Der ultimative Leitfaden für CNC-Fräsmaschinen

Wenn Sie in der Luft- und Raumfahrt, im Gesundheitswesen oder in der Elektronikbranche tätig sind – oder einfach nur neugierig darauf sind, wie komplexe Metallteile hergestellt werden –, dann haben Sie vielleicht schon einmal von der CNC-Fräsbearbeitung gehört.

Da es für verschiedene Metallumformwerkzeuge eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle gibt, ist es ziemlich schwierig, sich ein genaues Bild vom CNC-Fräsen zu machen. Diese Situation erschwert die Auswahl einer CNC-Fräsmaschine und macht es zudem schwierig, deren Funktionsweise zu verstehen.

Dies ist ein umfassender Leitfaden zum Thema CNC-Fräsmaschinen. In diesem Artikel finden Sie Antworten auf alle häufig gestellten Fragen zu diesem Thema.

Was ist eine CNC-Fräsmaschine?

„Computerized Numerical Control“ wird kurz als CNC bezeichnet. Daher können computergesteuerte Maschinen, die zum hochpräzisen Schneiden von Metallteilen verwendet werden, als CNC-Fräsmaschinen oder Fräszentren bezeichnet werden.

Diese Maschinen werden eingesetzt, um aus vorgefertigten Materialien Bauteile für die gewerbliche und industrielle Fertigung herzustellen; diese Bauteile können aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Verbundwerkstoffen bestehen.

CNC-Fräsmaschinen, die zur Herstellung von Maschinenteilen eingesetzt werden können, wobei diese Teile aus axialer Sicht asymmetrisch sind; je nach der spezifischen Krümmung oder Oberflächenkontur bestimmter Bauteile kann eine Kombination aus Bohrungen, Gewinden, Nuten, Rillen und anderen Elementen erforderlich sein.

CNC-Fräsmaschinen sind bei der Massenfertigung komplexer Bauteile aus verschiedenen Materialien sehr beliebt.

Wie funktioniert eine CNC-Fräsmaschine?

Die Zerspanung selbst, also der Bearbeitungsvorgang an einer CNC-Fräsmaschine, setzt sich aus zwei Teilen zusammen: der Vorprogrammierung und der Werkstückvorbereitung.

Vorprogrammierung

Beim CNC-Fräsen bestimmt die auf dem mit der Fräsmaschine verbundenen Computer installierte, vorprogrammierte CAD-Software die Bewegungen der Maschinenachsen. Um diese auszuführen, ist es unerlässlich, die Befehle für die Fräsmaschine mithilfe von G- und M-Codes zu programmieren.

Die Programmiersprache G-Code dient zur direkten Steuerung von CNC-Werkzeugmaschinen. Sie ist logisch aufgebaut und enthält Befehle zur Änderung geometrischer Formen, d. h., mit dem G-Code kann die Maschine die geometrischen Koordinaten ihrer Achsen verändern.

M-Codes hingegen übernehmen nicht-geometrische Maschinenfunktionen, von denen einige beispielsweise das Starten und Stoppen der Spindeldrehung, den Palettenwechsel sowie das Ein- und Ausschalten der Kühlmittelzufuhr umfassen können. M-Codes lassen sich im Vergleich zu G-Codes besser anpassen.

Ohne gut programmierte Software ist ein korrekter Betrieb einer CNC-Fräsmaschine nicht möglich; dies betrifft auch die Vorbereitung der Bauteile.

Das Zerspanen von Werkstoffen ist die Hauptfunktion einer CNC-Fräsmaschine, die für die Fertigung hochpräziser Bauteile ausgelegt ist.

Zylindrische Werkzeuge drehen sich um mehrere Achsen – ein Phänomen, das das allgemeine Prinzip des Fräsens veranschaulicht. Auf diese Weise lassen sich Nuten, Bohrungen und Details in das Werkstück einbringen, wodurch dieses zu einem Spezialbauteil wird.

Der mit dem Schneidwerkzeug bestückte Teil, der als Spindel bezeichnet wird, ist der bewegliche Teil einer CNC-Fräsmaschine und kann vertikal oder horizontal positioniert werden. Dank dieser Anordnung kann das Schneidwerkzeug jede beliebige XYZ-Position am Werkstück erreichen und dort Schneid- und Formungsvorgänge ausführen.

Das Werkstück kann fixiert oder auf dem Arbeitstisch befestigt werden; andernfalls wird das Werkzeug in gerader Richtung geführt und an der Spindel positioniert, um das Werkstück zu bearbeiten. Durch die Ausführung des beschriebenen Vorgangs wird Material vom Werkstück abgetragen, um so die gewünschte Form zu erzielen.

Die Vorprogrammierung ermöglicht den weiteren Betrieb der CNC-Werkzeugmaschine, was zur Herstellung fertiger Bauteile führt.

Sind CNC-Fräsen und manuelles Fräsen dasselbe?

Bevor das CNC-Fräsen erfunden wurde, konnte die Formgebung von Bauteilen nur mit manuellen Fräswerkzeugen erfolgen. Auch wenn das computergesteuerte Fräsen mittlerweile weit verbreitet ist, setzen einige Hersteller nach wie vor auf manuelles Fräsen. Lesen Sie den folgenden Vergleich dieser beiden Verfahren. CNC-Fräsen.

Das sogenannte CNC-Fräsen ist ein hochmodernes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Metallwerkstücken, bei dem computergesteuerte Maschinen zum Einsatz kommen und der manuelle Arbeitsaufwand für das Personal sehr gering ist. Darüber hinaus zeichnet sich das CNC-Fräsen durch folgende wesentliche Merkmale aus:

Hohe Präzision. Durch CNC-Fräsen lassen sich Bauteile mit höchstmöglicher Präzision fertigen.

Konsistenz. CNC-Maschinen können Teile mit identischen Maßen mehrfach reproduzieren.

Da computergesteuerte Maschinen während ihres Betriebs keinen menschlichen Eingriff erfordern, gewährleisten sie die Sicherheit der Mitarbeiter in jeder Hinsicht und sind somit sicher.

Was die Kosteneffizienz angeht, so erfordert der Kauf und die Installation einer CNC-Fräsmaschine zwar einen hohen Anfangsinvestitionsaufwand, doch da weniger Bedienpersonal benötigt wird als bei manuellen Fräsmaschinen und diese computergesteuerten Maschinen weniger Abfall produzieren, sind sie langfristig gesehen kosteneffizienter.

Aufgrund ihrer hohen Produktionsleistung eignen sich CNC-Fräsmaschinen hervorragend für die Fertigung großer Aufträge, die aus Tausenden von Teilen bestehen. Dieser Fertigungsprozess ist automatisiert und erfordert vergleichsweise wenig Zeitaufwand.

Manuelles Fräsen

Diese als arbeitsintensive Fräsmethode bezeichnete Technik wird als manuelles Fräsen bezeichnet. Das bedeutet, dass Werkzeuge zum Einsatz kommen, die speziell dafür ausgelegt sind, dass die Arbeiter die Metallumformung manuell durchführen. Diese Werkzeuge weisen die folgenden besonders auffälligen Merkmale auf:

Geringere Investitionskosten. Manuelle Maschinen und ihre Komponenten sind günstiger als CNC-Maschinen.

Manuelle Schleifmaschinen sind einfacher zu warten und auch in der Bedienung unkomplizierter. Allerdings hängen sie in hohem Maße von den Fähigkeiten des Bedieners ab und auch stark von dessen Erfahrung.

Die Fertigung erfolgt zügig und gehört zur Schnellfertigung. Beim manuellen Fräsen sind vor Beginn der Fertigung nur wenige Vorbereitungen erforderlich; für Vorbereitungsarbeiten wie die Programmierung ist kein großer Aufwand nötig. Aus diesem Grund lassen sich auch kleine Aufträge schnell abwickeln.

Man kann sagen, dass das CNC-Fräsen als fortschrittlichere Methode zum Schneiden von Werkstoffen die Herstellung erstklassiger Teile in großen Stückzahlen mit einem Minimum an manuellem Eingriff ermöglicht. Gleichzeitig weisen die von Herstellern, die auf manuelles Fräsen setzen, gefertigten Teile eine geringere Genauigkeit auf, lassen sich jedoch in kürzerer Zeit herstellen. Obwohl bei beiden Verfahren auf technischer Ebene derselbe Formungsprozess zum Einsatz kommt, bestehen doch erhebliche Unterschiede zwischen ihnen. CNC-Fräsmaschinen und CNC-Drehmaschinen.

Zu den computergesteuerten Werkstückbearbeitungsmaschinen gehören sowohl CNC-Fräsmaschinen als auch CNC-Drehmaschinen. Da sie in ähnlichen Prozessen für ähnliche Zwecke eingesetzt werden, werden ihre jeweiligen Funktionen oft verwechselt. Lesen Sie weiter, um mehr über die Unterschiede zwischen diesen beiden Fräszentren in Bezug auf die CNC-Technologie zu erfahren.

CNC-Fräsmaschine

Bei einer CNC-Fräsmaschine wird das Werkstück an einer Stelle fixiert, während sich das Werkzeug über der Oberfläche des Werkstücks bewegt. Auf einer Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsmaschine entfernt das rotierende Werkzeug schrittweise Materialpartikel, um das Werkstück zu formen. Die Anwendungsmöglichkeiten der CNC-Frästechnik umfassen Außenfräsen, Bohren, Anfasen, Innenfräsen, Aushöhlen sowie die Formgebung von Kugeln und Kreisen. CNC-Fräsmaschinen sind flexibel und können asymmetrische Konstruktionen bearbeiten, ebenso wie CNC-Drehmaschinen.

Es gibt eine Maschine, die als CNC-Drehmaschine bezeichnet wird. Bei dieser Maschine wird das Werkstück auf einer Spindel gedreht, während gleichzeitig mit Schneidwerkzeugen Formungsvorgänge durchgeführt werden, um das Werkstück zu formen. Ziel ist es, aus verschiedenen Materialien längere, horizontale Teile herzustellen. Diese Maschine eignet sich besonders für die Bearbeitung von Teilen, die um eine Achse symmetrisch sind.

CNC-Drehmaschinen sind Maschinen, die mit ihren Werkzeugen verschiedene Bearbeitungsvorgänge ausführen können, darunter Schleifen, Bördeln, Schneiden, Rändeln und Bohren. Drehmaschinen mit zusätzlichen Optionen wie einer Y-Achse und einer Gegenspindel werden als CNC-Drehzentren bezeichnet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CNC-Fräsmaschinen rotierende Werkzeuge an einem feststehenden Werkstück einsetzen, während bei CNC-Drehmaschinen das Material selbst rotiert. Im Vergleich zu CNC-Fräsmaschinen sind CNC-Drehmaschinen weniger vielseitig einsetzbar.

Welche Hauptkomponenten hat eine CNC-Fräsmaschine?

Die CMC-Fräsmaschine ist ein komplexes System, das aus zahlreichen Bauteilen besteht.

Die Spindel, die Teil des CNC-Bearbeitungszentrums ist, ermöglicht die Drehung des Werkstücks auf der Spindel. Sie besteht aus einem Motor, einem Kegel zur Werkzeugspannung und der Spindel selbst und empfängt Bewegungsbefehle von der CNC-Steuerung.

X. Die Hauptdrehachsen sind die Y- und die Z-Achse. Sie werden von der CNC-Steuerung bewegt und mit G-Code programmiert.

Der Arbeitstisch ist ein Bauteil, das zur Befestigung von Werkstücken dient und eine stabile Grundlage bildet. Er ist in der Regel mit T-Nuten versehen, die zur Befestigung von Schraubstöcken, Spannvorrichtungen oder Werkstückhaltern genutzt werden können.

Das Bauteil, das den Schaftfräser präzise und fest an der entsprechenden Position fixiert, wird als Werkzeughalter bezeichnet. Schnellwechsel-Gewindebohrerhalter, maßgefertigte Halter sowie konische Werkzeuge sind allesamt Beispiele für Werkzeughalter.

Eine Spannvorrichtung ist eine Art Seilspannvorrichtung, mit der Bauteile und die dazugehörigen Halterungen während der Bearbeitung fixiert werden können.

Maschinenschnittstelle: Das Bedienfeld wird von einem computergesteuerten Fräszentrum gesteuert. Dieses Bedienfeld enthält die wichtigsten elektronischen Komponenten und führt die Zerspanungsvorgänge auf der Grundlage von Programmen aus. Das CNC-Bedienfeld verfügt über einen Monitor sowie Programmiertasten.

Welche Werkzeuge werden bei CNC-Fräsmaschinen verwendet?

Schneid- oder Fräswerkzeuge für CNC-Fräszentren sind Vorrichtungen, die dabei helfen, Material vom Werkstück abzutragen. Dieser Vorgang wird als “Scherverformung” bezeichnet: Das scharfe Werkzeug dreht sich schnell, schneidet winzige Partikel ab und schleudert diese anschließend heraus. Die im Folgenden aufgeführten verschiedenen Arten von Schneidwerkzeugen ermöglichen die Vielseitigkeit von CNC-Fräsmaschinen.

Es gibt eine Art von Werkzeug, das als Stirnfräser bezeichnet wird. Es ist das am häufigsten verwendete Werkzeug und wird in Verbindung mit vertikalen CNC-Fräsmaschinen eingesetzt. An einem Ende sowie an den Seiten verfügt es über spezielle Schneidzähne.

Ein Schruppfräser, der wie eine gezahnte Fräsermutter aussieht, dient dazu, den Großteil des Materials mit geringer Genauigkeit abzutragen.

Es gibt eine Vorrichtung, die zur Kategorie der Werkzeuge mit austauschbaren Schneideinsätzen gehört und als Planfräser bezeichnet wird; ihr Zweck besteht darin, an einem Werkstück eine ebene Schnittfläche zu erzeugen.

Das Fliegende Messer ist ein massiver Körper, in dessen Inneren sich ein oder zwei Werkzeugbohrer befinden, mit denen sich breite, präzise geschnittene Oberflächen mit glatter Oberflächengüte erzielen lassen.

Es gibt eine Art von Fräser, den Gewindefräser, der häufig zum Zerspanen eingesetzt wird. Dabei werden harte Werkstoffe sowie Innengewinde an asymmetrischen Bauteilen und Außengewinde an asymmetrischen Bauteilen bearbeitet.

Werkzeuge, die zum Bohren und für ähnliche Schneidvorgänge verwendet werden, werden als Bohrer bezeichnet. Dazu gehören Spiralbohrer, Zentrierbohrer sowie Schleuderböhrer. Diese Bohrer können eine oder mehrere Nuten aufweisen und verfügen gleichzeitig über eine konische Schneidspitze.

Es gibt ein Werkzeug namens Reibahle, mit dessen Hilfe bestehende Bohrungen erweitert und die Innenflächen dieser Bohrungen bearbeitet werden können; der Vorgang der Erweiterung einer Bohrung wird als Reiben bezeichnet.

Eine Hohlschleifscheibe, die einem umgekehrten Fräser ähnelt, dient dazu, vollständige Punkte zu erzeugen und Radien zu formen.

Eine Fräse, die als Seitenfräse bezeichnet wird und sowohl an den Seiten als auch am Umfang mit Zähnen versehen ist, dient dazu, asymmetrische Schneidarbeiten wie das Fräsen von Nuten und Rillen durchzuführen.

Brammwerk. Brammenfräser haben keine seitlichen Zähne und dienen zum Fräsen ebener Flächen.

Um die für die Formgebung unterschiedlichster Werkstücke erforderlichen Bearbeitungsvorgänge zu gewährleisten, umfasst das Sortiment an Zerspanungswerkzeugen eine Vielzahl von Ausführungen, unabhängig vom Komplexitätsgrad der Werkstücke.

Welche verschiedenen Arten von CNC-Fräsmaschinen gibt es?

Auf dem heutigen Markt gibt es eine Vielzahl verschiedener Arten von CNC-Fräsmaschinen, die für unterschiedliche Zwecke geeignet sind. Hier ist eine Übersicht über die derzeit verfügbaren Modelle.

Horizontale Fräsmaschine. Die Spindeln dieser Maschinen drehen sich und tragen dabei Material von den Bauteilen ab.

Bei vertikalen Fräsmaschinen gibt es eine vertikale Verfahrbewegung, die relativ einfach ist: Sie erfolgt um die vertikale Mittelachse und in Richtung der Schwerkraft. Diese Art von Fräsmaschinen wird auch als C-Rahmen-Maschinen bezeichnet und gilt als traditionelle Maschine.

Es gibt Maschinen, die mit zusätzlichen Achsen ausgestattet sind – Mehrachsen-Fräsmaschinen, die die Leistungsfähigkeit von CNC-Maschinen erweitern. Maschinen mit 4, 5, 6 oder sogar 7 Achsen sind keine Seltenheit, und es ist allgemein bekannt, dass sie selbst die komplexesten Teile effizient fertigen können.

Bei Revolverfräsmaschinen verfügt die Revolverspindel über eine feststehende Spindel, was sie von den Spindeln vertikaler Fräsmaschinen unterscheidet, bei denen die Spindel entweder beweglich oder feststehend ist. Der Arbeitstisch eines Revolverfräszentrums muss sich sowohl senkrecht zur Spindelachse als auch parallel zur Spindelachse bewegen, um den Zerspanungsvorgang ausführen zu können.

Bei Fräsmaschinen mit Bettkonstruktion, deren Aufbau als stabiler gilt als der von Revolverfräsmaschinen, bewegt sich der Arbeitstisch ausschließlich senkrecht zur Spindel und steht somit im Gegensatz zur vertikalen Ausrichtung parallel zu dieser.

Eine Fräsmaschine mit beweglicher Säule – also eine CNC-Fräsmaschine – verfügt über einen Arbeitstisch und ein Werkstück, die beide stillstehen und sich nicht bewegen. Die Verfahrsäule hingegen führt lineare Bewegungen in drei Richtungen aus. Diese Verfahrsäule besteht aus einer Kombination aus Spindel und Werkzeug.

Doppelspindel- oder Mehrspindel-Fräsmaschinen – diese horizontalen oder vertikalen Fräszentren mit mehreren Spindeln gelten als eine der fortschrittlichsten Arten von Fräsmaschinen. Sie sind in der Regel mit einem Palettenwechsler ausgestattet, dessen Aufgabe darin besteht, die Ausgangsteile zum Fräszentrum zu transportieren und die fertigen Werkstücke wieder aus dem Fräszentrum zu entnehmen.

Es ist von entscheidender Bedeutung, den Typ der CNC-Fräsmaschine sorgfältig entsprechend der Art der herzustellenden Bauteile auszuwählen.

Wie erstellt man ein CNC-Fräsprogramm?

Computer-Aided-Design-Software (CAD) für Fräsprogramme oder die Programmierung, die auf CNC-Werkzeugmaschinen unverzichtbar ist – oben wurden der Zweck, die Funktionen und die beiden Bestandteile solcher Programme erläutert. Lesen Sie weiter, um fortgeschrittenere Informationen darüber zu erhalten, wie man CNC-Fräsprogramme in der Praxis erstellt und G-Code schreibt. Zuvor sollten Sie jedoch die Grundlagen kennen. Das Koordinatensystem einer CNC-Werkzeugmaschine umfasst drei Achsen, nämlich X, Y und Z. Die Ebenenbezeichnungen einer CNC-Fräsmaschine sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Es muss G-Code erstellt werden, wobei auf das “G” unmittelbar eine Zahl folgt. Dies ist der Befehl, mit dem die Maschine die Geometrie verändert. Ein Beispiel: sieht dieser Code etwa so aus: “-120.Y-5”. In diesem Beispiel steht “G00” für eine schnelle, nicht zerspanende Bewegung, während “G58” zum Arbeitskoordinatensystem gehört. “X-120” ist der Befehl, sich auf -120 Millimeter auf der X-Achse zu bewegen, und “Y-5” bedeutet -5 Millimeter auf der Y-Achse. G-Code ist Teil der Befehlsstruktur und nicht vom M-Code getrennt; es muss M-Code geschrieben werden.

Es gibt eine Reihe komplementärer Funktionen, die nicht direkt mit dem Schneiden von Werkstoffen zusammenhängen und von CNC-Werkzeugmaschinen ausgeführt werden. Die M-Codes, die zur Ausführung dieser Funktionen dienen, weisen Ähnlichkeiten mit den M-Codes auf. M-Codes bestehen aus einem “M” und einer Ziffer. Beispiele für Befehle sind “M00”, der das Programm anhält, “M06”, der einen Werkzeugwechsel anweist, sowie “M30”, der das Programm beendet (Reset) usw.