Eckradius beim Taschenfräsen: Warum Ihr 1-mm-Innenradius 30 % mehr kostet

Was der Inneneckenradius in einer Tasche tatsächlich beeinflusst

Der Innenradius einer CNC-gefrästen Tasche ist der konkave Bogen, an dem die beiden Seitenwände am Boden der Aussparung aufeinandertreffen. Der Radius wird durch den kleinsten Fräser bestimmt, der die Ecke erreichen kann – jeder Innenradius entspricht dem Radius des Werkzeugs, das ihn bearbeitet, da ein größeres Werkzeug keinen kleineren Radius erzeugen kann. Eine Zeichnung, die einen Innenradius von 1 mm vorsieht, erfordert daher einen Fräser mit 1 mm Durchmesser, um die Ecke zu erreichen, unabhängig vom restlichen Werkzeugweg.

Dies ist der einzige Designparameter bei einem CNC-Zeichnung Diese Geometrie weist die stärkste Kopplung mit dem Werkzeug auf. Wandradius, Tiefe, Entformungsschräge und Oberflächengüte lassen sich mit unterschiedlichen Werkzeugen oder Parametersätzen unabhängig voneinander steuern. Nur der Innenradius der Ecken zwingt das kleinste Werkzeug zur Verwendung in der Serienfertigung – und dieses kleinste Werkzeug ist das langsamste, empfindlichste und teuerste pro Schnitt.

Die Sandvik Coromant Pocket Milling Guide dient als Referenz für die Zerlegung der Taschengeometrie in bearbeitbare Merkmale und ist die meistzitierte Wissensdatenbank für die technische Seite des Taschenfräsens. Ergänzend dazu bietet der Artikel von Seco Tools zum Thema Eckradius in der Zerspanung eine Anleitung zur Eckradiusmechanik. Er behandelt den Zusammenhang zwischen Eckradius, Oberflächengüte und Werkzeugstandzeit. Für die praktischen Konstruktionsregeln – wann ein kleiner Radius erforderlich bzw. optional ist – ist die Seite „CNC-Bearbeitungs-Konstruktionsregeln“ im CNC Cookbook die praxisorientierteste Checkliste.

Für einen Käufer ist die entscheidende Frage nicht: „Welchen kleinsten Innenradius kann unsere Werkstatt realisieren?“, sondern: „Welchen kleinsten Innenradius benötigt unsere Konstruktion tatsächlich?“ Die beiden Werte unterscheiden sich oft, und genau in dieser Differenz verbergen sich die Kosten. Wenn Sie bei der Teilespezifikation mit einer CNC-Fräs-Konstruktionsrichtlinie arbeiten, ist der Eckradius der erste Wert, den Sie überprüfen sollten, nicht der letzte.

Warum ein Radius von 1 mm die Werkzeugwahl beeinflusst

Ein Innenradius von 1 mm liegt unterhalb des Durchmesserbereichs, in dem die meisten Universal-Schaftfräser produktiv eingesetzt werden. Hartmetall-Schaftfräser mit 1 mm Durchmesser weisen eine kurze Schneidenlänge auf (typischerweise 3×D oder kürzer, um Rattern zu minimieren), eine geringe zulässige Spanlast pro Zahn (oft 0,005 mm pro Zahn oder weniger bei Aluminium) und eine kurze Standzeit unter Produktionsbedingungen (manchmal ist bereits nach einer Schicht die Verschleißgrenze sichtbar).

Die nachfolgenden Schnittparameter sind entsprechend eingeschränkt. Die Spindeldrehzahl muss im vom Fräserhersteller empfohlenen Bereich liegen – ist sie zu niedrig, schleift das Werkzeug statt zu schneiden; ist sie zu hoch, erzeugt das Werkzeug mit kleinem Durchmesser zu viel Wärme, die es nicht abführen kann. Der Vorschub muss so gering sein, dass jeder Zahn einen Span abnimmt, der dünn genug ist, um die Werkzeuggeometrie freizugeben. Die Schnitttiefe muss reduziert werden, da ein 1-mm-Werkzeug nicht aggressiv eintauchen kann, ohne auszubrechen. Die Kombination dieser drei Faktoren reduziert die Zerspanungsleistung im Vergleich zu einem 3-mm-Schaftfräser im gleichen Material um etwa den Faktor drei.

Das eigentliche Problem ist die Spanabfuhr. Ein 1 mm breiter Schneidkanal kann Späne bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten nicht ohne Verstopfung abführen, und verstopfte Späne in einem kleinen Schneidkanal führen zu Nachbearbeitung, Hitzeentwicklung und vorzeitigem Verschleiß. Es gibt zwar Lösungen für die Produktion – Hochdruckkühlung durch den Werkzeughalter, trochoidale Fräsbahnen, Luftstrahlverfahren –, aber jede dieser Lösungen verursacht zusätzliche Rüst- oder Programmierkosten, die beim Einsatz eines 3-mm-Werkzeugs nicht anfallen. Die Sandvik Coromant-Referenzformel für das Taschenfräsen beschreibt die Parameterberechnungslogik, die ein erfahrener Programmierer für jede Tasche mit kleinem Innenradius durchführt.

Für einen Käufer, der ein Bauteil spezifiziert, ist die wichtigste Erkenntnis, dass „1 mm Innenradius“ keine Toleranzangabe ist, sondern eine Werkzeug- und Parametervorgabe. Sobald diese Vorgabe in der Zeichnung festgelegt ist, wirken alle anderen Kostenfaktoren (Kühlmittel, Werkzeugwegstrategie, Maschinenauswahl) gegen die Einschränkung, anstatt sie zu unterstützen. Die richtige Frage in der Angebotsphase lautet daher: „Benötigen wir tatsächlich 1 mm?“, bevor die Frage auf „Können wir 1 mm einhalten?“ hinausläuft.

Die Kostenaufschlüsselung – Woher die 30 % kommen

Die 30%-Angabe im Titel dieses Artikels ist eine Größenordnung, die aus typischen Taschenfräsarbeiten abgeleitet wurde. FROST Angebote für Einkäufer. Der genaue Aufschlag hängt vom Material, der Losgröße und der übrigen Teilegeometrie ab, die Aufschlüsselung der einzelnen Faktoren ist jedoch einheitlich. Die folgende Tabelle dient Einkaufsingenieuren als Referenz, um zwei Angebote zu vergleichen, die auf dem Papier ähnlich erscheinen, sich aber in der Spezifikation des Innenradius unterscheiden.

Die vier Kostenspalten entsprechen vier separaten Positionen in jedem Angebot. Programmierzeit sind die Kosten für den CAM-Programmierer, der den Werkzeugweg einrichtet, simuliert und den Eingriffsbereich überprüft – eine 1-mm-Tasche erfordert oft einen langsameren Simulationsschritt, um sicherzustellen, dass das Werkzeug nicht zu weit eingreift. Spindelzeit sind die Kosten für die eigentliche Bearbeitung durch die Maschine – geringere Abtragsrate, mehr Durchgänge, mehr Zeit. Werkzeugverschleiß sind die Kosten für den Austausch des 1-mm-Schaftfräsers – ein 1-mm-Werkzeug, das nur einen Bruchteil eines 3-mm-Werkzeugs kostet, ist pro Teil dennoch teurer, da es nur einen Bruchteil der Arbeit erledigt. Der Werkzeugverschleiß ist auch der Bereich, in dem die Kosten im Angebot am stärksten variieren: Für eine Serie von 50 Teilen werden möglicherweise zwei 1-mm-Schaftfräser benötigt, für 500 Teile hingegen zwanzig.

Die beiden anderen Spalten in der Tabelle werden nicht immer separat berechnet, sind aber stets im Stückpreis enthalten. Die Ausschussrate bei einer 1 mm Innenecke ist höher als bei einer 3 mm Ecke, da die enge Ecke jegliche Werkzeugabweichung oder -schwingungen auf ein sichtbares Merkmal konzentriert. Die Nachbearbeitung – typischerweise das manuelle Entgraten der Ecke – ist bei einer 1 mm Ecke teurer, da das Entgratungswerkzeug der Eckengeometrie entsprechen muss. Beide Faktoren sind üblicherweise im Stückpreis enthalten und werden nicht separat ausgewiesen. Daher steht in der Kostenspalte „niedriger zweistelliger Aufschlag“ als eine einzige Zahl und nicht als vier.

Die Grundlage für die Berechnungen von Spindelzeit und Abtragsrate bilden die Formeln und Definitionen für Fräsbearbeitungen von Sandvik Coromant. Diese Seite dient als Referenz für die Berechnung von Spanlast, Schnittlänge und Eingriffswinkel. Die Norm ISO 3685 für Werkzeugstandzeitprüfungen, die in spiegelbildlicher Form unter ISO 3685:2024 verfügbar ist, dient als Referenz für die Standzeitprüfung unter kontrollierten Bedingungen – also die Messung des tatsächlichen Verschleißfaktors eines 1-mm-Werkzeugs.

Werkzeugwegstrategien zur Schließung der Lücke

Ist der Radius von 1 mm zwingend erforderlich, lassen sich die Mehrkosten teilweise durch die Werkzeugbahn anstatt durch das Werkzeug selbst kompensieren. Die fünf folgenden Strategien werden von den Programmierern von FRIMA am häufigsten für Taschen mit kleinem Radius eingesetzt. Jede Strategie optimiert eine andere Position in der obigen Kostentabelle, und die Einsparungen addieren sich, anstatt sich zu überschneiden.

Die letzte Strategie – die Substitution von Fasenfräsen und Fasenfräsen – wird am meisten unterschätzt. Wenn der 1-mm-Radius in der Zeichnung rein kosmetischer Natur ist oder die Passgeometrie eine Rolle spielt und nicht die Struktur des Bauteils, kann das Werkstück mit einem 2-mm- oder 3-mm-Schaftfräser bei hoher Abtragsrate vorgefräst und anschließend nur an den Ecken mit einem 1-mm-Fasenfräser feinbearbeitet werden. Der Fasenfräser benötigt nur einen Bruchteil der Bearbeitungszeit für die Ecken, sodass sich der Werkzeugverschleiß auf die richtige Stelle konzentriert. Die Referenz für diese Art von Hybridverfahren finden Sie auf der Sandvik-Seite mit den Formeln zum Taschenfräsen.

Für Käufer bedeutet dies in der Praxis, dass ein Innenradius von 1 mm in einer Zeichnung nicht automatisch bedeutet, dass die gesamte Tasche mit einem 1-mm-Schaftfräser gefräst wird. Ein Gespräch mit der Fertigung darüber, ob die Spezifikation strukturelle, kosmetische oder passgenaue Anforderungen stellt, eröffnet die Möglichkeit, durch einen Fasenfräser Kosten zu sparen, ohne das Bauteil zu verändern. Wenn FRIMA ein Angebot für ein Bauteil mit 1 mm Innenradius erstellt, geht das Angebot bereits von einer dieser fünf Strategien aus – der Käufer sollte nachfragen, welche.

Wann Sie den 1-mm-Radius sicher überspringen können.

Der 30%ige Aufpreis ist überflüssig, wenn der Radius von 1 mm konstruktionsbedingt nicht erforderlich ist. Es gibt vier gängige Situationen, in denen die Spezifikation gelockert werden kann, ohne die Funktion des Bauteils zu beeinträchtigen. Die technische Beurteilung obliegt dem Käufer, die Kommunikation dem Lieferanten.

Situation 1: Die Ecke ist innenliegend und nicht funktionsfähig. Befindet sich die Ecke auf einer nicht passenden, nicht abdichtenden und nicht tragenden Fläche und ist sie nach der Montage nicht sichtbar, kann der Radius in der Regel ohne funktionelle Beeinträchtigung auf 2 mm oder 3 mm erhöht werden. Die Zeichnungsänderung erfordert lediglich eine Zeile, und die Kostenersparnis ist sofort spürbar.

Situation 2: Das Gegenstück kann einen größeren Radius aufnehmen. Wenn das in die Aussparung passende Teil eine entsprechende Verrundung oder Fase aufweist, können beide Radien gleichzeitig vergrößert werden. Ein 2 mm Innenradius, der mit einer 2 mm Außenverrundung zusammenpasst, verhält sich identisch zu einem 1 mm Innenradius, der mit einer 1 mm Außenverrundung zusammenpasst; die Aussparung kann jedoch doppelt so schnell gefertigt werden.

Situation 3: Der Radius bezieht sich auf einen Prototyp oder eine Kurzserie. Bei Kleinserien unter einigen hundert Teilen sind die absoluten Werkzeugkosten für 1-mm-Schaftfräser zwar gering, prozentual gesehen jedoch hoch. Oft ist es ratsam, für den Prototyp 2 mm Schaftdurchmesser zu wählen und erst in der Serienzeichnung auf 1 mm zu wechseln, falls die Konstruktion dies erfordert.

Situation 4: Der Radius befindet sich auf einer Entwurfsfläche. Befindet sich das Bauteil noch in der Konzeptphase und sind Zeichnungsänderungen wahrscheinlich, führt die frühzeitige Festlegung eines engen Radius zu einer späteren Angebotserstellung. Hält man den Radius hingegen bis zur Stabilisierung des Designs bei 2 mm oder 3 mm, bleibt das Angebot des Lieferanten auch bei Überarbeitungen gültig.

Die Konstruktionsregeln, die diesen vier Situationen zugrunde liegen, sind in der CNCCookbook-Seite zu Konstruktionsregeln hilfreich. Dort werden die Fälle aufgelistet, in denen ein kleiner Radius zwingend erforderlich ist (Abdichtung, Lager, Passgeometrie mit einem kleineren Bauteil), im Gegensatz zu den Fällen, in denen es sich um eine Standardeinstellung aus dem ursprünglichen CAD-Modell handelt. Die meisten 1-mm-Innenradien in eingehenden Zeichnungen fallen in die zweite Kategorie, und die meisten Käufer sind erleichtert, wenn sie erfahren, dass sie diese ändern können.

Kurzübersicht für Ihre nächste Angebotsanfrage

Für einen Käufer, der mehrere Angebotsanfragen für Teile mit Innentaschen versendet, beschleunigt die Angabe des Radius die Bearbeitung, anstatt den CAD-Standardwert zu übernehmen. Die untenstehende Karte ist die Kurzfassung der obigen Hinweise und kann der Angebotsanfrage beigefügt werden, um die Erwartungen mit dem Lieferanten im ersten Angebot abzustimmen.

Die Kostenposition in einem Angebot ist die Reaktion des Lieferanten auf die Radiuslinie in der Zeichnung. Ist die Radiuslinie großzügig, sind die Kostenpositionen niedrig; ist sie eng, sind die Kostenpositionen hoch. Nicht der Lieferant, sondern die Zeichnung bestimmt die Kosten. Ein Käufer, der den Radius in der Zeichnung festlegt, bestimmt somit die Kostenpositionen im Angebot.

Die Referenz für die Messung der Standzeit eines 1-mm-Werkzeugs unter Produktionsbedingungen – und damit für die Berechnung der Verschleißlinie in der Tabelle durch den Lieferanten – ist die Norm ISO 3685 zur Werkzeugstandzeitprüfung, die in spiegelbildlicher Form unter ISO 3685:2024 verfügbar ist. Diese Norm ist die maßgebliche Quelle für die Verschleißbandmessung, die darüber entscheidet, wann ein 1-mm-Schaftfräser aus einer Produktionsserie ausgemustert wird.

Wie FRIMA ein Budget ermittelt – Das Gespräch, das wir mit Einkäufern führen

Wenn ein Käufer FRIMA eine Zeichnung mit einer Tasche mit einem Innenradius von 1 mm sendet, verläuft die Angebotserstellung üblicherweise auf eine von drei Arten. Erstens: Der Käufer weiß bereits, dass der Radius von 1 mm zwingend vorgeschrieben ist, und der Aufpreis ist ohne weitere Erläuterung im Stückpreis enthalten. Zweitens: Der Käufer hat einen Standardradius aus einer CAD-Bibliothek übernommen, und es wird erörtert, ob der Radius angepasst werden kann. Drittens: Der Radius stammt aus einer Zeichnung eines externen Designers, und der Käufer benötigt Unterstützung bei der Kostenkalkulation.

In allen drei Fällen beginnt das Gespräch mit denselben zwei Fragen. Erstens: Ist die Ecke funktional? Wenn ja, ist der Radius von 1 mm festgelegt, und die Mehrkosten sind unvermeidlich. Wenn nein, betrachten wir den nächstgrößeren Standardradius, den die Konstruktion zulässt. Zweitens: Wird die übrige Teilegeometrie durch die Ecke eingeschränkt? Sind die Taschenwände dünn oder die Tiefe groß, ist der kleine Radius Teil einer umfassenderen Einschränkung durch die Werkzeugsteifigkeit, und die Konstruktionsdiskussion ist komplexer als die Ecke selbst.

Für Käufer, die sehen möchten, was FRIMA versendet, FRIMA Seite für kundenspezifisch gefertigte Teile zeigt die Art von Taschengeometrien, die das Unternehmen in der Produktion verwendet. Für Käufer, die den technischen Aspekt des FRIMA-Ansatzes verstehen möchten, über FRIMA Die Seite beschreibt die Bearbeitungskapazität der Werkstatt und den typischen Arbeitsablauf des Ingenieurteams. Das obige Gespräch führen wir einmal wöchentlich telefonisch – es handelt sich nicht um einen speziellen Prozess, sondern um den standardmäßigen FRIMA-Anfrageablauf.

Zuletzt sei noch der Markenname selbst erwähnt. FRIMA ist die nach außen gewandte Marke; die dahinterstehende juristische Person ist die Ningbo FRIMA Industry Co., Ltd. Angebote, Verträge und Versanddokumente werden unter diesem Namen erstellt, während die Website, Marketingmaterialien und die technische Kommunikation unter dem Namen Ningbo FRIMA Industry Co., Ltd. laufen. FROSTBeide beziehen sich auf denselben Betrieb, dasselbe Team und dieselben Ingenieure.

FAQ – Eckradius beim Taschenfräsen