CNC-Fräsen vs. CNC-Drehen: Wesentliche Unterschiede und Designimplikationen

Fräsen und Drehen sind die beiden Primäroperationen der Präzisionszerspanung. Welches Ihre Bauteile benötigen, bestimmt ihre Geometrie (manche brauchen beides). In diesem Beitrag:

• Erklären der Grundprinzipien beider Präzisionszerspanungstechnologien
• Diskutieren, warum fast alle Fräs- und Drehmaschinen CNC-gesteuert sind
• Zusammenfassen der Implikationen für Bauteildesign und -fertigung

Fräsen vs. Drehen

Zerspanung erfordert, dass ein Schneidwerkzeug durch das Werkstück fährt. Wenige hochspezialisierte Maschinen schneiden nur in eine Richtung (z. B. Stoßmaschinen), aber Rotation von Werkzeug oder Werkstück bringt höhere Effizienz.

Beim Fräsen ist das Werkstück auf einem Tisch fixiert, ein rotierendes Werkzeug trägt Material ab. Fräsmaschinen haben eine vertikale oder horizontale Spindel für den Fräser plus drei Linearachsen. Diese Konfigurationen ermöglichen die geraden Flächen, die prismatische Bauteile erfordern. Der Fräser kann gegen Bohrer für Bohrungen und Gewindebohrer für Gewinde getauscht werden.

Im Gegensatz dazu bedeutet Drehen: Ein Schneidwerkzeug wird gegen ein rotierendes, an einem Ende in Spannfutter oder Spannzange gehaltenes Werkstück geführt. Das erzeugt zylindrische Teile. Eine Basis-Drehmaschine hat zwei Linearachsen für Werkzeugbewegung parallel und senkrecht zur Werkstückachse plus Spindeldrehung. (Hinweis: Das Werkzeug kann auch quer zur Stirnfläche fahren, um ebene Flächen zu erzeugen.)

Drehen ist an Innen- wie Außendurchmessern möglich – im Inneren heißt es Ausdrehen. Durch Aufnehmen eines Bohrers in der Gegenspitze (zur Stützung langer Werkstücke) lassen sich Bohrungen auf der Drehachse des Werkstücks setzen.

Die Ergänzung durch CNC

Ab den 1960er Jahren wurden die motorisierten Achsen von Fräs-, Dreh- und anderen Werkzeugmaschinen unter Computersteuerung gestellt. Diese Computergesteuerte Numerische Steuerung (CNC) lässt die Maschine eine Bewegungsfolge ausführen, die durch ein Programm vorgegeben ist.

CNC brachte dramatische Produktivitäts- und Qualitätssteigerungen. Produktivität stieg, da mehrere Operationen in einer Aufspannung möglich wurden. Qualität verbesserte sich durch höhere Präzision und Wiederholbarkeit. Ein weiterer großer Vorteil: gesteigerte Flexibilität. Präzise CNC-Werkzeugmaschinen lassen sich schnell von Job zu Job umrüsten, was sie für fast jede Stückzahl kosteneffizient macht.

Heute bedeuten Geschwindigkeit, Flexibilität und Präzision, dass fast jede Fräs- und Drehmaschine CNC-gesteuert ist. Diese Steuerungen variieren jedoch stark in Programmiermethoden, Rechenleistung und Fähigkeiten. Bei der Anschaffung neuer CNC-Maschinen ist die Steuerungsbewertung ein wichtiger Auswahlkriterium.

Implikationen von CNC-Fräsen und -Drehen für Bauteildesign und -fertigung

CNC-Fräsen erzeugt ebene Flächen an Werkstücken – oft Montageflächen wie Ober- und Unterseite eines Zylinderkopfs, offenes Ende eines Gehäuses oder Basis eines Winkels. Fräsen kann auch große Materialvolumina aus Vollblock entfernen, was meist nur für Prototyping erfolgt.

Im Gegensatz dazu erzeugt CNC-Drehen zylindrische Formen wie Steuerkolben, Hülsen und Antriebswellen. Drehen erfolgt an Stangenmaterial, typischerweise abgelängt, auf manchen Drehmaschinen durch die Spindel zugeführt. Gussstücke können ebenfalls zylindrische Merkmale erhalten – das erfordert sorgfältiges Spannen im Futter.

Fräsen und Drehen erzeugen sehr unterschiedliche Oberflächen. Drehen als einschneidiges Verfahren hinterlässt Rillen, ähnlich alten Schallplatten. Fräsen als mehrschneidiges Verfahren hinterlässt breite parallele Rillenzüge auf ebenen Flächen.

Bei beiden Verfahren beeinflussen Schneidkantenradius, Schnittgeschwindigkeit und Vorschub die Rillengröße und damit Rauheit. Langsamerer Vorschub verringert effektive Rinntiefe durch Überlappung. Glattere Oberflächen sind jedoch teurer, da sie mehr Bearbeitungszeit erfordern.

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