Ausrundungsradius beim Fräsen: Innenradius, Werkzeug und Mittelpunktbahn
Gemeint ist hier der Innenradius einer Taschenkontur in der Draufsicht, bei senkrechter Werkzeugachse. Ein Übergang zwischen Taschenboden und Wand ist eine andere Geometrieaufgabe. Diese Unterscheidung verhindert, dass Fräserdurchmesser, Schneideneckenradius und Bauteilradius miteinander verwechselt werden.
Welcher Radius ist gemeint?
| Bezeichnung | Bedeutung im Artikel |
|---|---|
| Bauteil-Innenradius R | Radius der geforderten konkaven Taschenkontur |
| Werkzeugradius r | Halber Durchmesser des idealen zylindrischen Fräsers |
| Mittelpunktbahnradius | Abstand der Werkzeugmittelpunktbahn vom Zentrum der Konturrundung |
| Schneideneckenradius | Detail an der Schneide; keine Ersatzangabe für den Fräserdurchmesser |
Protolabs weist in seinen Fertigungshinweisen darauf hin, dass beim Fräsen runde Werkzeuge Innenradien hinterlassen. Die dort genannten konkreten Größen gehören zum jeweiligen Fertigungsangebot und sind keine allgemeingültige Grenze jeder Werkstatt. Für eine eigene Konstruktion wird der benötigte Radius aus Funktion und vorgesehenem Prozess bestimmt.
Die Mittelpunktbahn mit R minus r verstehen
Das Prinzip Schritt für Schritt
Startet nur auf Wunsch. Pause hält den aktuellen Stand fest. Die Darstellung läuft in Lerngeschwindigkeit; sie simuliert keine Maschinensteuerung. Ohne Bewegung erklären Grafik und Liste denselben Inhalt.
- Die geforderte Werkstückkontur enthält einen kreisförmigen Innenradius R = 6 mm. Dieser Radius gehört zum Bauteil, nicht zum Fräser.
- Ein idealer zylindrischer Fräser mit Durchmesser 8 mm hat den Radius r = 4 mm. Sein Umfang muss innerhalb der zugänglichen Tasche bleiben.
- Bei tangentialem Kontakt beschreibt der Werkzeugmittelpunkt eine konzentrische Bahn mit R − r = 2 mm. Die gestrichelte Viertelkreisbahn zeigt diese Geometrie.
- Wächst r bis auf R, schrumpft der Mittelpunktbahnradius auf null. Ein noch größeres Werkzeug kann die geforderte Ecke in diesem Modell nicht erzeugen. Das ist eine Geometriegrenze und kein Nachweis eines stabilen Fräsprozesses.
Für R = 6 mm und einen Fräserdurchmesser von 8 mm gilt r = 4 mm. Bei Kontakt entlang des Kreisbogens liegt der Werkzeugmittelpunkt auf einem Radius von R − r = 2 mm. Nach außen kommen zum Bahnradius die 4 mm Werkzeugradius hinzu: 2 + 4 = 6 mm. So entsteht im idealen Modell die gewünschte Kontur.
Wird in demselben Beispiel ein Fräser mit 10 mm Durchmesser betrachtet, beträgt der Mittelpunktbahnradius nur noch 1 mm. Bei 12 mm Durchmesser wird er null. Ein Fräser mit 14 mm Durchmesser ist für diese konkave 6-mm-Ecke geometrisch zu groß. Die negative Differenz −1 mm ist kein ausführbarer „negativer Bahnradius“, sondern zeigt, dass die Annahme nicht erfüllt werden kann.
| Fräserdurchmesser | Werkzeugradius | R − r bei R = 6 mm |
|---|---|---|
| 8 mm | 4 mm | 2 mm |
| 10 mm | 5 mm | 1 mm |
| 12 mm | 6 mm | 0 mm: geometrischer Grenzfall |
| 14 mm | 7 mm | Nicht erreichbar in diesem Modell |
Warum der geometrische Grenzfall kein gutes Prozessziel ist
Sandvik Coromant beschreibt, dass beim Einfahren in Innenecken der Eingriffsbogen zunehmen kann. Höhere und wechselnde Belastungen können Schwingungen und Werkzeugschäden begünstigen. Ein geeignet programmierter Bogen oder ein kleineres Werkzeug kann den Ablauf verbessern; die konkrete Auslegung bleibt von Werkzeug, Eingriff und Anwendung abhängig.
Die Rechnung R − r beschreibt nur die Lage des Mittelpunkts. Sie berechnet weder Schnittkraft noch zulässigen Vorschub. Auch eine formal passende Werkzeugbahn ist kein Beleg dafür, dass eine reale Ecke maßhaltig wird. Im CAM müssen das vorhandene Restmaterial, die Zustellungen und der Übergang von gerader Wand zur Rundung berücksichtigt werden.
Den Radius aus der Funktion ableiten
Soll ein rechteckiges Gegenstück in die Tasche passen, können dessen Außenecken am verbleibenden Innenradius anstehen. Größeres Spiel an den geraden Seiten löst nicht automatisch jedes Eckproblem. Im eigenen Entwurf würde ich deshalb beide Konturen gemeinsam betrachten und prüfen, welche Flächen tatsächlich tragen oder positionieren sollen.
Mögliche konstruktive Wege sind passende Rundungen am Gegenstück, ein ausreichend großer Innenradius oder ein gezielt vorgesehener Freistich beziehungsweise eine Eckfreimachung. Diese Änderungen sind keine bloßen CAM-Tricks: Sie verändern das Bauteil und benötigen eine Prüfung auf Funktion, Wandstärke und gegebenenfalls Belastbarkeit. Ist eine scharfe Innenecke unverzichtbar, muss ein geeignetes anderes oder ergänzendes Verfahren bewertet werden, etwa Erodieren.
Tiefe und Reichweite nicht übersehen
Ein kleinerer Fräser kann kleinere Innenradien erreichen, ist aber nicht automatisch für jede Taschentiefe geeignet. Schneidenlänge, Auskraglänge und Halterfreiraum begrenzen die tatsächliche Zugänglichkeit. Protolabs erläutert diesen Zusammenhang zwischen kleinen Werkzeugen, Bearbeitungsaufwand und erreichbaren Tiefen an seinem Fertigungsangebot.
Für meine selbst auf CNC umgerüstete Optimum BF 20 folgt daraus keine bestimmte Grenztiefe oder Werkzeugwahl. Solche Werte müssten am konkreten Aufbau geprüft werden. Der Artikel zur Kantenverrundung im CAD betrachtet die Modellierung; Überschleifen in der Bahnsteuerung behandelt einen anderen Zusammenhang zwischen Bahn und Toleranz. Eine Steuerungsfunktion darf einen geforderten Bauteilradius nicht ungeprüft ersetzen.
Vor der Freigabe drei Ebenen prüfen
Zuerst wird die Funktion geklärt: Welcher Radius ist zulässig und wie passt das Gegenstück? Danach folgt die Herstellung: Werkzeug, Zugang, Restmaterial und Bahn müssen zusammenpassen. Schließlich braucht das fertige Teil eine geeignete Prüfung der geforderten Merkmale. Ein sauber aussehender Bogen am Bildschirm bestätigt nur die Darstellung, nicht die reale Kontur.
Im Messprotokoll sollten daher Bezug, Merkmal und Prüfverfahren erkennbar sein. Eine reine Passprobe zeigt zunächst die Funktion dieser konkreten Paarung. Sie ist nicht automatisch ein vollständiger Nachweis aller Kontur- und Maßanforderungen. Die Grenzen des eigenen Prüfverfahrens gehören ebenso zur Dokumentation wie das Ergebnis.
Quellen und fachliche Einordnung
Primärquellen, geprüft am 25.10.2026. Eigene Lehrbeispiele; keine dokumentierten Maschinenversuche und keine pauschalen Schnittwertempfehlungen.