Fräsen erklärt: Definition, Prozess & wesentliche Operationen

Was ist Fräsen?

Fräsen ist ein Zerspanungsverfahren, bei dem rotierende Schneidwerkzeuge (Fräser) Material abtragen, indem der Fräser in ein Werkstück vorgeschoben wird. Das Fräsen deckt eine Vielzahl unterschiedlicher Operationen und Maschinen ab – von kleinen Einzelteilen bis hin zu großen, schweren Gruppenfräsoperationen. Es ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren zur Herstellung von Sonderteilen mit präzisen Toleranzen.

Fräsen kann in verschiedene Richtungen an einer oder mehreren Achsen durchgeführt werden, mit variierender Spindeldrehzahl und Vorschubkraft. Dies kann mit verschiedenen Werkzeugmaschinen realisiert werden. Der Fräsprozess erfordert eine Fräsmaschine, ein Werkstück, eine Spannvorrichtung und einen Fräser. Das Werkstück ist ein vorgeformtes Materialstück, das an der Spannvorrichtung befestigt ist, die wiederum auf einem Tisch in der Fräsmaschine montiert wird.

Ein Fräser ist ein Schneidwerkzeug mit scharfen Zähnen, das ebenfalls in der Fräsmaschine eingespannt ist und sich mit hoher Drehzahl dreht. Durch Vorschieben des Werkstücks in den rotierenden Fräser wird Material in Form kleiner Späne vom Werkstück abgetragen, um die gewünschte Form zu erzeugen.

Fräsen wird typischerweise verwendet, um Teile herzustellen, die nicht achsensymmetrisch sind und viele Merkmale wie Bohrungen, Nuten, Taschen und sogar dreidimensionale Freiformflächen aufweisen. Teile, die vollständig durch Fräsen gefertigt werden, enthalten oft Komponenten, die in begrenzten Stückzahlen verwendet werden, möglicherweise für Prototypen, wie kundenspezifische Befestigungselemente oder Halterungen.

Eine weitere Anwendung des Fräsens ist die Herstellung von Werkzeugen für andere Prozesse. Beispielsweise werden dreidimensionale Formen typischerweise gefräst. Fräsen wird auch häufig als sekundärer Prozess eingesetzt, um Merkmale an Teilen hinzuzufügen oder zu verfeinern, die mit einem anderen Verfahren hergestellt wurden. Aufgrund der hohen Toleranzen und Oberflächengüten, die das Fräsen bieten kann, eignet es sich ideal, um Präzisionsmerkmale an einem Teil hinzuzufügen, dessen Grundform bereits geformt wurde.

Fräsvorgang

Fräsen ist ein Schneidverfahren, das einen Fräser verwendet, 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 beim Fräsen der Fräser normalerweise senkrecht zu seiner Achse bewegt, sodass die Schneidwirkung am Umfang des Fräsers stattfindet.

Wenn der Fräser in das Werkstück eindringt, schneiden die Schneiden des Werkzeugs wiederholt in das Material ein und wieder aus, sodass bei jedem Durchgang Späne vom Werkstück abgeschert werden.

Die Schneidwirkung ist eine Scherbeanspruchung; das Material wird in winzigen Klumpen vom Werkstück abgestoßen, die mehr oder weniger zu Spänen verbunden sind. Dies macht das Schneiden von Metall etwas anders als das Schneiden weicherer Materialien mit einem Messer.

Der Fräsprozess entfernt Material durch viele separate, kleine Schnitte. Dies wird erreicht durch den Einsatz eines mehrzahnigen Fräsers, hohe Drehzahlen des Fräsers oder langsames Vorschieben des Materials durch den Fräser; meistens ist es eine Kombination dieser drei Ansätze.

Die verwendeten Drehzahlen und Vorschübe werden variiert, um eine Kombination von Variablen zu berücksichtigen. Die Geschwindigkeit, mit der das Werkstück durch das Schneidwerkzeug voranschreitet, wird als Vorschubgeschwindigkeit oder einfach Vorschub bezeichnet; sie wird meist als Weg pro Zeit gemessen, obwohl auch Weg pro Umdrehung oder pro Fräserzahn verwendet wird.

Es gibt zwei Hauptklassen des Fräsverfahrens:

Beim Planfräsen (Face Milling) findet die Schneidwirkung hauptsächlich an den Stirnschneiden des Fräsers statt. Planfräsen wird verwendet, um ebene Flächen in das Werkstück zu fräsen oder flachbodige Kavitäten zu erzeugen.

Beim Umfangsfräsen (Peripheral Milling) findet die Schneidwirkung hauptsächlich entlang des Umfangs des Fräsers statt, sodass der Querschnitt der gefrästen Oberfläche letztendlich die Form des Fräsers annimmt. In diesem Fall können die Schneiden des Fräsers als das Ausschneiden von Material aus dem Werkstück betrachtet werden. Umfangsfräsen eignet sich gut für das Fräsen tiefer Nuten, Gewinde und Zahnradzähne.

Was ist ein Fräser?

Fräser sind Schneidwerkzeuge, die typischerweise in Fräsmaschinen oder Bearbeitungszentren verwendet werden, um Fräsoperationen durchzuführen. Sie entfernen Material, indem sie es innerhalb der Maschine oder direkt vom Schneideinsatz bewegen.

Alle Fräsmaschinen haben einen Fräser. Während eines typischen Fräsprozesses bewegt sich der Fräser senkrecht zu seiner Achse, sodass er Material vom Werkstück am Umfang des Fräsers entfernen kann.

Der Zweck eines Fräsers ist es, Material von einem Werkstück zu entfernen. Fräser bestehen nicht aus einer einzelnen Schneide. Während Drehoperationen an einer Drehbank normalerweise mit einem einschneidigen Werkzeug durchgeführt werden, bestehen Fräser aus mehreren Schneiden. Während sich der Fräser gegen ein stationäres Werkstück dreht, schabt er Material ab.

Fräser werden oft aus harten, festen Materialien hergestellt, die erheblichen Belastungen standhalten können, ohne zu brechen oder sonstwie beschädigt zu werden.

Fräsvorgänge (Operationen)

Während des Prozesszyklus können verschiedene Operationen am Werkstück durchgeführt werden, um die gewünschte Form des Teils zu erhalten. Die folgenden Operationen sind jeweils durch die Art des verwendeten Fräsers und den Pfad definiert, den dieser Fräser nimmt, um Material vom Werkstück zu entfernen.

• Planfräsen (End Milling). Ein Schaftfräser führt entweder Umfangs- oder Nutschnitte aus, bestimmt durch den Zustellweg, über das Werkstück, um ein spezifisches Merkmal wie ein Profil, eine Nut, eine Tasche oder sogar eine komplexe Freiformfläche zu bearbeiten. Die Tiefe des Merkmals kann in einem einzigen Zug bearbeitet werden oder durch Bearbeitung mit einer kleineren axialen Schnitttiefe und mehreren Zügen erreicht werden.
• Fasenfräsen (Chamfer Milling). Ein Fasenfräser macht einen Umfangsschnitt entlang einer Kante des Werkstücks oder Merkmals, um eine abgeschrägte Fläche (Fase) zu erzeugen. Diese Fase, typischerweise in einem 45-Grad-Winkel, kann sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite eines Teils bearbeitet werden und kann entweder einem geraden oder gekrümmten Pfad folgen.
• Stirnfräsen (Face Milling). Ein Schaftfräser bearbeitet eine ebene Fläche des Werkstücks, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen. Die normalerweise sehr kleine Tiefe der Stirnfläche kann in einem einzigen Zug bearbeitet werden oder durch Bearbeitung mit einer kleineren axialen Schnitttiefe und mehreren Zügen erreicht werden.
• Bohren (Drilling). Ein Bohrer dringt axial in das Werkstück ein und schneidet ein Loch mit einem Durchmesser, der dem des Werkzeugs entspricht. Ein Bohrvorgang kann eine Sacklochbohrung erzeugen, die bis zu einer bestimmten Tiefe im Werkstück reicht, oder ein Durchgangsloch, das das Werkstück vollständig durchdringt.
• Ausdrehen (Boring). Ein Ausdrehwerkzeug dringt axial in das Werkstück ein und schneidet entlang einer Innenfläche, um verschiedene Merkmale zu bilden. Das Ausdrehwerkzeug ist ein einschneidiges Werkzeug, das auf den gewünschten Durchmesser mit einem verstellbaren Bohrkopf eingestellt werden kann. Ausdrehen wird normalerweise nach dem Bohren eines Lochs durchgeführt, um den Durchmesser zu vergrößern oder präzisere Abmessungen zu erhalten.
• Aufbohren (Counterboring). Ein Aufbohrwerkzeug dringt axial in das Werkstück ein und erweitert den oberen Teil einer vorhandenen Bohrung auf den Durchmesser des Werkzeugs. Aufbohren wird oft nach dem Bohren durchgeführt, um Platz für den Kopf einer Befestigungsschraube wie einer Schraube zu schaffen, die bündig unter der Oberfläche eines Teils sitzen soll. Das Aufbohrwerkzeug hat eine Führung am Ende, um es direkt in das vorhandene Loch zu führen.
• Senken (Countersinking). Ein Senkwerkzeug dringt axial in das Werkstück ein und erweitert den oberen Teil einer vorhandenen Bohrung zu einer kegelförmigen Öffnung. Senken wird oft nach dem Bohren durchgeführt, um Platz für den Kopf einer Befestigungsschraube zu schaffen, sodass dieser bündig mit der Werkstückoberfläche abschließt. Übliche Einschlusswinkel für Senkungen sind 60°, 82°, 90°, 100°, 118° und 120°.
• Reiben (Reaming). Ein Reibahle dringt axial in das Werkstück ein und erweitert ein vorhandenes Loch auf den Durchmesser des Werkzeugs. Reiben entfernt eine minimale Menge Material und wird oft nach dem Bohren durchgeführt, um sowohl einen präziseren Durchmesser als auch eine glattere Innenoberfläche zu erreichen.
• Gewindeschneiden (Tapping). Ein Gewindebohrer dringt axial in das Werkstück ein und schneidet Innengewinde in ein vorhandenes Loch. Das vorhandene Loch wird typischerweise mit der erforderlichen Kernlochgröße gebohrt, die den gewünschten Gewindebohrer aufnehmen kann. Gewinde können bis zu einer bestimmten Tiefe innerhalb des Lochs (Grundgewindebohrer) oder über die gesamte Tiefe eines Durchgangslochs geschnitten werden.

FAQs

Was ist Fräsen?

Fräsen ist der Prozess der Bearbeitung mit rotierenden Schneidwerkzeugen, um Material durch Vorschieben eines Fräsers in ein Werkstück zu entfernen. Dies kann in verschiedenen Richtungen an einer oder mehreren Achsen, mit variierender Spindeldrehzahl und Vorschubkraft erfolgen. Fräsen deckt eine Vielzahl unterschiedlicher Operationen und Maschinen ab, von kleinen Einzelteilen bis hin zu großen, schweren Gruppenfräsoperationen.

Was ist der Fräsprozess?

Der Fräsprozess entfernt Material, indem er viele separate, kleine Schnitte ausführt. Dies wird erreicht durch den Einsatz eines Fräsers mit vielen Zähnen, hohe Drehgeschwindigkeit des Fräsers oder langsames Vorschieben des Materials durch den Fräser; meistens ist es eine Kombination dieser drei Ansätze. Die verwendeten Drehzahlen und Vorschübe werden variiert, um eine Kombination von Variablen zu berücksichtigen.

Was ist eine Fräsoperation?

Fräsen ist der Prozess der Bearbeitung mit rotierenden Schneidwerkzeugen, um Material durch Vorschieben eines Fräsers in ein Werkstück zu entfernen. Dies kann in verschiedenen Richtungen an einer oder mehreren Achsen, mit variierender Spindeldrehzahl und Vorschubkraft erfolgen. Die ursprüngliche Klasse von Werkzeugmaschinen für das Fräsen war die Fräsmaschine (oft auch Fräswerk genannt).