Alles, was Sie wissen müssen über CNC-Fräsen
Willkommen zum ultimativen Leitfaden über CNC-Fräsen! In diesem Blogbeitrag erfahren Sie alles über dieses präzise Herstellungsverfahren, von den Grundlagen bis hin zu fortgeschrittenen Techniken.
Erfahren Sie, wie CNC-Fräsen computergesteuerte Maschinen mit rotierenden Fräsern einsetzt, um Materialien präzise zu formen und eine breite Palette von Komponenten herzustellen.
Entdecken Sie die verschiedenen Arten von Fräsvorgängen, die wichtigsten Komponenten der CNC-Fräsmaschinenund viele mehr.
Fangen wir an!
Was ist CNC-Fräsen?
Beim Fräsen handelt es sich um ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem eine Vielzahl von Rotationsfräsern eingesetzt wird, um Material vom Werkstück abzutragen und Bauteile mit komplexen Formen und präzisen Abmessungen zu formen.
Bei diesem Verfahren wird ein Schneidwerkzeug, das in der Regel auf einer rotierenden Spindel montiert ist, über die Oberfläche eines Blockmaterials bewegt, um überschüssiges Material zu entfernen und die gewünschte Form oder Abmessung zu erzeugen.
Es ist eines von vielen verfügbaren Fertigungsverfahren und kann für alles von einfachen Bohrungen bis hin zu komplexen Konturen in Mehrachsenkonfigurationen verwendet werden.
CNC-Fräsmaschinen können schnell effiziente Ergebnisse liefern und gleichzeitig eine gleichbleibende Maßgenauigkeit über die gesamte Produktion gewährleisten.
Wie funktioniert das CNC-Fräsen?
Beim CNC-Fräsen werden computergesteuerte Maschinen eingesetzt, um Materialien auf der Grundlage von programmierten Anweisungen in G-Code genau.
Diese Maschinen berechnen die Werkzeugbewegungen für präzise Schnitte in verschiedenen Tiefen und Winkeln. Diese Methode ermöglicht eine exakte Replikation von Teilen und bietet Vorteile wie Automatisierung und unvergleichliche Genauigkeit im Vergleich zu manuellen Bearbeitungsmethoden.
Das CNC-System nutzt verschiedene Achsen, um das Schneidewerkzeug mit unglaublicher Präzision zu manövrieren und ermöglicht so einen effizienten Materialabtrag und die Reproduktion komplizierter Designs.
Acht gängige Arten von Fräsoperationen
Zu den gängigen Fräsarten gehören Planfräsen, Flachfräsen, Winkelfräsen, Formfräsen, Verzahnungsfräsen, Spreizfräsen, Profilfräsen und Gangfräsen.
Lassen Sie uns diese Typen weiter diskutieren!
Planfräsen
Planfräsen ist eine Bearbeitungstechnik zur Herstellung von ebenen Flächen und Nuten an Werkstücken.
Ein Planfräser besteht aus mehreren Zähnen, die kreisförmig um seinen Körper herum angeordnet sind. Dadurch kann der Anwender in einem Durchgang mehr Material schneiden als mit einem Schaft- oder Scheibenfräser möglich wäre.
Beim Planfräsen werden sowohl vertikale als auch horizontale Maschinen eingesetzt, die im Vergleich zu anderen Formen der Zerspanung höhere Vorschubgeschwindigkeiten bieten. Mit diesem effizienten Verfahren können große Aufgaben schnell erledigt und bei Bedarf Schnitte mit variabler Tiefe durchgeführt werden.
Welche Werkzeugmaschinen für diesen Vorgang verwendet werden, hängt von dem zu fräsenden Material sowie von dessen Größe, Form, Dicke und gewünschter Oberflächengüte ab.
So werden größere Teile in der Regel auf horizontalen CNC-Maschinen gefräst, während für kleinere Teile Vertikalfräsen verwendet werden.
Neben diesen Maschinentypen können beim Planfräsen auch verschiedene Fräser wie Walzenstirnfräser und Schaftfräser mit versetzten Zähnen eingesetzt werden; die spezifischen Konfigurationen hängen von den Anwendungsanforderungen des jeweiligen Projekts ab.
Einfaches Fräsen
Das Planfräsen ist eine der grundlegendsten Bearbeitungsarten im CNC-Bearbeitungsprozess. Bei dieser Art des Fräsens werden Effektfräser mit verschiedenen Formen und Ausrichtungen verwendet, die für unterschiedliche Anforderungen und Ergebnisse geeignet sind.
Im Allgemeinen werden bei dieser Art der Bearbeitung horizontale Spindeln verwendet, die mit hohen Geschwindigkeiten gedreht werden, um ein optimales Schneidverhalten für ein Material zu erreichen.
Durch den Einsatz dieser speziellen Werkzeuge kann ein Bediener hochpräzise Ergebnisse erzielen und dabei ein hohes Maß an Genauigkeit auch für komplexe Teile beibehalten.
Übliche Konstruktionen können abgewinkelte Nuten umfassen, die fein kontrollierte Bewegungen von Fräsen und Bohrern erfordern, die von CNC-Maschinen verwendet werden, oder solche, die auf Bohrer angewiesen sind, um komplizierte geometrische Werkstücke mit einem hohen Präzisionsniveau zu fertigen.
Eckig fräsen
Beim Winkelfräsen werden winkelförmige Schnitttechniken verwendet, um winklige Merkmale auf Werkstücken zu erzeugen, die nicht orthogonal zur Werkzeugachse liegen.
Beim Winkelfräsen dreht sich ein Scheibenfräser mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten um seine Achse. Es dringt aus verschiedenen Winkeln in das Werkstück ein, so dass einzigartige Formen schnell und präzise hergestellt werden können.
Mit Hilfe des Winkelfräsens können komplexe Konturen, wie z. B. Kegel, erzeugt werden, insbesondere wenn andere Bearbeitungen wie Bohren oder Gewindeschneiden damit kombiniert werden.
Im Vergleich zu anderen Bearbeitungsverfahren bietet das Winkelfräsen eine größere Flexibilität, insbesondere bei der Herstellung von 3D-Teilen, da es nicht-orthogonale Bearbeitungskonturen in allen drei Achsrichtungen ermöglicht.
Formfräsen
Das Formfräsen ist ein Bearbeitungsvorgang, bei dem ein speziell geformter Fräser verwendet wird, um die Materialien eines Werkstücks zu schneiden und zu formen.
Das Formfräsen wird am häufigsten zur Herstellung komplexer Formen und Merkmale sowie zum Schneiden von Nuten oder Rillen in Bauteilen zur genauen Ausrichtung verwendet.
Diese Art der Bearbeitung erfolgt entweder mit horizontalen oder vertikalen Maschinen, die in der Regel CNC-gesteuert sind, um präzise Ergebnisse zu erzielen.
Beim Formfräsen dreht sich der Fräser langsam um seine Mittelachse, während er das Material entlang seiner Umfangskante in vorgegebenen Winkeln durchschneidet; so können sowohl weiche als auch harte Materialien wie Metalle und Kunststoffe in einzigartige Formen gebracht werden.
Verzahnung
Bei dieser Art der Bearbeitung werden rotierende Fräser wie Formfräser, Planfräser und Kreissägen eingesetzt, um durch Konturieren oder Schneiden an einem Werkstück präzise Formen zu erzeugen und Teile mit genauen Abmessungen herzustellen.
Das Hauptziel der CNC-Verzahnungsbearbeitung ist das Erreichen enger Toleranzen - das bedeutet, dass die erzeugte Form und Größe über mehrere produzierte Teile hinweg extrem konsistent sein muss.
Um dies effektiv zu erreichen, werden verschiedene Arten von Zahnradfräsern verwendet, die spezifische Eigenschaften aufweisen, um sauber geformte Zähne in einem gewünschten Eingriffswinkel (normalerweise 14,50) zu erzeugen.
Diese Zahnradfräser können von Werkzeugen mit 12 Zähnen - die für das Abwälzfräsen geeignet sind - bis hin zu Werkzeugen mit Hunderten oder sogar Tausenden von Zähnen reichen, die sich für das präzise und wiederholgenaue Formen komplexer Zahnprofile wie V-Formen eignen.
Spreizfräsen
Dies ist eine wichtige CNC-Fräsbearbeitung, die es einer Werkzeugmaschine ermöglicht, zwei oder mehr parallele Werkstücke mit einem einzigen Schnitt zu bearbeiten.
Bei diesem Verfahren werden zwei nebeneinander liegende, auf einem Dorn montierte Fräser eingesetzt, die parallele Schlitze, Nuten oder Flächen auf dem Werkstück erzeugen.
Beim CNC-Fräsen im Spreizbetrieb werden in der Regel Geradzahnfräser zur Bearbeitung eingesetzt, und es können mehrere Werkstücke gleichzeitig effizient bearbeitet werden.
Die Anwendungen der Spreizfräse reichen von der komfortablen Herstellung von Nuten auf Wellen und Rippen für die Montage von Rädern bis hin zur schnellen Fertigung von Bauteilen mit hochpräzisen Abmessungen; die Herstellung von Teilen in großen Mengen wird dank dieses effizienten und zuverlässigen Verfahrens wesentlich einfacher.
Profilfräsen
Es gibt vier Hauptarten des Profilfräsens: Schruppen, Halbschlichten, Schlichten und Superschlichten.
Dabei handelt es sich um Bearbeitungen mit einfachen geometrischen Merkmalen wie das Herstellen von Löchern und das Taschenfräsen.
Bei dieser Art des Profilfräsens werden auch runde Wendeschneidplatten und Konzepte mit Radius verwendet, da sie eine effiziente Zerspanung bei der Herstellung von Teilen mit bestimmten geometrischen Feinheiten ermöglichen.
Das Profilfräsen liefert hochwertige Teile, die aus sich überschneidenden Ebenen wie Zonen oder Kavitäten bestehen, die komplexe ästhetische Formen in die Realität umsetzen können und gleichzeitig sicherstellen, dass die Endprodukte präzise Abmessungen und Gleichmäßigkeit aufweisen, selbst bei schwer zu bearbeitenden Materialien wie Edelstahl, Titan und Inconel-Legierungen.
Bandenfräsen
Das Gruppenfräsen ist eine Unterkategorie des Formfräsens, bei der zwei oder mehr Fräser mit unterschiedlichen Größen, Formen oder Breiten auf demselben Maschinendorn eingesetzt werden. Mit diesem Verfahren können komplexe Muster und Formen erstellt werden, da mehrere Schnitte auf einmal möglich sind.
Als fortschrittliche Form der CNC-Bearbeitung bietet das Gangfräsen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine höhere Genauigkeit und Effizienz, da es Materialien schneller und mit höherer Präzision bearbeitet.
Mit dieser Methode können Ingenieure komplizierte Teile viel einfacher als je zuvor herstellen und die Fertigungszeit ohne Qualitätseinbußen erheblich verkürzen.
Die wichtigsten Komponenten einer CNC-Fräsmaschine
Eine CNC-Fräsmaschine besteht aus mehreren wesentlichen Komponenten, die es ihr ermöglichen, ein Werkstück nach einem vorgegebenen Programm zu schneiden und zu formen.
Hier sind sie:
Maschinenschnittstelle
Die Maschinenschnittstelle ist die wichtigste Verbindung zwischen dem Bediener und der Maschine.
Es bietet den Bedienern eine Plattform, um Daten einzugeben, den Fortschritt ihres Produkts während der Bearbeitung zu überwachen und bei Bedarf Anpassungen vorzunehmen.
Das Bedienfeld umfasst verschiedene Knöpfe, Schalter und Tasten, mit denen der Benutzer die CNC-Ausrüstung präzise bedienen und gleichzeitig alle Änderungen, die während der Produktion erforderlich sind, im Auge behalten kann.
Säule
Die Säule beherbergt viele wichtige Komponenten. Sie ist eine vertikale Struktur, die mit dem Sockel verbunden ist, sich entlang einer Achse bewegt und sowohl den Werkzeugrevolver als auch das Ölgehäuse trägt.
Diese Verbindung ermöglicht präzise Einstellungen beim Schneiden oder Drehen von Materialien mit minimalen Abweichungen oder Bewegungen vom Ausgangspunkt.
Durch die Verbindung mit der Basisstruktur sorgt sie außerdem für Stabilität, während sich die motorisierte Spindel dreht, um komplexe Formen präzise nach programmierten Anweisungen zu erstellen.
Knie
Das Knie ermöglicht die Anpassung an wechselnde Bedingungen und automatisierte Bewegungen. Es arbeitet mit der Säule, dem Vorschubmechanismus, dem Arbeitstisch und der Spindel zusammen, um eine genaue Ausrichtung der Werkzeuge während der Bearbeitung zu gewährleisten.
Dieses wichtige Maschinenteil passt seine Position auf der Grundlage des an die CNC-Steuerung gelieferten G-Codes an, was zu einheitlichen Ergebnissen bei allen Produktläufen beiträgt.
Sattel
Der Sattel trägt sowohl zur Genauigkeit als auch zur Stabilität bei. Dieses Bauteil befindet sich unter dem Arbeitstisch und nutzt seine parallele Bewegung, um die Werkstücke während der Bearbeitung zu unterstützen.
Dies ermöglicht präzise Schnitte und auffällige Details, die ohne die stabile Unterlage eines stabilen Sattels nicht möglich wären.
Arbeitstisch
Der Arbeitstisch ist aus Gusseisen gefertigt und verfügt über T-Nuten, die eine sichere Befestigung des Werkstücks ermöglichen, so dass es separat positioniert oder im Verhältnis zu den Schneidwerkzeugen gedreht werden kann.
Dieser starr montierte Tisch ermöglicht die Bewegung und Drehung für mehrere Bearbeitungsprofile.
Mit seiner präzisen Konstruktion und seiner Fähigkeit, das Werkstück während der Arbeitszyklen fest zu halten, ist ein zuverlässiger Arbeitstisch für CNC-Werkzeugmaschinen entscheidend für leistungsstarke Ergebnisse.
Spindel
Die Spindel hält und treibt die beim Fräsen verwendeten Schneidwerkzeuge an. Sie steuert sowohl die Drehzahl als auch die Vorschubgeschwindigkeit beim CNC-Fräsen.
Wenn die Verriegelung auf eine bestimmte Position eingestellt ist, ist sie außerdem für die Positionierung der Z-Achse verantwortlich und ermöglicht die Auf- und Abwärtsbewegung, die für die Bearbeitung der von Ingenieuren entworfenen Formen erforderlich ist.
Für das ordnungsgemäße Funktionieren einer CNC-Maschine sind auch Komponenten wie Säulen von Bedeutung, die die Spindel aufgrund ihrer Gewichtskräfte während der Drehung vor dem Umkippen bewahren und die Genauigkeit bei der Bearbeitung von Materialien mit höheren Drehmomenten an Spindeln verbessern.
Laube
Ein Dorn, der auch als Spindel bezeichnet wird, hält und sichert das Schneidwerkzeug während des Bearbeitungsvorgangs.
Die Größe und Ausführung eines Fräsdorns hängt von der Art der Fräsbearbeitung ab, die durchgeführt wird.
Auch die Steifigkeit sollte berücksichtigt werden, um Bewegungen bei Drehmomentbelastungen durch Schnittkräfte zu vermeiden, die zu ungenauen Schnitten führen oder im Extremfall Ihre Teile und Werkzeuge beschädigen könnten.
Die Konstruktion einer stabilen Spindel, die in verschiedenen Winkeln Halt und Stabilität bietet, kann Vibrationen reduzieren und gleichzeitig die Laufruhe und Genauigkeit während der gesamten Bearbeitungszeit erhöhen - alles Faktoren, die für eine erfolgreiche Produktion mit CNC-Fräsmaschinen entscheidend sind.
Ram
Der Stößel befindet sich am oberen Ende der Säule. Es handelt sich um ein verstellbares armförmiges Teil, das nach oben oder unten bewegt werden kann, um die richtige Position für die zu erledigende Arbeit zu finden.
Sie hält den Fräskopf - ein rotierendes Werkzeug, das zum Abtragen von Material von einem Werkstück verwendet wird - an seinem Platz. Er kann sich je nach Bedarf in alle Richtungen bewegen und ermöglicht so präzise Berechnungen und Bewegungen durch die numerische Computersteuerung (CNC).
Werkzeugmaschine
Die Werkzeugmaschine besteht in der Regel aus einer Spindel, die die Schneidwerkzeuge hält und dreht, mit denen das Material vom Werkstück abgetragen wird, und einer Arbeitsfläche oder Haltevorrichtung, auf die oder in die das Werkstück gelegt wird.
Die Fähigkeit der verschiedenen Werkzeugmaschinentypen, sich in verschiedene Richtungen zu bewegen, ermöglicht es ihnen, komplexe Schnittmuster mit Genauigkeit und Präzision auszuführen.
So lassen sich einige von ihnen sowohl vertikal als auch horizontal schwenken, so dass sie mehr Winkel für tiefere Schnitte erzeugen können, die mit herkömmlichen manuellen Holzbearbeitungsmethoden nicht möglich sind.
Schlussfolgerung
CNC-Fräsen ist ein präzises Fertigungsverfahren, bei dem computergesteuerte Maschinen eingesetzt werden, um Werkstoffe mit hoher Genauigkeit zu schneiden.
Sie bietet Vielseitigkeit durch verschiedene Fräsoperationen wie Plan-, Flach-, Winkel-, Form-, Zahnrad-, Spreiz-, Profil- und Gruppenfräsen.
Die CNC-Fräsdienstleistungen der DEK optimieren die Präzisionstechnik, indem sie fortschrittliche Maschinen und Qualitätskontrollmaßnahmen für eine kosteneffiziente und komplizierte Komponentenproduktion einsetzen.
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Häufig gestellte Fragen
Ist CNC-Bearbeitung dasselbe wie Fräsen?
Nein, CNC-Bearbeitung ist nicht genau dasselbe wie Fräsen. Sie sind zwar insofern verwandt, als bei beiden Verfahren mit Schneidwerkzeugen Material von einem Werkstück entfernt wird, aber es gibt wichtige Unterschiede zwischen ihnen.
Das CNC-Fräsen ist ein spezieller Teilbereich der CNC-Bearbeitung, bei dem rotierende Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, um Material abzutragen und detaillierte oder präzise Komponenten herzustellen.
Beim CNC-Fräsen werden rotierende Fräser eingesetzt, die entlang der Oberfläche eines Materials arbeiten, um das gewünschte Endprodukt zu erzielen. Dies ist besonders nützlich für komplizierte Merkmale oder Strukturen, ohne auf chemische Nachbearbeitungsmethoden wie Sandstrahlen oder Galvanisieren angewiesen zu sein.
Was sind gängige Anwendungen für das CNC-Fräsen?
CNC-Fräsen wird u. a. in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik für komplizierte Teile, in der Metallbearbeitung, im Prototypenbau und in der Automobilherstellung eingesetzt.
Sogar bei handwerklichen Gegenständen wie Instrumenten oder Möbeln sorgt das CNC-Fräsen für präzise Formen.
In der Medizin werden beispielsweise Implantate mit Präzision hergestellt, damit sie sicher eingesetzt werden können.
In der Luft- und Raumfahrt garantiert es Sicherheit und leichte Teile, die mit anderen Verfahren nicht erreicht werden können.
CNC-Fräsen vs. CNC-Drehen, was ist besser für Sie?
CNC-Fräsen ist ideal für komplizierte Formen und detaillierte Kurven, da es komplexe, dreidimensionale Oberflächen effizient und mit mehreren Bewegungsachsen bearbeiten kann. Sie wird empfohlen, wenn eine präzise Formgebung entscheidend ist, und erzeugt weniger Abfall als die manuelle Bearbeitung.
Andererseits, CNC-Drehen eignet sich für einfachere Teile wie Kreise oder Zylinder, für die oft weniger Werkzeuge benötigt werden, insbesondere für Konstruktionen mit gebogenen Kanten oder gefrästen Nuten/Tiefen.
Ist CNC-Fräsen teuer?
Die Kosten für CNC-Fräsen schwanken je nach Maschinengröße, Komplexität und Präzisionsanforderungen.
Die Bandbreite der Maschinen reicht von einigen Tausend Dollar (für Hobbymodelle) bis zu Hunderttausenden für Maschinen in Industriequalität, wobei die Wartungskosten in ähnlicher Größenordnung liegen.
Zusätzliche Faktoren wie Maschinentypen, qualifizierte Arbeitskräfte und komplizierte Herstellungsverfahren können die Kosten in die Höhe treiben.
Die Stundensätze liegen zwischen $10 und $150, aber die Unternehmen können Strategien zur Senkung dieser Kosten anwenden, wenn sie die CNC-Bearbeitung in ihren Betrieb integrieren.
Was sind 3-, 4- und 5-Achsen-Fräsmaschinen?
3-Achsen-Fräsen bewegt sich entlang der X-, Y- und Z-Ebenen zum Schneiden und Formen.
Beim 4-Achsen-Fräsen dreht sich das Schneidwerkzeug zusätzlich um seine eigene Achse (A-Achse), um verschiedene Punkte im Raum präziser erreichen zu können.
Das 5-Achsen-Fräsen umfasst das 3+2-Index-CNC-Fräsen und das kontinuierliche CNC-Fräsen, das eine gleichzeitige Drehung von Werkstück und Spindel ermöglicht. Durch den Einsatz von zwei Rotationsachsen neben den drei linearen Achsen werden äußerst präzise Ergebnisse bei komplexen Oberflächen erzielt, ideal für komplizierte Designs und gekrümmte Formen in mehreren Ebenen.
Was sind die Vorteile des CNC-Fräsens?
Das CNC-Fräsen ist viel besser als die manuelle Bearbeitung, weil es sehr präzise und genau ist.
Computer steuern die Werkzeuge, so dass die Teile genau wie die Konstruktionspläne ausfallen, was viel Material und Geld spart, da weniger Fehler auftreten.
Außerdem eignet sich dieses Verfahren hervorragend für große Produktionsserien, da es schneller und gleichmäßiger ist als herkömmliche Methoden und auch Arbeitskosten spart.
In welchen Branchen wird CNC-Fräsen benötigt?
Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik, der Maschinenbau, die Automobilbranche und andere sind in hohem Maße auf das CNC-Fräsen für die Präzisionsfertigung angewiesen.
Sie ist von entscheidender Bedeutung für die Herstellung komplizierter Teile in der Luft- und Raumfahrt (z. B. Turbinenschaufeln), für die Gewährleistung der Genauigkeit in medizinischen Geräten und für das Prototyping in verschiedenen Industriezweigen für Metall- oder Kunststoffprodukte.
Wie holen Sie das Beste aus dem CNC-Fräsen mit der DEK heraus?
Die CNC-Fräsdienstleistungen der DEK bieten eine innovative Lösung für komplexe Bauteile und Materialabtragsanforderungen.
Durch die Kombination von hochmodernen Maschinen und Fachwissen über Bearbeitungsprozesse liefert DEK ihren Kunden kosteneffiziente Produktionsergebnisse, die komplizierte Designs innerhalb bestimmter Parameter realisieren.
Um die Vorteile einer solchen Präzisionstechnik zu maximieren und gleichzeitig das Budget einzuhalten, sollten die Ingenieure eine Reihe von Strategien anwenden:
- Die Verwendung fortschrittlicher CAD/CAM-Software ermöglicht es Ingenieuren, 3D-Modelle zu erstellen und Echtzeit-Feedback zu geben.
- Die strategische Auswahl der richtigen Schneidewerkzeuge für jedes Teil entsprechend den Größen- und Konstruktionsspezifikationen trägt wesentlich dazu bei, dass Ausschuss oder fehlerhafte Teile minimiert werden.
- Die Integration von Qualitätskontrollmaßnahmen in die Produktherstellungszyklen gewährleistet nicht nur eine optimale Leistung, sondern auch die Validierung gut entwickelter Produkte, die innerhalb enger Toleranzen hergestellt werden.
Letztlich sind dies nur einige Schritte zur Optimierung von CNC-Fräsprojekten mit DEK.
Die DEK bietet nahtlose Unterstützung bei jedem Schritt, von der optimalen Projektplanung bis zur Überprüfung der Qualitätssicherung über die Erwartungen hinaus.
