CNC Fräsen - eine Revolution des Fräsvorgangs

Die Revolutionierung innerhalb der Fertigungs- und Verfahrenstechnik ist ähnlicher Natur, wie jene des gesamten Alltags. Das Stichwort hier lautet Digitalisierung, mit dem alle computergenerierten Produktionsprozesse einen signifikanten Schub in puncto Präzision, Genauigkeit und Arbeitsaufwand erhielten. Dies ist ebenfalls beim Fräsen der Fall, einem spannenden Fertigungsverfahren zur geometrischen Gestaltung von Werkstücken, das nunmehr professionell und seriell vonstattengehen kann. Die dafür benötigten CNC Fräsen sind computergestützte Metall-, Holz-, Mineral- oder Kunststoffverarbeitungsmaschinen, die ihresgleichen suchen. Dazu im Folgenden mehr.


Eine CNC Fräsen ist eine Maschine, welche aus einem Materialrohling Material entfernt. Dafür werden gehärtete geometrische Schneiden verwendet, die für den jeweiligen Schnittvorgang prädestiniert sind. In diesem Zusammenhang ähnelt das Verfahren dem Hobeln oder Bohren, bei denen ebenfalls ein Materialabtrag via Spanbildung erfolgt. Die in DIN 8589 zusammengefassten Fräsverfahren orientieren sich am Ergebnis und verfügen über eine Namenskennung. So ist bereits beim Profilfräsen, Schraubfräsen, Formfräsen und Rundfräsen, um nur einige zu nennen, direkt herauslesbar, welche Form letztendlich angestrebt wird. Dabei ist nicht nur die Vorschubbewegung der geometrischen Schneide von entscheidender Natur, sondern ebenfalls die Spanungsdicke, der Vorschubrichtungswinkel und ähnliche Parameter. Die Kräfteverteilung eines Fräswerkzeugs ist demzufolge direkt nachvollziehbar und ausrechenbar. Der Hauptschnittkraft (engl. cutting force) werden die Schnittnormalkraft, Zerspankraft sowie Passivkraft gegenübergestellt, um den Schnittvorgang selbst so genau wie möglich zu gestalten. Materialverluste können somit vermieden und die Produktionskosten gerade in der seriellen Produktion massiv gesenkt werden. Dabei spielen ebenfalls die Prozessparameter Schnittbreite, Schnitttiefe, Vorschubgeschwindigkeit sowie die Schnittgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle.


Die Digitalisierung der Arbeitswelt hat ebenfalls bei der Frästechnik Einzug gehalten. Hier sind es die CNC Fräsen, welche veraltete Technik nach und nach verdrängen. Gerade im gewerblichen und industriellen Rahmen eines hohen Kosten-Nutzen-Effekts ist diese Umstellung ein Mehrgewinn. CNC bedeutet, Computerized Numerical Control. Dieser Anglizismus wiederum kann mit einer computergestützten numerischen Steuerung übersetzt werden. Bei der digital unterstützten Fertigungstechnik werden demzufolge zuvor entwickelte Werkstückmodelle, die Prototypen, streng nach Protokoll gefertigt. Die Basis der Werkstückmodellierung bildet ein ebenfalls digitalisiertes Zeichenprogramm, das CAD, mit dem die Technik genau nach Vorgabe arbeiten kann. Es werden demzufolge alle relevanten Arbeitsschritte und Bearbeitungsvorgänge in einer computergestützten Simulation prozessiert und bis zur Einzel- oder Serienfertigung ausgearbeitet. Mit einer Genauigkeit zwischen 0,01 mm und 0,03 mm ist die Toleranz der Technik Maßstab für die Produktion. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Maschinenwiederholbarkeit, das heißt, das Maß, mit dem Formteile reproduziert werden können. Diese Toleranzgrenze liegt bei gängigen CNC-Maschinen zwischen 0,003 mm und 0,01 mm. Da Toleranzen von Maschine zu Maschine variieren, ist deren Angabe Pflicht für den Hersteller. Die Bearbeitungsgenauigkeit lässt sich zudem durch die Schnittgeschwindigkeit, Vorschub sowie den Fräswinkel optimieren.