Leitfaden zu 15 wesentlichen Fräsverfahren und ihren industriellen Anwendungen

Fräsen ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem Rotationsfräser verwendet werden, um Material von Werkstücken abzutragen. Im Gegensatz zum Drehen, das hauptsächlich Rotationssymmetrie erzeugt, kann das Fräsen komplexe Geometrien wie Ebenen, Kurven, Nuten und Löcher erzeugen. Seine Vielseitigkeit und Präzision machen es in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Formenbau, der Herstellung von Medizinprodukten und zahlreichen anderen Branchen unverzichtbar.

Der Fräsprozess umfasst vier kritische Elemente:

• Werkstück: Das zu bearbeitende Rohmaterial, typischerweise Metall, aber auch Kunststoffe oder Verbundwerkstoffe.
• Fräser: Rotationswerkzeuge mit einzelnen oder mehreren Schneidkanten, die Material abtragen. Die Auswahl hängt von den spezifischen Bearbeitungsanforderungen ab.
• Fräsmaschine: Ausrüstung, die Leistung und Steuerung bereitstellt, Werkstücke sichert und gleichzeitig die Bewegung des Fräsers antreibt. Moderne CNC-Systeme ermöglichen hochpräzise, automatisierte Operationen.
• Schnittparameter: Variablen wie Geschwindigkeit, Vorschub und Zustellung, die sich direkt auf die Qualität und Effizienz auswirken.

Frästechniken können nach Fräserbewegung (Planfräsen, Umfangsfräsen) oder Werkstückgeometrie (Flächenfräsen, Konturfräsen) kategorisiert werden. Im Folgenden werden fünfzehn wesentliche Fräsarten im Detail untersucht.

Diese Oberflächenbearbeitungsmethode verwendet Planfräser mit Schneidkanten auf der Stirnseite des Werkzeugs. Der rotierende Fräser trägt schrittweise Material ab, um flache, glatte Oberflächen zu erzeugen, was besonders effektiv für große Werkstücke wie Formbasen oder Maschinenbetten ist.

Werkzeug: Planfräser mit großem Durchmesser und stirnseitig angebrachten Schneidkanten.

Anwendungen: Oberflächenbearbeitung großer Komponenten, Erzeugung präziser flacher Oberflächen, Bearbeitung von Aussparungen und Stufen durch Abflachen und Glätten des Materials.

Mit Nutfräsern oder Schaftfräsern, die kreisförmigen Sägeblättern ähneln, werden bei diesem Verfahren Kanäle bestimmter Breite und Tiefe in Werkstücke geschnitten, die üblicherweise für Keilnuten und T-Nuten verwendet werden.

Werkzeug: Nutfräser (Umfangs-Schneidkanten) oder Schaftfräser (Seiten-Schneidkanten).

Anwendungen: Bearbeitung verschiedener Nuttypen, einschließlich Keilnuten, T-Nuten und Führungsschienen.

Hochflexible Schaftfräser schneiden sowohl mit Stirn- als auch mit Seitenschneiden und führen sowohl Plan- als auch Umfangsfräsen aus. Sie können vertikal eintauchen oder seitlich schneiden und bewältigen komplexe Konturen, Kurven, Löcher und Schlitze.

Werkzeug: Schaftfräser mit Schneidkanten an Stirn und Seiten.

Anwendungen: Komplexe Geometrien einschließlich Profile, gekrümmte Oberflächen, Löcher und Schlitze.

Spezialisierte Gewindefräser mit mehreren Schneidkanten erzeugen präzise Innen- und Außengewinde durch Rotations- und Schraubenvorschubbewegungen, die für ihre Genauigkeit und Oberflächengüte bekannt sind.

Werkzeug: Mehrschneidige Gewindefräser, die eine vollständige Gewindeformung ermöglichen.

Anwendungen: Hochpräzises Gewindeschneiden über Materialien und Größen hinweg, einschließlich komplexer Designs.

Diese Seitenwandbearbeitungsmethode verwendet typischerweise Schaftfräser, um 90° vertikale Oberflächen wie Stufen und Schultern zu erzeugen.

Werkzeug: Schaftfräser.

Anwendungen: Bearbeitung senkrechter Seitenflächen und rechtwinkliger Merkmale.

Durch den Einsatz von Seiten- oder Schaftfräsern werden dünne Materialschichten von Werkstückkanten entfernt, um flache oder konturierte Seitenflächen zu erzeugen.

Werkzeug: Seitenfräser oder Schaftfräser.

Anwendungen: Kantenbearbeitung und Materialabtrag in dünnen Schichten.

Mehrschneidige Kugelfräser folgen komplexen Konturen über mehrere Achsen und erfordern oft eine CNC-Steuerung für komplizierte 3D-Oberflächen wie Formen und Gesenke.

Werkzeug: Mehrschneidige Kugelfräser.

Anwendungen: Komplexe Konturen und detaillierte Oberflächen im Formenbau und bei Präzisionskomponenten.

Mit großen, dünnen Kreissägeblättern mit zahlreichen Zähnen erzeugt dieses schnelle „Schlitz“-Verfahren schmale Schnitte durch gerade oder oberflächenfolgende Schnitte.

Werkzeug: Dünne Kreissägeblätter.

Anwendungen: Erstellung schmaler Schlitze und Trennschnitte.

Computergestützte Bearbeitung wandelt CAD-Modelle in Werkzeugwege um und ermöglicht die automatisierte Herstellung komplexer Geometrien, die über manuelle Fähigkeiten hinausgehen.

Werkzeug: Computergestützte Werkzeuge.

Anwendungen: Hochpräzise, automatisierte Bearbeitung komplizierter Komponenten.

Spezialisierte Zahnradfräser oder Wälzfräser bearbeiten Zahnradzähne, wobei einfache Zahnräder manuell hergestellt werden, während komplexe Versionen CNC-Ausrüstung erfordern.

Werkzeug: Zahnradwälzfräser oder Formfräser.

Anwendungen: Herstellung von Stirn-, Schräg- und Kegelrädern.

Die Herstellung von abgeschrägten Kanten und Winkelfunktionen erfordert konische Fräser oder winkelverstellbare Werkzeuge, die auf geneigten Spindeln oder Mehrachsmaschinen montiert sind.

Werkzeug: Konische Fräser oder winkelverstellbare Fräser.

Anwendungen: Fasen, Winkelrillen und abgeschrägte Kanten.

Spezielle Profilfräser oder allgemeine Werkzeuge erzeugen detaillierte Oberflächenkonturen, die in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Werkzeugindustrie weit verbreitet sind, typischerweise mit CNC-Maschinen.

Werkzeug: Benutzerdefinierte Profil- oder Mehrzweckfräser.

Anwendungen: Detaillierte Oberflächenkonturen in der Präzisionsfertigung.

Zwei Fräser, die auf einer Welle montiert sind, bearbeiten gleichzeitig parallele Oberflächen, Schlitze oder Nuten und verdoppeln so die Produktivität für Merkmale wie gegenüberliegende Keilnuten.

Werkzeug: Parallel montierte Doppelfräser.

Anwendungen: Bearbeitung paralleler Oberflächen und Erstellung gegenüberliegender Merkmale.

Einfache horizontale Fräser erzeugen flache, rechteckige Merkmale durch geradlinigen Materialabtrag.

Werkzeug: Horizontale Walzfräser.

Anwendungen: Einfache Bearbeitung flacher Oberflächen und Stufen.

Mehrere Fräser auf einer Welle bearbeiten gleichzeitig verschiedene Oberflächen und optimieren so die Effizienz der Massenproduktion trotz höherer Rüstkomplexität.

Werkzeug: Mehrfachwerkzeugwellen.

Anwendungen: Hochvolumenproduktion identischer Komponenten.

Fräsen bedient praktisch alle Fertigungsbereiche, einschließlich:

• Luft- und Raumfahrt: Motorkomponenten, Flugzeugzellen, Fahrwerke
• Automobil: Motorblöcke, Zylinderköpfe, Kurbelwellen
• Werkzeugbau: Spritzgussformen, Druckguss, Stanzwerkzeuge
• Medizin: Gelenkersatz, Zahnimplantate, chirurgische Instrumente
• Elektronik: Komponenten, Leiterplatten, Gehäuse

Zukünftige Frästechnologien umfassen:

• Hochgeschwindigkeitsfräsen: Erhöhte Schnittgeschwindigkeiten für Effizienz und Oberflächengüte
• 5-Achsen-Fräsen: Erweiterte geometrische Fähigkeiten durch Mehrachsenkoordination
• Intelligentes Fräsen: Sensor- und KI-Integration zur Prozessoptimierung
• Nachhaltiges Fräsen: Umweltfreundliche Kühlmittel und Werkzeugmaterialien

Als Eckpfeiler der Fertigung entwickelt sich das Fräsen durch technologische Fortschritte, die seine Präzision, Effizienz und ökologische Nachhaltigkeit erweitern, weiter und sichert so seine dauerhafte Rolle in der industriellen Produktion.