Die CNC-Frästechnik zählt zu den beeindruckendsten technologischen Fortschritten dieses Jahrhunderts.
Obwohl die meisten Menschen den 3D-Druck eher als Methode zur Herstellung präziser physischer Drucke kennen, gibt es das CNC-Fräsen schon länger und es wird auch heute noch häufig eingesetzt.
Von den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in der Elektronikindustrie bis hin zum weitverbreiteten Einsatz in der Fertigungsindustrie wächst und entwickelt sich die Technologie rasant weiter, da immer mehr Unternehmen ihre Effektivität bei der Herstellung hochwertiger CNC-gefertigter Teile entdecken.
Da die CNC-Bearbeitung in neue Branchen wie die Herstellung von Musikinstrumenten vordringt, ist es nicht verwunderlich, dass die Technologie selbst bis 2025 voraussichtlich zu einer 100-Milliarden-Dollar-Industrie werden wird.
Obwohl die Prozesse und Einsatzmöglichkeiten der CNC-Frästechnik den Fachleuten der Branche wohlbekannt sind, sind Außenstehende möglicherweise viel weniger damit vertraut, wie sie angewendet werden können oder wie sie überhaupt funktionieren.
In diesem Artikel wollen wir uns also eingehend mit dem Thema CNC-Fräsen befassen: Was ist CNC-Fräsen? Wie unterscheidet es sich vom 3D-Druck? Wer könnte am meisten von dieser Technologie profitieren? Und wir beantworten alle wichtigen Fragen, die Sie möglicherweise haben.
CNC-Fräsen ist eine Art des CNC-Bearbeitungsprozesses die Fräsmaschinen einsetzt, die mit rotierenden Schneidwerkzeugen ausgestattet und gesteuert werden von Computer Numerische SteuerungstechnikCNC-Fräsen ermöglicht die präzise Ausführung von Bewegungen und Aufgaben. Es erlaubt, ein digitales Design eines Objekts in eine physische Form aus Rohmaterialien umzusetzen.
Das Konzept des Fräsens lässt sich bis ins 18. Jahrhundert zurückverfolgen. Die ersten CNC-Fräsmaschinen wurden jedoch erst Anfang der 1950er Jahre entwickelt.
Die Erfindung der CNC-Fräsmaschinen geht auf Richard Kegg zurück. Er entwickelte diese Maschine 1952 mit Unterstützung des MIT und nannte sie Cincinnati Milacron Hydrotel.
CNC-Fräsen ist im Prinzip ein einfacher Prozess, bei dem ein Werkstück mit einem Schneidwerkzeug an verschiedenen Stellen Material abgetragen wird. Um diese Stellen zu erreichen, rotiert das Werkstück kontinuierlich.
Tatsächlich durchläuft der gesamte CNC-Fräsprozess eine Reihe von Schritten.
Als Erstes benötigen Sie eine CAD-Modellzeichnung für die gewünschte Bauteilform. CAD steht für Computer Aided Design (computergestütztes Konstruieren). Wie der Name schon sagt, hilft Ihnen CAD-Software dabei, ein 2D- oder 3D-Modell für alles zu erstellen, was Sie sich vorstellen.
Die CNC-Fräsmaschine erkennt ein CAD-Modell nicht direkt. Sie können das CAD-Modell jedoch sehr einfach in ein CNC-Programm umwandeln. Diese Funktionen sind in den meisten CAD-Programmen bereits vorhanden.
Vor dem Start des Programms ist es wichtig, die Maschine und das Werkstück korrekt einzurichten. Die einzelnen Schritte zum Einrichten der CNC-Maschine können je nach Hersteller und Modell variieren.
Sobald die Maschine korrekt eingerichtet ist, kann der Bediener das CNC-Maschinenprogramm starten. Der gesamte anschließende Fräsprozess läuft vollautomatisch ab. Nach Abschluss des Programms fertigt die Maschine das benötigte Werkstück.
Aufgrund der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des CNC-Fräsverfahrens handelt es sich heute nicht mehr um ein einzelnes Verfahren, sondern um ein eigenes, umfangreiches Forschungsgebiet. Heutzutage stehen zahlreiche verschiedene CNC-Fräsverfahren zur Verfügung. Zu diesen Verfahren gehören:
Planfräsen ist das gängigste Fräsverfahren. Ziel des Planfräsens ist die Erzeugung ebener Flächen, die parallel zur Drehachse des Schneidwerkzeugs verlaufen.
Beim Winkelfräsen wird Material von einer ebenen Fläche abgetragen, indem der Fräser das Werkstück in einem Winkel schneidet, der kein rechter Winkel ist. Man kann sich das wie einen schräg gestellten Fräser vorstellen, der Material vom Werkstück abträgt.
Beim Planfräsen steht das Werkstück im rechten Winkel zur Drehachse des Fräsers. Dieses Fräsverfahren wird üblicherweise zur Bearbeitung der Stirnfläche von Stangen und Platten eingesetzt.
Seitenfräsen ist ein Fräsverfahren, bei dem ein rotierender Fräser Material von der Seite eines Werkstücks abträgt. Die Zähne des Fräsers erzeugen dabei vertikale Wände, Absätze, Nuten und andere seitliche Konturen. Es wird häufig eingesetzt, wenn eine präzise Seitengeometrie und eine gute Oberflächengüte an der Kante oder Flanke eines Werkstücks erforderlich sind.
Das Stirnfräsen ist eines der vielseitigsten CNC-Fräsverfahren. Dabei wird ein rotierender Schaftfräser eingesetzt, um Material in verschiedenen Richtungen abzutragen. Im Gegensatz zum Planfräsen lassen sich mit dem Stirnfräsen Nuten, Taschen, Konturen und 3D-Geometrien bearbeiten. Dadurch eignet es sich ideal für komplexe Bauteile mit filigranen Details.
Nutfräsen ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem ein rotierender Fräser Material abträgt, um eine Nut, einen Kanal oder eine Nut in einem Werkstück zu erzeugen. Es wird häufig für Merkmale wie Keilnuten, T-Nuten, Führungsnuten und andere schmale Aussparungen eingesetzt, die eine präzise Breite und Tiefe erfordern.
Das Formfräsen dient der Bearbeitung von Werkstücken zur Erzeugung unregelmäßiger Oberflächen wie Kurven. Dabei entspricht die Form des Fräsers der gewünschten Konturform.
Neben diesen gängigen CNC-Fräsverfahren gibt es auch einige andere Methoden zur Herstellung von Spezialteilen. Zu diesen Methoden gehören:
Beim Gangfräsen werden zwei oder mehr Schneidwerkzeuge auf einer einzigen Maschinenspindel montiert. Jedes Schneidwerkzeug bearbeitet das Werkstück einzeln, wodurch die Produktionsrate erhöht wird. Die Schneidwerkzeuge können sich in Form und Größe unterscheiden.
Das Fräsen mit Doppelspindel ist eine spezielle Form des Mehrspindelfräsens. Dabei sind die zwei oder mehr Schneidwerkzeuge parallel zueinander angeordnet. Diese Fräser bearbeiten gleichzeitig die Stirn- und Seitenflächen des Werkstücks.
Das Zahnradfräsen, auch Zahnradschneiden genannt, ist ein spezielles Fräsverfahren zur Herstellung von Zahnrädern. Dabei werden gekrümmte Fräser eingesetzt, um Material im vorgesehenen Zahnzwischenraum abzutragen.
Gewindefräsen ist ein Bearbeitungsverfahren zum Schneiden von Innen- oder Außengewinden. Dabei wird ein rotierender Fräser verwendet, der sich kreisförmig oder spiralförmig bewegt, anstatt wie beim Gewindeschneiden direkt einzutauchen. Es eignet sich besonders für größere Bohrungen, harte oder schwer zerspanbare Werkstoffe, Sacklöcher, dünnwandige Bauteile und überall dort, wo mehr Flexibilität als beim Gewindeschneiden erforderlich ist.
Profilfräsen dient der Fertigstellung von Formgebungsprozessen, einschließlich der Bearbeitung vertikaler oder schräger Flächen. Dieses CNC-Fräsverfahren wird auch zur Bearbeitung konvexer und konkaver Werkstückoberflächen eingesetzt.
Hier sind die verschiedenen Schritte, die Sie während des gesamten CNC-Fräsprozesses durchlaufen werden:
Wie bereits in den vorherigen Abschnitten erwähnt, erfordert die Konstruktion eines CNC-Modells den Einsatz einer CAD -Software (Computer Aided Design) und einer CAM -Software (Computer Aided Manufacturing). CAD übernimmt die Konstruktion des Bauteils, während CAM dafür sorgt, dass die CNC-Maschine die Konstruktion versteht.
CNC-Fräsen ist natürlich ohne eine CNC-Fräsmaschine nicht möglich. Es gibt viele verschiedene Arten von Fräsmaschinen. Die Komponenten der Maschine können je nach Modell variieren.
Im Allgemeinen finden Sie in allen CNC-Fräsmaschinen folgende Komponenten:
Die CNC-Frästechnik findet so vielfältige Anwendung, dass für unterschiedliche Aufgaben viele verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen zur Verfügung stehen. Einige dieser CNC-Schneidwerkzeuge sind:
Hier ein kurzer Überblick über die verschiedenen Arten von CNC-Fräsbearbeitungen, die zum Einsatz kommen.
Bei horizontalen Maschinen verläuft die Spindel parallel zur Werkstückoberfläche. Sie kann ebene Flächen, Flächen, geneigte Flächen und Nuten am Werkstück erzeugen.
Vertikale Fräsvorgänge können als Bohrvorgänge betrachtet werden, da die Spindel senkrecht zum stationären Werkstück bzw. zur flachen, sich bewegenden Oberfläche des Werkstücks angeordnet ist.
Weitere Informationen zum Verfahren finden Sie in unserem Vergleich von horizontalen und vertikalen Fräsmaschinen.
Beim Mehrachsenfräsen kann sich das Schneidwerkzeug in vier oder mehr Richtungen bewegen.
Bei fünf Bearbeitungsrichtungen spricht man von einer 5-Achs-Maschine. Je mehr Achsen, desto komplexere Bauteile lassen sich herstellen.
Säulen- und Kniefräsmaschinen werden auch als Drehzahl-variable Fräsmaschinen bezeichnet. Bei diesen Maschinen erfolgt eine sehr genaue vertikale Bewegung der Säulen- und Knieeinheit, die für präzise vertikale Fräsbearbeitungen genutzt wird.
Bei einer Ram-Fräsmaschine kann das Schneidwerkzeug auf der horizontalen Achse vorwärts oder rückwärts bewegt werden. Dies geschieht durch einen beweglichen, an der Spindel befestigten Ram.
Bei diesen Maschinen bewegen sich weder Säule, Knie noch Sattel. Das stationäre Werkstück befindet sich auf dem direkt auf dem Maschinenbett montierten Arbeitstisch. Aufgrund ihrer einfachen Bauweise sind diese Maschinen in der Regel günstiger als andere.
Beim Planfräsen erfolgt der Schnitt in einer Ebene durch die lineare Relativbewegung von Werkstück und Schneidwerkzeug. Diese Fräsmaschinen werden zur Herstellung ebener Oberflächen eingesetzt.
Um die richtige Fräsmaschine für Ihre Bedürfnisse zu finden, können Sie unseren ausführlichen Leitfaden dazu lesen.
Um ein genaues Bild von den Anwendungsmöglichkeiten des CNC-Fräsens zu erhalten, unterteilen wir unsere Betrachtung in zwei Teile: die Werkstoffe, die es bearbeiten kann, und die Branchen, die das Verfahren direkt oder indirekt nutzen.
Sie kennen das CNC-Fräsen bereits. Es dient dazu, Teile nach Bedarf zu formen und zu gießen. Hier sind die Materialien, die sich für das CNC-Fräsen eignen:
Metalle gehören zu den am häufigsten bearbeiteten Werkstoffen. Da sie bei sehr hohen Temperaturen schmelzen, sind sie für Verfahren wie den 3D-Druck ungeeignet. Daher ist CNC-Fräsen die beste Methode, um Metalle zu formen.
Kunststoffe und Elastomere eignen sich aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften auch gut für das CNC-Fräsen. Die Anwendung von Hochtemperaturverfahren auf Kunststoffe verändert jedoch häufig deren chemische Zusammensetzung.
Zudem setzen sie beim Erhitzen giftige Dämpfe frei. Daher ist ein Verfahren wie das CNC-Fräsen, bei dem keine Hitze entsteht, ideal für diese Materialien.
Keramik und Verbundwerkstoffe weisen oft temperaturbeständige Eigenschaften auf, wodurch sie für 3D-Druck- und Formgebungsverfahren ungeeignet sind. CNC-Fräsen ist für diese Materialien die beste Lösung, da es die Werkstoffe in keiner Weise beschädigt.
Viele wissen es nicht, aber Glas lässt sich auch per CNC-Fräsen formen. Glas ist spröde und kann bei anderen Bearbeitungsverfahren leicht brechen. Daher ist das CNC-Fräsen mit einem geeigneten Schneidwerkzeug eine gute Wahl für solche Materialien.
Für genauere Informationen zu Materialien und Anwendungsfällen konsultieren Sie unseren Leitfaden zu CNC-Fräsmaterialien und wie Sie das richtige Material für Ihre Anwendung auswählen.
Sie werden überrascht sein, wie viele Branchen das CNC-Fräsverfahren anwenden.
Diese Überraschung wird sich natürlich legen, wenn Sie im nächsten Abschnitt über die Vorteile des CNC-Fräsens gegenüber anderen Alternativen lesen.
Eine der beliebtesten Anwendungen der CNC-Technologie ist das Rapid Prototyping. Sie bietet Designern und Ingenieuren eine schnelle und zuverlässige Möglichkeit, den Zustand des Produkts oder Bauteils in verschiedenen Entwicklungsstadien zu beurteilen.
Zu den Branchen, die CNC-Fräsen einsetzen, gehören unter anderem:
Die Automobilindustrie benötigt zahlreiche kundenspezifische Fertigungsdienstleistungen für Fahrzeugteile. Diese Teile werden sowohl für die Serienfertigung als auch für Reparaturen mithilfe von CNC-Fräsmaschinen hergestellt.
Aufgrund der extrem hohen Präzision von CNC-Fräsdienstleistungen ist es verständlich, warum diese in der Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreitet sind, wo die Technologie eine entscheidende Rolle bei der Herstellung einer breiten Palette von Teilen spielt, die zur Gewährleistung der Sicherheit und ordnungsgemäßen Funktion von Flugzeugen benötigt werden.
Die Luft- und Raumfahrtindustrie verarbeitet viele Spezialwerkstoffe mit sehr hoher Härte und hoher Temperaturbeständigkeit. Für die Bearbeitung dieser Werkstoffe setzt die Industrie hauptsächlich auf CNC-Fräsmaschinen.
Zu den Teilen, die mithilfe der CNC-Technologie hergestellt werden, gehören unter anderem Motorkomponenten, Fahrwerkskomponenten und Treibstoffpaneele.
Eine CNC-Fräsmaschine ist das Rückgrat jeder metallverarbeitenden Industrie. Sie arbeitet schnell, automatisch und effizient und kann zudem alle Metalle bearbeiten. Daher findet man in jeder metallverarbeitenden Werkstatt eine Fräsmaschine.
Landwirtschaftliche Geräte benötigen viele große, maßgefertigte Werkzeuge und Bauteile. Diese werden mithilfe von CNC-Fräsmaschinen individuell gefertigt.
Die hohe Vielseitigkeit und Präzision der CNC-Fräsmaschine machen sie ideal für die Elektronikindustrie. Mit einer CNC-Fräsmaschine lassen sich nicht nur die für die Übertragung benötigten Leiter und Metalle formen, sondern auch die Polymerplatinen, die diese Leiter aufnehmen.
Im medizinischen Bereich werden Spezialteile nicht nur für die Diagnostik, sondern auch für Anwendungen wie Prothesen benötigt. Diese werden mittels CNC-Fräsen anhand geeigneter Konstruktionszeichnungen hergestellt.
Die CNC-Frästechnik ermöglicht die Herstellung von Teilen und Werkzeugen aus vielen Titan- und Edelstahlsorten, die häufig zur Herstellung von Skalpellen, medizinischen Geräten sowie Implantaten verwendet werden.
CNC-Fräsen wird auch zur Herstellung militärischer Bauteile eingesetzt. Tatsächlich wurde das Fräsverfahren erstmals zur Waffenproduktion verwendet. Selbst Prototypen von Verteidigungsteilen werden mit CNC-Fräsmaschinen gefertigt.
Es gibt unzählige Gründe, warum die CNC-Frästechnologie weithin als eine der zuverlässigsten Methoden zur Herstellung von Teilen aus verschiedenen Materialien angesehen wird.
Im Folgenden betrachten wir einige der wichtigsten Vorteile des CNC-Fräsens und der CNC-Bearbeitung :
Neben diesen Branchen wird das CNC-Fräsen auch in Sektoren wie Bergbau, Öl und Gas, Automatisierung, Energie usw. eingesetzt.
Die Kosten von CNC-Fräsmaschinen werden von vielen Parametern beeinflusst. Daher ist die Preisspanne für diese Maschinen sehr hoch.
So findet man beispielsweise kleine Horizontalfräsmaschinen schon ab 10,000 US-Dollar. Gleichzeitig gibt es große CNC-Maschinen mit fortschrittlichen Funktionen, deren Preise bis zu 300,000 US-Dollar und mehr betragen können.
In unserem ausführlichen Leitfaden erfahren Sie mehr über die verschiedenen Faktoren, die die Kosten des CNC-Fräsens bestimmen.
Um zu verstehen, wie gut sich das CNC-Fräsen im Vergleich zu anderen Alternativen schlägt, wollen wir einen detaillierten Vergleich zwischen dem CNC-Fräsen und seinem engsten Konkurrenten – dem 3D-Druck – anstellen.
Zunächst einmal ist das Grundprinzip von CNC-Fräsen und 3D-Druck völlig entgegengesetzt. 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren. Das bedeutet, dass ein Werkstück durch schichtweises Auftragen von Material erzeugt wird, üblicherweise durch Schmelzen des Materialdrahts.
Das CNC-Fräsverfahren hingegen ist ein subtraktives Fertigungsverfahren. Das bedeutet, dass es mit einem Materialblock beginnt und das benötigte Bauteil durch Abtragen von Material von diesem Block erzeugt.
Da beim 3D-Druck das Material geschmolzen und zur Teileherstellung verwendet wird, eignet es sich nur für spezielle Polymerwerkstoffe, die dem Verfahren standhalten. CNC-Fräsen hingegen ist ein sehr vielseitiges Verfahren und kann für eine breite Materialpalette eingesetzt werden.
Sowohl CNC-Maschinen als auch 3D-Druck benötigen eine Software zur Erstellung des initialen Maschinendesigns. Die CNC-Fertigung erfordert jedoch die Auswahl verschiedener Werkzeuge, deren Einrichtung und unterschiedliche Positionseinstellungen.
Der 3D-Druck erfordert keine aufwendigen Einrichtungsarbeiten. Daher gilt er als einfacheres Verfahren, während das Fräsen einen erfahrenen Bediener voraussetzt.
Die relative Genauigkeit von Fräsen und 3D-Druck hängt vom jeweiligen Modell ab. CNC-Fräsmaschinen bieten im Allgemeinen eine höhere Genauigkeit als der 3D-Druck. Allerdings gibt es viele Formen und Geometrien, die sich nur mit 3D-Druck realisieren lassen.
Ob Fräsen oder 3D-Druck günstiger ist, hängt von Ihren Anforderungen an die Maschine ab. Bei großen Projekten ist Fräsen die kostengünstigere Option. Für Prototypen und kleinere Projekte ist 3D-Druck hingegen meist die wirtschaftlichere Lösung.
CNC-Fräsen kann für eine Vielzahl von Projekten äußerst nützlich sein. Um die oben genannten Vorteile nutzen zu können, ist es jedoch wichtig, ein zuverlässiges Unternehmen für die Zusammenarbeit zu finden.
Tatsächlich gibt es eine große Bandbreite an CNC-Fräsdienstleistungen, die von Unternehmen aus aller Welt angeboten werden. Daher sollten Sie zumindest ein grundlegendes Verständnis davon haben, was Sie benötigen, bevor Sie sich an potenzielle Anbieter wenden.
Zunächst einmal sollten Sie zumindest eine ungefähre Vorstellung davon haben, welche Teile Sie fertigen lassen möchten oder welche Werkzeuge Sie benötigen. Andernfalls wird es Ihnen schwerer fallen, die Liste der Unternehmen einzugrenzen, die Ihnen die erforderlichen CNC-Fräsdienstleistungen anbieten können.
Alternativ könnten Sie sich an ein seriöses Unternehmen wenden, das über umfangreiche Erfahrung verfügt und eine Reihe von Dienstleistungen anbietet, da dieses Sie beraten und Ihnen helfen kann, die beste Vorgehensweise in Ihrer Situation zu ermitteln.
Da die für CNC-Fräsprojekte erforderlichen Technologien und Fachkenntnisse hoch sind, ist es unerlässlich, Unternehmen mit der nötigen Erfahrung und einem soliden Ruf zu finden.
Lesen Sie die Erfahrungsberichte und Rezensionen von früheren Kunden und achten Sie darauf, welche Erfahrungen sie mit dem Unternehmen gemacht haben und welche Probleme sie lösen konnten.
Sobald Sie die Auswahl auf etwa fünf Unternehmen eingegrenzt haben, kontaktieren Sie diese und stellen Sie Fragen zu ihrer Vorgehensweise, ihren Vorschlägen für Ihr Projekt, dem Preis für die Durchführung und allem anderen, was Ihrer Meinung nach relevant sein könnte.
Zahlreiche Unternehmen bieten CNC-Fräsdienstleistungen an, doch obwohl ein angemessener Preis wichtig ist, darf dies nicht auf Kosten der Qualität gehen.
Die computergesteuerte Frästechnik ist eine der größten Errungenschaften der modernen Technologie. Sie ermöglicht uns beispiellose Produktionsraten, höhere Genauigkeit, Oberflächenqualität und die Bearbeitung aller Materialien.
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