Fräsen - Funktionsprinzip, Grundlagen und Verfahren

Fräsen beruht auf einer materialabtragenden Funktionsweise mit speziellen Fräswerkzeugen, welche sich mit hoher Geschwindigkeit um die eigene Achse drehen und mit rotationsförmigen Bewegungen das Material spanförmig von der Oberfläche formgenau abtragen.

CNC steht für „Computerized Numerical Control“ (computergestützte numerische Steuerung) und bezieht sich auf eine Fräsmaschine mit einer vollautomatisierten Steuerung. Diese Programme geben der Maschine präzise Anweisungen zu Bewegungen und Bearbeitungsschritten, um Werkstücke mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu fertigen. CNC-Maschinen finden breite Anwendung in der Fertigungsindustrie, da sie komplexe Formen effizient und mit minimalem menschlichen Eingreifen herstellen können.

Die Zerspanbarkeit gilt als eine zentrale Eigenschaft von Werkstoffen im Maschinenbau und beschreibt, wie einfach sich ein Material durch Verfahren wie Fräsen, Drehen oder Bohren bearbeiten lässt. Zu gut zerspanbaren Materialien zählen beispielsweise bestimmte Stahlsorten (wie S235, S355, C60E, 11SMn30, 16MnCrS5), rostfreie Stähle (1.4301, 1.4305, 1.4542, 1.4021), Aluminiumlegierungen (EN AW-2007, EN AW-2017, EN AW-5083), Werkzeugstähle sowie Metalle wie Messing, Kupfer, Gusseisen, Titan und Kunststoffe wie PVC, PMMA, POM, PEEK, PTFE, PVDF und andere.

Um bestmögliche Ergebnisse beim Fräsen zu erzielen, sollten folgende Aspekte bei der Materialauswahl berücksichtigt werden: Ist der Werkstoff generell gut zerspanbar? Welche mechanischen Eigenschaften weist er auf? Ist das Material korrosionsbeständig und gut schweißbar? Wie steht es um die thermische und elektrische Leitfähigkeit? Zudem sollte geprüft werden, ob ein endformnaher Konstruktionswerkstoff genutzt werden kann.

Hochgeschwindigkeitsfräsen (engl. High-Speed-Cutting) ist ein spezielles Fräsverfahren mit hohen Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 8000m/min und einem bis zu 30-fach größerem Zeitspanungsvolumen gegenüber konventionellen Zerspanungsverfahren.

Drehen und Fräsen sind spanende Fertigungsverfahren, mit welchen Metalle, Kunststoffe oder Holz in eine im Vorfeld festgelegte Form gebracht werden. Ein grundsätzlicher Unterschied dieser beiden Verfahren besteht darin, dass das Werkstück beim Fräsen fest eingespannt ist und die Zerspanung durch die rotierenden Bewegungen des Fräswerkzeuges erfolgt. Dagegen bewegt sich beim Drehen das zu bearbeitende Material um die eigene Achse und führt mit seiner kreisförmigen Rotation die Hauptschnittbewegung aus, während das fest eingespannte Drehwerkzeug auf einem Schlitten entsprechend der Formgebung am Werkstück entlang bewegt wird.

Nach DIN 8589 zählt Fräsen zu den Verfahren Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden und dient der Herstellung planer Flächen und rotationssymmetrischer Teile. Wesentliche Aufgabe dieses Zerspanverfahrens ist die präzise Formgebung von Metall, Kunststoff oder Holz, weshalb die richtigen Zerspangrößen und Schnittgeschwindigkeit wichtige Merkmale für toleranzgenaue Fräsung sind. Beim Bearbeitungsprozess ist das Werkstück fest eingespannt, während das Fräswerkzeug entlang der vorgegebenen Kontur entlang geführt wird und mit rotationsförmigen Bewegungen das Material entfernt. Dabei unterscheidet man nach der Laufrichtung in Gegenlauf- und Gleichlauffräsen, der zu fräsenden Flächenform in Plan-, Eck- und Formfräsen sowie nach der Lage der Fräserschneiden.

CAD steht für „computer aided design“ und bezeichnet Softwareprogramme, welche eine rechnerbasierte Konstruktion von Bauteilen ermöglicht. Dabei werden mit speziellen CAD-Programmen detailgenaue 3D-Modelle des gewünschten Bauteils erzeugt, weshalb Fehler im Konstruktionsprozess schon im Vorfeld vermieden werden und eine optimale Funktionsfähigkeit der Frästeile garantiert ist.

Stirnfräsen ermöglicht die Herstellung planer Flächen mit einem ratterfreien Werkzeugverlauf und einer hervorragenden Oberflächengüte. Dabei zerspanen die Umfangsschneiden das Material, während die Stirnschneiden im selben Arbeitsschritt die Oberflächen schlichten. Die Krafteinwirkung von Gleichlauf und Gegenlauf gleichen sich bei einer symetrischen Position des Fräswerkzeuges zum Werkstück dabei aus.

Die Kosten für eine Stunde Lohnfräsen liegen in der Regel zwischen 50 und 150 Euro, abhängig von Faktoren wie Maschinen- und Werkzeugtyp, Material, Komplexität des Werkstücks und Region. Hochpräzise Arbeiten mit spezialisierten CNC-Maschinen oder aufwendigen Bearbeitungsschritten sind meist teurer. Kleinere Aufträge oder Standardbearbeitungen können dagegen günstiger ausfallen.

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