Die Fräsmaschine ist eine Werkzeugmaschine, die für die Zerspanung eingesetzt wird und seit der industriellen Revolution in Zerspanungsbetrieben und Fabriken weit verbreitet ist. Kennzeichnend ist die Drehbewegung ihres Schneidwerkzeugs, des Fräsers, der mehrere Schneiden besitzt. Neben konventionellen Modellen ist heute auch die CNC-Universalfräsmaschine auf dem Markt erhältlich.
Was sind Fräsmaschinen?
Fräsmaschinen dienen der spanenden Bearbeitung von Werkstücken aus unterschiedlichen Werkstoffen. Diese Maschinen sind sehr vielseitig, sowohl wegen der Vielzahl an Arbeitsgängen, die sie ausführen, als auch wegen der Werkstoffe, die sie bearbeiten können. Eine Fräsmaschine kann Holz, Stahl, Nichteisenmetalle, Eisen und Kunststoffe bearbeiten, und zwar mit unterschiedlichsten Oberflächen, ob eben, gekrümmt, verzahnt, genutet usw. Außerdem können die auf diesen Maschinen bearbeiteten Werkstücke anschließend geschruppt und geschlichtet werden.
Was ist eine Fräsmaschine und wie funktioniert sie? Konventionelle Fräsmaschinen und CNC-Fräsmaschinen unterscheiden sich nicht grundlegend voneinander. Allgemein ist eine Fräsmaschine eine Werkzeugmaschine mit einem Schneidwerkzeug, dem sogenannten Fräser; der Fräser besitzt Schneiden bzw. Zähne, die sich drehen und dabei überschüssiges Material von der Oberfläche eines Werkstücks abtragen.
Anfang des neunzehnten Jahrhunderts wurden die konventionellen Fräsmaschinen erfunden. Im Laufe der Jahre wurden sie an neue Technologien und an die Anforderungen der Branche angepasst, bis sie in keiner Werkstatt mehr wegzudenken waren. Mit der Erfindung der computergestützten numerischen Steuerung (CNC) wurden die konventionellen Fräsmaschinen weiterentwickelt; heute gibt es Modelle, die mithilfe eines Computers automatisiert arbeiten.
In der Industrie gibt es verschiedene Arten von Fräsmaschinen, und jede folgt spezifischen Prozessen. Die konventionelle Universalfräsmaschine verfügt über eine Hauptspindel, auf der die horizontalen Fräsdorne aufgenommen werden. Außerdem besitzt sie einen Fräskopf, der an diese Spindel angebaut wird und die Maschine zur Vertikalfräsmaschine macht. Mit dem passenden Zubehör lässt sich eine Universalfräsmaschine also leicht auf Vertikalbearbeitung umrüsten. Bei dieser Bauart kann sich der Stößel bzw. Gegenhalter auf Führungen vor- und zurückbewegen.
Eigenschaften der CNC-Universalfräsmaschine
Die CNC-Universalfräsmaschine zeichnet sich durch die große Vielfalt an Bearbeitungen aus, die sie ausführen kann, aber auch durch die Flexibilität, die sie in Fertigungsprozessen bietet. Zudem haben diese Maschinen die programmierbare Automatisierung der Fertigung ermöglicht; sie wurden für die Großserienfertigung einfacher Werkstücke oder für mittlere bis kleine Stückzahlen komplexerer Teile konzipiert. Dank der computergestützten numerischen Steuerung können Fräsmaschinen über moderne Programme und Werkzeuge von einem Werkstückmodell zum nächsten wechseln.
Bei der CNC-Universalfräsmaschine wird die CNC-Steuerung, wie bei anderen Maschinen mit dieser Technologie, über ein alphanumerisches Programm gesteuert, also mit Zahlen, Buchstaben und anderen Zeichen. Dazu gehören die sogenannten G- und M-Codes (Weg- und Zyklusbefehle bzw. Zusatzfunktionen). Diese Zeichen sind in einer geeigneten Sprache kodiert, mit der sich ein Befehlsprogramm für die Ausführung bestimmter Aufgaben definieren lässt. Muss zwischen Programmen gewechselt werden, weiß die Maschine selbst, welche Änderungen nötig sind: nicht nur der Programmwechsel, sondern auch der Wechsel der Werkzeuge. Für die Serienfertigung können Zerspanungsbetriebe und Fabriken Roboterarme zur Beladung einsetzen.
Die modernsten Universalfräsmaschinen verfügen über elektronische Positionsanzeigen, die die Positionen der Werkzeuge im Koordinatensystem darstellen. Dank dieser Anzeige lassen sich die Verfahrwege leicht ablesen.
Wichtig ist, dass die alphanumerische Programmiersprache der Universalfräsmaschine variieren kann. Viele Fräsmaschinen verwenden die international genormte ISO-Programmierung, sie können aber auch mit Heidenhain, Fagor oder Siemens arbeiten.
Vorteile des CNC-Fräsens
CNC-Fräsmaschinen arbeiten mit Programmiersoftware, die es ermöglicht (und erfordert), das Werkstück am Computer zu konstruieren; sobald die Konstruktion mit dem CAD-Programm abgeschlossen ist, wird sie in die alphanumerische Sprache der CNC übersetzt. Die Programmierung der Maschine kann der Bediener übernehmen, indem er die für das Werkstück erforderlichen Schnittparameter auswählt. Sobald die Maschine startet, weiß der Rechner der Fräsmaschine, was zu tun ist, und gibt den Schneidwerkzeugen vor, welchen Bewegungen sie folgen sollen und mit welcher Vorschubgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Zustellung.
Das ist zweifellos der größte Vorteil der CNC-Universalfräsmaschine: ihre Automatisierung. Die Maschine erfordert nur minimale Eingriffe des Bedieners, der lediglich die passende Programmierung vornehmen muss. Ein einziger Bediener kann sogar mehrere CNC-Maschinen gleichzeitig überwachen. Außerdem ermöglichen CNC-Fräsmaschinen eine wesentlich präzisere Bearbeitung als konventionelle Werkzeuge. Und das ist noch nicht alles: Je nach Achsanzahl der Maschine kann der Fräskopf der CNC-Fräsmaschine das Werkstück aus unterschiedlichen Winkeln erreichen.
Schließlich optimieren diese Werkzeugmaschinen die Fertigung, was hilft, Bearbeitungs- und Lieferzeiten und natürlich auch die Kosten zu senken.