Fräsmaschine: Definition, Funktionsweise & Anwendungsgebiete
Eine Fräsmaschine findet in der Industrie zur Zerspanung Anwendung, um zum Beispiel Nuten, Schlitze, Profile oder plane Oberflächen herzustellen. Flühs Drehtechnik verfügt über Dreh-Fräszentren, auf denen komplexe Werkstücke mit größter Präzision gefertigt werden. Flühs arbeitet mit einem modernen und vielseitigen Maschinenpark, der über Dreh-/ Fräszentren verfügt.
Unsere automatisierten und CNC-gesteuerten Fertigungsprozesse ermöglichen eine hochqualitative und gleichzeitig wirtschaftliche Produktion von Drehteilen, die in Sanitär- und Haustechnik, Elektrotechnik, Möbelindustrie und Automotive eingesetzt werden.
Fräsmaschinen bearbeiten Werkstücke mit rotierenden Schneidwerkzeugen, um Flächen zu ebnen, Konturen zu formen oder Material abzutragen. Die verschiedenen Maschinentypen unterscheiden sich im Aufbau, basieren jedoch alle auf demselben Funktionsprinzip.
Beim Fräsen wird ein feststehendes Werkstück mit einem rotierenden Schneidwerkzeug bearbeitet. Fräsmaschinen sind mit mindestens 3 Achsen in X-, Y- und Z-Richtung ausgestattet.
Moderne Fräsmaschinen haben zahlreiche Vorteile in Bezug auf Effizienz, Materialvielfalt, Wiederholbarkeit und Genauigkeit. Die praktischen Vorteile in der Fertigung im Vergleich zur Drehmaschine hängen von der Geometrie des zu fertigenden Bauteils, dem Material und der geforderten Genauigkeit ab.
Dieser Text behandelt grundlegendes Wissen zur Fräsmaschine, erklärt, wie sie funktioniert und welche Vorteile sie hat, insbesondere im Vergleich zu einer Drehmaschine.
Was ist eine Fräsmaschine?
Eine Fräsmaschine, auch Fräse genannt, ist eine spanende Werkzeugmaschine, bei der sich das Schneidwerkzeug zur Zerspanung des Werkstücks rotierend bewegt.
Es gibt 2 grundlegende Arten von Fräsmaschinen: konventionelle und CNC-gesteuerte Fräsmaschinen. Unter diesen Kategorien lassen sich weitere Fräsmaschinen einordnen, wie zum Beispiel vertikale Fräsmaschinen, horizontale Fräsmaschinen, Konsolfräsmaschinen und Bettfräsmaschinen. Fräsmaschinen werden häufig nach der Anzahl der Achsen eingeteilt, wobei jede Achse mit einem bestimmten Buchstaben benannt wird.
Eine vertikale Fräsmaschine ist eine Werkzeugmaschine, bei der der Fräskopf vertikal zur Werkstückoberfläche angeordnet ist. Bei vertikalen Fräsmaschinen verfährt die Spindel entlang der Z-Achse. Der Arbeitstisch bewegt sich entlang der X- und Y-Achsen. Die Werkzeuge von vertikalen Fräsmaschinen sind häufig lang, dünn und zylindrisch geformt. Bei horizontalen Fräsmaschinen ist die Spindel hingegen horizontal ausgerichtet. Horizontale Fräsmaschinen sind mit Werkzeugen ausgestattet, die kürzer und dicker sind, um tiefere Schnitte zu ermöglichen.
Eine Konsolfräsmaschine ist eine spanabhebende Werkzeugmaschine zur Herstellung von kleinen bis mittelgroßen Teilen und geometrisch unkomplizierten Einzelstücken. Der Maschinentisch ist bei einer Konsolfräsmaschine auf einer Konsole angebracht und verfährt in X-, Y- und Z-Richtung.
Eine Bettfräsmaschine ist eine spezielle Fräsmaschine, die sich durch das schwingungsarme Maschinenbett auszeichnet und sich zur Herstellung großer und schwerer Werkstücke eignet. Das Maschinenbett einer Bettfräsmaschine ist feststehend und bietet eine stabile Auflage.
Die verschiedenen Arten von Fräsmaschinen folgen derselben Funktionsweise, die im folgenden Abschnitt erklärt wird.
Wie funktioniert eine Fräsmaschine?
Eine Fräsmaschine funktioniert, indem durch koordinierte Bewegung von Werkstück und Fräswerkzeug Material von einem Werkstück abgetragen wird.
Das mehrzähnige Werkzeug der Fräsmaschine rotiert um seine eigene Achse und trägt Material vom Werkstück ab. Konventionelle Fräsmaschinen verfügen über 3 lineare Achsen (X, Y, Z) und eine Rotationsachse (A). Die Fräsmaschine bewegt sich entlang mehrerer Achsen. Das Schneidwerkzeug der Fräsmaschine ist zylinderförmig und dreht sich bei der Bearbeitung in verschiedene Richtungen. Die geläufigsten CNC Fräsmaschinen sind 2-, 3-, 4- und 5-Achsen-Fräsmaschinen.
Konventionelle oder manuelle Fräsmaschinen funktionieren, indem das Werkstück auf einer Werkbank fest gespannt wird, wobei ein Fräser an einer Hochgeschwindigkeitsspindel befestigt wird. Die Bedienung erfolgt über ein manuelles Steuersystem, bei dem unter anderem Drehzahl, Vorschub und Schnitttiefe eingestellt werden. Der Fräser dreht sich bei der Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit und entfernt nach und nach Material von der Oberfläche des Werkstücks. Der Arbeitstisch bewegt sich dabei entlang der X-, Y- und Z-Achse.
Eine CNC Fräsmaschine funktioniert mit computergesteuerten Werkzeugen, die Material von einem Werkstück abtragen, um eine bestimmte geometrische Form zu erzeugen. CNC Fräsmaschinen sind so programmierbar, dass menschliche Eingriffe beim Bearbeitungsprozess nur in geringem Umfang nötig sind.
Die Fräsmaschine kommt bei der Ausführung vieler Arbeiten zum Einsatz.
Wofür wird eine Fräsmaschine verwendet?
Eine Fräsmaschine wird zur Ausführung von spanenden Arbeiten wie zum Beispiel zur Herstellung von Schlitzen, Nuten oder ebenen Flächen in Werkstücken verwendet.
In der Industrie wird eine Fräsmaschine verwendet, um Bauteile mit komplexen geometrischen Formen herzustellen. Die Einsatzgebiete reichen von der Herstellung von Getrieben und Passfedern bis zum Planen von Oberflächen.
Das Walzenfräsen mithilfe einer Fräsmaschine wird angewandt, um Profilkonturen zu erzeugen und Flächen zu planen. Die Drehachse des Fräsers verläuft dabei parallel zur Werkstückoberfläche.
Das Stirnfräsen durch eine Fräsmaschine wird verwendet, um ebene Flächen herzustellen oder Kanten zu erzeugen. Die Werkzeugachse der Fräsmaschine steht dabei senkrecht zur Werkstückoberfläche.
Zur Herstellung von Profilflächen mittels einer Fräsmaschine kommt das Profilfräsen zum Einsatz. Profilfräsen ist ein abbildendes Fräsverfahren, bei dem die Kontur des Fräsers direkt auf das Werkstück übertragen wird.
Fräsmaschinen werden verwendet, um Nuten für Passfedern herzustellen. Dazu wird das Nutenfräsen angewendet. Das Nutenfräsen ist ein Bearbeitungsverfahren zur Einbringung von Schlitzen oder Nuten in ein Werkstück, indem ein Schaftfräser, Scheibenfräser oder Walzenstirnfräser über die Werkstückoberfläche geführt wird.
Für den Werkzeug- und Formenbau werden Fräsmaschinen verwendet, wobei hier das Formfräsen zum Einsatz kommt. Das Formfräsen ist eine Art der CNC-Bearbeitung, mit der es möglich ist, unregelmäßige Konturen aus Kurven und geraden Linien zu formen.
Die Verwendung einer Fräsmaschine ist mit vielen prozesstechnischen Vorteilen verbunden, die im nächsten Abschnitt erklärt werden.
Vorteile von Fräsmaschinen im Überblick
Fräsmaschinen bieten 6 große Vorteile, die im Überblick in der folgenden Liste dargestellt sind.
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Hohe Genauigkeit
Die Genauigkeit von CNC-Fräsmaschinen liegt zwischen 0,01 mm und 0,03 mm. Fräsmaschinen bieten den Vorteil einer automatisierten Bearbeitung, sodass Produktchargen mit verschwindend geringer Fehlerquote umsetzbar sind.
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Bearbeitung komplexer Geometrien
CNC Fräsmaschinen ermöglichen die Bearbeitung komplexer Geometrien, da die Maschine computergesteuerte Bewegungsabläufe erzeugt, die sich manuell nicht in derselben Präzision realisieren lassen.
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Hohe Wiederholbarkeit
Durch die Automatisierung des Fräsvorgangs durch Fräsmaschinen ist eine hohe Wiederholbarkeit sichergestellt. Eine hohe Wiederholbarkeit bedeutet, dass die Qualität der industriellen Erzeugnisse über eine hohe Stückzahl hinweg annähernd gleich ist.
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Materialvielfalt
Fräsmaschinen lassen sich flexibel für viele Materialien einsetzen, darunter Holz, Kunststoff und Metall.
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Hohe Effizienz
Fräsmaschinen sind in der Lage, Bauteile schnell herzustellen, was zu einer Ersparnis an Zeit und Kosten führt.
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Prozessintegration
Moderne Fräsmaschinen lassen sich in automatisierte Fertigungsprozesse integrieren. Durch Werkzeugwechsler, Roboterschnittstellen und Messsysteme entsteht ein effizienter und durchgängig gesteuerter Produktionsablauf.
Fräsmaschinen wurden für industrielle Zwecke optimiert und weisen zahlreiche Vorteile in den Bereichen Produktivität und Qualität auf.
Fräsmaschine und Drehmaschine im Vergleich
Die Fräsmaschine und die Drehmaschine haben beide den Zweck, Materialien zu schneiden und zu formen. Der wesentliche Unterschied zwischen der Fräsmaschine und der Drehmaschine ist, dass die Drehmaschine das Werkstück in Rotation versetzt und das Werkzeug stationär bleibt, während bei der Fräsmaschine das Werkstück fest eingespannt ist und das rotierende Werkzeug die Bearbeitung übernimmt.
Ob das Fräsen oder das Drehen als Zerspanungsmethode infrage kommt, hängt von den Materialeigenschaften, der geometrischen Komplexität des Bauteils und den Anforderungen an die Präzision ab.
Grundsätzlich eignen sich harte Werkstoffe wie Titan besser zum Drehen, während sich weichere oder zähe Werkstoffe wie zum Beispiel Kunststoff oder Aluminium besser zum Fräsen eignen. Der Grund dafür ist, dass das Werkstück beim Fräsen nicht rotiert und das Risiko einer Verformung insbesondere für weiche Werkstoffe daher geringer ist als beim Drehen.
Die geometrische Komplexität des Bauteils ist ein weiterer Faktor bei der Abwägung zwischen dem Einsatz einer Fräsmaschine oder dem Einsatz einer Drehmaschine. Rotationssymmetrische Teile sind mit einer Drehmaschine problemlos realisierbar. Für unregelmäßige und sehr komplexe Formen werden häufig Fräsmaschinen eingesetzt.
Mit Fräsmaschinen lassen sich hohe Anforderungen an Genauigkeit und Komplexität erfüllen, dafür sind sie mit höheren Betriebskosten verbunden. Fräsmaschinen benötigen häufig eine höhere Antriebsleistung und erzeugen höhere Schnittkräfte, was das Werkzeug im Vergleich zur Drehmaschine intensiver beansprucht.
Es gibt Dreh- und Fräszentren, die die jeweiligen Vorteile des Drehens und Fräsens miteinander kombinieren. Sie vereinigen Dreh- und Fräsmaschine in einer Anlage, was zu einer enormen Zeitersparnis führt. Sie eignen sich hervorragend zur wirtschaftlichen Serienfertigung von komplexen Bauteilen.
