Workshop Aluminiumzerspanung Highend-Zerspanung eines Strukturbauteils

Der Werkzeugmaschinenhersteller United Machining Solutions – Mikron Mill – sowie die Werkzeugspezialisten Dihawag und Zecha veranstalteten am 26. Februar 2026 einen Workshop zum Thema Aluminiumzerspanung. Im Fokus stand dabei unter anderem ein grösseres Strukturbauteil aus 7075-Legierung mit einem Spanvolumen von über 80 Prozent, das typischerweise als Verbindungsstück von Solarzellen bei Satelliten Einsatz findet. Über 30 Teilnehmer konnten die Zerspanungsprozesse sowohl theoretisch als auch praktisch vor Ort erleben. Im SMM-Interview zeigen Jonas Meier (Leiter, Center of Competence, Mikron Mill) und Andreas Weck (Produktmanagement, Anwendungstechnik, Zecha), welche Herausforderungen sich beim Zerspanen dieser komplexen Aluminiumkomponente ergeben.

Herr Meier, Sie leiten das Center of Competence bei Mikron Mill und haben den gemeinsamen Workshop mit Dihawag und Zecha betreut und realisiert. Was waren Ihre konkreten Ziele, die Sie den Teilnehmern vermitteln konnten.

Jonas Meier: Der Event war klar auf die Bediener unserer «Mikron Mill»-Maschinen ausgerichtet. Unser Ziel war es den Teilnehmern nützliche Tipps mit nach Hause zu geben mit welchen Sie unsere Produkte effizienter nutzen können und Ihren täglichen Herausforderungen mit neuestem Wissen begegnen können.

Während des Workshops ging es konkret um die Bearbeitung eines L&R-Strukturbauteils aus hochfestem Aluminium 7075. Was sind aus fertigungstechnischer Sicht (Werkzeugmaschine) die besonderen Herausforderungen bei der Bearbeitung von Strukturbauteilen dieser Art?

J. Meier: Nebst einer leistungsstarken Spindel mit hohen Drehzahlen ist auch eine Maschine mit hoher Dynamik und passender Steifigkeit essenziell, um den Herausforderungen dieses Teilespektrums gerecht zu werden. Mit der beim Event verwendeten «Mill S 600 U G» mit einer 36 000 1/min «Step-Tec»-Spindel konnten wir eine für diese Anwendungen prädestinierte Lösung zeigen. Nicht zu vernachlässigen ist zudem ist bei einem zu zerspanenden Volumen von 85 Prozent des Rohmaterials, ein passendes Späne-Management. Die korrekte Auslegung der Peripheriegeräte wird oft unterschätzt.

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Herr Weck, was waren aus Sicht von Zecha die besonderen Herausforderungen bei der Fertigung des Strukturbauteils während des Leichtbauwerkstoff-Workshops in Biel bei Mikron Mill?

Andreas Weck: Bei Aluminium machen sich die wenigsten Zerspaner Kopfzerbrechen, dass es schwierig werden könnte. Aber die Herausforderung war die bis dato für uns eher ungewohnte Dimension des Bauteils und dass für die Teilefertigung sehr wichtige Kriterium ein maximal grosses Zeitspanvolumen zu erzielen, besonders bei dieser Leichtbaukonstruktion, wo es um sage und schreibe 85-Prozent-Zerspanung des Bauteilrohlings geht. Es war darüber hinaus eine interessante Chance in diesen Bereich einzusteigen und wir sind sehr beeindruckt, dass wir durch die Zusammenarbeit mit den Maschinen- und CAM Experten von United Machining einen hervorragenden Workflow abgestimmt haben, wo unsere Werkzeuge bei der Zerspanleistung mit hohem Abtragsvolumen, ausserordentlich guter Werkzeugstandzeit, wirtschaftlich und prozesssicher auf Benchmark-Niveau performt haben.Und in den präzisen Bauteilbereichen mit kleinen Masstoleranzen und hohen Oberflächenanforderungen sind wir ja sowieso wie immer in unserem Element.

Und welche besonderen Herausforderungen stellt der verwendete Werkstoff Aluminium 7075 aus Ihrer Sicht als Werkzeughersteller dar?

Andreas Weck: Der Werkstoff 7075 ist etwas abrasiver und mit rund 500 N/mm² Zugfestigkeit auch etwas härter zu zerspanen als herkömmliche Aluminiumlegierungen, aber das ist für unsere verschleissfesten Werkzeuge kein Thema. Einer homogenen Oberfläche in diesem zähen Werkstoff kommen wir mit den entsprechenden Strategien, Schlichtaufmassen und Leichtschneidenden Werkzeug Geometrien gut entgegen.

Zurück zur Werkzeugmaschine: Während des Workshops wurden die Bearbeitungen der einzelnen Fräspartien im Vorfeld theoretisch erörtert und anschliessend von Ihnen direkt auf der Maschine vorgeführt. Welche Parameter haben Sie direkt an der Maschine variiert und welche Auswirkungen hatte dies auf den Fräsprozess und das Bauteil?

J. Meier: Mit Hilfe der in unseren Fräsmaschinen vorhandenen Sensorik, können die im Prozess entstehenden Kräfte und Vibrationen in Echtzeit analysiert werden. Diese werden in unserem ISM (intelligent spindle monitoring) angezeigt und können damit auch überwacht und falls nötig aufgezeichnet werden. Anpassungen werden basierend auf diesen Daten an allen notwendigen Prozessparametern vorgenommen.

Ein Thema war das Fräsen von konvexkonkaver Oberflächen durch Abzeilen mittels Kugelfräser. Was sind die wichtigsten Parameter respektive Einflussgrössen an der CNC-Steuerung, um hervorragende Oberflächen in einer vernünftigen Zeit zu erzielen?

J. Meier: Nebst der für die geforderten Qualitäten passenden Maschine, sind natürlich noch weitere Parameter wichtig. Am Event wurde hier speziell auf die Einflüsse der im CAD/CAM und auf der Maschine genutzten Toleranzen aufmerksam gemacht. Bei sehr flachen konkaven oder konvexen Formpartien führen zu «grosse» Berechnungstoleranzen (im Beispiel 7 µm) im CAM-System zu einer Linearisierung der jeweiligen Bereiche. Dies wird natürlich von unseren Maschinen auch so umgesetzt, was natürlich oft nicht der geforderten Qualität entspricht. Passende Toleranzen, meist 1 µm oder kleiner, kombiniert mit der korrekten Einstellung der Maschine mittels OSS (operator support system) führen aber wie am Event gezeigt, ohne Zeiteinbusse zu perfekten Resultaten.

Vibrationen während des Fertigungsprozesses verringern die Standzeit der Werkzeuge, mindern die Oberflächengüte. Welche Möglichkeiten hat man mit modernen Werkzeugmaschinensteuerungen heute, um Vibrationen zu erkennen und welche Möglichkeiten bieten sich steuerungstechnisch sie zu reduzieren?

J. Meier: Mittels unserem ISM (intelligent spindle monitoring) können Vibrationen in Echtzeit angezeigt werden. Diese können damit auch überwacht und falls nötig aufgezeichnet werden. Eine Analyse in Echtzeit oder eine Auswertung der aufgezeichneten Daten erlauben es, den Prozess entsprechend anzupassen.

In Ihrem Fräserprogramm für die Aluminiumzerspanung verfügen Sie u. a. über diamantbeschichtete Fräswerkzeuge, die nach der Diamant-Beschichtung per Laser nochmals «geschärft» werden. Können Sie das Herstellverfahren der Fräser kurz erläutern und welchen Nutzen bringt konkret dem Anwender?

A. Weck: Die lasergeschärften «Iguana»­Fräswerkzeuge sind aus Vollhartmetall, werden mit einer Diamantschicht ausgestattet und die in Grössenordnung der Diamantschicht verrundeten Schneidkanten werden anschliessend per Laser verfeinert und geschärft. Das bringt die Vorteile einer sehr harten und auch gleichzeitig sehr scharfen Schneide zusammen und ist besonders in kleineren Werkzeugdurchmessern auch mit mehreren Zähnen erhältlich, wohingegen monokristalline Diamantwerkzeuge die in ähnlichen Bereichen zum Einsatz kommen, meistens nur mit einer Schneide möglich sind. Im Vergleich zu den monokristallinen Diamantwerkzeugen sind die «Iguana» deutlich preiswerter und durch jeden Zahn mehr, der zur Verfügung steht, ist entweder ein grösserer Gesamtvorschub Vf bei der Bearbeitung möglich, oder die Standzeit verlängert sich durch die grössere Zähnezahl.

Man sagt oft, dass Schneidkantenverrundung wichtig sei. Verfügen die mit Laser geschärften Schneiden über eine Schneidkantenverrundung?

A. Weck: Ja, aber nur im µ-Bereich, damit ein möglichst leichtschneidender und schnittdruckminimierter Prozess möglich ist, dadurch die Abdrängung und somit die Masshaltigkeit am Bauteil deutlich besser wird. Die Verschleissfestigkeit an sich bietet der Diamant als Schneidstoff dann selbst ohne stabilisierende Schneidkantenverrundung.

Was bedeutet eine dermassen scharfe Schneide für das Verhalten im Fräsprozess (Thema Schwingungen, Oberfläche) und auf die Standzeit der Fräser?

A. Weck: Im Fräsprozess wird die scharfe Schneidkante durch entsprechende Zahnvorschübe und Zustellungen optimal ruhig und stabil gehalten, was dann für lange und sichere Einsatzdauer sorgt. Da der Schnittdruck und die Schnittkräfte die von der Werkzeugschneide ausgehen, grundsätzlich klein sind, ist ein Aufschwingen durch Druck des Werkzeugs nicht vorhanden und die Schwingungen durch dünnwandige Bauteilbereiche oder sehr scharfe Werkzeugschneiden kompensiert man mit Vorschüben, Aufmassen und Zustellungen.

Bei gleichmässigen Einsatzbedingungen und Eingriffsverhältnissen sowie den optimal angepassten Parametern steht einer sehr langen Werkzeugstandzeit von nicht nur mehreren hundert, sondern sogar bis zu mehreren tausend Stunden nichts mehr im Weg.

Wann setzt man auf diamantbeschichtete Fräser und wann kommen unbeschichtete Fräser in der Aluminiumbearbeitung idealerweise zum Einsatz?

A. Weck: Die diamantbeschichteten «Iguana»-Fräser sind sehr hart und gleichzeitig sehr scharf, was sie etwas empfindlicher als ein unbeschichtetes zähes Hartmetall-Werkzeug machen. Daher ergibt sich sehr simpel die sinnvolle Zuordnung für die jeweiligen Einsatzzwecke:

Die «Iguana» kommen beim Schlichten für hohe Masshaltigkeit und feine Oberflächen zum Einsatz, die unbeschichteten Vollhartmetall Fräswerkzeuge kommen zum Schruppen und Vorschlichten zum Einsatz.

Die «Kingfisher»-Serie liegt mit ihrer dünnen PVD-Beschichtung genau dazwischen und kann daher nicht nur gut vorschlichten, sondern auch sehr gute Masshaltigkeit und feine Oberflächen erzeugen.

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