CNC Fräsen technisch einfach erklärt.
Das CNC Fräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, das auf computergesteuerte Werkzeugmaschinen setzt, um präzise und komplexe Werkstücke herzustellen. In diesem Artikel wird Ihnen das CNC Fräsen technisch einfach erklärt. CNC steht für Computerized Numerical Control, was bedeutet, dass der Bearbeitungsprozess durch numerische Steuerung mittels Computertechnologie automatisiert wird. Dies ermöglicht eine hohe Präzision und Wiederholbarkeit, die in der manuellen Bearbeitung nicht erreichbar ist. CNC Fräsen findet vor allem in der metallverarbeitenden Industrie Anwendung, wird jedoch auch zur Bearbeitung von Kunststoffen und Holz eingesetzt.
- Wie funktioniert eine CNC Maschine?
- Was ist mit CNC Fräsen alles möglich?
- Was ist beim CNC Fräsen zu beachten?
Wie funktionieren CNC Fräsmaschinen?
CNC Fräsmaschinen arbeiten technisch so, dass sie Material von einem Werkstück abtragen, um die gewünschte Form und Oberfläche zu erzeugen. Der Prozess beginnt mit der Erstellung eines CAD-Modells (Computer-Aided Design), das die genaue Geometrie des zu fertigenden Teils darstellt. Dieses Modell wird dann in eine für die CNC-Maschine lesbare Form konvertiert. Die CNC-Maschine nutzt dieses Modell, um die Bewegungen des Fräsers zu steuern, der sich mit hohen Geschwindigkeiten dreht und das Material abträgt.
CAD Modell erstellen
Der erste Schritt im CNC Fräsprozess ist die Erstellung eines CAD-Modells. Dieses Modell wird oft mit spezialisierter Software erstellt und repräsentiert die exakte Geometrie des herzustellenden Teils. Das CAD-Modell enthält alle notwendigen Dimensionen und Toleranzen und dient als digitale Vorlage für die CNC-Maschine.
CAD Modell für CNC Maschine konvertieren
Nachdem das CAD-Modell erstellt wurde, muss es in ein Format konvertiert werden, das von der CNC-Maschine verstanden wird. Dieser Prozess wird als CAM (Computer-Aided Manufacturing) bezeichnet. Die CAM-Software übersetzt das CAD-Modell in maschinenlesbare Anweisungen, die die Bewegungen des Fräsers und andere Parameter wie Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit steuern.
CNC Fräsmaschine einrichten
Die Einrichtung der CNC Fräsmaschine umfasst die Vorbereitung der Maschine für den Fräsvorgang. Dazu gehört das Einspannen des Werkstücks, die Auswahl und Installation der geeigneten Fräswerkzeuge und das Einrichten der Maschinenparameter. Dies ist ein kritischer Schritt, da die Genauigkeit der Bearbeitung stark von einer korrekten Einrichtung abhängt.
Beginnen Sie mit dem Fräsvorgang
Nach der Einrichtung beginnt der eigentliche Fräsvorgang. Die CNC-Maschine führt die zuvor programmierten Bewegungen aus und entfernt Material vom Werkstück, bis die gewünschte Form erreicht ist. Während des Fräsvorgangs überwacht die Maschine kontinuierlich die Position und Bewegung des Fräsers, um sicherzustellen, dass die Spezifikationen genau eingehalten werden.
- Materialabtrag durch rotierenden Fräser zur Form- und Oberflächenerzeugung.
- Prozess beginnt mit CAD-Modellierung und endet mit CNC-gesteuertem Fräsen.
- CNC-Maschine nutzt das Modell zur präzisen Steuerung des Fräsers.
- Erstellung eines CAD-Modells mit spezialisierter Software.
- Modell enthält exakte Geometrie, Dimensionen und Toleranzen.
- Dient als digitale Vorlage für die CNC-Maschine.
- Umwandlung des CAD-Modells in maschinenlesbares Format.
- Verwendung von CAM-Software für die Konvertierung.
- CAM generiert Anweisungen für Fräserbewegungen und Maschinenparameter.
- Vorbereitung der Maschine für den Fräsvorgang.
- Einspannen des Werkstücks und Installation der Fräswerkzeuge.
- Einrichten der Maschinenparameter für präzise Bearbeitung.
- Start des Fräsvorgangs nach Maschinenvorbereitung.
- Maschine führt programmierte Bewegungen aus und überwacht kontinuierlich.
- Materialabtrag bis zur Erreichung der gewünschten Form und Spezifikationen.
Der Unterschied zwischen CNC Fräsen und CNC Drehen
Obwohl CNC Fräsen und CNC Drehen beide zu den spanenden Fertigungsverfahren gehören, unterscheiden sie sich grundlegend in der Art und Weise, wie das Material abgetragen wird. In diesem Abschnitt erklären wir Ihnen wie sich die zwei Methoden technisch unterscheiden.
CNC Fräsen
Beim CNC Fräsen bewegt sich der Fräser, der das Material abträgt, entlang mehrerer Achsen, um komplexe Geometrien und Konturen zu erstellen. Das Werkstück bleibt dabei meist fest eingespannt, während der Fräser sich um das Werkstück herum bewegt. Diese Methode ist besonders geeignet für die Bearbeitung von flachen und dreidimensionalen Teilen mit komplexen Formen.
CNC Drehen
Beim CNC Drehen rotiert das Werkstück um eine feste Achse, während ein feststehendes oder sich langsam bewegendes Schneidwerkzeug Material abträgt. Diese Methode wird hauptsächlich zur Herstellung von zylindrischen Teilen verwendet, wie Wellen, Bolzen und Buchsen. Durch die Rotation des Werkstücks und die lineare Bewegung des Werkzeugs können präzise runde Formen erzeugt werden.
- Beide: Spanende Fertigungsverfahren
- Hauptunterschied: Art des Materialabtrags
- Fräser bewegt sich entlang mehrerer Achsen.
- Werkstück bleibt meist fest eingespannt.
- Geeignet für flache und dreidimensionale Teile mit komplexen Formen.
- Werkstück rotiert um eine feste Achse.
- Feststehendes oder langsam bewegendes Schneidwerkzeug trägt Material ab.
- Hauptsächlich für zylindrische Teile wie Wellen, Bolzen und Buchsen geeignet.
Was können Sie mit CNC-Fräsmaschinen herstellen?
CNC-Fräsmaschinen sind äußerst vielseitig und können eine Vielzahl von Teilen mit unterschiedlichen Formen und Größen herstellen. Zu den typischen Anwendungen gehören:
- Maschinenteile: Komponenten für Maschinen und Geräte, die präzise Toleranzen erfordern.
- Formen und Matrizen: Werkzeuge für die Kunststoff- und Metallverarbeitung, die komplexe Geometrien und hohe Oberflächengüten erfordern.
- Prototypen: Einzelstücke oder kleine Serien von Teilen, die zur Produktentwicklung und -prüfung benötigt werden.
- Kunststoffe und Holz: CNC-Fräsen kann auch verwendet werden, um präzise Teile aus Kunststoffen und Holz herzustellen, die in der Elektronik, Möbelherstellung und anderen Bereichen Anwendung finden.
- Maschinenteile
- Präzise Komponenten für Maschinen und Geräte.
- Erfordern genaue Toleranzen.
- Formen und Matrizen
- Werkzeuge für Kunststoff- und Metallverarbeitung.
- Komplexe Geometrien und hohe Oberflächengüten.
- Prototypen
- Einzelstücke oder kleine Serien für Produktentwicklung und -prüfung.
- Kunststoffe und Holz
- Präzise Teile für Elektronik, Möbelherstellung und andere Bereiche.
Welche Varianten gibt es beim CNC Fräsen?
Es gibt mehrere Varianten des CNC Fräsens, die sich je nach Bearbeitungsmethode und Werkzeuggeometrie unterscheiden:
- CNC-Planfräsen: Herstellung ebener Flächen.
- CNC-Wälzfräsen: Bearbeitung von Zahnrädern.
- CNC-Schraubfräsen: Erstellung von Schraubgewinden.
- CNC-Profilfräsen: Bearbeitung komplexer Profile und Konturen.
- CNC-Formfräsen: Erstellung von Formen und Matrizen mit komplexen Geometrien.
- CNC-Tauchfräsen: Vertikales Eintauchen des Fräsers in das Werkstück zur Herstellung von Vertiefungen und Hohlräumen.
Was sind 3-Achs-Fräsmaschinen und was sind 5-Achs-Fräsmaschinen?
3-Achs-Fräsmaschinen
3-Achs-Fräsmaschinen bewegen sich entlang der X-, Y- und Z-Achse. Dies ermöglicht die Bearbeitung von Teilen aus drei Richtungen, was für viele einfache bis mittelschwere Bearbeitungsaufgaben ausreichend ist. Diese Maschinen sind leichter zu programmieren und zu bedienen und bieten eine kostengünstige Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen.
5-Achs-Fräsmaschinen
5-Achs-Fräsmaschinen können zusätzlich zu den X-, Y- und Z-Achsen um zwei weitere Achsen rotieren (meist A- und B-Achse). Dies ermöglicht die Bearbeitung von Werkstücken aus nahezu jedem Winkel, was besonders bei komplexen Geometrien und schwer zugänglichen Bereichen von Vorteil ist. 5-Achs-Maschinen bieten eine höhere Präzision und Flexibilität, sind jedoch teurer und komplexer in der Bedienung und Wartung.
- Bewegung entlang X-, Y- und Z-Achse.
- Bearbeitung von Teilen aus drei Richtungen.
- Geeignet für einfache bis mittelschwere Bearbeitungsaufgaben.
- Leichter zu programmieren und zu bedienen.
- Kostengünstige Lösung für viele Anwendungen.
- Bewegung entlang X-, Y-, Z-Achse plus zwei Rotationsachsen.
- Bearbeitung von Werkstücken aus nahezu jedem Winkel.
- Besonders vorteilhaft bei komplexen Geometrien und schwer zugänglichen Bereichen.
- Höhere Präzision und Flexibilität.
Welches Material kann man CNC Fräsen?
CNC-Fräsmaschinen können eine Vielzahl von Materialien bearbeiten, darunter:
- Metalle: Stahl, Stahlguss, Aluminium, Aluminiumguss, Titan, Gold, Silber, Bronze, Messing.
- Kunststoffe: Verschiedene Kunststoffe, die zerspanbar sind.
- Holz: Verschiedene Holzarten für präzise Holzbearbeitung.
Was ist beim CNC Fräsen zu beachten?
Metall fräsen mit stabiler Fräsmaschine und niedrigen Vorschüben
Beim Fräsen von Metall ist es wichtig, eine stabile Fräsmaschine zu verwenden, die den Kräften standhält, die bei der Bearbeitung entstehen. Geringe Vorschubgeschwindigkeiten und präzise Steuerung sind entscheidend, um Materialverformungen zu vermeiden und eine hohe Präzision zu gewährleisten.
Fräser muss auf Metall und Bearbeitungsmethode abgestimmt sein
Der eingesetzte Fräser sollte auf das zu bearbeitende Metall und die spezifische Bearbeitungsmethode abgestimmt sein. Unterschiedliche Metalle und Bearbeitungsarten erfordern unterschiedliche Fräsertypen, um optimale Ergebnisse und eine lange Werkzeugstandzeit zu erreichen.
Einteilung der Fräswerkzeuge
Nach Werkzeugaufnahme
- Schaftfräser: Befestigung mit Spannzange.
- Aufsteckfräser: Befestigung auf Fräsdorn zwischen Stellringen mit abschließender Mutter.
Nach Bearbeitungsart
- Schruppfräser: Grobe Bearbeitung zur schnellen Materialabtragung.
- Schlichtfräser: Feinbearbeitung zur Erzielung einer hohen Oberflächengüte.
Nach Anzahl der Schneiden
- Einschneider: Für weiche Materialien und schnelle Bearbeitung.
- Zweischneider: Für allgemeine Bearbeitungen.
- Dreischneider und Vierschneider: Für harte Materialien und feine Bearbeitungen.
Nach Werkzeugform:
- Winkelfräser: Für das Fräsen von Winkeln und Schrägen.
- Radiusfräser: Für das Fräsen von Radien und Rundungen.
- Gewindefräser: Für das Fräsen von Gewinden.
- Profilfräser: Für das Fräsen von komplexen Profilen.
- Langlochfräser: Für das Fräsen von Langlöchern.
- Nutenfräser: Für das Fräsen von Nuten und Schlitzen.
Kühlschmierung ist wichtig bei der CNC Metallbearbeitung
Bei der CNC Metallbearbeitung spielt die Kühlschmierung eine entscheidende technische Rolle. Sie hilft, die Temperatur am Zustellungspunkt des Fräsers niedrig zu halten, was zu sauberen und gratfreien Kanten führt. Die Kühlschmierung sorgt auch für den Abtransport der Späne aus dem Arbeitsraum, verhindert das Aufschweißen von Metallspänen bei hoher Hitzeentwicklung und schützt die Werkzeugschneiden. Dadurch wird die Standzeit der Fräser verlängert und die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung erhöht.
- Verwendung einer stabilen Fräsmaschine zur Bewältigung der Bearbeitungskräfte.
- Geringe Vorschubgeschwindigkeiten und präzise Steuerung sind entscheidend.
- Vermeidung von Materialverformungen.
- Sicherstellung hoher Präzision.
- Fräser auf das zu bearbeitende Metall und die Bearbeitungsmethode abstimmen.
- Unterschiedliche Metalle und Bearbeitungsarten erfordern spezielle Fräsertypen.
- Optimale Ergebnisse und lange Werkzeugstandzeit durch passende Fräserwahl.
- Kühlschmierung hält die Temperatur am Zustellungspunkt des Fräsers niedrig.
- Führt zu sauberen und gratfreien Kanten.
- Unterstützt den Abtransport der Späne aus dem Arbeitsraum.
- Verhindert Aufschweißen von Metallspänen und schützt die Werkzeugschneiden.
- Verlängert die Standzeit der Fräser und erhöht die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung.
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