc. | Einfacher einzurichten: Standard-Festzyklen, grundlegende Geschwindigkeits-/Tiefeneinstellungen. |
Praxistipps zum CNC-Gewindefräsen
Für hochwertige Gewinde können Sie bei der Werkzeugauswahl und der Durchführung des Fräsvorgangs folgende praktische Tipps beachten:
- Verwenden Sie die richtige Schnittgeschwindigkeit: Häufig führen niedrigere Geschwindigkeiten und Vorschübe zu präzisen Ergebnissen mit einer glatten Oberfläche. Wählen Sie daher die richtige Geschwindigkeit basierend auf Gewindegröße und -steigung.
- Optimieren Sie das Werkzeug für die Spanabfuhr: Wenn Sie ein Werkzeug verwenden, das für ein bestimmtes Gewindedesign entwickelt wurde, optimieren Sie dessen Geometrie für eine bessere Spanabfuhr. Beispielsweise können spiralförmige Nuten eine bessere Leistung erzielen.
- Fasen- und Senkfunktion: Fügen Sie am Ende des Innengewindes eine Senkung und am Ende des Außengewindes eine Fase hinzu.
- Bevorzugen Sie Standardwerkzeuge: Die Verwendung von Gewindefräsern in Standardgröße und -art verringert die Werkzeugkosten und erleichtert zudem die Einrichtung auf der CNC-Maschine.
- Werkstück festhalten: Halten Sie das Werkstück mit der richtigen Klemmkraft
Benötigen Sie einen kompetenten Partner für Ihre CNC-Gewindefräsprojekte?
Wie bereits erwähnt, ermöglicht Gewindefräsen die Herstellung einer Vielzahl von Schrauben und Gewinden, sowohl außerhalb des Schafts als auch in den Bohrungen. Für präzise Ergebnisse sind jedoch die richtigen Werkzeuge, Fräsparameter und ein CNC-Programm erforderlich. Wenn Sie einen zuverlässigen und kompetenten Partner für die Gewindeherstellung und die Erstellung Ihres Designs suchen, ist RapidDirect die Lösung.
Unsere CNC-Fräsdienst bietet verschiedene Bearbeitungsarten, darunter CNC-Gewindefräsen. Wir verfügen über mehrachsige CNC-Maschinen und erfahrene Ingenieure, die Ihr Projekt realisieren. Wir bieten umfassende Lösungen, von der Designoptimierung für die Herstellbarkeit bis hin zur Oberflächenbehandlung zu wettbewerbsfähigen Preisen. Darüber hinaus liefert unsere Sofortangebotsplattform schnell einen genauen und transparenten Budgetplan für Ihr Design. Laden Sie noch heute Ihr CNC-Design hoch!
