Geht es um Präzision und Wiederholbarkeit, ist das CNC-Fräsen als Fertigungsverfahren in der Metallbearbeitung erste Wahl. Viele Unternehmen setzen inzwischen auf eigene Fräsmaschinen, die sich günstig gebraucht im Internet erstehen lassen.
Inhaltsverzeichnis: Das erwartet Sie in diesem Artikel
CNC-Fräsen: Technik und Vorteile
Das traditionelle Fräsen wird beim CNC-Fräsen mit der modernen Computersteuerungstechnologie kombiniert und wird damit zu einem Verfahren, das sich in Bezug auf Präzision und Wiederholbarkeit mit keinem anderen Verfahren vergleichen lässt. Wer nahezu identische Teile binnen kürzester Zeit herstellen möchte, ist mit dem CNC-Fräsen gut beraten. Entsprechende Maschinen, die dafür nötig sind, können gebraucht beispielsweise bei Mach4Metal online gekauft werden.
Mehrere Schritte im Bearbeitungsprozess
- Erstellung eines 3D-Modells mithilfe der CAD-Software
- Erstellung eines Entwurfs auf Basis des Modells als CAM-Datei
- Hochladen des Entwurfs in die Fräsmaschine
- Testlauf und Ausführung des Auftrags
Traditionell sieht der Bearbeitungsprozess beim Fräsen das Abtragen überschüssigen Materials mithilfe der Fräsmaschine vor. (Foto: AdobeStock – 128668245 prescott09)
Das CNC-Fräsen gilt als automatisiertes Verfahren, bei dem eine menschliche Beteiligung nicht mehr nötig ist.
Die Werkstücke und einzelnen Teile werden nicht mehr manuell bearbeitet, vielmehr braucht es nur noch einen Bediener an der Maschine.
Dieser gibt die geforderten Daten ein und bearbeitet nötigenfalls die Parameter. Nacharbeiten sind jedoch möglicherweise nötig. Diese können in folgenden Prozessen bestehen:
- CNC-Schleifen oder Elektroplieren zur Verbesserung der Oberfläche
- Galvanisieren oder Eloxieren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
- Pulverbeschichtung zur Verbesserung der Optik
- Vorbereitung für die Weiterverarbeitung
Üblicherweise erfolgt das CNC-Fräsen auf drei Achsen und hier in horizontaler und vertikaler Richtung sowie in der Tiefe. Auch fünfachsige Fräsmaschinen sind beispielsweise in der Automobilindustrie im Einsatz.
Die Vorteile des CNC-Fräsens
Das CNC-Fräsen überzeugt durch zahlreiche Vorteile wie beispielsweise in der wiederholbaren Produktion auch großer Teilemengen. Traditionelle Fertigungsmethoden können zeitlich und in Bezug auf die Wiederholungsrate nicht mithalten. Auch diese Vorteile überzeugen und sind der Grund dafür, warum das CNC-Fräsen zum Standardverfahren in der Metallbearbeitung geworden ist:
- Kostenersparnis
- Einhaltung der Toleranzen
- Erhöhung der Arbeitssicherheit
- geringere Fehlerquote, vor allem Ausschluss menschlicher Fehler
- optimierter Personaleinsatz
- geringerer Ausschuss
- bessere Haltbarkeit und Passform der Teile
- hohe Fertigungsgeschwindigkeiten
In der Praxis wird das CNC-Fräsen aber nicht nur bei der Bearbeitung von Metallen verschiedener Art eingesetzt, sondern auch bei der Kunststoff- oder Holzbearbeitung. In der Regel ist es möglich, jeden mit zerspanenden Verfahren zu bearbeitenden Werkstoff auch mit der CNC-Fräse zu bearbeiten.
Dennoch hat das CNC-Fräsen nicht nur Vorteile bzw. birgt es immer neue Herausforderungen. So muss der gesamte Fertigungsprozess immer wieder neu durchdacht werden, da die Kundenerwartungen steigen. Unternehmen benötigen einen optimal ausgestatteten Maschinenpark und müssen sich an die Anforderungen der Produktion mithilfe von KI anpassen, wenn sie wettbewerbsfähig sein wollen. Ein hoher Standard führt immer zu neuen Forderungen im Hinblick auf das Fertigungstempo, die Produktqualität und eventuelle Zusatzleistungen.
Diese Branchen setzen auf das CNC-Fräsen
Das CNC-Fräsen hat in vielen Branchen Einzug gehalten und ist überall dort verbreitet, wo eine Massenproduktion verschiedener Teile und Gegenstände gefordert wird.
Gleichzeitig soll diese Produktion die Einhaltung von Umwelt- und Sicherheitsstandards garantieren.
Diese Branchen setzen das CNC-Fräsen erfolgreich ein:
- Luft- und Raumfahrtindustrie
- Automobilindustrie
- Industrie für erneuerbare Energien
- Energiewirtschaft
- Medizinische Industrie
- Militärindustrie
- Elektronikindustrie
- Industrie für Haushaltsgeräte
- Metallverarbeitende Industrie
Das CNC-Fräsen hat in vielen Branchen Einzug gehalten und ist überall dort verbreitet, wo eine Massenproduktion verschiedener Teile und Gegenstände gefordert wird. (Foto: AdobeStock – 368810299 Pixel_B)
Bettfräsmaschinen als wichtige Vertreter der Fräsmaschinen
In der Industrie gibt es viele verschiedene Arten von Fräsmaschinen. Zu nennen sind hier beispielsweise die Universalfräsmaschine, die Horizontal- und Vertikalfräsmaschine, die Konsolfräsmaschine oder auch die Bettfräsmaschine. Letztere teilt die Bewegungen beim Fräsen in die drei Richtungen des Koordinatensystems auf. Der Tisch ist dabei für die Längsbewegungen zuständig, der Ständer übernimmt die Bewegungen in Querrichtung. Die vertikalen Bewegungen werden durch die Fräseinheit durchgeführt.
Exkurs: So ist die Bettfräsmaschine aufgebaut
Das Maschinengestellt der Bettfräsmaschine ist T-förmig und verwindungssteif. Es hält die Längsführung für den Frästisch sowie die Querführung für den Maschinenständer. Der Torständer ist aus einem Stück gegossen worden und enthält die Führung für die Fräseinheit.
Diese Führung ist zentral-symmetrisch gearbeitet, in den Ständer können sowohl vertikale als auch horizontale Fräseinheiten verbaut werden. Das Auskippen des Tisches wird verhindert, weil die Bettlänge sehr groß ist.
Das wiederum verbessert das Verschleißverhalten in die x-Richtung. Auch die z-Achse verhindert ein Auskippen, da der Schlitten mit der Fräseinheit anders als bei der Konsolfräsmaschine in Richtung der Schwerpunktachse geführt wird.
Der Kippmoment wird verhindert, da ein zusätzlicher Gewichtsausgleich vorgenommen wird.
Vorteile von Bettfräsmaschinen
Wechseln die Programme häufig und werden nur kleine Losgrößen benötigt, sind CNC-Steuerungen besonders sinnvoll. Eingesetzt werden Bettfräsmaschinen vor allem für dreidimensionale und lineare Fräsarbeiten, bei denen es auf äußerste Präzision ankommt. Auch bei geforderter hoher Zerspanleistung sind Bettfräsmaschinen ideal.
Darüber hinaus eignen sie sich perfekt für die Bearbeitung von schweren Werkstücken mit großen Abmessungen sowie zur Serienfertigung. Die Vorteile der Bettfräsmaschinen auf einen Blick:
- hohe statische und dynamische Steifigkeit
- gute Aufnahme von Schnittkräften
- große Genauigkeit
- einfache Beschickung der Maschinentische
- weite Verfahrwege und großer Arbeitsraum
Geschichte und Entwicklung des CNC-Fräsens
Das CNC-Fräsen blickt inzwischen auf eine lange Geschichte, wobei die eigentliche Geburtsstunde bereits mehr als ein Jahrhundert zurückliegt. Es war das Jahr 1818, als Eli Whitney die erste Fräsmaschine in den USA entwickelte, welche für die Bearbeitung von Metall geeignet erschien. Es dauerte jedoch noch lange Zeit, nämlich bis zum 14. März 1842, als es die erste Universalfräsmaschine gab.
Hersteller waren Brown & Sharp, die praktisch das Grundgerüst für die weitere technologische Entwicklung lieferten. Bis zum Ende des Jahrhunderts gab es die ersten Spezialmaschinen, mit denen sich spezielle Teile, die eine hohe Genauigkeit erforderten, fertigen ließen. Schon bald folgte der nächste Schritt, was ungefähr in den 1950er Jahren der Fall war. John Parsons, ein US-Amerikaner, konzipierte die erste NC-Fräsmaschine.
Die Entwicklung geht weiter
Das NC-Programm, welches dafür verwendet wurde, enthielt alle nötigen Informationen. Diese Technologie gilt als Vorläufer für die folgenden Errungenschaften, die in der Entwicklung des ersten CNC-Programms gipfelten.
Nur fünf Jahre danach hatten es die NC-Maschinen geschafft: Sie wurden nun auch in europäischen Industrieunternehmen eingesetzt und sorgten dort für eine kleine Revolution.
Zum einen wurden die alten Fräsmaschinen mit der neuen Technologie ausgestattet, wobei diese immer noch in den Kinderschuhen steckte.
Es sollte noch einige Jahre dauern, bis die Technik so ausgereift war, dass die Maschinen wie gewünscht funktionierten und lediglich immer wieder ein Update nötig sein sollte. Im Zuge dieser Updates waren es vor allem neue Wälzausführungen und stabilere Bauweisen, die integriert wurden.
Die bis heute relevante starke Automatisierung der Fräsmaschinen begann ab ca. 1965. Knapp 20 Jahre später wurde das erste Mal die IC-Technik eingesetzt. Mikroprozessoren hingegen verwendete man bereits ab 1976, was eine zunehmende Steuerung über Software ermöglichte. Die heute bekannten CNC-Maschinen waren entstanden, allerdings mussten Programmierungen damals noch per Hand geschrieben werden.
Schon kleine Fehler hatten gravierende Auswirkungen. Erst kurz vor der Jahrtausendwende wurde dieses Problem ad acta gelegt, denn die Erstellung der Programme fand nun direkt aus dem CAD-/CAM-System statt.
Die bis heute relevante starke Automatisierung der Fräsmaschinen begann ab ca. 1965. (Foto: AdobeStock – 330446190 Christian)
