Eine CNC-Fräsmaschine ist eine Werkzeugmaschine, bei der sich das Schneidwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit dreht, während das Werkstück auf dem Tisch fixiert ist und computergesteuert bearbeitet wird. Sie funktioniert nach dem genau entgegengesetzten Prinzip wie eine Drehmaschine: Dort dreht sich das Werkstück, bei der Fräsmaschine hingegen das Werkzeug. Sie ist die Grundmaschine zur Herstellung von ebenen Flächen, Nuten, Taschen und komplexen dreidimensionalen Formen.

Wenn Sie eine Halterung, ein Gehäuseteil, eine Form oder ein eckiges Verbindungselement sehen, ist dieses höchstwahrscheinlich auf einer CNC-Fräse bearbeitet worden. In diesem Artikel erklären wir, wie eine CNC-Fräse funktioniert, welche Hauptkomponenten sie hat, worin der Unterschied zwischen vertikalen und horizontalen Bearbeitungszentren besteht und welche Bearbeitungsvorgänge damit durchgeführt werden können.

Wie funktioniert eine CNC-Fräse?

Das Werkstück wird zunächst auf dem Tisch befestigt; hierfür werden Schraubstöcke oder spezielle Spannvorrichtungen verwendet. Das Schneidwerkzeug wird auf die Spindel aufgesetzt und dreht sich mit hoher Drehzahl. Die Maschine bewegt sich in drei Grundachsen und führt das Werkzeug an die gewünschten Stellen des Werkstücks: die beiden Richtungen der Tischplatte in der horizontalen Ebene (X und Y) sowie die Auf- und Abbewegung des Werkzeugs (Z).

Der Prozess läuft wie folgt ab: Das dreidimensionale Modell des Werkstücks wird in der CAD/CAM-Software in Werkzeugwege umgewandelt und ein G-Code-Programm erstellt. Der Bediener spannt das Rohteil auf den Tisch, legt die erforderlichen Werkzeuge in das Magazin ein und lädt das Programm. Sobald die Maschine den Betrieb aufnimmt, taucht das rotierende Werkzeug kontrolliert in das Material ein und bearbeitet Oberflächen, Kanäle und Formen mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich. Sind mehrere Werkzeuge erforderlich, wechselt die Maschine diese automatisch, sodass die Bearbeitung unterbrechungsfrei fortgesetzt wird.

Die Hauptkomponenten einer CNC-Fräsmaschine

  • Spindel: Es handelt sich um die Hauptwelle, die den Schneidwerkzeugsatz hält und mit hoher Drehzahl antreibt.
  • Tabelle: Dies ist die Fläche, an der das Werkstück befestigt ist; sie bewegt sich in X- und Y-Richtung.
  • Werkzeugmagazin und automatischer Werkzeugwechsler (ATC): Es wechselt die Teams automatisch entsprechend den Anforderungen des Programms.
  • Schraubstöcke und Spannvorrichtungen: Hält das Werkstück während des gesamten Bearbeitungsvorgangs fest und vibrationsfrei.
  • Steuergerät: Es ist das Gehirn, das den G-Code liest und alle Achsen steuert.

Der Unterschied zwischen vertikalen und horizontalen Bearbeitungszentren

CNC-Fräsmaschinen lassen sich grundsätzlich in zwei Hauptgruppen unterteilen. Beide erfüllen denselben Zweck, kommen jedoch in unterschiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz.

Vertikales Bearbeitungszentrum (VMC)

Bei diesem Typ befindet sich die Spindel in vertikaler Position, d. h., das Werkzeug bewegt sich von oben nach unten auf das Werkstück zu. Es handelt sich um den gängigsten CNC-Frästyp. Die Einrichtung ist einfach, er eignet sich für eine breite Palette von Werkstücken und ist praktisch für Bearbeitungen an einer einzigen Oberfläche. Der Großteil der Prototypen-, Formen- und allgemeinen Fertigung erfolgt auf Vertikalbearbeitungszentren.

Horizontales Bearbeitungszentrum (HMC)

Bei diesem Typ befindet sich die Spindel in horizontaler Lage; das Werkzeug nähert sich dem Werkstück von der Seite. Er wird in der Regel in Verbindung mit einem Palettensystem und einer sogenannten Tombstone-Spannvorrichtung verwendet; so kann das Werkstück in einer einzigen Aufspannung von mehreren Seiten bearbeitet werden. Da die Späne durch die Schwerkraft leicht abtransportiert werden, ist diese Maschine bei der Entfernung großer Späne und in der Langzeit-Serienfertigung besonders effizient. Bei hohen Stückzahlen ist die Produktivität höher als bei einem vertikalen Bearbeitungszentrum.

Kurz gesagt: Für flexible und Einzelbearbeitungen eignet sich ein vertikales Bearbeitungszentrum, während für die Serienfertigung in großen Stückzahlen und für mehrseitige Werkstücke ein horizontales Bearbeitungszentrum vorzuziehen ist.

Was ändert sich durch die Anzahl der Achsen?

Bei Fräsmaschinen bestimmt die Anzahl der Achsen die Komplexität der bearbeitbaren Geometrien. Dreiachsige Maschinen sind für ebene Flächen und Standardformen ausreichend. Durch Hinzufügen einer vierten und fünften Achse kann das Werkstück in einer einzigen Aufspannung aus verschiedenen Winkeln bearbeitet werden; dies eröffnet neue Möglichkeiten für schräge Flächen, komplexe Formen wie Turbinenschaufeln und mehrseitige Werkstücke. Wir haben dieses Thema in einem separaten Artikel näher erläutert: Der Unterschied zwischen 3-, 4- und 5-Achsen-CNC.

Welche Bearbeitungen werden auf einer CNC-Fräsmaschine durchgeführt?

Die Fräsmaschine ist ein vielseitiges Werkzeug; in einer einzigen Aufspannung lassen sich zahlreiche Bearbeitungsschritte durchführen:

  • Oberflächenfräsen: Große ebene Flächen werden geebnet und auf Maß gebracht.
  • Kanal- und Taschenbohrung: Es werden Aussparungen, Kanäle und ausgehöhlte Vertiefungen bearbeitet.
  • Bohren, Reiben und Gewindeschneiden: Es werden Löcher gebohrt, die Zahnstruktur wird aufgeraut und der Zahn gezogen.
  • Profil- und Konturbearbeitung: Die Außenkonturen und besonderen Formen des Werkstücks werden herausgearbeitet.
  • Komplexe Formen: Es werden Formoberflächen, Nockenprofile und Freiformgeometrien bearbeitet.
  • Senk- und Stumpfschweißen: Es werden Gewindebohrungen und Zentrierbohrungen angefertigt.

Welche Teile und Materialien werden bearbeitet?

CNC-Fräsen werden insbesondere für prismatische und kantige Werkstücke eingesetzt: Halterungen, Gehäuse- und Gehäuseteile, Platten, Verteiler, Formen, Vorrichtungen und komplexe Verbindungselemente. Was die Werkstoffe betrifft, lassen sich Aluminium, Stahl, Edelstahl, Titan, Messing, Kupfer und technische Kunststoffe problemlos bearbeiten. Für jedes Material werden Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugauswahl und Kühlung separat festgelegt. Die Materialseite haben wir in einem separaten Leitfaden behandelt: Welche Metalle lassen sich mit CNC bearbeiten?.

Der Unterschied zwischen einer CNC-Fräse und einer Drehmaschine

Beide Maschinen arbeiten durch Spanabnahme, sind jedoch für unterschiedliche Werkstücktypen ausgelegt. Auf der Drehmaschine dreht sich das Werkstück, während das Werkzeug auf einer festen Achse vor- und zurückläuft; daher eignet sie sich für zylindrische und konische Werkstücke (Wellen, Buchsen, Muffen). Bei der Fräsmaschine hingegen dreht sich das Werkzeug, während das Werkstück feststeht; sie wird für ebene Flächen, Nuten und komplexe Formen verwendet. Oft ergänzen sich beide Maschinen: Der rotierende Teil eines Werkstücks wird auf der Drehmaschine bearbeitet, der eckige Teil auf der Fräsmaschine. Für einen detaillierten Vergleich Was ist eine CNC-Drehmaschine? und Der Unterschied zwischen CNC-Drehmaschine und CNC-Fräse Sie können sich unsere Artikel ansehen.

Häufig gestellte Fragen

Wozu dient eine CNC-Fräse? Eine CNC-Fräse dient zur Fertigung von ebenen Flächen, Nuten, Taschen und komplexen dreidimensionalen Formen mit hoher Präzision und Wiederholgenauigkeit. Die Herstellung prismatischer Teile wie Halterungen, Gehäuse, Platten und Formen stützt sich weitgehend auf diese Maschine.

Was ist der Unterschied zwischen einem vertikalen und einem horizontalen Bearbeitungszentrum? Bei einem vertikalen Bearbeitungszentrum senkt sich das Werkzeug von oben nach unten; es ist einfach einzurichten und eignet sich für flexible Bearbeitungsaufgaben. Bei einem horizontalen Bearbeitungszentrum nähert sich das Werkzeug von der Seite; es ist bei Werkstücken mit vielen Seiten und in der Serienfertigung mit hohen Stückzahlen effizienter.

Mit welcher Toleranz arbeitet eine CNC-Fräse? Bei einer guten CNC-Fräse ist eine Toleranz von ±0,01 mm Standard. Durch zusätzliche Präzisionsbearbeitung und Schleifen lassen sich Toleranzen im Mikrometerbereich, also ±0,005 mm und darunter, erreichen.

Was ist der Unterschied zwischen einer Fräsmaschine und einer Drehmaschine? Beim Fräsen dreht sich das Werkzeug, während das Werkstück feststeht; dieses Verfahren eignet sich für eckige, flache und komplexe Formen. Beim Drehen hingegen dreht sich das Werkstück; dieses Verfahren wird für zylindrische Werkstücke verwendet. Beide Verfahren werden in der Regel bei ein und demselben Werkstück kombiniert.

Was muss ich für die Produktion einsenden? Eine technische Zeichnung des Teils (mit Maßen und Toleranzen) oder ein 3D-Modell (STEP/IGES) reicht aus. Falls Sie keine Zeichnung haben, kann die Fertigung auch anhand eines Musterteils erfolgen.

Möchten Sie Ihre prismatischen und komplexen Teile mit engen Toleranzen fertigen lassen? Senden Sie uns Ihre technische Zeichnung; mit unserem CNC-Fräs- und Bearbeitungszentrum bieten wir Ihnen die passende Lösung für Ihre Anforderungen – vom Prototyp bis zur Serienfertigung. Angebot anfordern →