Drehen, Fräsen & Bohren: Wichtige Zerspanungsprozesse erklärt

Veröffentlicht vom Technical Communications Team · 23. August 2024

Was ist Zerspanen?

In einem früheren Blog fokussierten wir auf die Zukunft des 3D-Drucks, auch additive Fertigung genannt. Additive Fertigung erfordert das Aufschichten von Materiallagen zur Formung eines 3D-Objekts. Zerspanen ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung desselben Objekts. Statt Material hinzuzufügen, wird Material abgetragen, um die gewünschte Form zu erreichen. Man könnte sagen: 3D-Druck ist wie Mauern, Zerspanen wie Bildhauerei.

Beim Zerspanen finden mehrere Operationen in einer geplanten Abfolge statt, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Wir behandeln drei der häufigsten Operationen: Drehen, Bohren und Fräsen. Zerspanen ist ein sehr gängiges und vielseitiges Fertigungsverfahren. Daher lassen sich verschiedenste Materialien mit diesen drei Methoden bearbeiten. Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und Holz sind alle mögliche Werkstückmaterialien.

Inhaltsverzeichnis:

Werkzeugmaschinen

Was ist Drehen?

Was ist Bohren?

Was ist Fräsen?

Innovationen in der Zerspanung

Arten von Werkzeugmaschinen

Einzelschneiden-Werkzeuge –

• Drehprozess: Diese Werkzeugart dreht das Werkstück, während das Schneidwerkzeug sich linear bewegt. Dieser Prozess kann manuell oder automatisch erfolgen

Mehrschneiden-Werkzeuge –

• Bohrprozess: Werkzeug erstellt oder verfeinert runde Löcher im Werkstück. Dies geschieht meist durch ein Rotationswerkzeug mit zwei oder vier spiraligen Schneiden
• Fräsprozess: Diese Werkzeugart erzeugt Designs, indem sie Material vom Werkstück abträgt, während ein Schneidwerkzeug rotiert

Einzelschneiden- vs. Mehrschneiden-Werkzeuge

Die gewünschte Form des Materials bestimmt, welche Werkzeugart Sie für den Job benötigen. Die zwei grundlegenden Schneidwerkzeugtypen sind Einzelschneiden- und Mehrschneiden-Werkzeuge. Nutzen Sie Einzelschneiden-Werkzeuge für Drehen, Bohren (Ausbohren) und Plandrehen. Nutzen Sie Mehrschneiden-Werkzeuge für Fräsen und Bohren. Es ist unerlässlich, Schneidwerkzeuge ordnungsgemäß zu nutzen und zu warten, um Qualität zu sichern. Leider ist die ordnungsgemäße Wartung von Maschinen und Werkzeugen oft der Kostentreiber.

Werkzeuge sind in verschiedenen Materialien erhältlich. Die gängigsten sind Hartmetall und Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS). Sie können HSS für allgemeines Fräsen wählen. Für härtere Werkzeugstähle greifen Sie auf Hartmetall zurück.

Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe

Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe sind Parameter, die beim Zerspanen zu beachten sind. Werkstückmaterial, Werkzeugmaterial und Abmessungen beeinflussen diese Parameter. Schnittgeschwindigkeit bezeichnet, wie schnell das Schneidwerkzeug in das Werkstückmaterial schneidet. Sie wird in m/min (surface feet per minute) gemessen. Vorschub bezeichnet, wie schnell sich das Werkstück seiner Achse entlang auf das Schneidwerkzeug zubewegt. Er wird in mm/min (inches per minute) gemessen.

Drehzahl- und Vorschubrechner

Drehzahl- und Vorschubrechner für Drehen
Drehzahl- und Vorschubrechner für Bohren
Drehzahl- und Vorschubrechner für Fräsen

Wie beim künstlerischen Bildhauern durchläuft das Werkstück zuerst einen oder mehrere Schruppschnitte. Ihr Ziel ist es, so nah wie möglich an die fertige Form und Abmessungen heranzukommen. Nach der Schruppphase wird ein Schlichtschnitt angewendet, um Endmaße, Toleranzen und Oberflächengüte zu erreichen. Schlichtschnitte erfolgen typischerweise bei niedrigen Vorschüben und Schnitttiefen. Der Einsatz von Kühlschmierstoff in beiden Schneidphasen kühlt und schmiert das Schneidwerkzeug.

Maschinelles Drehen

Drehen beinhaltet die Rotation des Werkstücks, während das Schneidwerkzeug sich linear bewegt. Dies ergibt eine zylindrische Form. Eine Drehbank ist die Maschine der Wahl für alle Drehoperationen.

Wie die meisten Zerspanungsoperationen kann Drehen manuell oder automatisch erfolgen. Der Nachteil manuellen Drehens ist die erforderliche kontinuierliche Überwachung. Automatisches Drehen nicht. Mit Computerized Numerical Control (CNC) programmieren Sie alle Bewegungen, Geschwindigkeiten und Werkzeugwechsel in einen Computer. Diese Anweisungen werden dann an die Drehbank gesendet. CNC ermöglicht Konsistenz und Effizienz bei hohen Produktionsläufen.

Einzelschneiden-Werkzeuge beim Drehen gibt es in verschiedenen Formen. Sie werden in verschiedenen Winkeln für diverse Ergebnisse platziert.

Drehzahl- und Vorschubrechner für Drehen

Maschinelles Bohren

Bohren erzeugt ein rundes Loch im Werkstück. Eine Bohrmaschine oder ein Gewindeschneider ist für das Bohren ausgelegt, aber dieser Prozess kann auch an einer Fräsmaschine durchgeführt werden. Späne sind die Abfallmetallstücke, die beim Zerspanen eines Werkstücks entstehen. Die Form des Bohrers hilft, Späne vom Werkstück fernzuhalten und es sauber zu halten.

Den Bohrer senkrecht zum Werkstück auszurichten, reduziert Abdrift. Für noch mehr Präzision wird oft ein Zentrierbohrvorgang vor dem Bohren hinzugefügt. Einige Bohroperationen erfordern Winkelbohrungen. Winkelbohren erfordert spezielle Spannwerkzeuge. Weitere Optionen: Drehung des Kopfes an einer Handmaschine oder Nutzung mehrerer Achsen an einer CNC-Maschine.

Möglichkeiten zur Vermeidung von Abdrift:

• Gießen/Formen/Schmieden einer Markierung
• Körnen
• Zentrierbohren/Anbohren
• Planfräsen (Spot Facing)

Wie bei Drehoperationen gibt es verschiedene Bohrer für spezifische Bohroperationen. Nachfolgend einige Spezialbohrer mit ihren spezifischen Anwendungen.

• Anbohrer (Spotting Drills) – kurze Bohrer für flache oder Pilotlöcher. Würde man einen längeren Bohrer für diese flachen Löcher nutzen, könnte er abdriften.
• Pickbohren (Peck Drilling) – häufiges Zurückziehen des Bohrers hilft, Späne vom Werkstück zu entfernen und Abdrift zu verhindern.
• Schraubenmaschinenbohrer (Screw Machine Drills) – diese Bohrer sind kurz und können gerade, präzise Löcher ohne vorheriges Anbohren erstellen.
• Aufreibahler (Chucking Reamers) – dienen zum Aufweiten zuvor gebohrter Löcher auf sehr präzise Durchmesser.

Drehzahl- und Vorschubrechner für Bohren

Fräsprozess

Fräsoperationen beinhalten den Einsatz mehrschneidiger Rotationsfräser zum Materialabtrag vom Werkstück.

Es gibt zwei Haupttypen von Fräsoperationen: Planfräsen und Umfangsfräsen. Planfräsen erzeugt ebene Flächen im Werkstück und planebodige Kavitäten. Der Vorschub kann horizontal oder vertikal sein. Umfangsfräsen erzeugt tiefe Nuten, Gewinde und Verzahnungen.

Das Werkstück kann auf zwei Arten in das Schneidwerkzeug eingespeist werden. Beim Gegenlauffräsen (Conventional Milling) wird das Werkstück gegen die Fräserrotation Vorschub. Dies ist die empfohlene Methode für manuelle Fräsmaschinen. Beim Gleichlauffräsen (Climb Milling) wird das Werkstück in Richtung der Fräserrotation Vorschub. Dies ist die bevorzugte Methode für CNC-Fräsen.

Fräsen eignet sich am besten als Sekundärprozess an einem bereits zerspannten Werkstück. Es hilft, Merkmale zu definieren und dient als „Finish-Schicht“. Nutzen Sie Fräsen als Sekundärprozess, um Merkmale wie Löcher, Nuten, Taschen und Konturen hinzuzufügen.

Drehzahl- und Vorschubrechner für Fräsen

Innovationen in der Zerspanung

Es steckt viel in der Zerspanung eines perfekt glatten, präzisen, funktionalen Werkstücks. Es erfordert große Detailgenauigkeit und Erfahrung. Drehen, Bohren und Fräsen sind nur einige der gängigsten Zerspanungsprozesse. Sie gibt es seit vielen, vielen Jahren. Glücklicherweise hat die Entwicklung von CNC die Zerspanung enorm verbessert. Während konventionelle Zerspanung noch ihren Zweck in der Fertigung hat, nimmt CNC-Zerspanung die Führung ein. Sie ermöglicht große Produktionsläufe mit Konsistenz und Effizienz. Wenn Sie an aktuellen Innovationen und Nachrichten interessiert sind, ist American Machinist eine großartige Ressource.

Mit 20+ Jahren als Fertigungslösungsanbieter sind wir zuversichtlich in unserer Fähigkeit, eine maßgeschneiderte Lösung für Ihre Bedürfnisse zu entwickeln. Haben Sie noch Fragen? Zögern Sie nicht, uns eine Nachricht oder eine Anfrage (RFQ) zu senden.