CNC-Fräsen erklärt: Prozess, Typen & Vergleichsleitfaden

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Was ist CNC Fräsen?

Es handelt sich um ein Bearbeitungsverfahren, bei dem das Metall durch kontrollierte Bewegung schichtweise abgetragen wird. Im Gegensatz zu drehen, Beim CNC-Fräsen rotiert das Werkzeug, während sich das Werkstück in der Regel in einer linearen Vorschubrichtung relativ zum Werkzeug bewegt. Das Fräsen findet breite Anwendung in der medizinisch sowie in der Luft- und Raumfahrtindustrie, da sie in der Lage ist, eine breite Palette von Materialien zu bearbeiten und komplexe, präzise Formen herzustellen.

Die bemerkenswerte Geschwindigkeit, Genauigkeit und Konsistenz der heutigen CNC-Fräsbearbeitung wird durch die Kombination von hochentwickelten Steuerungssystemen, intelligenter Software und anpassungsfähigen Geräten ermöglicht. Dieser Artikel behandelt die Funktionsprinzipien des CNC-Fräsens, gängige Arten von CNC-Fräsoperationen und CNC-Fräsen sowie die Optimierung von CNC-Fräsprozessen.

Wie funktioniert eine CNC-Fräsmaschine?

Wenn Sie eine CNC-Fräsmaschine verwenden, ersetzen Sie im Wesentlichen manuelle Arbeit durch einen Computer, der ein Schneidwerkzeug steuert.

Der erste Schritt ist eine 3D-Darstellung erstellen des herzustellenden Bauteils, und dieser Prozess wird in der Regel mit einer CAD-Software erstellt.
Als nächstes wird diese Leistung integriert in CAM (Computergestützte Fertigung), Das CAM-Programm ist ein Computerprogramm, das genaue Maschinenabläufe unter Verwendung von Ausrüstungsverfahren erstellt. Das CAM-Programm enthält spezifische Anweisungen zur Steuerung der Geschwindigkeit und des Vorschubs von CNC-Fräsmaschinen und teilt der Maschine mit, wie sie die Fräsbearbeitung durchführen soll.
Dann wird die das Werkstück fest mit dem Maschinentisch verbunden ist, und die das Schneidewerkzeug bewegt sich schnell sobald der Code an die CNC-Maschine übertragen wurde. Die Maschine trägt dann Schicht für Schicht Material ab, um das Bauteil zu bauen, das Ihrem Entwurf entspricht.

Arten von CNC-Fräsoperationen

CNC-Fräsen lässt sich grob in Schrupp- und Schlichtbearbeitung unterteilen. Schruppen und Fräsen beinhaltet das Abtragen von Material. Dabei werden hohe Vorschubgeschwindigkeiten und Schnitttiefen verwendet, um das meiste Metall in kürzester Zeit zu entfernen. Fertigfräsen konzentriert sich auf Oberflächenqualität, Daher werden kleine Tiefen und spezielle Formen an den Nebenschneiden des Werkzeugs verwendet.

Je nach Geometrie, Oberfläche und Zweck des Produkts, das Sie herstellen möchten, stehen verschiedene CNC-Fräsverfahren zur Verfügung.

Während Umfangsfräsen (oder Brammenfräsen) entfernt Material von den Kanten eines Werkstücks, Stirnfräsen schafft ebene, glatte Oberflächen.

Mit Ausklinkfräsen, können Sie Werkzeuge mit Schneidklingen an beiden Seiten und an der Spitze verwenden, um komplizierte Profile, Schlitze und Taschen herzustellen. Geformte Oberflächen können von der Verwendung von Umrissfräsen, die einem 3D-Pfad folgt, um Kurven und komplizierte Formen zu erzeugen.

Außerdem gibt es Bohrfräsen, Schlitzfräsen und Gewindefräsen, die jeweils für bestimmte Merkmale wie Löcher, Nuten oder Gewindeflächen ausgelegt sind.

Für kompliziertere Anforderungen gibt es folgende Methoden Hochgeschwindigkeitsfräsen, Bei dieser Methode werden hohe Spindeldrehzahlen und leichte Schnitte verwendet, insbesondere bei härteren Materialien, um die Effizienz und die Oberflächenglätte zu verbessern.

Tabelle der verschiedenen CNC-Fräsoperationen

Fräsen Typ	Wesentliche Merkmale	Gemeinsame Anwendungen
Planfräsen	Erzeugt ebene Oberflächen mit hohem Finish	Nachbearbeitung von großen ebenen Flächen, Gesenk-/Formflächen
Flaches Fräsen (Brammen)	Entfernt schnell große Mengen an Material	Schrupparbeiten, Grundplatten
Schaftfräsen	Fräst Schlitze, Taschen, Konturen mit Schaftfräsern	Formgebung von Bauteilen, Formhohlräume
Profilfräsen	Folgt komplexen Umrissen oder gekrümmten Oberflächen	Formen für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie
Eckig fräsen	Das Messer ist schräg zur Arbeitsfläche eingestellt	Fasen, Schwalbenschwänze, V-Nuten
Formfräsen	Produziert unregelmäßige Formen oder gebogene Profile	Verzahnung, Sonderkonturen
Nutenfräsen (Keilnut)	Erzeugt schmale Rillen oder Schlitze	Keilnuten, T-Nuten, mechanische Verbindungen
Bandenfräsen	Führt mehrere Schnitte in einem Durchgang aus	Massenproduktion, Bearbeitung ähnlicher Oberflächen
Spreizfräsen	Bearbeitet zwei parallele Flächen gleichzeitig	Herstellung von Vier- oder Sechskantteilen
5-Achsen-Fräsen	Komplexe Geometrie, Bearbeitung in einer Aufspannung	Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Turbinenschaufeln

CNC-Fräsmaschinen Übersicht

CNC-Fräsmaschinen werden nach der Anzahl der Achsen, der Funktionalität und den Bearbeitungswinkeln eingeteilt. Jede Ausführung ist auf die spezifischen betrieblichen Anforderungen abgestimmt.

3-Achsen vs. 4-Achsen vs. 5-Achsen CNC-Fräsen

3-Achse CNC Mühle: Das Schneidwerkzeug einer 3-Achsen-Fräsmaschine kann sich in drei Richtungen bewegen: X (links-rechts), Y (vor-zurück) und Z (auf-ab). Das Werkstück bleibt stationär, während das Werkzeug es umkreist.
4-Achse CNC Mühle: Das Werkstück dreht sich um die X-Achse, wenn eine 4-Achsen-Maschine eine zusätzliche Rotationsachse, in der Regel die A-Achse, hat.
5-Achse CNC Mühle: Zusätzlich zu den traditionellen X-, Y- und Z-Achsen verfügt eine 5-Achsen-CNC-Maschine über zwei Rotationsachsen, häufig A und B. Dadurch kann das Werkzeug das Bauteil aus fast jedem Winkel anfahren.

Hier ist eine Vergleichstabelle mit diesen drei Arten von CNC-Fräsmaschinen:

Merkmal	3-Achsen-CNC-Fräse	4-Achsen-CNC-Fräse	5-Achsen-CNC-Fräse
Achsen der Bewegung	X, Y, Z (drei lineare Achsen)	X, Y, Z + A (Drehung um die X-Achse)	X, Y, Z + A und B (zwei Rotationsachsen)
Bewegung des Werkstücks	Stationär; das Werkzeug bewegt sich um das Werkstück	Werkstück dreht sich automatisch um eine Achse	Das Werkzeug kann sich aus fast jedem Winkel nähern
Am besten für	Flache Oberflächen Einfache Hohlräume Teile mit begrenzter Geometriekomplexität	Zylindrische Formen Spiralförmige oder kontinuierliche Schnitte Merkmale rund um die Seiten eines Teils	Komponenten für die Luft- und Raumfahrt Laufräder, Turbinenschaufeln Komplexe Gussformen und medizinische Teile
Vorteile	Einfache Einrichtung Kostengünstig Großartig für Basiskomponenten	Höhere Effizienz Genauere Bearbeitung von mehreren Flächen	Komplexe Kurven und Merkmale in einer Einrichtung Bessere Oberflächenqualität Geringere Bearbeitungszeit und weniger Spannvorrichtungen
Beschränkungen	Kann keine komplexen Kurven oder Hinterschneidungen verarbeiten	Noch begrenzt für hochkomplexe, mehrwinklige Oberflächen	Höhere Kosten für Ausrüstung und Programmierung Erfordert qualifiziertes Personal

Welche sollte ich wählen?

Gehen Sie für 3-Achse wenn Ihre Teile einfach und flach sind.
Wählen Sie eine 4-Achse wenn Sie um Teile herum arbeiten oder runde Merkmale erstellen müssen.
Investieren Sie in 5-Achsen wenn Komplexität, Präzision und Oberflächengüte wirklich wichtig sind.

CNC-Fräsen nach mechanischem Aufbau klassifiziert

Vertikal-Bearbeitungszentrum (VMC): Der gängigste Typ von CNC-Fräsmaschinen hat eine Spindelachse, die senkrecht zur horizontalen Ebene steht, und ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten.

Diese Maschinen sind für die Bearbeitung von Platten-, Scheiben- und Formteilen geeignet.

Horizontal-Bearbeitungszentrum (HMC): Die Spindelachse liegt parallel zur horizontalen Ebene. In der Regel werden vier- oder fünfachsige Bearbeitungen durch den Einsatz eines CNC- oder Universal-Rundtisches erreicht. Sie kann kontinuierliche Rotationskonturen an der Seite von Werkstücken bearbeiten und die Bearbeitungspositionen der Teile über den Drehtisch wechseln, was eine Mehrflächenbearbeitung in einer einzigen Aufspannung ermöglicht.
Gantry-Bearbeitungszentrum: Die Spindel ist auf einem Portalrahmen mit einem festen oder beweglichen Arbeitstisch montiert. Sie bietet eine hohe Steifigkeit und einen großen Verfahrbereich und ist ideal für die Bearbeitung großer, schwerer Komponenten, wie z. B. Werkzeugmaschinenbetten und Strukturteile für die Luftfahrt.

Neben diesen industriellen CNC-Fräsmaschinen, die häufig in der Fertigung eingesetzt werden, Mini-CNC-Fräsen und Desktop-CNC-Fräsmaschinen sind neue Typen. Diese kompakten Maschinen sind für den Heimgebrauch konzipiert und ermöglichen es dem Benutzer, kleine Teile zu fräsen.

Wichtige Überlegungen zum CNC-Fräsen

Um einen reibungslosen Ablauf der Fräsarbeiten und die Herstellung qualifizierter Endprodukte zu gewährleisten, müssen Sie die folgenden wichtigen Aspekte beachten:

Berechnung der Kontrollparameter

Bei der Durchführung von Fräsarbeiten ist es wichtig, die Fräsdaten korrekt zu berechnen. Nachfolgend sind gängige Formeln für Fräsparameter als Referenz aufgeführt.

Wegbeschreibung Fräsen

Bei Fräsarbeiten beeinflussen auch die Bewegungsrichtung der Werkzeugschneiden und die Vorschubrichtung des Werkzeugs die Fräsleistung und -qualität.

Steigfräsen: Das Werkzeug dreht sich in der gleichen Richtung wie der Vorschub. Dadurch wird eine hochwertige Oberfläche erzeugt, der Werkzeugverschleiß reduziert und ein ruhigerer Maschinenlauf gewährleistet. Es eignet sich für den Einsatz unter günstigen Schnittbedingungen und bei der Bearbeitung hochlegierter Stähle.
Konventionelles Fräsen: Das Werkzeug dreht sich entgegengesetzt zur Vorschubrichtung. Diese Technik führt zu einer gröberen Oberflächengüte und verursacht einen höheren Werkzeugverschleiß. Sie wird in der Regel auf manuellen Fräsmaschinen eingesetzt.

Auswahl des Materials

Sie können eine breite Palette von Materialien bearbeiten mit CNC-Bearbeitung, je nach dem gewünschten Aussehen und der Funktionalität. Gewicht, Kosten, mechanische Festigkeit, Hitzebeständigkeit und die erforderliche Oberflächenpolitur sind einige der Faktoren, die die Auswahl des CNC-Fräsmaterials beeinflussen.

Material	Hauptmerkmale / Typische Verwendungszwecke	Bearbeitungstoleranz (mm)	Thermische Stabilität
Aluminium (6061, 7075)	Leicht, einfach zu bearbeiten; wird in der Elektronik, Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet.	±0.005-±0.02	Mäßig
Rostfreier Stahl (304, 316)	Stark, korrosionsbeständig; für Struktur- und Industrieteile.	±0.01-±0.05	Hoch
Kohlenstoffstahl (1045, 1215)	Strapazierfähig und langlebig; allgemeine technische Verwendung.	±0.01-±0.03	Mäßig
Titan (Ti-6Al-4V)	Hochfest, hitzebeständig; für Teile in der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt.	±0.01-±0.025	Ausgezeichnet
Messing	Leicht zu bearbeiten, korrosionsbeständig; Armaturen und Anschlüsse.	±0.005-±0.02	Hoch
Kupfer	Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit; für Wärmesenken und elektrische Teile.	±0.01-±0.03	Hoch
Kunststoffe (ABS, POM, Nylon, PEEK)	Leicht, vielseitig; für Getriebe, Gehäuse, Prototypen.	±0.05-±0.1	Hoch
Magnesium-Legierungen	Sehr leicht, gut bearbeitbar; Automobil- und Luftfahrtindustrie.	±0.01-±0.03	Mäßig
Verbundwerkstoffe (G10, FR4, Kohlefaser)	Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht; für strukturelle Anwendungen.	±0.05-±0.15	Hoch

Vorteile des CNC-Fräsens

CNC-Fräsen ist eine der präzisesten und vielseitigsten subtraktiven Fertigungsmethoden. Es hat einzigartige Vorteile im Vergleich zu Bearbeitungsmethoden wie CNC-Drehen und 3D-Druck.

Hohe Präzision bei der Bearbeitung: Hochpräzise Systeme erreichen eine Genauigkeit von bis zu 0,1 Mikrometern und gewährleisten Maßhaltigkeit und geometrische Toleranzen.
Hohe Anpassungsfähigkeit und Flexibilität: Geeignet für die Bearbeitung komplex geformter Teile wie Formen, Gehäuse und 3D-Oberflächen.
Hohe Werkzeugauslastung: Flexible Werkzeugauswahl basierend auf der Werkstückgeometrie und den Prozessanforderungen.

Tabelle: CNC-Fräsen vs. Drehen vs. 3D-Druck

Prozess	Am besten für	Präzisionsnivellier	Oberfläche	Vorteile
CNC-Fräsen	Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe	Hoch	Ausgezeichnet nach der Fertigstellung	Enge Toleranzen, komplexe Formen, 3D-Konturen
CNC-Fräse	Holz, Kunststoffe, weiche Metalle	Mittel	Gut	Schnelles Schneiden für große Bögen, kostengünstig
CNC-Drehen	Zylindrische Teile, Wellen	Hoch	Sehr glatt	Ideal für runde/symmetrische Bauteile
3D-Druck (additiv)	Prototyping, kundenspezifische Teile	Mäßig	Abhängig vom Verfahren (kann Nachbearbeitung erfordern)	Designflexibilität, keine Werkzeuge erforderlich
Guss / Formgebung	Massenproduktion von komplexen Formen	Mittel-niedrig	Glatt (je nach Form)	Kostengünstig für große Mengen, komplexe

Sie möchten CNC-Fräsen auslagern: Worauf Sie achten sollten

Wählen Sie eine Lieferant für CNC-Fräsen der über die Erfahrung und die geeignete 3-, 4- oder 5-Achsen-Ausrüstung für die Komplexität Ihres Projekts verfügt.
Prüfen Sie die Festigkeit und die Materialeigenschaften und verlangen Sie die Einsicht in die Prüfberichte oder Qualitätszertifikate.
Vergewissern Sie sich, dass sie weiterhin offen kommunizieren, klare Preise nennen und angemessene Fristen einhalten.
Um die Produktionskosten zu senken, sollte ein kompetenter Lieferant sein Wissen über DFM (Design for Manufacturability) weitergeben.
Um konsistente, qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen, sind ein zuverlässiger Kundendienst, eine sichere Verpackung und regelmäßige Qualitätskontrollen.

Unter FS FAB, Wir bieten professionelle CNC-Fräsdienstleistungen mit moderne 3-, 4- und 5-Achsen-Bearbeitungszentren. Von DFM-Unterstützung und Materialauswahl zu Endkontrolle und Verpackung, FS FAB bietet End-to-End-Fertigungslösungen, die Qualität, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz gewährleisten.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das CNC-Fräsen die manuelle Zerspanung durch automatisierte, hochpräzise Prozesse ersetzt. Vom Prototyping bis zur Massenproduktion ermöglicht es den Herstellern eine strenge Toleranzkontrolle, schnellere Durchlaufzeiten und bessere Oberflächengüten.

Im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren wie CNC-Drehen oder 3D-Druck ist das CNC-Fräsen in puncto Vielseitigkeit und Genauigkeit unübertroffen.

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FAQ

Wie viel kostet das CNC-Fräsen?

Die Kosten für das CNC-Fräsen hängen von mehreren Faktoren ab, unter anderem von der Materialtyp, Komplexität des Teils, Bearbeitungszeit und erforderliche Toleranzen. Einfache Aluminiumteile können nur ein paar Dollar pro Stück kosten, während komplexe 5-Achsen-Präzisionskomponenten Hunderte von Dollar pro Stück erreichen können. Wenn Sie mehr über die Kosten von CNC-gefertigten Teilen erfahren möchten, klicken Sie bitte hier:CNC-Bearbeitung Kostenberechnung.

Was ist der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen?

CNC-Fräsen und CNC-Drehen sind zwei Kernarten der subtraktiven Bearbeitung, die sich jedoch in der Art und Weise unterscheiden, wie sich das Material und die Schneidwerkzeuge bewegen.

CNC Fräsen: Beim Fräsen wird die Schneidewerkzeug rotiert während das Werkstück fixiert bleibt. Es entfernt Material aus mehreren Richtungen und ist daher ideal für komplexe Formen, ebene Flächen, Schlitze und Konturen.
CNC Drehen: Beim Wenden wird die Werkstück dreht sich während das Schneidewerkzeug stehen bleibt. Dieses Verfahren ist am besten geeignet für zylindrische oder runde Teile, wie z. B. Wellen, Stifte und Buchsen.

Kurz gesagt, Fräsen von Teilen aus verschiedenen Winkeln, während Drehen erzeugt Teile mit Rotationssymmetrie. Viele Hersteller verwenden beides zusammen für hochpräzise Komponenten mit mehreren Merkmalen.

Das CNC-Fräsen ist in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizintechnik-, Elektronik- und Roboterindustrie weit verbreitet.

Das CNC-Fräsen ist weit verbreitet in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte, Elektronik und Robotik Branchen.