CNC-Fräsen ist eine hochpräzise Industrietechnologie, die verwendet wird, um Teile aus verschiedenen Materialien herzustellen, von Metall bis Kunststoff. Die computergesteuerten Fräsmaschinen sind mit Programmen für automatisches Schneiden und computergesteuerten Servosystemen ausgestattet, die die Maschine präzise und glatt an die gewünschte Stelle führen. Die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und weitere Branchen wurden alle durch die hohe Präzision und konsistenten Ergebnisse revolutioniert, die diese Art der Bearbeitung bietet.
Um CNC-Fräsen durchzuführen, sind verschiedene Werkzeuge erforderlich, darunter eine CNC-Fräsmaschine, Computersoftware und Rohstoffe. Der folgende Artikel bietet Ihnen einen ausführlichen Leitfaden zum CNC-Fräsprozess.
Was ist CNC-Fräsen und wie funktioniert es?
CNC-Fräsen ist ein computergesteuerter Bearbeitungsprozess, bei dem ein rotierendes Schneidwerkzeug Material von einem Werkstück entfernt. Das Schneidwerkzeug ist normalerweise auf einer Spindel montiert und bewegt sich in linearer oder kreisförmiger Richtung, während das Werkstück auf einer Tischplatte befestigt ist und in das Schneidwerkzeug eingespeist wird.
CNC-Maschinen werden durch Computerprogramme gesteuert, die der Maschine Anweisungen geben, was zu tun ist. Die Programme sind geschrieben in CNC-Sprachen, die ähnlich wie normale Programmiersprachen sind, aber mit einigen Unterschieden. Das häufigste ist G-Code. Diese Programme sagen der Maschine, wie schnell sie sich bewegen soll, in welche Richtung, und wann sie stoppen soll. Die meisten Maschinen haben noch viel mehr Optionen als nur diese einfachen. Einige Maschinen verfügen über einen Touchscreen, der das Programm auf dem Bildschirm anzeigt, anstatt es aufzuschreiben, und wird verwendet, um das Programm bei Fehlern zu bearbeiten.
CNC-Fräsmaschinen können eine Vielzahl von Fräsoperationen ausführen, einschließlich Endfräsen, Flachfräsen und Nutfräsen. Das Endfräsen ist ein vielseitiger und leistungsstarker Prozess, der in der Lage ist, Nuten, Schultern, Flächen und komplexe 3D-Formen zu schneiden. Das Flachfräsen hingegen wird verwendet, um eine Vielzahl von flachen Oberflächen auf Werkstücken mit großem Durchmesser zu erzeugen. Während das Nutfräsen genutzt werden kann, um Nuten und Taschen in Werkstücken für passgenaue Komponenten und andere Zwecke zu erstellen. Wir werden diese Arten von CNC-Fräsoperationen in den folgenden Absätzen näher erläutern.
Die verschiedenen CNC-Fräsoperationen
Es gibt eine Vielzahl verschiedener CNC-Fräsprozesse, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden können. Hier ist eine Übersicht der gängigsten CNC-Fräsprozesse.
Drehfräsen
Drehfräsen ist eine vielseitige Bearbeitungsoperation, bei der ein Werkstück in einer Spannzange gehalten und rotiert wird, während ein Fräser in es eingespeist wird, um Material zu entfernen. Die Menge des entfernten Materials kann durch Vorschub- und Drehzahlregelung des Fräsers gesteuert werden.
Diese Art der CNC-Drehoperation besteht aus zwei Schritten, die mehrfach am selben Teil wiederholt werden können, wobei in jedem Schritt unterschiedliche Werkzeuge verwendet werden. Der erste Schritt ist das Drehen des Werkstücks auf einer Drehmaschine, was die zylindrische Form erzeugt, und der zweite ist das Fräsen des Stücks und die Herstellung des gewünschten Produkts.
Die Rotation während des Drehfräsprozesses erzeugt einen helicalen Pfad, der die Form der Schneidkante des Schneidwerkzeugs optimal auf die jeweilige Fräsoperation abstimmt. Es wird verwendet, um Gewinde, Rillen und andere innere Merkmale an einem Werkstück zu erstellen.
Fasenfräsen
Auch als Fasenbearbeitung bezeichnet, ist es der Prozess eines kleinen schrägen Materialschnitts an der Kante eines Werkstücks, um eine sanfte Oberfläche, genannt Fase, zu erzielen. Dadurch entwickelt die zweidimensionale Fase eine Reihe von Winkeln, die eine glatte Oberfläche schaffen, die in der Regel dazu dient, die Kanten eines Werkstücks für Schweißen oder Löten vorzubereiten.
Dieser CNC-Fräsprozess ist in einer Vielzahl von Anwendungen und Branchen nützlich. Fasenfräswerkzeuge verleihen Brettern und anderen Materialien eine glatte, gebogene Kante – perfekt für architektonische, ingenieurtechnische oder Schreinerprojekte. Die Mediziner und Elektronikingenieure sind ebenfalls im Einsatz, um sichere und glatte schräg verlaufende Kanten an den Komponenten zu schaffen.
Es gibt verschiedene Arten des Fasenfräsens, einige der häufigsten sind Eckfräsen, Außenkantenfräsen, Innenkantenfräsen, Flachbodengraten und Fasenflächenfräsen.
Nutfräsen
Nutfräsen ist eine Art der CNC-Fräsbearbeitung, bei der ein rotierendes Schneidwerkzeug verwendet wird, um Material aus einem Werkstück zu entfernen, indem es in eine Nut ein- und ausfährt. Es wird speziell verwendet, um Nuten, Schlitze oder Taschen zu erstellen.
Was es von anderen Arten der CNC-Fräsbearbeitung unterscheidet, ist seine Fähigkeit, tiefere Nuten oder Taschen zu schneiden, als es beispielsweise beim Planschlichten möglich ist. Zusätzlich führt dieser CNC-Fräsprozess oft zu einer saubereren und besseren Oberflächenqualität.
Nutfräser sind äußerst vielseitig. Mit mehreren Zähnen, die in einer kreisförmigen Anordnung auf einer Spindel montiert sind, können sie Vollbacken-Spanndorne, Führungsstangen und Flachteile aus Metallrohlingen bearbeiten. Nicht nur das, sondern sie können auch Nuten und Vertiefungen schneiden, Rillen und Kerben einschneiden, Löcher bohren, runde Löcher erstellen, rechteckige, quadratische und sechseckige Nuten sowie Taschenöffnungen formen und die Flächen von Stiften und Dübeln fräsen.
Profilfräsprozess
Profilfräsen ist ein CNC-Bearbeitungsprozess, der verwendet wird, um komplexe dreidimensionale Oberflächen auf einem Werkstück zu erstellen. Dieses Werkzeug kann verwendet werden, um Merkmale wie Nuten, Taschen und Konturen zu erzeugen. Der Fräsprozess wird in der Regel von einer Mehrachsen-Fräsmaschine durchgeführt, die einen Fräser hat, der sich um das Werkstück dreht. Der Fräser schneidet durch das Material, indem er dem Werkzeugweg folgt, während er sich bewegt.
Profilfräsen kann für drei Hauptarten von Operationen verwendet werden:
Raufrundung
Raufrundungsoperationen sollen die Dicke des Rohmaterials in ausreichend großen Abschnitten verringern, um überschüssiges Material von innen oder außen des Teils zu entfernen. Die Löcher auf der Oberfläche des Werkstücks erfordern einen Schaftfräser, der an der Peripherie oder Seite des Fräsers schneidet. Der Fräser, der bei dieser Art von Operationen häufig verwendet wird, ist der „Peripherie-Endfräser“.
Halbfinish
Zentrierschneidwerkzeuge werden bei Halbfinishmaschinen verwendet, um die Stellen um die Löcher herum zu schneiden, an denen sie positioniert werden sollen. Dies ermöglicht eine genauere Platzierung der Löcher, bevor die Halbfinish-Werkzeuge die Teile schneiden.
Oberflächenbehandlung
Es ist der Prozess, bei dem die Materialmenge beim Raufrundungsschneiden reduziert wird, um den Weg für die Feinbearbeitung zu ebnen. Dabei wird in der Regel ein kleiner Feinfräser verwendet. Für Raufrundung und Feinbearbeitung sollten unterschiedliche Maschinen eingesetzt werden, und für jeden Schritt sollte ein optimiertes Schneidwerkzeug verwendet werden, um genauere Ergebnisse zu erzielen.
Gesichtfräsen
Gesichtfräsen ist der Prozess, bei dem flache Oberflächen auf einem Werkstück bearbeitet werden. Ein Flachfräser schneidet flache Oberflächen auf dem Werkstück, indem er das Werkstück gegen einen rotierenden Fräser mit vielen Schneidkanten führt. Dies unterscheidet sich vom Bohren, bei dem nur ein Loch gleichzeitig erstellt wird.
Das Gesichtfräsen besteht aus vier Schritten:
- Bevor Sie mit dem Gesichtfräsen beginnen können, müssen Sie das Material vorbereiten und auf einer vertikalen Fräsmaschine einrichten. Das Werkstück muss fest auf der Maschine befestigt werden, um einen präzisen und erfolgreichen Ablauf zu gewährleisten.
- Als nächstes müssen Sie die Spindel der Maschine so positionieren, dass sie senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks steht.
- Nach der richtigen Positionierung des Schnitts passen Sie dann die Vorschubgeschwindigkeit an. Auch die Geschwindigkeit des Spindelkopfes wird angepasst, um einen ordnungsgemäßen Schnitt durchzuführen. Der Vorschub kann mit den externen Spindelgriffen eingestellt werden.
- Schließlich können Sie mit der Bearbeitung fortfahren. Um die gewünschte Form und Gestalt des Werkstücks zu erzeugen, sind mehrere Durchgänge mit dem Fräser erforderlich. Das Endprodukt wird entlang des unteren Randes des Musters geschnitten, das Sie gezeichnet haben. Es sind mehrere Schnitte notwendig, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
Schulterfräsen
Schulterfräsen ist eine Art der CNC-Fräsbearbeitung, bei der das Werkzeug auf einer Spindel montiert ist und entlang des Umfangs des Werkstücks schneidet. Das Werkzeug ist in der Regel stationär, und der Schnitt wird durch Kippen der Werkzeugspindel entlang einer geraden vertikalen Achse abgeschlossen. Der gebräuchlichste Schulterwinkel ist 90 Grad, aber je nach Anwendung können auch andere Winkel verwendet werden.
Der Zweck einer Schulter-CNC-Fräsmaschine ist es, flache, winkelige Oberflächen am Werkstück zu erzeugen. Was einen Schulterfräser für diese Aufgabe ideal macht, ist der ständige Zugang zur Werkstückoberfläche und zu den Schneidwerkzeugen. Im Gegensatz zum Spannen schneidet der Fräsprozess in einem Zickzack-Muster anstatt in einer geraden Linie.
Weitere CNC-Fräsoperationen
Neben den oben genannten gibt es eine Reihe weiterer CNC-Fräsoperationen, die durchgeführt werden können. Diese umfassen:
Planfräsen
Es wird auch manchmal als Oberflächenfräsen oder Plattfräsen bezeichnet. Beim Planfräsen wird flache Oberfläche mit parallel zur zu fräsenden Oberfläche ausgerichteter Achse des Fräsers bearbeitet. Normalerweise wird die Oberfläche des Werkstücks parallel zur Oberfläche der Maschine montiert, und der Fräser ist auf einer Standard-CNC-Maschinen-Arbor montiert.
Formfräsen
Formfräsen ist der Prozess der Bearbeitung spezieller Konturen, die aus Kurven und Geraden bestehen, oder ausschließlich aus Kurven, bei einer einzigen Schnitttiefe. Der übliche Fräser hat mehrere Zähne und rotiert auf einer Arbor, die in einer Spindel gehalten wird, die vom Hauptspindel der Maschine angetrieben wird. Die Zähne des Fräsers greifen in das Werkstück ein und bilden Späne, die durch Fluting (Rillen) zwischen den Zähnen entfernt werden.
Winkelfräsen
Winkelfräsen ist eine Art der Fräsbearbeitung, bei der das Werkstück in einem Winkel zur Achse des Fräsers zugeführt wird. Die Schneidwirkung des Fräsers erzeugt Späne, die nicht senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks sind, was viele verschiedene Arten von Merkmalen auf dem Werkstück erzeugen kann. Winkelfräsen kann verwendet werden, um Merkmale wie Schlitze, Schultern und Rillen zu erstellen.
Die verschiedenen CNC-Fräsmaschinen
Obwohl alle CNC-Fräsmaschinen einige Grundmerkmale teilen, gibt es auch eine Reihe einzigartiger Eigenschaften, die jede Maschine für bestimmte Anwendungen ideal machen.
Betttyp-Fräsmaschinen
Eine Betttyp-Fräsmaschine ist eine große, schwere CNC-Fräsmaschine, die in der Metallbearbeitung und Fertigung eingesetzt wird. Diese Art von Fräsmaschine verfügt über einen großen, flachen Tisch, der in den Richtungen X, Y und Z bewegt wird, um schwere Teile zu fräsen. Diese Maschinen werden typischerweise verwendet, um große, schwere Teile zu fräsen, die auf kleineren, leichteren Maschinen nicht bearbeitet werden können. Betttyp-Fräsmaschinen sind sehr genau und haben eine sehr hohe Toleranz bei der Bearbeitung großer, unregelmäßiger Formen.
Die Betttyp-Fräsmaschine ist ein großes, teures Gerät, das in der Regel nur in industriellen Umgebungen eingesetzt wird. Es gibt jedoch einige Vorteile bei der Verwendung gegenüber anderen. Ein Vorteil ist, dass Betttyp-Fräsmaschinen steifer sind als andere Fräsmaschinen, sodass sie schwere Schnitte bewältigen und hochwertige Ergebnisse liefern können. Außerdem verfügen Betttyp-Fräsmaschinen über mehr „sofortiges“ Drehmoment, was eine höhere Schnittgeschwindigkeit ermöglicht, wodurch sie ideal für Projekte mit wiederholten Schnitten bei kurzen Pausen sind.
Eine Betttyp-Fräsmaschine ist eine, bei der die Spindel auf einem beweglichen Tisch montiert ist, der horizontal hin und her gleiten kann, sowie nach oben und unten bewegt werden kann. Der Tisch kann auch gedreht werden, um Fräsarbeiten in verschiedenen Winkeln zu ermöglichen. Diese Maschinen werden typischerweise für größere Fräsarbeiten eingesetzt als solche, die mit einer handgeführten Fräsmaschine durchgeführt werden können.
Knie-Typ-Fräsmaschinen
Eine Knie-Typ-Fräsmaschine ist eine Art CNC-Fräsmaschine, die einen vertikal verstellbaren Arbeitstisch hat, der auf einer knieähnlichen Projektion an der Vorderseite der Maschine ruht. Der Arbeitstisch kann angehoben oder abgesenkt werden, um unterschiedliche Werkstückhöhen zu ermöglichen, und die Kralle (der Teil der Maschine, der das Schneidwerkzeug hält) kann nach oben und unten bewegt werden, um verschiedene Schnitttiefen zu ermöglichen.
Knie-Typ-Fräsmaschinen sind eine der vielseitigsten Fräsmaschinen. Sie können für eine Vielzahl von Operationen verwendet werden, einschließlich Nutfräsen, Winkelfräsen und Bohren. Allerdings sind sie nicht so genau wie einige andere Typen. Das liegt daran, dass der Tisch einer Knie-Typ-Fräsmaschine nicht so starr ist wie bei einer vertikalen Fräsmaschine. Das bedeutet, dass bei Anhebung und Absenkung des Tisches einige Schnitte am Werkstück möglicherweise nicht exakt genug sind.
Vertikale Fräsmaschinen
Eine vertikale Fräsmaschine ist eine Art CNC-Fräsmaschine, bei der die Spindel vertikal ausgerichtet ist. Fräser werden in die Spindel eingespannt und drehen sich um ihre Achse. Typischerweise kann die Spindel verlängert oder der Tisch angehoben oder abgesenkt werden, um den gleichen Effekt zu erzielen, was Tiefenfräsungen und Bohrungen ermöglicht. Die vertikale Fräsmaschine eignet sich gut für kleinere Arbeiten, wie das Fräsen von Teilen für Prototypen oder kurze Produktionsläufe.
Die vertikale CNC-Fräsmaschine hat im Vergleich zu alternativen Bearbeitungsmaschinen viele Vorteile. Einige davon möchten wir nennen:
- Sie nehmen in einer Werkstatt aufgrund ihrer hohen und schmalen Form weniger Platz ein.
- Sie können mehr als einen Arbeitsgang gleichzeitig ausführen, wie Bohren und Fräsen.
- Sie sind im Vergleich zu anderen CNC-Fräsmaschinen relativ kostengünstig.
- Vertikale CNC-Fräsen sind einfach zu erlernen und zu bedienen.
Allerdings sind vertikale Fräsmaschinen im Vergleich zur Horizontalfräsmaschine ziemlich einschränkend und können nur für bestimmte Anwendungen verwendet werden. Ein Nachteil ist, dass sie tendenziell langsamer sind, weil die Fräser in vertikaler Ausrichtung rotieren. Das bedeutet, dass mehr Zeit benötigt wird, um die gleiche Materialmenge zu entfernen.
Horizontalfräsmaschinen
Eine Horizontalfräsmaschine ist eine Art Fräsmaschine, bei der die Spindel in horizontaler Ausrichtung ausgerichtet ist. Die Spindel ist parallel zum Tisch und die Maschine verfügt über ein Schneidwerkzeug, das auf einer Arbor montiert ist. Das Schneidwerkzeug und der Tisch können in verschiedene Richtungen bewegt werden. Die Maschine kann auch mit verschiedenen Aufsätzen wie einem Dreh- oder Teilungstisch ausgestattet werden.
Diese CNC-Fräsmaschine ist darauf ausgelegt, Material von einem Werkstück zu entfernen, und das sehr effizient. Die Horizontalfräsmaschine kann verwendet werden, um sehr präzise und filigrane Teile herzustellen. Sie wird häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in anderen Branchen eingesetzt, in denen äußerst präzise Teile erforderlich sind.
Es gibt jedoch einige potenzielle Nachteile bei der Verwendung dieses Masintyps. Ein Nachteil ist, dass Horizontal-CNC-Fräsmaschinen teuer in Anschaffung und Wartung sein können. Außerdem sind diese Maschinen groß und sperrig, was sie schwer zu bewegen oder zu transportieren macht. Ein weiterer möglicher Nachteil ist, dass Horizontal-CNC-Fräsmaschinen viel Lärm und Vibrationen erzeugen können, was sich negativ auf die Umwelt und Nachbargrundstücke auswirken kann.
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FAQ
Was ist der Unterschied zwischen der CNC-Horizontalfräsmaschine und der CNC-Drehmaschine?
CNC-Horizontalfräsmaschinen werden verwendet, um Teile mit komplexen Formen und Merkmalen herzustellen, während CNC-Drehmaschinen für die Herstellung von Teilen mit symmetrischen Merkmalen eingesetzt werden.
Ist eine CNC-Fräsmaschine dasselbe wie eine CNC-Fräsmaschine?
Nein, eine CNC-Fräsmaschine ist nicht dasselbe wie eine CNC-Fräsmaschine. Während beide Maschinen computergesteuert sind, verwendet eine CNC-Fräsmaschine rotierende Schneidwerkzeuge, um Material von einem Werkstück zu entfernen, während eine CNC-Fräsmaschine ein Fräserbit verwendet, um Material zu schneiden.
Was ist der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen?
CNC-Fräsen ist ein Prozess, bei dem ein Material mit einem rotierenden Schneidwerkzeug bearbeitet wird, während CNC-Drehen ein Prozess ist, bei dem ein Material mit einem rotierenden Werkstück bearbeitet wird. Beide Prozesse können verwendet werden, um Teile mit verschiedenen Formen und Größen herzustellen.
Wie viele Spindeln gibt es in einer CNC-Fräsmaschine?
In einer CNC-Fräsmaschine gibt es typischerweise drei bis fünf Spindeln. Diese Spindeln können um das Werkstück herum positioniert werden, um Merkmale von mehreren Seiten gleichzeitig zu fräsen.
