Welches Fräsen? Wie ist der Prozess des Fräsens? Welche Teile können durch CNC-Fräsen bearbeitet werden? Welche Präzision können China-Frästeile erreichen?

Fräsen ist der Prozess der Bearbeitung mit rotierenden Fräsern, um Material durch Vorschieben eines Fräsers in ein Werkstück zu entfernen. Diese können unterschiedliche Richtung auf einem oder mehr Achsen, Messerkopfdrehzahl und Druck durchgeführt werden. Fräsen umfasst eine Vielzahl von verschiedenen Operationen und Maschinen, auf Skalen von kleinen Einzelteilen zu große, schwere Bande Fräsvorgänge. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Bearbeitung von Sonderteilen mit präzisen Toleranzen.

Das Fräsen kann mit einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen durchgeführt werden. Die ursprüngliche Klasse von Werkzeugmaschinen zum Fräsen war die Fräsmaschine (oft auch Mühle genannt). Nach dem Aufkommen der Computer Numerical Control (CNC) in den 1960er Jahren entwickelten sich Fräsmaschinen zu Bearbeitungszentren: Fräsmaschinen ergänzt durch automatische Werkzeugwechsler, Werkzeugmagazine oder Karussells, CNC-Fähigkeit, Kühlmittelsysteme und Gehäuse. Fräszentren werden allgemein als vertikale Bearbeitungszentren (VMCs) oder horizontale Bearbeitungszentren (HMCs) klassifiziert.

CNC-Fräsen ist ein Bearbeitung prozess, bei dem rotierende Mehr schneidwerkzeuge verwendet werden, um Material vom Werkstück zu entfernen. Beim CNC-Frässervice führt die CNC-Werkzeugmaschine das Werkstück dem Schneidwerkzeug im Allgemeinen in der gleichen Richtung wie die Rotation des Schneidwerkzeugs zu. Im Gegensatz dazu liefert die Werkzeugmaschine beim manuellen Fräsen das der Rotation des Schneidwerkzeugs entgegengesetzte Werkstück.

Die Einsatzmöglichkeiten des Fräsprozesses umfassen Stirnfräsen (Schneiden einer flachen flachen Oberfläche und eines flachen Boden hohlraums in das Werkstück) und Umfangsfräsen (Schneiden eines Resonanz hohlraums (wie Nuten und Gewinde) in das Werkstück).


Fräsprozess
Plan fräsprozess (Drehachse des Fräsers ist vertikal - 0° Neigung relativ zur Werkzeugachse)
Fräsen ist ein Schneidprozess, bei dem ein Fräser verwendet wird, um Material von der Oberfläche eines Werkstücks zu entfernen. Der Fräser ist ein rotierendes Schneidwerkzeug, oft mit mehreren Schneiden. Im Gegensatz zum Bohren, bei dem das Werkzeug entlang seiner Rotationsachse vorgeschoben wird, wird der Fräser beim Fräsen normalerweise senkrecht zu seiner Achse bewegt, so dass das Schneiden am Umfang des Fräsers erfolgt. Beim Einfahren des Fräsers in das Werkstück schneiden die Schneidkanten (Nuten oder Zähne) des Werkzeugs immer wieder in das Material ein und aus, wodurch bei jedem Durchgang Späne (Späne) vom Werkstück abgeschabt werden. Die Schneidwirkung ist eine Scherverformung; Material wird in winzigen Klumpen vom Werkstück geschoben, die mehr oder weniger stark (je nach Material) zu Spänen zusammenhängen. Dadurch unterscheidet sich das Schneiden von Metall (in seiner Mechanik) etwas vom Schneiden weicherer Materialien mit einer Klinge.

Beim Fräsprozess wird Material abgetragen, indem viele separate, kleine Schnitte ausgeführt werden. Dies wird erreicht, indem eine Schneidevorrichtung mit vielen Zähnen verwendet wird, die Schneidevorrichtung mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird oder das Material langsam durch die Schneidevorrichtung vorgeschoben wird; meistens ist es eine Kombination dieser drei Ansätze. Die verwendeten Geschwindigkeiten und Vorschübe werden variiert, um einer Kombination von Variablen gerecht zu werden. Die Geschwindigkeit, mit der das Werkstück durch die Schneidevorrichtung vordringt, wird als Vorschubgeschwindigkeit oder einfach als Vorschub bezeichnet; es wird meistens als Weg pro Zeit (Zoll pro Minute [in/min oder ipm] oder Millimeter pro Minute [mm/min]) gemessen, obwohl manchmal auch Weg pro Umdrehung oder pro Fräserzahn verwendet werden.

Es gibt zwei Hauptklassen von Fräsprozessen:
Beim Planfräsen erfolgt die Schneidwirkung hauptsächlich an den Endecken des Fräsers. Planfräsen wird verwendet, um ebene Oberflächen (Flächen) in das Werkstück zu schneiden oder Hohlräume mit flachem Boden zu schneiden.
Beim Umfangsfräsen erfolgt die Schneidwirkung hauptsächlich entlang des Umfangs des Fräsers, so dass der Querschnitt der gefrästen Fläche schließlich die Form des Fräsers annimmt. In diesem Fall sind die Klingen der Schneidvorrichtung kann als Aushöhlungen Material von dem Werkstück gesehen werden. Das Umfangsfräsen eignet sich gut zum Schneiden von tiefen Nuten, Gewinden und Verzahnungen.

Fräser

Hauptartikel: Fräser
Beim Fräsen werden viele verschiedene Arten von Schneidwerkzeugen verwendet. Fräser wie Schaftfräser können über ihre gesamte Stirnfläche Schneidflächen aufweisen, damit sie in das Werkstück gebohrt (eintauchend) werden können. Fräser können auch an ihren Seiten verlängerte Schneidflächen haben, um ein Umfangsfräsen zu ermöglichen. Für das Planfräsen optimierte Werkzeuge haben in der Regel nur kleine Schneiden an ihren Endecken.

Die Schneidflächen eines Fräsers bestehen in der Regel aus einem harten und temperaturbeständigen Material, damit sie sich langsam verschleißen. Ein kostengünstiger Fräser kann Oberflächen aus Schnellarbeitsstahl aufweisen. Teurere, aber weniger verschleißende Materialien umfassen Hartmetall. Dünnfilmbeschichtungen können aufgetragen werden, um die Reibung zu verringern oder die Härte weiter zu erhöhen.

Es gibt Schneidwerkzeuge, die typischerweise in Fräsmaschinen oder Bearbeitungszentren verwendet werden, um Fräsoperationen durchzuführen (und gelegentlich in anderen Werkzeugmaschinen). Sie entfernen Material durch ihre Bewegung innerhalb der Maschine (z. B. ein Kugelfräser) oder direkt aus der Form des Fräsers (z. B. ein Formwerkzeug wie ein Wälzfräser).

Wenn das Material den Schneidbereich einer Fräsmaschine passiert, nehmen die Messer des Fräsers in regelmäßigen Abständen Materialspäne auf. Neben dem Fräser geschnittene Flächen (wie beim Umfangsfräsen) enthalten daher immer regelmäßige Grate. Der Stegabstand und die Steghöhe sind abhängig vom Vorschub, Anzahl der Schnittflächen, Fräserdurchmesser. Bei einem schmalen Fräser und einem Eilgang können diese Umdrehungsrippen erhebliche Abweichungen in der Oberflächengüte verursachen.


Trochoidale Markierungen, charakteristisch für das Planfräsen.
Mit dem Planfräsverfahren lassen sich prinzipiell sehr ebene Oberflächen herstellen. In der Praxis zeigt das Ergebnis jedoch immer sichtbare trochoidale Markierungen, die der Bewegung von Punkten auf der Stirnfläche des Fräsers folgen. Diese Umdrehungsspuren ergeben das charakteristische Finish einer plangefrästen Oberfläche. Umdrehungsspuren können in Abhängigkeit von Faktoren wie der Ebenheit der Stirnfläche des Fräsers und dem Grad der Rechtwinkligkeit zwischen der Drehachse des Fräsers und der Vorschubrichtung eine erhebliche Rauheit aufweisen. Oft wird ein letzter Durchgang mit langsamer Vorschubgeschwindigkeit verwendet, um die Oberflächengüte zu verbessern, nachdem der Großteil des Materials entfernt wurde. Bei einem präzisen Planfräsvorgang sind die Umdrehungsspuren nur mikroskopische Kratzer aufgrund von Unvollkommenheiten in der Schneidkante.

Gruppenfräsen bezieht sich auf die Verwendung von zwei oder mehr Fräsern, die auf demselben Dorn montiert (d. h. gepaart) in einer horizontalen Fräseinrichtung sind. Alle Schneider können dieselbe Art von Operation ausführen, oder jede Schneider kann eine andere Art von Operation ausführen. Wenn zum Beispiel mehrere Werkstücke eine Nut, eine ebene Fläche und eine winkelige Nut benötigen, ist das Reihenfräsen eine gute Methode, diese (in einem Nicht-CNC-Kontext) zu schneiden. Alle fertigen Werkstücke wären gleich und die Fräszeit pro Stück würde minimiert.

Das Gruppenfräsen war vor der CNC-Ära besonders wichtig, da es bei der Herstellung von Duplikatteilen eine erhebliche Effizienzsteigerung gegenüber dem manuellen Fräsen eines Merkmals in einer Operation und dem anschließenden Wechseln der Maschinen (oder Ändern der Einrichtung derselben Maschine) darstellte, um die nächste Operation zu schneiden. CNC-Fräsmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel und 4- oder 5-Achs-Steuerung machen heute die Praxis des Gruppenfräsens weitgehend überflüssig.

Fräsmaschine Ausstattung

Das Fräsen erfolgt mit einem Fräser in verschiedenen Ausführungen, gehalten in einer Spannzange oder ähnlichem, die wiederum in der Spindel einer Fräsmaschine gehalten wird.

Fräsmaschinen Typen und Nomenklatur
Die Mühlenorientierung ist die primäre Klassifizierung für Fräsmaschinen. Die beiden Grund konfigurationen sind vertikal und horizontal - bezogen auf die Ausrichtung der rotierenden Spindel, auf der der Fräser montiert ist. Es gibt jedoch alternative Klassifizierungen nach Methode der Kontrolle, der Größe, dem Zweck und der Stromquelle.

Mühlenausrichtung
Vertikale Fräsmaschine.
1: Fräser; 2: Spindel; 3: Oberschlitten oder Überarm; 4: Spalte; 5: Tisch; 6: Y-Achsen-Schlitten; 7: Knie; 8: Basis

In der Vertikal-Fräsmaschine ist die Spindelachse vertikal ausgerichtet. Fräser werden in der Spindel gehalten und drehen sich um ihre Achse. Die Spindel kann im Allgemeinen abgesenkt werden (oder der Tisch kann angehoben werden, was den gleichen relativen Effekt ergibt, den Fräser näher oder tiefer in das Werkstück zu bringen), was Tauchschnitte und Bohren ermöglicht. Es gibt zwei Unterkategorien von Vertikalmühlen: die Bettmühle und die Revolvermühle.

Ein Revolverfräser hat eine feste Spindel und der Tisch wird sowohl senkrecht als auch parallel zur Spindelachse bewegt, um das Schneiden durchzuführen. Einige Revolverfräser haben eine Pinole, mit der der Fräser (oder ein Bohrer) ähnlich einer Bohrmaschine angehoben und abgesenkt werden kann. Dies bietet zwei Methoden zum Schneiden in vertikaler (Z) Richtung: durch Anheben oder Absenken der Pinole und durch Bewegen des Knies.
In der Bettmühle hingegen bewegt sich der Tisch nur senkrecht zur Spindelachse, während sich die Spindel selbst parallel zur eigenen Achse bewegt.

Revolvermühlen werden im Allgemeinen von einigen als vielseitiger der beiden Konstruktionen angesehen.

Es existiert auch ein dritter Typ, eine leichtere, vielseitigere Maschine, die als Fräsbohrer bezeichnet wird. Der Mühlenbohrer ist ein enger Verwandter der Vertikalmühle und in der Leichtindustrie sehr beliebt; und mit Bastlern. Ein Fräsbohrer ähnelt in seiner Grund konfiguration einer sehr schweren Bohrmaschine, ist jedoch mit einem X-Y-Tisch und einer viel größeren Säule ausgestattet. Sie verwenden auch typischerweise leistungsstärkere Motoren als eine vergleichbare Bohrmaschine, die meisten sind riemengetrieben, einige Modelle haben einen Getriebekopf oder eine elektronische Geschwindigkeitsregelung. Sie haben in der Regel recht hochbelastbare Spindellager, um die seitliche Belastung der Spindel, die durch einen Fräsvorgang entsteht, zu bewältigen. Eine Mühle Bohrer typischerweise auch hebt und senkt den gesamten Kopf, bestehend aus Motor, häufig auf einer Schwalbenschwanz (manchmal rund mit Zahnstange und Ritzel) vertikale Säule. Ein Fräsbohrer hat auch eine große Pinole, die im Allgemeinen während des Fräsvorgangs gesperrt und freigegeben wird, um die Bohrfunktionen zu erleichtern. Andere Unterschiede, die einen Fräsbohrer von einer Bohrmaschine unterscheiden, können eine Feineinstellung der Z-Achse, ein genauerer Tiefenanschlag, die Möglichkeit, die X-, Y- oder Z-Achse zu sperren, und oft ein System zum Neigen des Kopfes sein oder die gesamte vertikale Säule und Antriebskopfbaugruppe, um abgewinkeltes Schneidbohren zu ermöglichen. Abgesehen von der Größe besteht der Hauptunterschied zwischen diesen leichteren Maschinen und größeren vertikalen Mühlen darin, dass sich der X-Y-Tisch auf einer festen Höhe befindet; die Z-Achse wird durch Bewegen des Kopfes oder der Pinole nach unten in Richtung des X,Y-Tisches gesteuert. Ein Fräsbohrer hat normalerweise eine Innenkegelaufnahme in der Pinole, um ein Spannfutter, Planfräser oder ein Jacobs-Spannfutter ähnlich dem Vertikalfräser aufzunehmen.

Horizontale Fräsmaschine
Eine horizontale Fräse hat die gleiche Sorte, aber die Fräser sind auf einer horizontalen Spindel (siehe Dornfräsen) quer über dem Tisch montiert.Viele horizontale Fräser verfügen auch über einen eingebauten Drehtisch, der Fräsen in verschiedenen Winkeln ermöglicht;diese Funktion wird als Universaltisch bezeichnet Während Schaftfräser und die anderen Arten von Werkzeugen, die für einen vertikalen Fräser verfügbar sind, in einem horizontalen Fräser verwendet werden können, liegt ihr wirklicher Vorteil in dornmontierten Fräsern, so genannten Seiten- und Stirnfräsern, die einen Querschnitt ähnlich einer Kreissäge haben, aber sind im Allgemeinen breiter und haben einen kleineren Durchmesser.Da die Fräser eine gute Abstützung vom Dorn haben und eine größere Querschnitt flächeals ein Schaftfräser haben, können ziemlich schwere Schnitte durchgeführt werden,die ein schnelles flächeals ermöglichen. Diese werden zum Fräsen von Nuten und Schlitzen verwendet . Glattfräser werden verwendet, um ebene Oberflächen zu formen. Mehrere Fräser können auf dem Dorn zusammengefügt werden, um eine komplexe Form von Schlitzen und Ebenen zu fräsen. Spezialfräser können auch Nuten, Fasen, Radien oder sogar jeden gewünschten Querschnitt fräsen ed. Diese Spezialfräser sind in der Regel teuer. Simplex-Fräser haben eine Spindel und Duplex-Fräser haben zwei. Es ist auch einfacher, Zahnräder auf einer Horizontal fräse zu schneiden. Einige Horizontal fräsmaschinen sind mit einer Zapfwellen vorrichtung am Dadurch kann der Tischvorschub mit einer Drehvorrichtung synchronisiert werden, was das Fräsen von spiralförmigen Merkmalen wie Hypoidrädern ermöglicht.

Fräsen mit computergestützter numerischer Steuerung

Dünnwandige Fräsen von Aluminium mit einer auf Wasser basierende Schneidflüssigkeit auf dem Fräsers
Die meisten CNC-Fräsmaschinen (auch Bearbeitungszentren genannt) sind Vertikalmühlen Computer mit der Fähigkeit, gesteuert, um die Spindel vertikal entlang der Z-Achse zu bewegen. Dieser zusätzliche Freiheitsgrad ermöglicht ihre Verwendung beim Senken, Gravieren und 2,5D-Oberflächen wie Reliefskulpturen. Wenn bei der Verwendung von konischen Werkzeugen oder einer Kugelkopffräser kombiniert, es verbessert auch deutlich Fräsgenauigkeit ohne Geschwindigkeit zu beeinträchtigen, eine kostengünstige Alternative zu den meisten Flach Oberfläche Handgravur arbeiten bietet.


5-Achs-Bearbeitungszentrum mit Rundtisch und Computer schnittstelle

CNC-Maschinen können in praktisch jeder Form von manuellen Maschinen existieren, wie z. B. Horizontalfräsen. Die fortgeschrittensten CNC-Fräs-Maschinen, die mehrachsige Maschine, fügen zwei weitere Achsen, zusätzlich zu den normalen drei Achsen (XYZ). Horizontal-Fräsmaschinen verfügen zusätzlich über eine C- oder Q-Achse, wodurch das horizontal gelagerte Werkstück gedreht werden kann, was im Wesentlichen ein asymmetrisches und exzentrisches Drehen ermöglicht. Die fünfte Achse (B-Achse) steuert die Neigung des Werkzeugs selbst. Wenn alle diese Achsen in Verbindung miteinander verwendet werden, können mit diesen Maschinen sehr komplizierte Geometrien, sogar organische Geometrien wie ein menschlicher Kopf, relativ einfach hergestellt werden. Aber die Fähigkeit, solche Geometrien zu programmieren, übersteigt die der meisten Bediener. 5-Achs-Fräsmaschinen werden daher praktisch immer mit CAM programmiert.

Das Betriebssystem solcher Maschinen ist ein geschlossenes System und funktioniert auf Feedback. Diese Maschinen haben sich aus den grundlegenden NC-Maschinen (NUMERIC CONTROL) entwickelt. Eine computer gestützte Form von NC-Maschinen ist als CNC-Maschinen bekannt. Eine Reihe von Anweisungen (als Programm bezeichnet) wird verwendet, um die Maschine für die gewünschten Operationen zu führen. Einige sehr häufig verwendete Codes, die im Programm verwendet werden, sind:

G00 – Eilgang
G01 – Lineare Interpolation des Werkzeugs.
G21 – Abmessungen in metrischen Einheiten.
M03/M04 – Spindelstart (Rechts/Links).
T01 M06 – automatischer Werkzeugwechsel auf Werkzeug 1
M30 – Programmende.
Es werden auch verschiedene andere Codes verwendet. Eine CNC-Maschine wird von einem einzigen Bediener bedient, der Programmierer genannt wird. Diese Maschine ist in der Lage, verschiedene Operationen automatisch und wirtschaftlich durchzuführen.

Mit den sinkenden Preisen für Computer und Open-Source-CNC-Software ist der Einstiegspreis von CNC-Maschinen eingebrochen.