Ratgeber
Fräsmaschinen sind spanabhebende Werkzeugmaschinen, mit denen Werkstücke in eine bestimmte geometrische Form gebracht werden. Sie können ebene Flächen, Nuten und Führungen, aber auch komplexe zwei- oder dreidimensionale Konturen erzeugen und kommen in Werkstätten und in der industriellen Fertigung zum Einsatz.
Welche Arten von Fräsmaschinen es gibt und worauf bei der Auswahl zu achten ist, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Fräsmaschinen, auch unter dem Begriff Fräsen bekannt, sind spanende Werkzeugmaschinen, die mit rotierenden Schneidwerkzeugen ausgestattet sind und dazu dienen, Material von Werkstücken abzutragen. Sie werden zum Zweck der Holz-, Kunststoff- und Metallbearbeitung eingesetzt und ermöglichen es, Oberflächen und Konturen zu erzeugen. Während man mit einfachen Fräsmaschinen Flächen glätten oder strukturieren sowie Nuten, Schlitze und Führungen herstellen kann, machen professionelle Fräsen ausgefallenere Formgebungen und die Herstellung komplexer räumlicher Körper möglich.
Vom Prinzip her ist das Fräsen mit dem Bohren oder Hobeln vergleichbar: Ein mehrschneidiges Fräswerkzeug trägt Späne von einem Werkstück ab, wodurch es eine neue Form oder Struktur erhält. Eine Besonderheit von Fräsmaschinen besteht darin, dass mindestens drei Vorschubrichtungen bzw. Bewegungsachsen zur Verfügung stehen. Sie sind Voraussetzung für die Herstellung von Präzisionserzeugnissen wie Werkzeugen, Motorblöcken, Zahnrädern und anderen Maschinenkomponenten.
Stationäre Fräsmaschinen sind von geführten Fräsen zu unterscheiden. Geführte Fräsen werden vorrangig im Heimwerksbereich genutzt und zeichnen sich dadurch aus, dass sie am Werkstück entlanggeführt werden. Das heißt, eine geführte Fräse wird auf ein Stück Holz gesetzt und während des Betriebs bewegt, während das Werkstück eingespannt ist und unbeweglich bleibt. Bei einer stationären Fräsmaschine verhält es sich umgekehrt. Hier wird das Werkstück an der unbeweglichen Fräse entlanggeführt. Der Vorteil von stationären Fräsen besteht darin, dass Parallel- oder Winkelanschläge und Führungsschienen bereits im System integriert sind. Dadurch kann man mit solchen Maschinen sicherer und effizienter arbeiten.
Zwar gibt es unterschiedlichen Typen von Fräsmaschinen, dennoch ähneln sie sich in ihrem Aufbau. Grundlage einer jeden Fräse ist ein Maschinengestell. Es ist meistens aus Guss gefertigt, um der Maschine ausreichend Standsicherheit zu verleihen. Während Motor und Getriebe bei konventionellen Fräsen im Gestell integriert sind, werden sie bei modernen Maschinen möglichst nah an die Hauptspindel gelegt, um Vibrationen zu minimieren und die Kraftübertragung zu optimieren.
Der Motor ist das Herzstück einer Fräsmaschine. Leistung, Drehzahl und Drehmoment variieren je nach Fräsentyp und Verwendungszweck. Neben Motoren mit variabler und elektronisch gesteuerter Drehzahl gibt es Motoren mit fester Drehzahl, deren Regelung über Riemenscheiben oder Zahnräder erfolgt. Das Getriebe ist in der Lage, die Abgabeleistung des Motors in unterschiedliche Geschwindigkeiten umzuwandeln oder in verschiedene Richtungen zu lenken. Bei älteren Fräsen gibt es für jede Bewegungsachse eine Kurbel für den manuellen Antrieb: eine für die Längsachse (X-Achse), eine für die Querachse (Y-Achse), eine für die vertikale Achse (Z-Achse) und eine für die Drehachse, sofern eine vorhanden ist.
Je nach Größe und Gewicht sind Fräsmaschinen mit einem Maschinentisch bzw. einer Konsole oder mit einem Maschinenbett ausgestattet. Dementsprechend unterscheidet man zwischen Konsolfräsmaschinen und Bettfräsmaschinen. Bettfräsmaschinen werden zur Bearbeitung von großen und sperrigen Werkstücken eingesetzt, weil ein Maschinenbett mehr Stabilität mit sich bringt als eine Konsole, die sich bei Belastungsspitzen an den Enden verformen kann. Konsolfräsmaschinen kommen daher vorrangig zum Fräsen kleiner bis mittelgroßer Werkstücke zum Einsatz. Maschinen mit winkelgesteuerten Drehtischen ermöglichen es, Werkstücke rundherum zu bearbeiten. Bei konventionellen Tischfräsen wird das Werkstück mithilfe eines Schraubstocks oder Klammern, Schrauben und T-Muttern befestigt.
Ein weiterer Baustein von Fräsmaschinen ist der Fräskopf. Er fixiert und sichert das Schneidelement und ist gelegentlich mit weiteren Komponenten wie einem Schalter oder Kühlkomponenten ausgestattet. Der Fräskopf enthält die Werkzeugachse oder Spindel, also das rotierende Element, auf dem der Fräser sitzt. Des Weiteren sind Fräsmaschinen mit Führungen ausgestattet, um ein präzises Arbeiten zu ermöglichen. Dazu zählen insbesondere Linear- und vermehrt auch Rotationsführungen, die eine größere Anzahl an Bearbeitungsmöglichkeiten eröffnen.
Konventionelle Fräsmaschinen sind vorrangig für den Einstieg und Hobbygebrauch gedacht und für die Steuerung per Hand ausgelegt. Sie verfügen über einen mechanischen Vorschub und dienen der Anfertigung von Einzelstücken und Kleinserien. Fräsmaschinen für versierte und professionelle Nutzerinnen und Nutzer zeichnen sich durch umfangreichere Steuerungs- und Automatisierungsmöglichkeiten aus. Am leistungsfähigsten sind CNC-gesteuerte Fräsmaschinen. Das Kürzel CNC steht für Computerized Numerical Control und bezeichnet Werkzeugmaschinen mit Computersteuerung, die Software-gestützt und somit voll automatisiert arbeiten. Vor allem die Genauigkeit und der geringe Verfahrweg sprechen für das CNC-Fräsen. Mit CNC lassen sich auch aufwendige Formen und Oberflächenstrukturen erstellen, die mit anderen Fräsen nicht oder zumindest nicht so schnell zu realisieren wären. Lange Zeit waren automatisierte CNC-Fräsmaschinen der Industrie, Produktion und Werkzeugherstellung vorbehalten. Zunehmend stehen auch günstige Fräsen mit CNC-Steuerung zur Auswahl, die sich für den anspruchsvollen Hobbybereich, Modellbau und die Platinenherstellung empfehlen.
Kennzeichnend für eine CNC-Fräsmaschine ist der automatische Vorschub über eingebaute Schrittmotoren auf mehreren Achsen. Alle Bearbeitungsschritte werden über eine Software am Computer programmiert und anschließend per CNC-Code angewendet, ohne dass irgendein manueller Eingriff erforderlich wäre. Im CNC-Programm setzt man CAD-Zeichnungen zu Befehlen um, damit die Maschine weiß, welche Achsen bewegt werden sollen. Erstellte CNC-Programme lassen sich leicht abändern und an neue Anforderungen oder Werkstoffe anpassen. Bei der Herstellung identischer Werkstücke ist eine CNC-Fräse eine große Erleichterung.
Ein weiterer Pluspunkt von CNC-Maschinen sind die im Vergleich zur Handsteuerung deutlich schnellere Werkzeugführung und der sich daraus ergebende Geschwindigkeitsvorteil bei der Fertigstellung. Verglichen mit konventionellen Fräsmaschinen erfordern CNC-Fräsen zwar höhere Einstiegskosten, mehr Platz und einen zu Beginn höheren Lernaufwand, die Flexibilität und die beachtliche Arbeitsgeschwindigkeit überwiegen die Nachteile jedoch in der Regel. Dank der präzisen Reproduktionsmöglichkeiten eignen sich CNC-Fräsmaschinen und Werkzeugmaschinen auch für die Serienproduktion.
Der Einsatzzweck bestimmt maßgeblich die Auswahl einer geeigneten Fräsmaschine. Universal-Fräsmaschinen sind Allrounder und im Bereich von Werkstatt und Produktion aufgrund ihrer Verstellmöglichkeiten und dem geringen Verfahrweg vielseitig einsetzbar. Sie sind in verschiedenen Ausführungen, Leistungsklassen und Größen erhältlich und eine relativ sichere Wahl, wenn unterschiedliche Fräsarbeiten durchgeführt werden sollen. Kompakte Handgeräte mit geringem Platzbedarf sind vorwiegend für den Einstieg, die Hobbynutzung und kleine Handwerksbetriebe, die nur gelegentlichen fräsen, gedacht. Größere Werkzeugmaschinen sind eine gute Wahl für den häufigen Gebrauch in Werkstätten, Handwerks-, Produktions- und Ausbildungsbetrieben.
Welcher Maschinentyp in Frage kommt, hängt von der konkreten Fräsarbeit und dem Anwendungsgebiet ab. Einfache Fräsmaschinen mit einer geradlinigen Vorschubbewegung sind auf das Planfräsen oder Profilfräsen von Werkstücken beschränkt. Besser ausgestattete Maschinen beherrschen dank kreisförmigem Vorschub auch das Rundfräsen. Profi-Fräsmaschinen (CNC-Fräsmaschinen) sind mit ihrem flexibel steuerbaren Vorschub über die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse in der Lage, dreidimensionale Formen zu erzeugen (Formfräsen). Kombigeräte wie Bohr-Fräsmaschinen oder Dreh-Bohr-Fräsmaschinen vereinen mehrere Funktionen und ersparen die Anschaffung separater Maschinen. Durch Umrüsten (Austausch des Werkzeugs und des beiliegenden Zubehörs) besteht die Möglichkeit, vom Bohrbetrieb in den Drehmodus zu wechseln oder das Gerät zur Fräse umzubauen.
Ebenso wichtig ist die Auswahl eines geeigneten Fräswerkzeugs. Bei der Kunststoff-, Holz- und Metallbearbeitung finden Fräser mit unterschiedlicher Geometrie Verwendung. Durch die jeweiligen Beschaffenheiten der Schneiden ergeben sich spezifische Profile und damit einhergehend unterschiedliche Fräseigenschaften. Schlichtfräser erzielen eine kleine bis mittlere Materialabnahme mit geringem Spanvolumen und hoher Oberflächengüte. Schrupp-Schlichtfräser arbeiten durch ihre mittlere Rilleneinteilung und das sich daraus ergebende größere Spanvolumen schneller bei meist ausreichender Oberflächengüte. Für einen hohen Materialabtrag ist ein entsprechend großes Zerspanungsvolumen nötig. Dafür eignen sich Schruppfräser mit grober Rilleneinteilung. Die entstehende Oberfläche muss nach dem Schruppfräsen in der Regel noch geschlichtet werden, bedarf also einer weiteren Bearbeitung, zum Beispiel mit einem Schlichtfräser. Fräser gibt es in vielen Ausführungen: als Einzahnfräser und Mehrzahnschneider, Radiusfräser, Scheibenfräser, Profilfräser, Formfräser, Torusfräser, Microfräser und Walzstirnfräser.
Arbeiten Sie beim Ein- und Aufspannen des Schneidwerkzeugs in den Fräskopf möglichst sorgfältig. Reinigen und prüfen Sie den Fräser vor der Verwendung. Für ein sicheres Arbeiten, einen sauberen Schnitt aus dem Material und eine hohe Oberflächenqualität muss der Fräser mithilfe der Anzugsmutter oder Anzugsschraube richtig fixiert sein, damit er rund und plan läuft. Spannen Sie das Schneidwerkzeug möglichst kurz ein, um ein Durchbiegen zu verhindern. Stellen Sie sicher, dass der Mitnehmerstein in die Aussparungen greift. Tauschen Sie beschädigte oder stumpfe Fräswerkzeuge aus.
Was versteht man unter dem Begriff Verfahrweg?
Als Verfahrweg bezeichnet man die Strecke, die ein Maschinenteil von einem Anfangspunkt bis zu einem Endpunkt zurücklegen kann. Wird er überschritten, kann das Beschädigungen am Gerät zur Folge haben. Im Regelfall wird der Verfahrweg (in mm) für alle Bewegungsachsen einer Fräsmaschine angegeben.
Welche Materialien kann man mit einer Fräsmaschine bearbeiten?
Fräsmaschinen können mit unterschiedlichen Schneidwerkzeugen bestückt werden, wodurch sie für vielerlei Materialien einsetzbar sind. Sie können für die Bearbeitung von Stahl, Edelstahl, Guss, Buntmetall, Leichtmetall, Messing, Aluminium, Kupfer, Kunststoff, Acryl, Plexiglas bis hin zu Holz, Hartholz, Weichholz, MDF und Stein Verwendung finden.