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Häufig gestellte Fragen zum Thema CNC-Portalfräse

Wie funktioniert eine CNC-Portalfräse?

Betriebe nutzen CNC-Portalfräsen (CNC-Portalfräsmaschine, Portalfräswerk), um umfangreiche und/oder besonders schwere Bauteile zu bearbeiten. Neben einer exakten Steuerung überzeugen diese Werkzeugmaschinen mit einer hohen Belastbarkeit. Zudem verfügen manche CNC-Portalfräsen über einen Arbeitsraum mit mehreren Kubikmetern, diese Werkzeugmaschinen können an jede Stelle des vorgesehenen Bereichs millimetergenau heranfahren. Um größere Bauteile zu fräsen, bedarf es des vollbeweglichen Fräskopfs, über den CNC-Portalfräsen verfügen. Diese Komponente der Fräsmaschine wird aufgrund der umfangreichen Arbeitswege und ausgeprägten Andruckkräfte bei großen Bauteilen enorm belastet. Des Weiteren arbeiten CNC-Portalfräsmaschinen überwiegend mit beweglichen Bauteilen. Die Option, ein Bauteil vollständig an fünf Seiten zu fertigen (möglich, wenn eine Portalfräse über ein Fräskopfwechselsystem oder einen schwenkbaren Fräskopf verfügt) sowie die steife, dynamische Beschaffenheit sind Vorzüge dieser Fräsmaschinen.

Während der Bearbeitung eines Werkstücks wird das Fräswerk einer CNC-Portalfräse mithilfe von Schienen in der Y-Achse und somit vor- und rückwärts manövriert. In seitlicher Ausrichtung fährt die X-Achse mittels angetriebener Standbeine über eine Führungsschiene bzw. alternativ, indem der Arbeitstisch bewegt wird. Essenziell ist bei CNC-Portalfräsen die CNC-Technologie (CNC: Computerized Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung), wie auch u. a. bei Bearbeitungszentren und CNC-Drehmaschinen. Zum einen kann die Programmierung an der Fräsmaschine und zum anderen über eine Schnittstelle eingegeben werden. Als eine Herausforderung erweist sich bei CNC-Portalfräsmaschinen der synchronisierte Antrieb bei der X-Achse. Üblich ist, dass ein Motor jede der Achsen antreibt. Doch im Fall einer mehrere Meter betragenden Spannweite und bei einigen hundert Tonnen des zu bewegenden Gewichts ist ein Motor für jedes angetriebene Standbein erforderlich. Hierbei findet ein Gantry-Antrieb* seinen Einsatz, der für die Energie, die Synchronität und die Steuerungsfähigkeit sorgt.

* elektromechanisches System für die geometrische Achse einer Werkzeugmaschine, wobei zwei getrennte Vorschubmotoren dieselbe Antriebsachse manövrieren.

Wie ist eine Portalfräse aufgebaut?

Die Bauform einer Portalfräse umfasst den Unterbau – dieser ist bei großen Modellen besonders flach – , den Arbeitstisch, das Fahrgestell und die Steuerung. Eine solche Werkzeugmaschine bewegt ihren Fräskopf über einen Ausleger, der sich an einem Querträger zwischen zwei Ständern befindet – diese Bauweise bildet das Portal dieser Fräsmaschinen. Das Fräswerk kann zumindest in der Z-Achse – d. h. senkrecht – herauf- und herunterfahren. Des Weiteren kann der Fräskopf beweglich konstruiert sein. Dank einer Dreh- und Schwenkvorrichtung lassen sich Bauteile mit bis zu fünf Achsen fräsen – dies erweist sich als ein Pluspunkt z. B. bei den feinen Strukturen eines umfangreichen Werkstücks.

Modelle mit verfahrbarem Tisch: Diese Portalfräsen gibt es entweder als offenes oder geschlossenes Portal. Bei Modellen mit offenem Portal stehen die Ständer fest im Fundament. Hingegen hängt das Maschinenbett nicht mit den Ständern zusammen. Bei Portalfräsen mit geschlossenem Portal sind die Ständer auf dem Boden montiert und mit dem Maschinenbett verbunden. Eine solche Konstruktionsweise führt die Kräfte der Bearbeitung, die auf das Portal einwirken, über die Maschinenständer ab. Dieser Effekt erhöht die Steifigkeit der Portalfräse. Die Vorzüge von Fräsen mit verfahrbarem Tisch zeigen sich durch das schnellere Positionieren und ausgeprägte Dynamik. Nur der Tisch mit dem Bauteil wird bewegt. Allerdings darf ein Tisch bei einem solchen Modell nicht so stark belastet werden als bei anderen Portalfräsen.

Portalfräsen mit Gantry-Antrieb: Bei solchen Modellen ist der Maschinentisch fest im Fundament verankert. Das Justieren der Längs-, Quer- und Vertikalachsen erlaubt den Zugriff auf das Bauteil. Die zwei längs verlaufenden Achsen lenkt die CNC-Steuerung meist als verbundene Gantry-Achse – beide Seiten werden stets gleichzeitig verstellt, selbst wenn sich nur eine Achse bewegen soll. Abhängig von der Konstruktionsweise wird bei manchen Gantry-Maschinen das ganze Portal manövriert. Im Fall von Hochgantry-Fräswerken wird ausschließlich der Querträger über fixierte Seitenständer bewegt. Doch gleich welche Gantry-Bauform vorliegt: Dem Gewicht des Werkstücks sind (fast) keine Grenzen gesetzt, weshalb diese CNC-Portalfräsen vor allem dem Fräsen von schweren Bauteilen dienen.

Wofür werden CNC-Portalfräsen genutzt?

Betriebe verwenden CNC-Portalfräsmaschinen für umfangreiche und klobige Bauteile. Ein wichtiger Anwendungsbereich dieser Werkzeugmaschinen ist der Modell- und Formenbau, in dem Unternehmen Formen und Gesenke fräsen. Des Weiteren nutzt der Maschinen- und Metallbau CNC-Portalfräsmaschinen, wenn größere Werkstücke zu bearbeiten sind. Ihre stabile Bauform reduziert die Vibration und ermöglicht ein präzises Arbeiten, häufig mit einer Positionier- und Wiederholgenauigkeit, die weniger als 0,02 mm beträgt. Ferner kommen CNC-Portalfräsen zunehmend im Rapid-Tooling* (schneller Werkzeugbau) zum Einsatz, das hochwertige Oberflächen bei herabgesetzen Zykluszeiten bietet. Zudem nutzen Anwender kleinere CNC-Portalfräsen bevorzugt zum Gravieren, Bearbeiten von Oberflächen und für die 3-D-Erstellung in Holz, Kunststoff, Marmor, Granit, Stein und Metall. Darüber hinaus erlauben CNC-Portalfräsmaschinen das Plasma-Schmelzschneiden, CNC-Schweißen sowie Wasserstrahlschneiden. Insgesamt beeindrucken die breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten für CNC-Portalfräsen. So umfasst die große Bandbreite außer Branchen wie die Lebensmittelindustrie, Architektenbüros und Werbeagenturen auch Hobbyanwender.

* ein Einsatzbereich generativer Fertigungsverfahren für die Produktion von Werkzeugen oder Werkzeugkomponenten, vor allem von Kunststoffspritzwerkzeugen.

Was ist beim Kauf einer CNC-Portalfräse zu beachten?

Es zahlt sich aus, wenn Sie als Kunde Ihre Anforderungen vor dem Kauf einer CNC-Portalfräse dem Händler oder CNC-Portalfräsenhersteller detailliert schildern. Dies trifft auch auf den Erwerb eines Bearbeitungszentrums, einer CNC-Drehmaschine oder anderen CNC-Anlage zu. Umso eher findet der Verkäufer das für Sie geeignete Modell und umso bessere Fräsergebnisse erhalten Sie später beim Einsatz. Grundsätzlich empfiehlt es sich vor dem Kauf einer CNC-Portalfräse, diese Tipps zu beherzigen:

• Größe und Bauform: Häufig haben Kunden die Qual der Wahl beim Kauf der Werkzeugmaschinen oder Bearbeitungszentren von CNC-Portalfräsenherstellern oder Händlern. Schließlich bieten sich ihnen vertikale oder horizontale CNC-Portalfräsen, mehrachsige Drehzentren und mehr. Ferner können Sie als Kunde CNC-Portalfräsmaschinen mit verschieden großen Verfahrwegen und diversem Qualitäts- und Automatisierungsgrad kaufen. Zu beachten ist, dass die Größe und Bauform einer solchen CNC-Fräsmaschine und die Beschaffenheit ihrer Teile festlegen, für welche Materialhärte und Bauteilgrößen Sie diese nutzen können.
• Hochwertig rentiert sich: Wenn Sie das beste Preis-Leistungs-Verhältnis beim Kauf einer CNC-Fräse bei einem CNC-Portalfräsenhersteller oder Händler für sich herausholen wollen, lohnt es sich, nach vertrauenswürdigen Marken zu schauen. Richten Sie sich zudem nach den Maschinenbewertungen von anderen Anwendern oder Firmen. Eine hochwertige CNC-Portalfräse eines Markenanbieters mag teuer sein, doch vorrangig ist, dass ihre Komponenten von Experten konstruiert und getestet wurden. So profitieren Sie von weitaus besseren Fräsresultaten, als wenn Sie eine Werkzeugmaschine oder ein Bearbeitungszentrum mit minderwertigem Material kaufen, die exaktes Fräsen nicht zulassen.
• Software: Kaufen Sie am besten eine einfach zu handhabende und möglichst intuitiv funktionierende Software, damit Sie diese in kurzer Zeit erlernen und verwenden können. Häufig bieten CNC-Portalfräsenhersteller diese Programme mit an. Ist die Software mit Zeichnungen von verschiedenen CAD-Programmen (CAD: Computer-Aided Design = rechnerunterstütztes Design ) kompatibel, haben Sie mehr Möglichkeiten zum Zeichnen von Teilen. Falls Sie Ihre CNC-Portalfräse betrieblich nutzen, ist eine solche Software unabdingbar, um mit Kunden reibungslos zusammenzuarbeiten.
• Services: Auch wenn Sie eine hochwertige CNC-Portalfräsmaschine kaufen, benötigen Sie den Service eines CNC-Portalfräsenherstellers oder Händlers, z. B. bei der Arbeit mit kompliziertem Material. Sinnvoll ist, eine CNC-Portalfräse mit Garantie und Gratis-Support zu kaufen, denn so sichern Sie sich zumindest eine Zeit lang eine reibungslos funktionierende Maschine bzw. erhalten stets Hilfe von einem Fachbetrieb. Die Gewährung einer Garantie gilt als ein Qualitätsaspekt. CNC-Portalfräsenhersteller, die CNC-Portalfräsmaschinen für den Dauerbetrieb bauen, gewährleisten meist längere Garantiezeiten.
• Kosten: Beachten Sie vor dem Kauf, dass Qualität gerade in diesem Markt teuer ist. Es ist unwahrscheinlich, dass Sie eine hochwertige CNC-Portalfräse oder ein Bearbeitungszentrum mit überzeugender Präzision bei einem CNC-Portalfräsenhersteller günstig erwerben. Doch bei einer hohen Investition erhalten Sie mit Sicherheit eine exakt arbeitende CNC-Portalfräsmaschine.

• Zubehör: Manche Anbieter halten Zubehör bzw. Erweiterungen für CNC-Portalfräsen bereit – darunter:

• größere Ständerdurchlässe oder höhere Verfahrwege

• teilautomatische Zentralschmierung sämtlicher Komponenten

• 3-D-Messtaster

• Glasmaßstäbe, um bessere Exaktheit der CNC-Fräsmaschine zu gewährleisten

• Absauganlagen, Minimalmengenschmierung

• Vakuumspanntechnik, um Bauteile mit sensibler Oberfläche effektiv zu spannen

• CNC-Fräsmaschinen mit Dreh- und Schwenkachsen

• in Portalfräsen eingebaute oder aufgesetzte Rundtische

• Gravurtechnik

• Weitere Extras: Viele CNC-Portalfräsenhersteller bieten bei ihren CNC-Portalfräsen oder Bearbeitungszentren bestmögliche Zugänglichkeit und ergonomisches Design. Andere Aspekte der Anwenderfreundlichkeit bei einer solchen Werkzeugmaschine sind u. a. die Windows-basierte Steuerung, das Handrad für manuelle Achsbewegung und die Ausstattung der Maschinenverkleidung mit großen Fenstern und Türen. Des Weiteren werden Hochfrequenzspindeln mit bis zu 15 kW Antriebsleistung im Dauerbetrieb angeboten, die selbst bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment zuwege bringen und sich, wenn erforderlich, schnell auswechseln lassen.

• Weitere Fragen vor einem Kauf:

• Im Hinblick auf die Motorleistung der CNC-Fräsmaschine: Welche Werkstoffe wollen Sie fräsen bzw. wie hart sind diese? Sind die Materialien hitzeempfindlich?

• Im Hinblick auf die Größe der CNC-Portalfräse: Wie groß werden Ihre Bauteile maximal sein?

• Welche Stückzahlen wollen Sie mit der CNC-Fräse oder dem Bearbeitungszentrum herstellen?

• Wie gut eignen sich die Funktionen einer bestimmten CNC-Portalfräsmaschine angesichts der Anforderungen der zu fräsenden Werkstücke?