CNC-Fräsen ist ein spanendes Verfahren, bei dem ein rotierendes Werkzeug unter Computersteuerung überschüssiges Material von einem gespannten Werkstück abträgt und so Ebenen, Taschen, Nuten und komplexe Formen entstehen. Es ist bei ebenen Wänden und komplexer Geometrie besser als Drehen, bei runden Teilen genügt meist das Drehen. Im Folgenden erklären wir, wie der Prozess abläuft, welche Arten des Fräsens und welche Maschinen es gibt, wovon die Kosten abhängen und wie man eine Anfrage vorbereitet.
Inhaltsverzeichnis
- Was CNC-Fräsen ist
- So läuft der CNC-Fräsprozess Schritt für Schritt ab
- Arten des Fräsens
- CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungsachsen
- Bearbeitungsparameter und Faktoren, die die Qualität beeinflussen
- Welche Materialien sich fräsen lassen
- Anwendungen des CNC-Fräsens
- Kosten des CNC-Fräsens
- CNC-Fräsarbeiten bei Sacher
- CNC-Fräsen - FAQ
Was CNC-Fräsen ist
Beim CNC-Fräsen ist das Werkstück in einem Spannfutter oder Schraubstock gespannt, und das Schneidwerkzeug, der Fräser, rotiert. Die Schneiden des Fräsers tragen Schicht für Schicht Material in Form von Spänen ab, während sich der Tisch mit dem Werkstück oder der Spindelkopf entlang der programmierten Achsen bewegt. So entstehen Ebenen, Nuten, Taschen, Bohrungen und dreidimensionale Formen.
CNC steht für computer numerical control, also computergestützte numerische Steuerung. Dank der Computersteuerung liest die Maschine ein Programm, das Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe und die Werkzeugbahn festlegt. CNC-Werkzeugmaschinen haben die manuelle Führung des Werkzeugs ersetzt, sodass das Ergebnis nicht von der Hand des Bedieners abhängt und aufeinanderfolgende Teile identisch gefertigt werden.
Im Vergleich zum herkömmlichen Fräsen auf einer handgesteuerten Maschine bietet die CNC-Technik hohe Präzision, Wiederholbarkeit und die Möglichkeit, komplexe Formen in einer Aufspannung zu fertigen. Deshalb ist Fräsen heute in vielen Industriezweigen eine der Schlüsseltechnologien der spanenden Bearbeitung.
So läuft der CNC-Fräsprozess Schritt für Schritt ab
Der CNC-Fräsprozess besteht aus mehreren wesentlichen Schritten:
- Dokumentation und Programm. Anhand einer technischen Zeichnung oder eines 3D-Modells erstellt der Technologe ein Programm, das die Reihenfolge der Operationen, die Werkzeuge und die Bearbeitungsparameter festlegt.
- Maschine vorbereiten. Der Bediener legt die Werkzeuge ins Magazin, misst ihre Längen und legt den Werkstücknullpunkt auf den Achsen X, Y und Z fest.
- Spannen des Materials. Das Werkstück wird im Schraubstock oder in einer speziellen Vorrichtung gespannt, damit es sich unter den Schnittkräften nicht verschiebt.
- Schruppen. Ein großer Fräser mit großer Schnitttiefe trägt den Großteil des Aufmaßes schnell ab.
- Schlichten. Ein kleineres Werkzeug und schonendere Parameter sorgen für bessere Oberflächenqualität und die geforderten Toleranzen. Der Werkzeugwechsel erfolgt automatisch.
- Zusätzliche Operationen. In derselben Aufspannung lassen sich Bohren, Gewindeschneiden und Aufbohren ausführen.
- Kontrolle. Wichtige Maße werden mit Messgeräten oder auf einer Messmaschine geprüft und mit der Zeichnung verglichen.
Beim Serienwechsel genügt es, ein neues Programm zu laden und die Werkzeuge zu wechseln, sodass die CNC-Technik sowohl einzelne Prototypen als auch größere Serien ermöglicht.
Arten des Fräsens
Die Art des Fräsens richtet sich danach, welcher Teil des Fräsers arbeitet und welche Fläche bearbeitet wird. In der Praxis werden am häufigsten eingesetzt:
| Art | Worum es geht | Typisches Beispiel |
|---|---|---|
| Stirnfräsen | Der Fräser arbeitet mit der Stirnseite, die Werkzeugachse steht senkrecht zur Fläche | Bearbeitung ebener Flächen, Planfräsen von Platten |
| Umfangsfräsen | Der Fräser arbeitet mit dem Umfang, die Werkzeugachse liegt parallel zur Fläche | Nuten, Absätze, Seitenwände |
| Formfräsen | Ein Fräser mit passendem Profil bildet seine Form am Werkstück ab | Profile, Rundungen, Fasen, Formen |
| Gleichlauffräsen | Der Fräser dreht sich in Vorschubrichtung | Schlichten, bessere Oberflächenqualität, geringerer Werkzeugverschleiß |
| Gegenlauffräsen | Der Fräser dreht sich entgegen der Vorschubrichtung | Schruppen, Werkstoffe mit harter Randschicht |
Der Unterschied zwischen Gleichlauf- und Gegenlauffräsen beeinflusst Oberflächenqualität und Standzeit des Werkzeugs. Gleichlauffräsen liefert meist die schönere Oberfläche und weniger Fräserverschleiß, erfordert aber eine steife Maschine ohne Spiel. Gegenlauffräsen ist bei älteren Maschinen und beim ersten Durchgang durch eine harte Materialschicht sicherer. Auf modernen CNC-Werkzeugmaschinen wird meist im Gleichlauf gefräst.
CNC-Fräsmaschinen und Bearbeitungsachsen
Die Wahl der Maschine hängt von der Größe des Teils, seiner Geometrie und der Seriengröße ab. Am häufigsten kommen drei Lösungen vor:
- 3-Achs-Fräsmaschinen. Das Werkzeug bewegt sich entlang der Achsen X, Y und Z. Das sind die Standard-CNC-Werkzeugmaschinen für Platten, Grundkörper, Gehäuse und Teile mit einfacherer Geometrie.
- 4-Achs-Maschinen. Eine zusätzliche Drehachse erlaubt es, das Werkstück in einer Aufspannung von mehreren Seiten zu bearbeiten.
- 5-Achs-Maschinen. Zwei Drehachsen ermöglichen die Bearbeitung komplexer dreidimensionaler Flächen und die Fertigung komplizierter Formen ohne mehrfaches Umspannen. Mehr dazu, wann sich das lohnt, schreiben wir in unserem Artikel über die 5-Achs-Bearbeitung.
Die Achsen X und Y bestimmen die Bewegungen in der Tischebene, und die Z-Achse ist für die Schnitttiefe zuständig. Je mehr Achsen, desto weniger Aufspannungen, desto geringer das Risiko von Einrichtfehlern und desto besser die Koaxialität der bearbeiteten Flächen.
Bearbeitungsparameter und Faktoren, die die Qualität beeinflussen
Über das Ergebnis des Fräsens entscheiden drei grundlegende Parameter: die Drehzahl des Fräsers, der Vorschub und die Schnitttiefe. Ihre richtige Wahl beeinflusst Bearbeitungszeit, Standzeit des Werkzeugs und Oberflächenqualität.
| Parameter | Was bei einer Erhöhung passiert | Worauf zu achten ist |
|---|---|---|
| Drehzahl | Kürzere Bearbeitungszeit, bei richtiger Wahl bessere Oberflächenqualität | Überhitzung der Schneiden und schnellerer Werkzeugverschleiß |
| Vorschub | Kürzere Bearbeitungszeit | Höhere Rauheit und höhere Schnittkräfte |
| Schnitttiefe | Mehr abgetragenes Material in einem Durchgang | Schwingungen, Durchbiegung des Fräsers und Risiko von Maßabweichungen |
Die gewählten Bearbeitungsparameter hängen auch von weiteren Faktoren ab:
- Art des Materials. Aluminium lässt sich mit hohen Drehzahlen bearbeiten, Edelstahl erfordert niedrigere Drehzahlen und scharfe Werkzeuge.
- Schneidwerkzeug. Von Bedeutung sind der Fräserdurchmesser, die Zahl der Schneiden, die Beschichtung und die Schneidengeometrie.
- Steifigkeit der Spannung und der Maschine. Lockere Spannung oder ein großer Werkzeugüberstand verursachen Schwingungen und verschlechtern die Maße.
- Kühlung. Das Kühlmittel führt Wärme und Späne ab und verlängert dadurch die Standzeit des Werkzeugs.
- Geforderte Oberflächenqualität und Toleranzen. Je genauer das Teil, desto mehr Schlichtdurchgänge und desto länger die Bearbeitungszeit.
Die Optimierung der Parameter besteht darin, einen Kompromiss zwischen Bearbeitungszeit, Werkzeugverschleiß und Oberflächenqualität zu finden. Ein gut gewähltes Programm hilft außerdem, beim Fräsen den Werkzeugverschleiß zu begrenzen und die Durchlaufzeit zu verkürzen.
Welche Materialien sich fräsen lassen
CNC-Fräsmaschinen bearbeiten eine breite Palette von Materialien: Metalle und Kunststoffe. Die Art des Materials beeinflusst die Wahl von Werkzeugen, Parametern und Kühlung und damit die Bearbeitungskosten.
| Material | Eigenschaften beim Fräsen | Typische Teile |
|---|---|---|
| Aluminium | Leicht und gut zu bearbeiten, erlaubt hohe Drehzahlen und kurze Bearbeitungszeiten. Das Fräsen von Aluminium erfordert scharfe Werkzeuge und eine gute Spanabfuhr | Gehäuse, Platten, Teile für Leichtbaukonstruktionen |
| Bau- und legierter Stahl | Gute Zerspanbarkeit, spätere Wärmebehandlung möglich | Grundkörper, Zahnräder, Maschinenteile |
| Edelstahl | Korrosionsbeständig, aber schwieriger zu bearbeiten, da er Wärme schlecht abführt und sich beim Zerspanen verfestigt | Teile für die Lebensmittel-, Medizin- und Chemieindustrie |
| Kunststoffe | Geringe Schnittkräfte, aber Gefahr der Verformung durch Wärme | Führungen, Gehäuse, Isolierteile |
Bei Edelstahl und Kunststoffen ist die Kenntnis des bearbeiteten Materials besonders wichtig. Dieselbe Zeichnung aus einem anderen Material kann andere Werkzeuge, Parameter und eine andere Bearbeitungszeit erfordern.
Anwendungen des CNC-Fräsens
CNC-Fräsen findet in vielen Bereichen der Industrie breite Anwendung. Beispiele für Anwendungen sind:
- Luftfahrtindustrie: Strukturbauteile, Gehäuse und Halterungen aus Aluminium und Stahl, gefertigt mit hoher Genauigkeit und dokumentierter Qualitätskontrolle.
- Automobilindustrie: Gehäuse, Abdeckungen, Teile von Antriebssträngen, Prototypen und Vorrichtungen.
- Medizinindustrie: Komponenten von medizinischen Instrumenten und Geräten, oft aus Edelstahl.
- Maschinenbau und Automatisierung: Platten, Grundkörper, Führungen und Teile mechanischer Baugruppen.
- Werkzeug- und Formenbau: präzise Formgebung von Stanzwerkzeugen, Spritzgussformen und Elektroden.
Die Technologie ermöglicht sowohl einzelne Prototypen als auch Serienfertigung. Dadurch hat CNC-Fräsen in verschiedenen Branchen eine Schlüsselbedeutung, in denen Wiederholgenauigkeit und hohe Präzision zählen.
Kosten des CNC-Fräsens
Die Kosten des CNC-Fräsens bestehen nicht nur aus dem Preis einer Maschinenstunde. Den Preis eines Teils beeinflussen vor allem:
- Komplexität der Geometrie. Je mehr Operationen, Aufspannungen und Bereiche, die eine 4- oder 5-Achs-Bearbeitung erfordern, desto länger die Maschinenzeit.
- Art des Materials. Edelstahl und schwer zerspanbare Legierungen verschleißen Werkzeuge schneller als Aluminium oder Kunststoffe.
- Toleranzen und Oberflächenqualität. Engere Anforderungen bedeuten mehr Schlichtdurchgänge und mehr Messprüfung.
- Seriengröße. Programm und Maschinenvorbereitung werden einmal erledigt, sodass bei größerer Stückzahl die Kosten pro Teil sinken.
- Zusätzliche Operationen. Wärmebehandlung, Schleifen oder Qualitätskontrolle fügen Schritte hinzu, sichern aber die geforderten Eigenschaften des Teils.
Bei Einzelfertigung entfällt der größte Teil der Kosten meist auf die Vorbereitung: Programmierung, Spannen und Einrichten der Werkzeuge. Bei Serienfertigung verteilen sich diese Kosten auf viele Teile, und es zählt die Optimierung von Zykluszeit und Werkzeugverschleiß. Beim Vergleich von Angeboten sollte man bedenken, dass wettbewerbsfähige Preise nicht immer die niedrigsten Kosten des gesamten Projekts bedeuten, denn auch Termin, Wiederholgenauigkeit und Qualitätskontrolle sind wichtig.
CNC-Fräsarbeiten bei Sacher
Sacher entwickelt seit 1989 seine Kompetenz in der Fertigung von Präzisionsteilen. Unser Maschinenpark umfasst 28 Bearbeitungszentren, und das Team besteht aus 52 Spezialisten. Deshalb können wir CNC-Fräsarbeiten an Metallen und Kunststoffen anbieten, von Prototypen und Einzelteilen bis zu kleinen und mittleren Serien. Zum Fräsen haben wir außerdem 5-Achs-Maschinen, mit denen sich komplexe Projekte mit komplizierten Formen in einer Aufspannung realisieren lassen.
Außerdem bieten wir zusätzliche Leistungen aus einer Hand: Drehen, Schleifen, Erodieren, eine eigene Wärmebehandlung und Qualitätskontrolle. Das verkürzt die Durchlaufzeit, weil das Teil nicht zwischen mehreren Betrieben unterwegs sein muss und ein Auftragnehmer für das Ergebnis verantwortlich ist.
Für ein Angebot senden Sie uns bitte:
- eine technische Zeichnung oder ein 3D-Modell,
- die Materialsorte,
- die Stückzahl und den gewünschten Termin,
- Maßtoleranzen und die geforderte Oberflächenrauheit,
- zusätzliche Anforderungen, z. B. Wärmebehandlung oder Messprüfung.
CNC-Fräsen - FAQ
Wie genau unterscheidet sich CNC-Fräsen vom herkömmlichen Fräsen?
CNC-Fräsen unterscheidet sich vom herkömmlichen Fräsen dadurch, dass das Programm und nicht der Bediener den Tisch führt und den Vorschub einstellt. Dadurch wird jedes Teil gleich gefertigt, und die Maschine kann komplexere Formen mit höherer Genauigkeit herstellen.
Wann Fräsen und wann Drehen?
Fräsen ist besser bei ebenen Wänden, Taschen und komplexer Geometrie, während sich CNC-Drehen für runde und achsensymmetrische Teile eignet. Oft ist die Kombination beider Technologien die beste Lösung.
Welche Genauigkeit lässt sich erreichen?
Die Genauigkeit beim CNC-Fräsen hängt von Maschine, Material und Form des Teils ab. Auf CNC-Fräsmaschinen werden üblicherweise Toleranzen im Bereich von hundertstel Millimetern erreicht, bei besonderen Anforderungen auch engere. Die konkreten Werte legen wir nach Analyse der Zeichnung fest.
Lassen sich Aluminium, Edelstahl und Kunststoffe fräsen?
Ja, Aluminium, Edelstahl und Kunststoffe lassen sich fräsen. Jedes dieser Materialien erfordert jedoch andere Werkzeuge und Bearbeitungsparameter, und Edelstahl und Kunststoffe brauchen besondere Aufmerksamkeit.
Ab welcher Stückzahl lohnt sich CNC-Fräsen?
CNC-Fräsen lohnt sich sowohl bei einzelnen Prototypen als auch in Serien. Programm und Einrichtung werden einmal vorbereitet, sodass bei größerer Stückzahl die Kosten pro Teil sinken.