So funktioniert das CNC-Fräsen

Was ist CNC-Fräsen

CNC-Fräsen ist ein Herstellungsprozess, bei dem eine computergesteuerte Werkzeugmaschine Material von einem festen Materialblock (dem sogenannten Werkstück) entfernt, um ein maßgeschneidertes Teil oder Produkt zu erstellen. Die Buchstaben „CNC“ stehen für „Computer Numerical Control“, was bedeutet, dass die Fräsmaschine mithilfe einer Computersoftware so programmiert wird, dass sie ihre Schneidwerkzeuge entlang eines vorgegebenen Pfads führt, um die gewünschte Form zu erzeugen.

CNC Fräsen

Der CNC-Fräsprozess

Die in den 1950er Jahren entwickelte CNC-Technologie machte mit der Einführung von Computern in den 1980er Jahren einen bedeutenden Fortschritt. Der CNC-Prozess beginnt im Gegensatz zu anderen Produktionsmethoden mit einem zweidimensionalen oder dreidimensionalen Rendering, das von einem Computer erstellt wird. Mithilfe von CAD (Computer Aided Design) werden Anweisungen erstellt, die von CNC-Maschinen befolgt werden können.

Eine CAD-Software definiert die Maße und Anforderungen des Teils genau. Es wird von Ingenieuren und Designern verwendet, um Prototypen zu prüfen, zu verbessern und zu genehmigen. Mit dieser Methode können sie ihre Ideen genau prüfen, ohne einen Prototyp auf einer Maschine herstellen zu müssen. CAD bietet den Vorteil, sicher und ohne Zeit- und Arbeitsverlust an einem Konzept zu arbeiten. Heutzutage gibt es viele Artikel auf dem Markt, die ursprünglich unter Verwendung von hergestellt wurden CAD-Software.

Um die CNC-Maschine zu programmieren, muss ein Teil in eine Programmiersprache umgewandelt werden. Die Anweisungen für die CNC-Maschine werden mithilfe von CAM, computergestützter Fertigung, in allgemeinen oder sonstigen Code, G-Code oder M-Code, umgewandelt.

Die übersetzten Informationen werden zur Einrichtung der CNC-Maschine und zum Herunterladen der CAD-Programmierung an die Produktion weitergeleitet. Das Hinzufügen von Werkzeugen, das Einlegen von Rohmaterial und das Testen des Prozesses sind alles Teile der Einrichtung der Ausrüstung. Sobald die CNC-Maschine programmiert ist, wird das Rohmaterial bzw. Werkstück eingelegt. Um ein fertiges Produkt zu erstellen, führt die Maschine automatisch die programmierten Anweisungen aus.

Neben Metall, Kunststoff, Glas und Holz ist CNC auch in der Lage, eine Vielzahl anderer Materialien umzuformen. Es kann so programmiert werden, dass innerhalb von Minuten kundenspezifische Teile nach genauen und genauen Spezifikationen hergestellt werden. In der modernen Fertigung werden vielfältige Produkte effizient und wirtschaftlich per CNC gefertigt.

Seit 1952 ist das CNC-Fräsen die am weitesten verbreitete Form der CNC-Bearbeitung. Das Mahlen gehört seit dem frühen 19. Jahrhundert zu den ältesten Herstellungsverfahren. Da es darauf ausgelegt ist, Material von einem Werkstück abzutragen, ist es ein perfekter Partner für die CNC-Methode.

CNC-Fräsmaschinen

Eine CNC-Fräsmaschine ist eine Art Werkzeugmaschine, die die Technologie der computergestützten numerischen Steuerung (CNC) nutzt, um den Bearbeitungsprozess zu automatisieren. CNC-Fräsmaschinen werden in der Fertigungsindustrie häufig zur Herstellung hochpräziser Bauteile für verschiedene Anwendungen eingesetzt.

Das Grundprinzip einer CNC-Fräsmaschine besteht darin, Material von einem Werkstück zu entfernen, indem ein Schneidwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit rotiert, während das Werkstück stationär gehalten wird. Das Schneidwerkzeug wird von einem Computerprogramm gesteuert, das den Werkzeugweg und die Schneidparameter wie Geschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe bestimmt.

CNC-Fräsmaschinen gibt es in verschiedenen Typen und Größen, von kleinen Tischmaschinen für Hobby- oder Bildungszwecke bis hin zu großen Industriemaschinen für die Massenproduktion. Zu den gängigen Arten von CNC-Fräsmaschinen gehören Vertikalfräsmaschinen, Horizontalfräsmaschinen und Portalfräsmaschinen.

Vertikalfräsmaschinen

Vertikalfräsmaschinen sind die gebräuchlichste Art von Fräsmaschinen und werden typischerweise zum Fräsen flacher Flächen oder Schlitze in einem Werkstück verwendet. Das Schneidwerkzeug ist vertikal montiert und bewegt sich auf und ab, um das Werkstück zu schneiden.

Horizontalfräsmaschinen

Horizontalfräsmaschinen sind Fräsmaschinen, bei denen das Schneidwerkzeug horizontal statt vertikal montiert ist. Sie werden typischerweise zum Fräsen von Schlitzen, Nuten oder anderen ebenen Flächen an einem Werkstück verwendet. Die Maschinen werden häufig bei Schwerzerspanungsvorgängen eingesetzt und sind häufig in Produktionsbetrieben zu finden, die große Mengen an Metallkomponenten herstellen.

Portalfräsmaschinen

Portalfräsmaschinen sind größere Maschinen, die für schwere Bearbeitungsvorgänge eingesetzt werden. Sie werden typischerweise zum Fräsen großer Teile oder Komponenten verwendet, die ein hohes Maß an Präzision erfordern. Portalfräsmaschinen haben eine brückenartige Struktur, die sich über die gesamte Breite des Arbeitsbereichs erstreckt und eine Bewegung des Schneidwerkzeugs in mehrere Richtungen ermöglicht.

Vorteile der CNC-Fräsmaschine

Einer der Hauptvorteile von CNC-Fräsmaschinen ist ihre Fähigkeit, hochpräzise Bauteile mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit herzustellen. Dadurch sind sie ideal für die Herstellung komplexer Teile mit engen Toleranzen. CNC-Fräsmaschinen sind zudem äußerst effizient und können Teile viel schneller produzieren als manuelle Fräsmaschinen.

Ein weiterer Vorteil von CNC-Fräsmaschinen ist ihre Flexibilität. Mit einer CNC-Fräsmaschine können Sie die Schnittparameter einfach ändern, um verschiedene Arten von Teilen oder Komponenten herzustellen. Dadurch sind sie ideal für den Einsatz in einer Vielzahl von Branchen geeignet, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik und Elektronik.

Neben ihrer Präzision und Flexibilität zeichnen sich CNC-Fräsmaschinen auch durch ihre Vielseitigkeit aus. Sie können zur Bearbeitung einer Vielzahl von Materialien eingesetzt werden, darunter Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Dadurch eignen sie sich ideal für die Herstellung von Teilen für eine Vielzahl von Anwendungen, von einfachen Halterungen bis hin zu komplexen Luft- und Raumfahrtkomponenten.

Obwohl CNC-Fräsmaschinen viele Vorteile gegenüber manuellen Fräsmaschinen bieten, erfordern sie für ihre Bedienung auch ein höheres Maß an technischem Fachwissen. CNC-Fräsmaschinen erfordern qualifizierte Bediener, die mit Computerprogrammierung und Bearbeitungsvorgängen vertraut sind. Darüber hinaus sind CNC-Fräsmaschinen in der Regel teurer als manuelle Fräsmaschinen, was für einige kleine Unternehmen oder Bastler ein Hindernis darstellen kann.

Arten des CNC-Fräsens

Die Genauigkeit des CNC-Fräsens macht es für eine Vielzahl von Branchen geeignet. Mit Hilfe eines CAD-Programms können beim CNC-Fräsen Prototypen für Prüfungen, Einzelstücke, mehrteilige Baugruppen und Kleinserien erstellt werden. Seine Vielseitigkeit macht es zu einer beliebten Produktionsmethode. Beim CNC-Fräsen gibt es vier gängige Fräsverfahren.

Planfräsen

Beim Planfräsen ist die Fräserachse im rechten Winkel zur ebenen Fläche ausgerichtet. Die Fräser für dieses Verfahren verfügen über Zähne am Umfang und an der Werkzeugfläche. Beim Schneiden der peripheren Zähne und beim Finieren der Stirnzähne hat jedes Gebiss eine bestimmte Funktion. Die Planfräsmethode erzeugt bessere Oberflächen und kann vertikal oder horizontal verwendet werden.

Einfaches Fräsen

Wenn die Fräserachse parallel zur zu fräsenden Oberfläche verläuft, spricht man von Flachfräsen, Flächenfräsen oder Plattenfräsen. Auf einem Fräsmaschinentisch wird das Werkstück parallel zur Oberfläche montiert und der Fräser auf einem Fräsmaschinendorn montiert. Zwischen Spindel und Dornträger der Fräsmaschine befinden sich mehrere Dornträger. Das Werkstück wird direkt auf den Tisch gespannt. An der Peripherie glatter Fräswerkzeuge befinden sich Zähne.

Abhängig von der Oberflächengröße können schmale Fräser tiefe Schnitte und breite Fräser große Schnitte ausführen. Bediener verwenden grob gezahnte Fräser, langsame Schnittgeschwindigkeiten und schnelle Vorschübe, um eine ungefähre Geometrie von Teilen zu erzeugen, bei denen große Materialmengen abgetragen werden müssen, gefolgt von feiner gezahnten Fräsern, schnelleren Schnittgeschwindigkeiten und langsameren Vorschüben, wenn Details erforderlich sind.

Winkelfräsen

Unter Winkelfräsen versteht man das Fräsen ebener Flächen in einem Winkel zur Werkstückoberfläche. Winkelfräser werden zum Fräsen von Winkelflächen wie Fasen, Verzahnungen und Nuten verwendet. Als Beispiel für Winkelfräsen verwendet das Schwalbenschwanzfräsen je nach Design einen Winkel von 45°, 50°, 55° oder 60°. Nach dem Ausfräsen der Feder oder Nut mit einem Scheibenfräser kommen Winkelfräser zum Schlichten der eckigen Seiten und der Basis zum Einsatz.

Formfräsen

Mit dem Formfräsen können Sie unregelmäßige Oberflächen wie Kurven, Abflachungen oder alle Kurven fräsen. Die Formung kann in einem einzigen Schnitt erfolgen, indem ein Fräser oder Schlagfräser verwendet wird, der an die Kontur des Schnitts angepasst wird. Beim Formfräsen werden an Werkstücken halbrunde Aussparungen und Sicken oder viertelrunde Radien gefräst. Formfräser können je nach erforderlichem Kreisdurchmesser als konvexe, konkave oder eckenverrundende Fräser ausgeführt sein. Mit dem Formfräsen können Sie komplizierte Muster erstellen oder mehrere komplexe Oberflächen gleichzeitig fräsen. Mit diesem Verfahren können auch halbkugelförmige und halbrunde Hohlräume, Sicken und Konturen geformt werden.

Spezialisierte Mühlenbetriebe

Verzahnung

Verzahnungsmaschinen werden zum Schruppen und Schlichten von Zahnradzähnen, zum Einpassen von Zahnrädern sowie zum Feinschlichten und Abrunden der Enden von Zahnradzähnen verwendet. Sie werden zur Herstellung von Stirn-, Schräg-, Fischgräten- und Schneckengetrieben verwendet. Für vertikale Modelle sind sowohl bewegliche als auch stationäre Ständer erhältlich. Fräser gibt es in unterschiedlichen Formen und Größen, abhängig von der Zähnezahl des Zahnraddesigns.

Spreizfräsen

Beim Straddle-Fräsverfahren werden zwei oder mehr parallele vertikale Flächen gleichzeitig bearbeitet, indem zwei Fräser in einem präzisen Winkel voneinander auf derselben Welle montiert werden. Beide Seiten des Werkstücks werden gleichzeitig maßgenau und präzise bearbeitet. Indexiervorrichtungen oder Vertikal-Schwenkspannstöcke halten das Werkstück.

Profilfräsen

Beim Profilfräsen werden unterschiedliche Fräser zum Schruppen oder Schlichten vertikaler oder geneigter Oberflächen verwendet, und Mehrachsen können für konvexe und konkave 2D- und 3D-Formen verwendet werden. Die Schneidwerkzeuge können parallel oder senkrecht zur Werkstückebene sein. Im Allgemeinen werden runde Wendeschneidplatten und Radiusfräser zum Schruppen und Halbschruppen verwendet, während Kugelfräser zum Schlichten verwendet werden.

Gangfräsen

Beim Gruppenfräsen werden mehrere Fräser eingesetzt, um mehrere Oberflächen eines Werkstücks gleichzeitig zu bearbeiten. Die Fräser können den gleichen oder unterschiedlichen Durchmesser haben. Der Prozess kann kompliziertere Schnitte für komplexe Teile erzeugen und die Produktionszeit verkürzen. Das Gruppenfräsen ist die perfekte Wahl, wenn mehrere Schnitte erforderlich sind, z. B. Schlitze, Abflachungen und Winkelnuten.

Spezialisierte Fräsfunktionen stellen nur einen Teil der Gesamtzahl der verfügbaren einzigartigen Fräsgeräte dar. Mit der Entwicklung komplexerer Designs und Teile werden neue Arten von Fräsmethoden erfunden. Auch wenn das Fräsen ein alter Prozess ist, ist es zu einem integralen Bestandteil der modernen Fertigung geworden.

Zusammenfassung

CNC-Werkzeugmaschinen werden in den unterschiedlichsten Branchen für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Als der berühmte Futurist ray Kurzweil sagte einmal: „Unsere Technologie, unsere Maschinen sind Teil unserer Menschlichkeit.“ Wir haben sie geschaffen, um uns zu erweitern, und das ist das Einzigartige am Menschen.“ Egal in welcher Branche Sie tätig sind, CNC-Bearbeitung Praxen werden auf jeden Fall Ihren Bedürfnissen entsprechen. Daher sollten Sie erkennen können, welches für Sie geeignet ist.

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