Werkzeugarten Leitz-Anwenderlexikon

Maschinenwerkzeuge

Bei den Werkzeugarten werden die Maschinenwerkzeuge hinsichtlich ihres konstruktiven Aufbaus unterschieden.

Einteilige Werkzeuge / Massivwerkzeuge

Massivwerkzeuge sind aus einem Stück gefertigt. Grundkörper und Schneiden bestehen aus demselben Werkstoff. Typische Vertreter dieser Werkzeugart sind Profilfräser aus HL-Stahl, Schaftfräser und Bohrer aus HS-Stahl oder Vollhartmetall. Sie sind als nachschärfbare Werkzeuge konzipiert.

Profilfräser aus HL-Stahl werden vor allem in Hobelwerken z.B. zum Profilieren von Nut- und Feder-Brettern eingesetzt. Sie verfügen über hohe Zähnezahlen und eine sehr große Nachschärfzone, weshalb sie sehr wirtschaftlich bei hohen Laufmeterleistungen sind. Die einteilige Ausführung erlaubt einen hochgenau eingeschliffenen Rund- und Planlauf, weshalb sie für Vorschubgeschwindigkeiten bis zu 200 m min^-1 ohne Jointen eingesetzt werden. Ein wesentliches Merkmal bei diesen Fräsern ist der spiralige Hinterschliff im Profil. Die Freifläche der Schneiden ist konvex und folgt einer Spiralform. Beim Nachschärfen der Schneiden an der Spanfläche durch Schwenken des Werkzeugs um seine Drehachse. Dadurch bleiben Keilwinkel und Schneidenprofil konstant.

Bei den Schaftfräsern und Bohrern liegen die Gründe für eine einteilige Ausführung woanders. Aufgrund der kleinen Durchmesser kommt es vor allem auf Steifigkeit an, die bei einem Grundkörper aus HS-Stahl oder Hartmetall höher ist als bei einfachem Vergütungsstahl. Vielfach spielt auch nur die rationellere Fertigung eine Rolle.

Bestückte Werkzeuge / Verbundwerkzeuge

Bei Verbundwerkzeugen bestehen Schneiden und Werkzeuggrundkörper aus verschiedenen Werkstoffen. Beide sind durch Hartlöten oder Kleben stoffschlüssig miteinander verbunden. Typische Vertreter dieser Werkzeugart sind Kreissägeblätter mit Hartmetall- oder Diamantschneiden und HS-, HW- oder DP-bestückte Fräser sowie HW-bestückte Bohrer.

Das Hartlöten erfolgt bei hohen Temperaturen zwischen 650°C und 700°C. Aufgrund der beim Abkühlen entstehenden Spannungen muss der Schneidstoff über eine ausreichende Zähigkeit verfügen oder darf eine gewisse Dicke nicht überschreiten. Die Klebeverbindung hat den Vorteil, dass sie bei geringeren Temperaturen erfolgt. Dadurch werden weniger Spannungen in die Verbindung eingebracht, wodurch insbesondere bei Hartmetallwerkzeugen die Verwendung härterer, verschleißfesterer Sorten möglich ist.

Bestückte Werkzeuge mit HS- oder HW-Schneiden werden überwiegend an der Spanflache nachgeschärft. Bei Kreissägeblättern und Nutfräsern ist es sinnvoll, zusätzlich auch an der umfangseitigen Freifläche zu schärfen (Verhältnis Freiflache zu Spanfläche etwa 2:1), um den Schneidstoff besser auszunutzen und mehr Standwege zu erhalten. Da die Freifläche gerade oder konvex hinterschliffen ist, verändert sich das Profil beim Schärfen an der Spanfläche geringfügig. Bei Verleimprofilen oder Keilzinkenprofilen ist deshalb darauf zu achten, dass Werkzeuge einer Paarung immer um denselben Betrag nachgeschärft werden, damit das Verbindungsprofil relativ zu einander passt.

Anders ist es bei Diamant-Werkzeugen. Hier werden die DP-Schneiden mit dem Hartmetallträger in die Plattensitze eingelötet, so dass die dünne Diamantschicht die Spanfläche bildet. Das Nachschärfen kann nur an der Freifläche erfolgen. Da die Schneiden immer einen gewissen Überstand zum Werkzeuggrundkörper benötigen, muss dieser beim Schärfen mit zurückgesetzt werden. Beim Schärfen an der Freifläche kann das ursprüngliche Profil erhalten werden. Es vergrößert sich lediglich der Spanwinkel.

Geschlossene Profile mit steilem Auslaufwinkel müssen zusätzlich zum radialen Freiwinkel noch einen seitlichen Freiwinkel erhalten, damit die Schneide nicht „brennt“. Solche Werkzeuge verändern sich beim Schärfen in der Breite. Deshalb sind hier zweiteilige Werkzeugausführungen zweckmäßig, um die Breitenveränderung des Profils kompensieren zu können.

Messerköpfe / Zusammengesetzte Werkzeuge

Zusammengesetzte Werkzeuge werden auch als Messerköpfe bezeichnet, da die Schneiden als lösbare Messer eingesetzt sind. Man unterscheidet hier Wendemesser oder Einwegsysteme, bei denen die Schneidmesser nicht nachgeschärft werden können, und nachscharfbare Messerkopf-Systeme. Es können alle Schneidstoffe zum Einsatz kommen, am meisten verbreitet sind jedoch Messerkopfsysteme mit Hartmetallschneiden.

Der Vorteil von Messerkopf-Systemen besteht darin, dass der Werkzeugtragkörper wieder verwendbar ist und nur die verschlissenen Schneiden ersetzt werden müssen. Das Aus- und Einbauen erfordert größte Sorgfalt und Sauberkeit, um eine exakte und sichere Positionierung der Schneiden im Werkzeug zu gewährleisten. Da der Schneidenwechsel in der Regel durch den Anwender erfolgt, ist dieser mit verantwortlich für die Präzision und die Sicherheit seiner Werkzeuge.

Die einfachste Form von zusammengesetzten Werkzeugen sind die sog. Wendeplattenwerkzeuge. Als Schneiden werden standardisierte Hartmetallmesser mit 2 bis 4 Schneidkanten eingesetzt. Nach Abstumpfung können sie 1 bis 3 mal gewendet werden. Die Hauptschneiden sind in der Regel gerade Wendeplatten, für die Flankenbearbeitung bei Falzen oder Nuten werden Vorschneider eingesetzt und für Profilkanten Radien- oder Fasemesser. Typische Anwendungen sind Füge-, Falz- und Nutwerkzeuge, aber auch einfache Fensterwerkzeuge. Durch die Aufteilung des Profils auf viele standardisierte Einzelschneiden, die in ihrer Geometrie nicht an die jeweilige Bearbeitungssituation angepasst sind, wird insbesondere an Rundungen und Profilflanken nur eine mäßige Bearbeitungsqualität erzielt.

Werkzeuge mit nachschärfbaren Messern sind z.B. die rückenverzahnten Profilmesserköpfe mit HS- oder HW-Messern. Sie können über 30 mal im Profil nachgeschärft werden, behalten ihr Profil bei und sind äußerst wirtschaftlich. Zudem sind solche Systeme äußerst flexibel, da in einen Grundkörper Messer mit unterschiedlichsten Profilen aufgenommen werden können. Nachteil ist die Veränderung im Durchmesser, weshalb die Position der Maschinenspindeln nach jedem Schärfen neu eingestellt werden muss.

Diesen Nachteil haben Messerkopf-Systeme mit Einweg-Schneiden nicht. Üblicherweise handelt es sich hierbei um HW-Schneiden. Nach Schneidentausch bleiben alle Werkzeugmaße konstant. Allerdings wird dieser Vorteil durch einen hohen Verbrauch von teurem Hartmetall erkauft, was zu hohen laufenden Kosten bei solchen Werkzeugsystemen führt. Außerdem ist das Schneidenprofil an das Profil des Werkzeugtragkörpers gebunden. Wie bei bestückten Werkzeugen erfordert daher jedes Profil ein komplettes Werkzeug.

Einen Kompromiss stellen sogenannte Universal-Profilmesserköpfe dar, bei denen die Schneidplatten nicht durch den Werkzeugtragkörper abgestützt werden, sondern durch profilierbare und austauschbare Stützplatten (Beispiel: VariForm). Solche Systeme können 2 bis 3 mal an der Spanfläche nachgeschärft werden, wenn eine geringfügige Profil- und Durchmesserveränderung in Kauf genommen wird.

Nachschärfbare Werkzeuge

Unabhängig, ob Fräser oder Messerkopfsystem, nachschärfbare Werkzeuge nutzen die teuren und wertvollen Schneidstoffe wesentlich effizienter als Einwegsysteme. So verbraucht z.B. ein Einwegsystem mit 2 mm dicken Hartmetallschneiden bei gleichem Standweg etwa die 8 bis 10-fache Hartmetallmenge gegenüber einem nachschärfbaren System mit 5 mm Bestückungsdicke. Allerdings verändern sich bei jedem Nachschärfen die Maße, was immer ein neues Set-up bei Maschinen und Werkzeugen erfordert.

Konstantwerkzeuge

Konstantwerkzeuge vereinen die Wirtschaftlichkeit nachschärfbarer Systeme mit den Handlings-Vorteilen von Einwegsystemen. Sie sind immer als Messerkopf ausgeführt. Durch einen parallel zum Freiwinkel des Schneidenprofils verlaufenden Schiebesitz für das Messer wird erreicht, dass das Messer nach dem Schärfen an der Spanfläche immer wieder an demselben Referenzpunkt zur Anlage kommt. Dadurch bleiben Profil und Durchmesser des Werkzeugs auch nach dem Schärfen konstant. Ein Nachjustieren der Spindelposition entfällt.

Beispiele für solche selbstjustierenden Konstantwerkzeuge sind die Leitz-Systeme „ProFix“ zur Profilbearbeitung und „VariPlan“ zum Hobeln. Eine andere Form des Konstantwerkzeugs sind Werkzeuge mit einstellbaren Schneiden. Sie werden entweder beim Einbau auf Durchmesser eingestellt (Beispiel: Hobel-Messerkopf mit Streifenhobelmessern) oder vor dem Schärfen um den Betrag ihrer Abstumpfung herausgestellt und anschließend auf Nenndurchmesser zurückgeschliffen (Beispiel: Fügemesserkopf mit zylindrischen DP-Messereinsätzen).

Bei den Werkzeugtypen werden die Maschinenwerkzeuge hinsichtlich ihrer Funktion unterschieden.

Aus dem Leitz-Lexikon. Edition 7. Geheft 1: Anwenderlexikon, Seite 28-30.
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