CNC-Werkzeuge
Es gibt bei Fräsern, Graviersticheln und Bohrern eine unüberschaubare Artenvielfalt, aber nur wenige kommen für kleine CNC-Maschinen in Frage – und die wollen wir hier kurz vorstellen.
Die Messerschneidköpfe, Plan- und Walzenfräser für Werkzeugmaschinen bleiben schon mal außen vor – sie eignen sich nur für relativ langsam laufende, schwere Maschinen. Leichte CNC-Portalfräsen leben dagegen von der Drehzahl, die hier zwischen 6000 und 60 000 Umdrehungen pro Minute liegt, je nach Anwendungsfall. Weniger ist kaum sinnvoll, weil man relativ kleine Werkzeuge einsetzt und darunter irgendwann mit Resonanzen der leichten Maschinenkonstruktion zu kämpfen hat. Nicht umsonst wiegt eine kleine Universal-Fräsmaschine wie der Klassiker Deckel FP1 schon 700 kg – davon sind die meisten CNC-Portalfräsen natürlich weit entfernt.
Die obere Werkzeugdurchmesser-Grenze für unsere mit hohen Drehzahlen laufenden Maschinen dürfte bei 6 bis 8 mm liegen – welche man auch nur bei der Holzbearbeitung ausnutzen sollte. Einsteigern sei empfohlen, bei Fräsern nicht unter 2 mm Durchmesser zu gehen und sich vorsichtig an die nutzbare Einstechtiefe und Vorschubgeschwindigkeit heranzutasten.
Harte Sachen
Verwendet man die CNC-Maschine auch zum Bohren, etwa für selbstgemachte Platinen, liegt die praktikable obere Durchmesser-Grenze bei 3 mm – größere Ausschnitte sollten lieber gefräst werden. Ansonsten gestaltet sich die Bohrer-Auswahl relativ einfach: HSS-Bohrer kommen wegen der begrenzten lebensdauer nicht in Frage, sondern nur die kurzen Vollhartmetallbohrer mit abgesetztem Schaft. Der hat üblicherweise einen Durchmesser von 3 oder 3,175 mm. Größere Schaftdurchmesser sind hier selten, kleinere kommen aber im Dentalbereich vor.
Die Fräswerkzeuge wollen für optimale Ergebnisse gut ausgesucht sein: Ein für Aluminium und Kunststoffe geeigneter Fräser wird beim Bearbeiten von FR4-Platinenmaterial schon nach wenigen Zentimetern stumpf, und ein feinzahniger Platinenfräser setzt sich beim Bearbeiten von Aluminium sofort mit Spänen zu und bricht ab.
Als Faustregel gilt: Weiche und zähe Materialien benötigen Werkzeuge mit spitzer Schneidgeometrie, viel Spanraum und demzufolge wenig Schneiden, spröde und harte Werkstoffe verlangen eher stumpfe Winkel und gern mehrschneidige Werkzeuge. Extremfälle sind beispielsweise der unsymmetrische „Einzahnfräser“ für weiche Alu-Sorten und Kunststoffe, der tatsächlich nur eine Schneide hat, oder die vielschneidigen, mit Diamantstaub beschichteten Fräser für glasfaserverstärkte Platten (GFK) und FR4-Platinen, die schon fast an einen Schleifstift erinnern.
Werkzeuge mit den Schaftdurchmessern 3 und 3,175 mm sind in der Regel aus Vollhartmetall, das gegenüber normalem HSS-Werkzeugstahl eine vielfache Standzeit aufweist. Sie kosten zwischen 2 und 10 Euro pro Stück. Nur die „gröberen“ Fräser mit 6 oder 8 mm Schaftdurchmesser gibt es auch aus Hochleistungsschnellstahl, oft mit aufgelöteten Hartmetallschneiden (z. B. für die Holzbearbeitung, 5 bis 20 Euro). Vollhartmetallwerkzeuge mit so großen Durchmessern sind sehr teuer (20 bis 100 Euro).
Knapp daneben
Leider hat sich bei den Präzisionswerkzeugen weder der 3,175- noch der 3-mm-Schaft vollständig durchgesetzt, und zu allem Überfluss ist der Unterschied mit dem bloßen Auge kaum auszumachen. Bei Flohmarkt- oder ebay-Schnäppchen also im Zweifelsfall nachmessen. Trotz der geringen Durchmesser-Differenz benötigen Sie jeweils eine exakt passende Spannzange – deren Spannbereich beträgt nur wenige hundertstel Millimeter.
Fräser mit kugelförmigem Kopf (Radiusfräser) werden für die dreidimensionale Bearbeitung von Freiform-Objekten benötigt, ansonsten ist der Anschliff meist flach oder als „Fischschwanz“ ausgeführt. Letzterer erleichtert das Eintauchen in das Material, verschleißt aber auch etwas schneller. Für die 2D-Aluminiumbearbeitung sind Fräser mit einer Bohrspitze geeigneter; sie ähneln normalen Spiralbohrern, haben aber eine andere Schneidengeometrie.
Für spröde und faserverstärkte Verbundwerkstoffe (z. B. FR4-Platinen) sind spiralverzahnte Fräser richtig; sie erzeugten staubfeine Späne, was eine Absaugung sinnvoll macht und Atemschutz erfordert. Für die FR4-Platinenbearbeitung gibt es sie auch diamantbeschichtet. Die feinverzahnten Fräser sollte man allerdings niemals auf Pertinax-Platinen (Hartpapier) und weiche oder zähe Materialien loslassen, sie würden sich sofort zusetzen und abbrechen.
Eine Sonderform der Präzisions-Fräswerkzeuge sind die so genannten „Down-Cut“-Fräser, deren Spiralanschliff linksdrehend ist – bei rechtsdrehenden Schneiden, wohlgemerkt. Durch die Down-Cut-Spirale werden die Späne nach unten herausgedrückt und das Werkstück „flattert“ nicht auf dem Maschinentisch. Sie eignen sich insbesondere für dünne Werkstoffe (unter 2 mm), wenn eine Spanabführung nach unten gegeben ist.
Neben Bohrern und Fräsern mit unterschiedlicher Kopfform gibt es noch spitze Gravierstichel, die an einen halbierten Kegel erinnern; üblich sind Spitzenwinkel von 30°, 60° und 90°. Die schlanken 15°- und 30°-Stichel mit weniger als 0,2 mm Spitzen-Radius sind extrem bruchempfindlich und für den Praktiker kaum zu empfehlen. Ansonsten kann man mit den leicht verrundeten 30°-Sticheln prima Leiterbahnen in Platinen „isolationsfräsen“. Zum Gravieren nicht allzu feiner Strukturen nimmt man besser die robusteren 60°-Stichel. Die 90°-Gravierfräser („Kistenstichel“) nimmt man auch gern, um Biegekanten in Kunststoff- oder Sandwich-Platten vorzugeben. Auch die Gravierstichel gibt es mit den Schaftdurchmessern 3, 3,175 und 6 mm. —cm