Bei der spanenden Bearbeitung wird einem Werkstück aus Metall oder Kunststoff mithilfe von Schneidwerkzeugen Material abgetragen, um ihm die gewünschte Form und Größe zu verleihen. Im Gegensatz zum Gießen oder Schmieden wird kein Material hinzugefügt; überschüssiges Material wird kontrolliert abgetragen. Daher wird dieses Verfahren auch als “subtraktive Fertigung” (subtractive manufacturing) bezeichnet.

Einen Aluminiumblock zu nehmen und daraus ein Präzisionsverbindungsstück zu fertigen oder den Durchmesser einer Stahlwelle im Mikrometerbereich zu korrigieren – all das gehört zur spanenden Fertigung. Von der Automobilindustrie über die Verteidigungsindustrie bis hin zur Luftfahrt und Medizin – nahezu jede Branche, in der Präzision gefragt ist, stützt sich auf dieses Verfahren.

In diesem Artikel erläutern wir, wie die spanende Bearbeitung funktioniert, welche Hauptverfahren es gibt, welche Vorteile sie bietet und in welchen Fällen sie vorzuziehen ist.

Wie funktioniert die spanende Bearbeitung?

Das Prinzip ist einfach: Es gibt ein rotierendes Werkzeug oder ein rotierendes Werkstück; zwischen beiden wird ein kontrollierter Kontakt hergestellt, und die Schneidkante entfernt dünne Schichten (Späne) vom Material. Die Drehzahl des Werkzeugs, der Vorschub und die Einstechtiefe werden im Voraus festgelegt.

In modernen Werkstätten werden diese Abläufe von einem Computer gesteuert. Das dreidimensionale Modell des Werkstücks wird in der CAM-Software in Werkzeugwege umgewandelt und anschließend in Befehle (G-Code) übersetzt, die die Maschine verstehen kann. Der Bediener spannt das Rohmaterial in die Maschine ein, startet das Programm und die Maschine bearbeitet das Werkstück mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich. Diese Automatisierung wird als “CNC-Zerspanung” bezeichnet.

Zerspanende Fertigungsverfahren

Es gibt nicht nur ein einziges Verfahren der spanenden Bearbeitung; je nach Geometrie des Werkstücks kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Die gängigsten sind die folgenden.

Drehen

Beim Drehen dreht sich das Werkstück mit hoher Geschwindigkeit, während das Schneidwerkzeug auf einer festen Achse vor- und zurückläuft und das Material abträgt. Dies ist das ideale Verfahren für zylindrische und konische Werkstücke: Wellen, Buchsen, Stifte, Naben, Flansche. Neben der Bearbeitung des Außendurchmessers werden auf der Drehmaschine auch Bohrungen, Nuten und Gewinde geschnitten. Wir haben dieses Thema in einem separaten Artikel ausführlich behandelt: Was ist eine CNC-Drehmaschine?.

Fräsen

Beim Fräsen ist es genau umgekehrt: Diesmal dreht sich das Werkzeug, während das Werkstück auf dem Tisch fixiert ist und sich bewegt. Mit dem Fräsen lassen sich ebene Flächen, Taschen, Nuten, Zahnprofile und komplexe dreidimensionale Formen herstellen. Bei prismatischen und frei geformten Werkstücken ist das Fräsen unverzichtbar.

Bohren, Reiben und Gewindeschneiden

Das Bohren ist der erste Schritt; wenn jedoch eine präzise Lagerbohrung oder ein sauberes Gewinde erforderlich ist, ist die Arbeit damit noch nicht beendet. Mit einer Reibahle wird die Bohrung präzisiert, mit einem Gewindebohrer wird das Gewinde geschnitten. Diese Arbeitsschritte werden meist in einer einzigen Aufspannung auf einer Dreh- oder Fräsmaschine durchgeführt.

Schleifen

Wo höchste Oberflächenqualität und engste Toleranzen gefragt sind, kommt das Schleifen zum Einsatz. Eine Schleifscheibe poliert die Oberfläche, indem sie sehr dünne Schichten vom Werkstück abträgt, und sorgt so für die Feinabstimmung der Maße. Bei gehärteten Stählen und bei Werkstücken, die eine Oberflächenrauheit von unter Ra 0,2 erfordern, ist das Schleifen unerlässlich.

Der Unterschied zwischen CNC-Bearbeitung und konventioneller spanender Fertigung

Bei herkömmlichen Werkbänken führt der Bediener jede Bewegung von Hand aus; das Einstellen der Maße hängt von der Erfahrung des Fachmanns ab. Sie werden nach wie vor für Einzelstücke oder einfache Arbeiten verwendet.

Bei CNC-Maschinen werden die Bewegungen hingegen vom Computer gesteuert. In der Praxis bedeutet dies Folgendes:

  • Wiederholbarkeit: Das erste und das fünftausendste Stück sind gleich groß.
  • Genauigkeit: Auf einer guten CNC-Maschine lassen sich Toleranzen von ±0,01 mm und beim Schleifen sogar im Mikrometerbereich (±0,005 mm) problemlos erreichen.
  • Komplexe Geometrie: Formen, die von Hand unmöglich herzustellen sind, können mithilfe des Programms hergestellt werden.
  • Geschwindigkeit: In der Serienfertigung läuft die Maschine ohne Unterbrechung.

In der Serienfertigung und bei Arbeiten mit engen Toleranzen fällt die Wahl fast immer auf CNC.

Die Vorteile der spanenden Bearbeitung

Es gibt einige wesentliche Vorteile, die die spanende Bearbeitung so weit verbreitet gemacht haben:

  • Hohe Präzision. Verfahren wie der Guss sorgen für eine grobe Formgebung; die endgültigen Maße und Toleranzen werden meist durch zerspanende Fertigung erreicht.
  • Es ist keine Form erforderlich. Beim Guss lassen Sie für jedes Teil eine teure Form anfertigen. Bei der spanenden Bearbeitung wird das Material direkt aus dem Rohstoff bearbeitet; dies macht die Herstellung von Prototypen sowie die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen wirtschaftlich.
  • Breites Materialangebot. Von Aluminium über Titan bis hin zu Edelstahl und technischen Kunststoffen können zahlreiche Werkstoffe bearbeitet werden.
  • Hervorragende Oberflächenqualität. Das bearbeitete Teil ist meist ohne weitere Nachbearbeitung montagefertig.
  • Flexibilität. Wenn eine Designänderung erforderlich ist, aktualisieren Sie nicht die Form, sondern nur das Programm.

Die Medaille hat auch eine Kehrseite: Die anfallenden Späne bedeuten Materialverlust und können bei sehr hohen Stückzahlen die Stückkosten in die Höhe treiben. Die Wahl der richtigen Methode hängt von der Geometrie des Teils und der Produktionsmenge ab.

Welche Materialien werden verarbeitet?

Die spanende Fertigung ist hinsichtlich der Werkstoffe flexibel. Am häufigsten werden folgende Werkstoffe verwendet:

  • Aluminiumlegierungen: Leicht, gut zu bearbeiten; weit verbreitet in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
  • Stahl und Edelstahl: Bei Teilen, die eine hohe Belastbarkeit erfordern.
  • Titan: Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht; ein Favorit in der Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie.
  • Reis und Kupfer: Im Vordergrund stehen Leitfähigkeit und Verarbeitbarkeit.
  • Technische Kunststoffe: wie POM, PEEK, Nylon.

Jedes Material hat seine eigenen Anforderungen hinsichtlich Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugauswahl und Kühlung. Die Materialauswahl behandeln wir in einem separaten Leitfaden: Welche Metalle lassen sich mit CNC bearbeiten?.

In welchen Branchen wird die spanende Bearbeitung eingesetzt?

Präzisionsteile werden fast überall benötigt, doch einige Branchen sind besonders stark auf die zerspanende Fertigung angewiesen:

  • Automobilindustrie: Motor- und Getriebeteile, Verbindungselemente, Spezialwerkzeuge.
  • Rüstungsindustrie: Teile mit engen Toleranzen, kritischen Sicherheitsanforderungen und oft hohen Anforderungen an die Vertraulichkeit.
  • Luftfahrt: Komponenten, bei denen Leichtigkeit und Festigkeit gleichermaßen gefragt sind und die eine zertifizierte Fertigung erfordern.
  • Maschinenbau: Wellen, Zahnräder, Lager, Formen und Vorrichtungen.
  • Medizin und Energie: Hochpräzise, rückverfolgbare Teile.

Wann sollten Sie sich für die spanende Bearbeitung entscheiden?

Eine Faustregel: Wenn ein Bauteil enge Toleranzen, eine hohe Oberflächenqualität oder eine komplexe Geometrie aufweist und die Produktionsmenge von einem Einzelstück bis zu einer mittleren Serie reicht, ist die spanende Bearbeitung meist die beste Wahl. Sie ist auch ideal, um in der Prototypenphase Werkzeugkosten zu vermeiden; außerdem können Sie mit dem Programm, das Sie für den Prototypen verwendet haben, problemlos in die Serienfertigung übergehen.

Bei Teilen mit sehr hohen Stückzahlen, einfacher Geometrie und geringen Toleranzen können Verfahren wie Gießen oder Pressen einen Kostenvorteil bieten.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen Zerspanung und Guss? Beim Gießen wird die Form durch das Eingießen von geschmolzenem Metall in eine Form erzielt, wobei Material hinzugefügt wird. Bei der spanenden Bearbeitung hingegen wird die Form durch das Abtragen von Material aus einem Rohblock erzielt. Das Gießen ist bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich; die spanende Bearbeitung zeichnet sich hingegen durch Präzision und Flexibilität aus. Bei den meisten Teilen werden beide Verfahren kombiniert: Der Guss liefert die Grobform, die spanende Bearbeitung sorgt für die endgültigen Maße.

Welche Toleranzen werden bei der spanenden Bearbeitung erreicht? Bei einer guten CNC-Maschine ist eine Genauigkeit von ±0,01 mm ein gängiges Ziel. Durch Schleifen und Feinbearbeitung lassen sich Toleranzen von ±0,005 mm und weniger, also im Mikrometerbereich, erreichen. Die erforderliche Toleranz richtet sich nach der Funktion des Werkstücks.

Kann ich Einzelstücke anfertigen lassen? Ja. Einer der größten Vorteile der spanenden Bearbeitung ist, dass keine Formen benötigt werden; daher lassen sich sowohl einzelne Prototypen als auch Serien von Tausenden von Stück wirtschaftlich herstellen.

Was muss ich für die Produktion einsenden? In der Regel reicht die technische Zeichnung des Teils (mit Maßen und Toleranzen) oder ein dreidimensionales Modell (z. B. STEP, IGES) aus. Falls Sie keine Zeichnung haben, kann die Fertigung auch mittels Reverse Engineering anhand eines Musterteils erfolgen.

Möchten Sie Ihr Bauteil mit engen Toleranzen fertigen lassen? Senden Sie uns Ihre technische Zeichnung oder Ihr 3D-Modell; wir bieten Ihnen die für Sie am besten geeignete Lösung – vom Prototyp bis zur Serienfertigung. Angebot anfordern →