Custom Fräsen & Drehen: Einsteiger-Leitfaden zur Präzisionsbearbeitung

Das Entfernen von Material durch den Einsatz rotierender Schneiden einer Maschine wird als Fräsen bezeichnet. Dies geschieht, indem der Fräser in das Werkstück vordringt; ebenso durch Variation der Richtung auf einer oder mehreren Achsen, Variation des Drucks und der Drehzahl des Fräskopfes.

Eine breite Palette von Maschinen und Operationen fällt unter den Begriff Fräsen. Dies reicht von einzelnen Kleinteilen bis hin zu sehr großen und schweren Fräsoperationen. Fräsen gehört zu den am häufigsten angewendeten Prozessen bei der Bearbeitung gängiger Teile zur Erreichung präziser Toleranzen.

Beim Drehen hingegen handelt es sich um einen Bearbeitungsprozess, bei dem Schneidwerkzeuge – traditionell nicht rotierende Werkzeuge – durch lineare Bewegungen helixförmige Werkzeugbahnen definieren, während das Werkstück rotiert. Drehen beschreibt üblicherweise die durch die Schneidaktion erzeugten Außenflächen.

Wird dieselbe Schneidaktion auf Innenflächen angewendet, wie bei verschiedenen Bohrungen, spricht man von Bohren (Boring). So erklärt sich der Begriff „Drehen und Bohren“ als Oberbegriff für eine größere Klasse von Prozessen, die als Drehen (Lathing) bezeichnet werden.

Fräsen: Definierte Maschinenwerkzeuge

Eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen kann zum Fräsen eingesetzt werden. Eine Fräsmaschine war die ursprüngliche Maschinenfamilie. Als in den 1960er Jahren die computergesteuerte Numerik (CNC) aufkam, entwickelten sich diese Fräsmaschinen zu Bearbeitungszentren.

Diese Zentren sind erweiterte Fräsmaschinen; erweitert durch Werkzeugmagazine, Kühlsysteme, CNC-Fähigkeit, Gehäuse und automatischen Werkzeugwechsel. Später wurden sie als vertikale (VMCs) oder horizontale (HMCs) Bearbeitungszentren klassifiziert. Die gelegentliche Nutzung von Fräsmaschinen für Drehoperationen und für das Live-Tooling von Drehbänken führte zur Integration des Fräsens in die Drehwelt.

Wie bereits erwähnt, ist Fräsen ein Schneidprozess, der Material von der Oberfläche eines Werkstücks durch den Fräser entfernt. Der Fräser ist ein rotierendes Werkzeug mit mehreren Schneiden. Er unterscheidet sich vom Bohren, bei dem das Werkzeug entlang seiner Drehachse vorgeschoben wird. Beim Fräsen bewegt sich der Fräser senkrecht zur Achse, sodass das Schneiden am Umfang des Fräsers stattfindet.

Werkzeugführung durch Spanabtrag

Bei jedem Eindringen des Fräsers in das Werkstück dringen dessen Schneiden in das Material ein. Bei jeder Wiederholung lösen sich Späne (Swarf) vom Material durch jede Passage der Schneiden oder Nuten des Werkzeugs. Dies kann als Verformung des Materials angesehen werden, da winzige Teile in Stücken abgehobelt werden, die schließlich Späne bilden. Diese Spänebildung macht das metallische Schneiden mechanisch anders als das Schneiden weicherer Materialien.

Der Fräsprozess entfernt Material durch viele kleine Einzelschnitte. Dazu wird ein Fräser mit mehreren Zähnen eingesetzt, der entweder mit sehr hoher Drehzahl rotiert oder das Werkstück langsam gegen den Fräser vorschiebt.

Manche Verfahren nutzen alle drei Aspekte: Fräser mit vielen Zähnen, hohe Drehzahl und langsames Vorschieben des Materials. Der Vorschub (Feed Rate) ist der Fortschritt des Werkstücks am Fräser vorbei pro voller Umdrehung des Fräsers. Vorschub und Drehzahl sind einstellbar und werden an eine Vielzahl von Variablen angepasst.

Drehen: Das andere Ende der Zerspanung

Drehen kann manuell oder automatisiert erfolgen. Manuell geschieht es am Drehbank und erfordert ständige Bedienersupervision. Automatisiert entfällt diese Notwendigkeit. CNC (Computerized Numerical Control) ist die gängigste Form des automatisierten Drehens. Beim Drehen bewegt sich das Schneidwerkzeug entlang mehrerer Achsen (meist nicht mehr als drei), während das Werkstück in relativ starrer Position gehalten wird. Dies erzeugt präzise Tiefen und Durchmesser.

Eine Drehbank wird üblicherweise für den Drehprozess verwendet. Sie gilt als eine der ältesten Werkzeugmaschinen und gibt es in verschiedenen Ausführungen: Kegeldrehen, Plandrehen, Außenrillen oder Profilieren. Damit lassen sich verschiedene Formen wie konische, gerade, gerillte oder gekrümmte Formen erzeugen. Früher wurden Drehbänke für sehr komplexe geometrische Figuren, sogar platonische Körper, eingesetzt. Seit dem Aufkommen von CNC ist manuelles Drehen eher ungewöhnlich.

Generell werden einfache Einzelschneidenwerkzeuge eingesetzt, bei denen jedem Werkstück ein maximaler Satz an Winkeln zugeordnet ist, der sich im Laufe der Zeit entwickelt hat. Die Werkzeugbewegungen können geradlinig, gekrümmt oder winklig sein – im nicht-mathematischen Sinne sind sie im Wesentlichen linearer Natur.

Zwischen Fräsen und Drehen

Wie entscheiden Sie, ob Sie für ein zu fertigendes Teil ein Fräs- oder Drehverfahren wählen sollten? Sie möchten sicher den effizientesten Prozess für Ihre Arbeit kennen. Anders formuliert: Was ist der Unterschied zwischen den beiden Zerspanungsoptionen?

Beim Drehen werden stationäre Schneidwerkzeuge verwendet, um Material von einem auf einem rotierenden Spannfutter montierten Teil abzutragen. Daher ist es viel einfacher, ein Teil mit Symmetrie zur Mittelachse zu bearbeiten. Typischerweise sind gedrehte Teile im Vergleich zu gefrästen Teilen sowohl günstiger als auch schneller herzustellen – in jeder Prototypenwerkstatt wie Zero Hour Parts oder anderen renommierten Unternehmen.

Zwar ist Fräsen der populärere Zerspanungsprozess, doch der Werkzeugzugang kann ein großes Hindernis im Design darstellen. Man hat nur drei Achsen (X, Y, Z) zur Verfügung, was das Erreichen bestimmter Bereiche unmöglich macht. Wenn das Teil nur einmal gedreht werden muss, ist das kein Problem. Erfordert es jedoch mehrere Drehungen, entsteht ein Problem, das Bearbeitungszeit und Arbeitskosten erhöht.

Fazit

Der grundlegende Unterschied zwischen Drehen und Fräsen: Beim Drehen rotiert das zu bearbeitende Teil, beim Fräsen rotieren die Werkzeuge, während das Teil stationär bleibt. Drehen eignet sich hervorragend für zylindrische Teile, um den Durchmesser eines Zylinders zu reduzieren. Für komplexere und detaillierte Teile, die für höhere Stückzahlen bestimmt sind, ist eine Drehmaschine oft die bessere Wahl.