Was ist Fräsen?
Fräsen gehört zu den spanenden Fertigungsverfahren und ist charakterisiert durch die Nutzung eines Werkzeugs mit definierten Schneiden, meist einem Fräser. Im Prozess werden Späne sukzessive von einem Rohstück abgetragen, um eine gewünschte Form zu erzeugen. Der Fräsprozess kann sowohl für einfache als auch für komplexe Konturen verwendet werden, und zwar bei Werkstoffen wie Holz, Kunststoff und verschiedenen Metallen.
Beim Fräsen wird die Schnittbewegung vom rotierenden Werkzeug ausgeführt, während das Werkstück entweder fixiert ist oder sich entlang festgelegter Bahnen bewegt. Diese Vorschubbewegung kann sowohl senkrecht als auch schräg zur Rotationsachse des Werkzeugs erfolgen. Charakteristisch für das Fräsen ist der unterbrochene Schnitt am Werkstück, bei dem die Schneide des Werkzeugs in unterschiedlichen Intervallen in den Werkstoff eintaucht und diesen wieder verlässt. Dieses Prinzip erzeugt eine dynamische Belastung, die den Anforderungen an die Präzision und Oberflächengüte des fertigen Werkstücks gerecht wird.
Fräsmaschinen, die dieses Verfahren ermöglichen, sind in manuellen und CNC-gesteuerten Ausführungen verfügbar. Vor allem in der industriellen Fertigung kommen heute vorwiegend CNC-Maschinen zum Einsatz, da diese eine höhere Genauigkeit und Automatisierung bieten. Solche Maschinen ermöglichen es, verschiedene Parameter wie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnittbreite und Eingriffswinkel präzise zu steuern, um die gewünschten Konturen und Oberflächenqualitäten zu erreichen.
Fräsvarianten und -verfahren
Es gibt verschiedene Ansätze und Methoden des Fräsens, die je nach Art des Werkstücks und den gewünschten Ergebnissen Anwendung finden. Hier sind einige der wichtigsten:
Gleichlauffräsen und Gegenlauffräsen
Diese beiden grundlegenden Methoden unterscheiden sich in der Richtung von Fräser- und Werkstückbewegung:
- Gleichlauffräsen: Hier bewegen sich Fräser und Werkstück in die gleiche Richtung. Dies reduziert den Verschleiß und sorgt oft für eine glattere Oberfläche. Besonders geeignet ist dieses Verfahren für die Bearbeitung von dünnen Werkstoffen und bei Anforderungen hoher Oberflächengüten.
- Gegenlauffräsen: In diesem Fall bewegen sich Fräser und Werkstück in entgegengesetzte Richtungen, was zu einer höheren Materialabtragung und besseren Kontrolle führt. Es ist ideal für die Bearbeitung harter Materialien.
Fräsverfahren nach der Form der zu erzeugenden Fläche
Je nach der gewünschten Geometrie und Art der Bearbeitung des Werkstücks werden folgende Verfahren ausgewählt:
- Planfräsen: Dieses Verfahren eignet sich zum Egalisieren von Oberflächen und zum Erzeugen von ebenen Flächen.
- Rundfräsen: Zur Bearbeitung kreiszylindrischer Flächen, sowohl innen als auch außen.
- Formfräsen: Mit gesteuerter Vorschubbewegung können Sie komplexe Formen und Konturen erzeugen.
- Nutfräsen: Vor allem für das präzise Einbringen von Nuten in unterschiedliche Materialien geeignet.
Spezielle Fräsverfahren
Für bestimmte Anwendungen gibt es spezialisierte Verfahren:
- Schraubfräsen/Gewindefräsen: Für die Herstellung von Gewinden und schraubenförmigen Konturen.
- Profilfräsen: Überträgt ein spezifisches Werkzeugprofil auf das Werkstück und ist nützlich für Führungs- und Formnuten.
- Wälzfräsen: Wird oft bei der Herstellung von Zahnrädern eingesetzt durch kombinierte Vorschub- und Wälzbewegung.
Dimensionale Frästechniken
Die Komplexität der Frästechniken kann nach der Anzahl der bearbeiteten Dimensionen variieren:
- 2D-Fräsen: Bearbeitung in den Raumrichtungen X und Y bei konstanter Tiefe.
- 2.5D-Fräsen: Bearbeitungen in X und Y mit variierender Tiefe (Z) für Bohrungen oder Taschen.
- 3D-Fräsen: Bearbeitung in allen drei Dimensionen (X, Y, Z), ideal für komplexe 3D-Formen, oft mit 5-Achs-CNC-Maschinen.
Wählen Sie das passende Fräsverfahren je nach Anforderungen Ihres Projekts und den Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials.
Parameter beim Fräsen
Die Berücksichtigung verschiedener Parameter ist entscheidend für optimale Fräsergebnisse. Diese beeinflussen sowohl die Qualität des gefertigten Werkstücks als auch die Wirtschaftlichkeit des gesamten Prozesses.
- Schnittgeschwindigkeit: Beeinflusst die Effizienz der Materialabtragung, gemessen in Meter pro Minute (m/min). Hängt von der Drehzahl und dem Durchmesser des Werkzeugs ab.
- Schnittbreite (ae): Die Breite des Materialeingriffs, gemessen senkrecht zur Vorschubrichtung. Ein optimaler Wert liegt häufig bei etwa zwei Dritteln des Werkzeugdurchmessers.
- Vorschubgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug in das Werkstück eintaucht, gemessen in Millimeter pro Minute (mm/min). Höhere Vorschubgeschwindigkeit erhöht die Spanungsdicke und beschleunigt den Materialabtrag, kann aber auch den Werkzeugverschleiß steigern.
- Schnitttiefe (ap): Die Tiefe des Schneideingriffs ins Material, differenziert in radiale und axiale Schnitttiefe.
- Spanungsdicke: Beeinflusst die Belastung der Schneiden, je nach Fräsart variierend.
- Zeitspanvolumen: Volumen des pro Minute abgetragenen Materials, ein wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit.
- Eingriffswinkel: Beeinflusst die Anzahl der gleichzeitig im Einsatz befindlichen Schneiden. Ein größerer Winkel sorgt für eine ruhigere Fräsbewegung.
Wählen Sie die optimalen Parameter basierend auf den spezifischen Materialeigenschaften und den Anforderungen an die Oberflächengüte.
Werkstoffe und Maschinen
Beim Fräsen können Sie verschiedene Werkstoffe bearbeiten, darunter:
- Metalle: Üblicherweise bearbeitete Metalle sind Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing, Bronze und Titan. Diese Materialien sind essenziell in der metallverarbeitenden Industrie einschließlich Maschinenbau und Medizintechnik.
- Kunststoffe: Diese Werkstoffe sind besonders in der Prototypenherstellung und Elektrotechnik beliebt.
- Holz und Holzwerkstoffe: In der Tischlerei und im Modellbau werden Vollholz und Holzwerkstoffe wie Sperrholz und Spanplatten häufig gefräst.
Wir unterscheiden bei Fräsmaschinen:
- Fräsmaschinen: Diese Maschinen verfügen meistens über mindestens drei Achsen und können manuell oder CNC-gesteuert betrieben werden. CNC-Maschinen sind weit verbreitet, da sie eine hohe Präzision und Automatisierung ermöglichen.
- Fräswerkzeuge: Es gibt eine Vielzahl von spezialisierten Fräswerkzeugen mit einer oder mehreren Schneiden, die sich um ihre eigene Achse drehen und Material in Form von Spänen abtragen. Die Werkzeugauswahl hängt stark vom gewünschten Ergebnis und dem bearbeiteten Material ab.
In der industriellen Fertigung haben CNC-Fräsmaschinen hohe Bedeutung. Sie bieten nicht nur Präzision, sondern ermöglichen auch die Erzeugung komplexer Geometrien und feiner Oberflächenqualitäten. Nutzen Sie diese Maschinen und Werkzeuge, um anspruchsvolle Fräsarbeiten effizient durchzuführen.
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