Fräsen

Ein rotierender Mehrschneidenfräser fährt über ein festes Teil

Das Fräsen formt ein Teil mit einem rotierenden Werkzeug, das mehrere Zähne hat, während das Werkstück daran vorbeibewegt wird. Es erzeugt ebene Flächen, Nuten, Taschen und fast jede 3D-Form: Motorblockflächen, Kunststoff-Spritzgussformen und die Aluminiumgehäuse vieler Laptops sind gefräst. Es ist das vielseitigste Zerspanungsverfahren.

Foto: Impressionmanufacturer, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Fräsen · Seitenansicht und Werkzeugweg von oben, 5 SchritteDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten. Die linke Ansicht zeigt den Schnitt von der Seite; die rechte zeigt von oben, wie der Fräser gesteuert wird.

Fräsen in einer Minute, von MecMade

So funktioniert es

Den Block spannen. Ein Schraubstock (eine spindelbetriebene Spannvorrichtung) oder Schrauben halten das Werkstück fest auf dem Maschinentisch, denn die Schnittkräfte sind groß.
Den Fräser drehen. Die Spindel dreht einen Fräser mit mehreren Schneiden (Zähnen). Die Drehzahlen reichen von einigen hundert U/min (Umdrehungen pro Minute) bei großen Fräsern in Stahl bis zu 20.000 oder mehr bei kleinen in Aluminium.
Die Tiefe einstellen. Der Fräser wird auf die Schnitttiefe abgesenkt, von einigen zehntel Millimetern beim Schlichten bis zu mehreren Millimetern beim Schruppen.
Das Teil zustellen. Der Tisch bewegt das Teil unter dem Fräser. Jeder Zahn nimmt einen kleinen Bissen, meist 0,05–0,2 mm dick, und schleudert ihn als Span weg.
Einem Pfad folgen. Ein CNC-Programm (Computerized Numerical Control: Die Maschine folgt codierten Koordinaten) steuert den Fräser in X, Y und Z. Es fährt Konturen ab und räumt Taschen in vielen Durchgängen, zuerst Schruppen, zuletzt Schlichten, und wechselt Werkzeuge automatisch.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Metalle (Aluminium, Stahl, Titan, Messing), Kunststoffe, Holz, Verbundwerkstoffe
Typische Teile: Halterungen, Gehäuse, Motorblöcke, Formen und Gesenke, Getriebegehäuse, Prototypen
Bauteilgröße: Von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern auf großen Portalmaschinen (Flugzeugflügelteile)
Präzision: Meist ±0,01–0,05 mm; etwa ±0,005 mm auf präzisen Maschinen
Oberfläche: Meist Ra 0,8–3,2 µm (Ra = mittlere Rauheit; 1 µm ist ein Tausendstel Millimeter), mit sichtbaren Werkzeugweglinien
Geeignete Losgröße: Einzelstücke und Prototypen bis tausende Teile
Werkzeug- und Maschinenkosten: Fräser kosten einige zehn bis hunderte Dollar; Maschinen reichen von einigen tausend Dollar (konventionell) bis zu hunderttausenden oder mehr (5-Achs-CNC)
Geschwindigkeit: Minuten bis Stunden pro Teil, je nachdem, wie viel Material abgetragen werden muss

Stärken und Grenzen

Stärken

Erzeugt fast jede Form: ebene Flächen, Nuten, Taschen, 3D-Flächen
Kein bauteilspezifisches Werkzeug: Ein neuer Entwurf braucht nur ein neues Programm
Genau und reproduzierbar, leicht zu automatisieren
Funktioniert an den meisten festen Werkstoffen

Grenzen

Bei hohen Stückzahlen langsamer und pro Teil teurer als Gießen oder Spritzgießen
Kann den größten Teil des Ausgangsblocks in Späne verwandeln
Innenecken behalten immer einen Radius, weil der Fräser rund ist
Tiefe, schmale Hohlräume sind schwierig: Lange, dünne Fräser biegen sich und vibrieren

Wo es eingesetzt wird

Luft- und RaumfahrtFlügelrippen und -holme, Triebwerksgehäuse, Halterungen, aus massivem Aluminium oder Titan gefräst
AutomobilbauMotorblöcke und Zylinderköpfe (ebene Flächen), Getriebegehäuse, Prototypen
WerkzeugbauSpritzgussformen, Druckgussformen, Stanzwerkzeuge
ElektronikLaptop- und Handygehäuse, Kühlkörper, Gehäuse
MedizinKnie- und Hüftimplantate, chirurgische Instrumente

So erkennen Sie es

Feine parallele Linien oder überlappende Bögen auf ebenen Flächen: die Bahnen des Fräsers.
Gerundete Innenecken an Taschen, passend zum Radius des Fräsers.
Große kreisförmige Wirbel auf großen ebenen Flächen und winzige Riefen (Facetten) auf gekrümmten 3D-Flächen.

Im Vergleich mit

Drehen5.1das Teil dreht sich statt des Werkzeugs, daher erzeugt das Drehen runde Teile schneller und günstiger.Bohren5.3ein Bohrer taucht nur gerade ein, um Löcher zu machen; eine Fräse bewegt sich auch seitwärts.Senkerodieren6.6trägt mit Funken ab, statt zu schneiden, und erreicht scharfe Innenecken und gehärteten Stahl, mit denen das Fräsen Mühe hat.

Ansehen

Autodesk Fusion · Grundlagen des Fräsens für Einsteiger

Sandvik Coromant · Eine Nahaufnahme eines Fräsers im Einsatz

DMG MORI · Ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum (eine CNC-Fräse, die das Teil auch kippen kann), von seinem Hersteller vorgestellt

Practical Machinist · Echte 5-Achs-Schnitte, die komplexe Teile herausarbeiten

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Fräsen — Fräser, Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Beim Fräsen dreht sich der Fräser, und die Maschine bewegt das Teil oder den Fräser entlang eines programmierten Pfads.
Jeder Zahn nimmt einen kleinen Bissen, daher kann ein Fräser mit mehr Zähnen schneller vorschieben.
Gerundete Innenecken und feine Pfadlinien sind das Kennzeichen eines gefrästen Teils.