Fräsmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die eine spanende Bearbeitung von Werkstücken durchführen; das Verfahren beruht auf der Bewegung eines rotierenden Werkzeugs, des Fräsers, der mehrere Schneiden besitzt. Die im neunzehnten Jahrhundert erfundenen Fräsmaschinen sind dank der Vielfalt ihrer Bearbeitungen sehr vielseitig. Diese Bearbeitungen wären ohne die Bewegungen und Achsen der CNC-Fräsmaschine nicht möglich.
Bewegungen der Fräsmaschine
Bevor wir über die Achsen der CNC-Fräsmaschine sprechen, müssen wir die Bewegungen betrachten, die sie ausführt, denn beides ist eng miteinander verbunden. Bei herkömmlichen Fräsmaschinen bewegt sich das Werkstück zum Fräser hin; mit der Einführung der computergestützten numerischen Steuerung (CNC) wurden Fräsmaschinen jedoch vielseitiger und können sehr komplexe Teile bearbeiten.
Eine Bewegung, die alle Fräsmaschinen – ob CNC oder nicht – gemeinsam haben, ist die des Fräsers bzw. Schneidwerkzeugs, das sich um die eigene Achse dreht.
Darüber hinaus kann sich der Arbeitstisch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in verschiedenen Richtungen bewegen. Der Tisch führt eine Längsbewegung entlang der X-Achse aus. Er kann sich auch quer entlang der Y-Achse bewegen; diese Bewegung dient dazu, das Werkzeug in die richtige Position zu bringen. Außerdem bewegt sich der Tisch vertikal entlang der Z-Achse; diese Bewegung bestimmt die Schnitttiefe.
Es gibt weitere Drehbewegungen, die jedoch vom Typ der Fräsmaschine abhängen. Je nach den rotatorischen Freiheitsgraden kann sich der Tisch zum Beispiel um die Längsachse oder um die Vertikalachse drehen.
Bewegungen zwischen Fräser und Werkstück
Die Bewegungen zwischen Fräser und Werkstück sind zweifellos entscheidend, um die Art der Bearbeitung am Werkstück festzulegen, mit der es geformt wird. Die Bewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück lassen sich in drei Arten einteilen:
- Schnittbewegung. Sie wird von der Spitze des Fräsers um die Achse der Werkzeugaufnahme ausgeführt.
- Vorschub. Eine Zustellbewegung des Werkzeugs von einem bereits geschnittenen zu einem noch nicht geschnittenen Bereich.
- Eintauchen. Vorschubbewegung, mit der die Schnitttiefe im Werkstück erhöht wird.
Achsen der CNC-Fräsmaschine
Welcher Zusammenhang besteht zwischen den Bewegungen und den Achsen der CNC-Fräsmaschine? Wie Sie gesehen haben, erfolgen die Bewegungen der Fräsmaschine entlang der verschiedenen Achsen dieser Werkzeugmaschine – daher ihre Bedeutung. Bei einer CNC-Fräsmaschine ist es gerade die CNC-Technologie, die es ermöglicht, drei oder mehr Achsen gleichzeitig zu verfahren. Und es ist die Software, die nach entsprechender Programmierung die Aufgaben, Bewegungen und Achsen ausführt, entlang derer sich die einzelnen Komponenten der Fräsmaschine für die Bearbeitung bewegen müssen.
Eine CNC-Fräsmaschine hat drei Achsen:
- X-Achse: für die Längsbewegung
- Y-Achse: für die Querbewegungen
- Z-Achse: für die vertikale Bewegung der Spindel zum Boden hin
2,5-Achs-Bearbeitung
Eine Bearbeitung, die CNC-Fräsmaschinen ausführen können, ist die 2,5-Achs-Bearbeitung. Dabei werden Teile gefertigt, indem das Werkzeug beim Zerspanen bzw. Schneiden gleichzeitig entlang der X- und Y-Koordinaten verfahren wird. Kennzeichnend ist, dass sich das Werkzeug zwar in allen drei Achsen der Fräsmaschine bewegen kann, während des Schneidens aber nie in allen drei Koordinaten gleichzeitig.
3-Achs-Bearbeitung
Die Achsen der CNC-Fräsmaschine ermöglichen eine Bearbeitung in drei Achsen, bei der alle drei Achsen während der Schnittbewegung simultan gesteuert werden. Bei diesen Bearbeitungen bilden die Werkzeugbahnen die gewünschte Oberfläche nach. Die Dreiachsbearbeitung wird zum Beispiel zum Fräsen von 3D-Konturen, -Flächen oder -Profilen eingesetzt. Man spricht hier von „Kopierfräsen“.
5-Achs-Bearbeitung
Auf dem Markt gibt es Maschinen, die Werkstücke in fünf Achsen bearbeiten können. CNC-Fräsmaschinen haben meist drei Achsen, es gibt aber auch Fünfachsmodelle. Diese Maschinen führen äußerst komplexe Bearbeitungen aus. Sie können Linearbewegungen entlang der Achsen X, Y und Z ausführen und gleichzeitig um zwei weitere Achsen drehen, A und B – entweder über den Tisch oder über den Werkzeugkopf.
Bei diesem Verfahren können sich alle fünf Achsen der CNC-Fräsmaschine gleichzeitig bewegen, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen und eine nahezu perfekte Oberfläche zu erzielen. Diese Maschinen können auch im 3+2-Modus arbeiten: Dabei bleiben die vierte und fünfte Achse fixiert und bewegen sich nur zwischen den Bearbeitungsschritten, während die übrigen drei Achsen simultan verfahren.