CNC-Fräsmaschinen für die Metallbearbeitung Deutschland

Häufig gestellte Fragen zum Thema CNC-Fräse für Metall

Wie funktioniert eine CNC-Fräse für Metall?

Bereits seit dem frühen 19. Jahrhundert nutzen Betriebe Fräsmaschinen für Metalle. Etwa seit Beginn des 20. Jahrhunderts gibt es die heute gängigen Basisbauformen dieser Maschinen, wie die Werkzeugfräsmaschine, die Zahnradwälzfräsmaschine und die Nutfräsmaschine. Darüber hinaus setzt die Industrie heute u. a. auf Portalfräsmaschinen, Holz-CNC-Fräsen (CNC: Computerized Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung), Fünf-Achs-Fräsmaschinen, 3-D-Fräsen, CNC-Bearbeitungszentren und andere Hightech-Anlagen. Die Teile einer CNC-Fräse für Metall bauen, so wie bei jeder anderen Fräse, auf dem Maschinenkörper auf. Die Konstruktion schwerer Fräsmaschinen für Metalle basiert auf einem Fundament. Bei der Bauform einer kleinen bis mittleren Fräse ergeben Gestell und Ständer eine Einheit, wodurch die Maschine besonders belastbar ist (Monoblockbauweise). Hingegen zeichnen sich große Fräsen eher durch eine modulare Konstruktion aus. Als ein Hauptelement einer Fräsmaschine für Metalle gilt der Fräskopf, der ein Bauteil simultan von drei Seiten fertigen kann. Eine CNC-Universal-Fräsmaschine erlaubt, Schlitten und Kopf sowohl vertikal als auch horizontal zu justieren, wodurch ein Bauteil aus jedem möglichen Winkel gefräst wird. Beim CNC-Fräsen für Metall rotiert das Werkzeug, wobei der Vorschub senkrecht zur Drehachse hin ausgerichtet ist. Um leichte bis mittelschwere Objekte zu bearbeiten, kommen Horizontal-/Vertikal-Frässpindeln zum Einsatz. Die Werkstücke werden auf horizontalen Aufspanntischen angebracht. Ein Kreuztisch bietet eine dritte Achse. Allerdings können Maschinentische den Nachteil verursachen, dass Konsolen in den Endlagen in Schräglage geraten. Aus diesem Grund spannen Anwender umfangreiche Frästeile auf Betten, denn diese nehmen eine Fläche ganz ein und ermöglichen Stabilität. Zu einer CNC-Fräse für Metall gehört ein automatischer Werkzeugwechsler und eine digitale Pinolenhubanzeige*. Des Weiteren erstellt eine Drei- oder Fünf-Achs-Fräsmaschine zahlreiche Werkstücke mit geringen Toleranzen in einem kurzen Zeitraum.

*Eine Pinole stellt eine hohle Arbeitsspindel dar, die in stationären Werkzeugmaschinen montiert ist. Sie ist zu axialer Bewegung fähig.

Worauf muss beim Fräsen von Metallen geachtet werden?

Beim Einsatz von CNC-Fräsen für Metall, etwa bei Edelstahl], Messing oder Aluminium, ist auf geringe Verfahrensgeschwindigkeiten zu achten. Kombiniert mit kleinen Vorschüben erlaubt dieses Vorgehen, besonders präzise zu fertigen. Außerdem empfiehlt sich während der Feinbearbeitung von Guss, Stahl und Hartmetall eine Kühlung, um Oberflächen sorgfältig zu behandeln. Des Weiteren ist beim Einsatz von CNC-Fräsen für Metall wichtig, die richtigen Werkzeuge für die jeweiligen Bauteile zu verwenden, um optimale Resultate zu erhalten. So stehen diverse Fräsen mit unterschiedlichen Schneiden für jeden Bedarf zur Auswahl: z. B. Radius- und Winkelfräser, Profil- und Gewindefräser sowie Nutenfräser. Ein weiterer Tipp ist, durch Beschichtungen die Abführung der anfallenden Späne und auf diese Weise die CNC-Fertigung im Ganzen zu optimieren. Eine effektive Kühlschmierung sorgt dafür, dass an den Kanten keine Gratablagerungen auftreten.

Wo liegen die Vorteile beim CNC-Fräsen von Metallen?

Die Nutzenaspekte des Einsatzes dieser CNC-Maschine in der Metallverarbeitung sind zahlreich:

• Unterschiedliche Mengen, Vielfalt: Mit CNC-Metallfräsmaschinen produzieren Betriebe jede von Kunden gewünschte Stückzahl. Von der Einzel- bis zur Serienfertigung ist alles machbar mit dem schnellen und wirtschaftlichen CNC-Fräsen von Metallen. Es sind sogar aufwendige Werkstücke in großer Anzahl in der Metallverarbeitung herstellbar – ein enormer Vorteil gegenüber manuellen Verfahren. Des Weiteren erhalten Kunden dank CNC-Bearbeitung Präzisionsteile, z. B. CNC-Frästeile für den Modellbau
• Wenig Abfall, geringe Rüstzeiten: Der Einsatz von CNC-Fräsen für Metall befähigt Anwender dazu, exakte Maße bei der Herstellung eines Teils einzuhalten, der Ausschuss hält sich in Grenzen. Rüstzeiten werden erheblich gesenkt.
• Vorteile bei Werkzeugen: Zum Teil ist ein Werkzeugwechsel unnötig oder nur in reduziertem Maße erforderlich. Da eine CNC-Fräse für Metall meist über viele Werkzeuge verfügt, ist es möglich, einfach durch Nutzen eines anderen Programms weitere Bauteile oder Präzisionsteile herzustellen. Der Werkzeugeinsatz funktioniert erheblich effizienter als bei manueller Herstellung. Die Werkzeuge werden bei der CNC-Bearbeitung schnell und exakt auf die richtig Position eingestellt.
• Nutzen durch Programmierung: Jedes Maß aufwendig in der Metallverarbeitung neu zu berechnen ist nicht notwendig, da eine CNC-Maschine ein einmal erstelltes Programm so oft wie nötig nutzen kann. Darüber hinaus werden Zwischenmessungen reduziert, was wiederum Zeit einspart. Eine Aufspannung genügt, um eine Reihe von Arbeitsschritten zu vollziehen. Der Aufwand, Werkstücke umzuspannen, entfällt somit. Möchte ein Betrieb Werkstücke beim Metall Fräsen variieren, ist dies kein Problem für die CNC-Bearbeitung. Denn eine solche Veränderung unterstützt ein bereits vorhandenes CNC-Programm – es muss nur geändert werden. Neben den CNC-Programmen sorgt die CAD-/CAM-Software (CAD: Computer-Aided Design = rechnerunterstütztes Design, CAM: Computer-Aided Manufacturing = rechnerunterstützte Fertigung) dafür, dass beim CNC-Fräsen keine Wünsche offen bleiben.
• CNC-Fertigung erfüllt Kundenwünsche optimal: Betriebe sind dank des Einsatzes von CNC-Fräsen für Metall in der Lage, Kundenwünschen zügig zu entsprechen. CNC-Metallfräsmaschinen zu nutzen, erlaubt die flexible Produktion von Bauteilen und Präzisionsteilen, wobei die Durchlaufzeit in der Prozesskette deutlich gesenkt wird. Häufig bauen Kunden auf die CNC-Lohnfertigung, da diese z. B. erlaubt, sich auf das Kerngeschäft zu konzentrieren und den teuren Kauf einer CNC-Fräsmaschine zu umgehen.
• Führende Branchen profitieren: Der überzeugende Mehrwert der Nutzung von CNC-Fräsmaschinen in der Metallverarbeitung kommt zahlreichen Branchen zugute, darunter in Deutschland führende Industrien, etwa die Automobil- und die Luftfahrtindustrie.
• Hoch entwickelte Maschinen: CNC-Fräsen für Metalle stellen teils beeindruckende und leistungsstarke Hochtechnologie dar, z. B. Portalfräsmaschinen, 3-D-Fräsen, Fünf-Achs-Fräsmaschinen oder andere CNC-Bearbeitungszentren.

Sind 3-D-Drucker eine Alternative zu CNC-Metallfräsmaschinen?

Sowohl ein 3-D-Drucker als auch eine CNC-Fräse für Metall bieten hoch effiziente Verfahren, mit denen Betriebe und Anwender Präzisionsteile herstellen. Doch was für ein Projekt letztendlich das Beste ist, hängt vom Werkstoff, der geometrischen Komplexität, der herzustellenden Menge an Teilen und nicht zuletzt vom möglichen Kostenrahmen ab. Im Allgemeinen wird das CNC-Fräsen bei Metall (derzeit noch) vorgezogen, und 3-D-Drucker sind eher beim Kunststoff Fräsen vorzufinden. Doch es gibt auch bei Metall Argumente für den 3-D-Druck. Grundsätzlich ist zu unterscheiden, dass das Arbeiten mit einer CNC-Fräse ein abtragendes (subtraktives) Verfahren ist, während der 3-D-Druck Schicht für Schicht eines Objekts ergänzt (additives Verfahren).

Vorteile von CNC-Fräsen für Metall:

Die CNC-Bearbeitung ist ausgereifter als der 3-D-Druck. Insbesondere für den industriellen Einsatz in der Metallverarbeitung ist ein 3-D-Drucker bisher noch nicht so geeignet. Mit einer CNC-Fräse für Metall ist es möglich, z. B. ein Gewinde zu fertigen, ferner erzeugen CNC-Metallfräsmaschinen bzw. Graviermaschinen Gravuren – 3-D-Drucker können beides nicht, im Fall der Gewinde werden sie voraussichtlich aufholen. Doch derzeit ist das Bearbeiten von Metall die Domäne der CNC-Fräsen. Es sind zwar Metalldrucker, etwa für Aluminium, am Markt vorhanden – sie unterliegen jedoch im Vergleich mit den CNC-Metallfräsmaschinen.

Bei der privaten Nutzung des 3-D-Drucks besteht zwar ein Vorteil in der leicht zu bedienenden Software. Hingegen ist es etwas aufwendiger, bei CNC-Fräsen mit Software umzugehen. In der industriellen Nutzung kommt es jedoch vor allem auf Qualität und exaktes Arbeiten an, und hier liegt die CNC-Bearbeitung im Vergleich vorne.

Die Belastbarkeit von Materialien und das Fertigen großer Werkstücke sind Anforderungen, denen eher die Nutzung von CNC-Fräsen für Metall genügt. Hingegen passt der 3-D-Druck eher, wenn am Werkstoff gespart werden bzw. wenn dieser besonders schmelz- und erstarrungsfähig sein soll.

In der Metallverarbeitung mit CNC-Fräsen wird Aluminium häufig verwendet, insbesondere im Hinblick auf die Produktion von Prototypen in zahlreichen Branchen. Denn Aluminium bietet u. a. die Vorzüge des Recyclings und der überzeugenden Schutzfähigkeit. Weitere Metalle, die hervorragend zu CNC-Fräsen passen, sind Edelstahl, Magnesiumlegierung, Zinklegierung, Titan und Messing. Darüber hinaus sind für das 3-D-Drucken von Metall in der Industrie im Vergleich teurere Industriemaschinen erforderlich. Hier sei darauf hingewiesen, dass 3-D-Drucker bei kleineren Stückzahlen und anderen Materialien günstiger fertigen.

In puncto Toleranzen überzeugt die CNC-Fertigung im Großen und Ganzen ebenfalls mehr als der 3-D-Druck.

Vorteile von 3-D-Druckern:

Zu den Pluspunkten des 3-D-Drucks zählen u. a.: die Formfreiheit, die Nutzung für viele unterschiedliche Projekte, die Exaktheit und die Schnelligkeit. Zudem ist es möglich, das Gewicht der zu fertigenden Teile zu verringern und die Kosten zu senken.

3-D-Drucker dominieren bisher nur beim Kunststoff Fräsen, z. B. eignen sie sich für viele Thermoplaste, Fotopolymere wie Wachs oder biokompatible Harze. Allerdings holen sie bei den Metallen auf, weil sich Unternehmen wie etwa 3D Systems, Arcam, Desktop Metal und Markforged der Verbesserung des 3-D-Drucks von Metall widmen.

Im Bereich Metallverarbeitung nutzen Anwender den 3-D-Druck für Aluminium, Edelstahl, Titan und Inconel. Ferner können manche Materialien wie Superlegierungen oder TPU (Thermoplastisches Polyurethan) nicht per CNC gefertigt werden – dafür dient ausschließlich der 3-D-Druck oder das Rapid Tooling.

Geht es um leichtere Bedienung, toppt der 3-D-Druck die CNC-Bearbeitung. Ist eine Datei für das Verfahren fertig erstellt, muss der Anwender nur noch die Ausrichtung, Füllung und Unterstützung des Werkstücks bestimmen. Während des Drucks ist keine Überwachung notwendig. Häufig gestaltet sich auch die Nachbearbeitung einfach. Im Kontrast dazu bringt das CNC-Fräsen von Metall mehr Arbeit mit sich. Ein Anwender in der Metallverarbeitung muss sich mit Werkzeugen und ihren Drehzahlen, dem Schneidpfad und der Neupositionierung des Metalls auskennen und alle passenden Parameter aussuchen. Zudem ist auch die Nachbearbeitung beim Metall Fräsen meist zeitintensiver, als es bei einem 3-D-Drucker der Fall ist.

Ferner punktet der 3-D-Druck in Bezug auf die Fertigung von geometrisch aufwendigen Objekten. So erstellen Anwender mittels 3-D-Druck Teile oder Präzisionsteile mit Geometrien, die keine andere Technologie herzustellen vermag. Methoden wie Selektives Lasersintern (SLS) und Multi Jet Fusion schaffen das ohne Support.

CNC-Fräsen für Metall zerspanen Material und erzeugen Ausschuss, der zu entsorgen ist. CNC-Maschinen schaffen somit mehr Arbeitsaufwand und arbeiten weniger nachhaltig. Dagegen erstellt ein 3-D-Drucker als additive Fertigung aus dem zugeführten Material ein Objekt und erzeugt keinen Abfall.

Kombimaschinen für 3-D-Druck und CNC-Fräsen von Metall: Mittlerweile gibt es Maschinen im Markt, die die CNC-Fertigung des Fräsens mit dem 3-D-Druck verbinden, z. B. der ZMorph 2.0 SX.