Die Wahl des Bearbeitungsverfahrens ist eine der ersten Entscheidungen, die vor Beginn der Fertigung eines Bauteils getroffen werden müssen. Auf den ersten Blick scheint die Sache einfach: Ein zylindrisches Bauteil kommt auf die Drehmaschine, ein komplexeres auf die Fräsmaschine. In der Praxis ist die Grenze zwischen diesen Technologien jedoch nicht immer so eindeutig.
Moderne Bearbeitungszentren ermöglichen die Kombination zahlreicher Arbeitsschritte, und ein optimal geplanter Prozess kann erheblichen Einfluss auf Bearbeitungszeit, Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Produktionskosten haben. Deshalb sollte die Frage nicht ausschließlich lauten: Fräsen oder Drehen?, sondern vielmehr: Mit welcher Technologie lässt sich ein bestimmtes Bauteil am effizientesten fertigen?
Beide Technologien gehören zu den spanenden Fertigungsverfahren und nutzen eine computergestützte CNC-Steuerung. Sie unterscheiden sich jedoch vor allem darin, wie die Schnittbewegung ausgeführt wird.
Beim CNC-Fräsen rotiert das Werkzeug, während das Werkstück entsprechend zum Fräser positioniert wird. Dadurch lassen sich ebene Flächen, Bohrungen, Taschen, Nuten, Konturen sowie komplexere dreidimensionale Geometrien herstellen.
Beim CNC-Drehen ist es umgekehrt – hier rotiert das Werkstück, während das Werkzeug nach und nach Material abträgt. Dieses Verfahren eignet sich daher besonders gut für die Fertigung von Bauteilen mit rotationssymmetrischer Geometrie.
Dieser scheinbar kleine Unterschied hat einen erheblichen Einfluss auf die Möglichkeiten beider Verfahren.
CNC-Fräsen ist eines der vielseitigsten Verfahren zur Herstellung präziser Bauteile. Mit entsprechend ausgewählten Werkzeugen und programmierten Werkzeugbahnen lässt sich Material schrittweise abtragen, bis die gewünschte Geometrie erreicht ist.
Fräsen eignet sich vor allem dann, wenn ein Bauteil Elemente besitzt, die sich nicht ausschließlich durch eine Bearbeitung um eine einzige Achse herstellen lassen.
Dazu gehören unter anderem:
Diese Technologie kommt sowohl bei der Herstellung relativ einfacher Komponenten als auch bei Bauteilen zum Einsatz, die zahlreiche präzise gefertigte Flächen erfordern.
Eines der wichtigsten Argumente für das Fräsen ist die große Gestaltungsfreiheit bei der Geometrie eines Bauteils. Verfügt ein Werkstück über viele Flächen, Bohrungen, Aussparungen oder andere konstruktive Merkmale, ist Fräsen häufig die naheliegende Lösung.
Von großer Bedeutung ist außerdem die Möglichkeit, mehrere Bearbeitungsschritte innerhalb eines sorgfältig geplanten Prozesses durchzuführen. Eine Reduzierung der Anzahl der Aufspannungen kann die Wiederholgenauigkeit der Fertigung verbessern und das Risiko von Fehlern verringern, die durch erneutes Positionieren des Werkstücks entstehen.
Fräsen wird unter anderem bei der Herstellung von Maschinenelementen, Gerätekomponenten, Gehäusen, Halterungen, Konstruktionsteilen und Prototypen eingesetzt.
CNC-Drehen zeigt seine Stärken insbesondere bei Bauteilen, deren Geometrie sich an einer Rotationsachse orientiert.
Das Material wird in einem Spannfutter befestigt und in Rotation versetzt. Das Schneidwerkzeug bewegt sich entlang einer programmierten Bahn und verleiht dem Bauteil den gewünschten Durchmesser, die erforderliche Länge und das entsprechende Profil.
Auf diese Weise lassen sich unter anderem folgende Bauteile fertigen:
Bei solchen Komponenten ermöglicht das Drehen eine Kombination aus hoher Genauigkeit und sehr guter Prozesseffizienz.
Die Maschinengeometrie und die Art der Bewegung des Werkstücks sorgen dafür, dass das Drehen besonders gut für den schnellen Materialabtrag bei rotationssymmetrischen Bauteilen geeignet ist.
Dies ist insbesondere in der Serienfertigung von Bedeutung. Wenn eine größere Anzahl identischer Komponenten hergestellt werden soll, sorgt ein entsprechend vorbereiteter CNC-Prozess für eine hohe Wiederholgenauigkeit der einzelnen Werkstücke.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Drehens besteht darin, präzise Beziehungen zwischen einzelnen Durchmessern und Flächen innerhalb einer einzigen Aufspannung einhalten zu können. Bei Bauteilen, die mit anderen Komponenten eines Mechanismus zusammenarbeiten, kann dies von entscheidender Bedeutung sein.
Genau an diesem Punkt wird die moderne CNC-Bearbeitung besonders interessant.
Stellen wir uns ein Bauteil vor, das grundsätzlich zylindrisch ist, gleichzeitig aber seitliche Bohrungen, eine Nut, eine ebene Fläche oder andere Elemente besitzt, die nicht symmetrisch zur Rotationsachse angeordnet sind. Reines Drehen reicht hier nicht aus, doch auch die Durchführung aller Arbeitsschritte auf mehreren separaten Maschinen ist nicht immer die effizienteste Lösung.
Moderne Drehzentren mit zusätzlichen Bearbeitungsmöglichkeiten erlauben die Fertigung komplexerer Bauteile innerhalb eines einzigen, sorgfältig geplanten Prozesses. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz angetriebener Werkzeuge zur Durchführung zusätzlicher Bearbeitungsschritte.
Der Vorteil besteht dabei nicht nur in der Zeitersparnis. Weniger Umspannvorgänge zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten können zudem dazu beitragen, die geforderten geometrischen Beziehungen einzuhalten und die Wiederholgenauigkeit der Fertigung zu erhöhen.
Die Form eines Bauteils ist der wichtigste Anhaltspunkt bei der Wahl des Bearbeitungsverfahrens, sollte jedoch nicht das einzige Kriterium sein.
Vor Beginn der Fertigung sollten auch folgende Faktoren berücksichtigt werden:
Aluminium, Edelstahl, Baustähle und andere Metalllegierungen verhalten sich bei der Zerspanung unterschiedlich. Das Material beeinflusst unter anderem die Auswahl der Werkzeuge, der Schnittparameter und der Bearbeitungsstrategie.
Nicht alle Flächen eines Bauteils müssen mit derselben Genauigkeit gefertigt werden. Entscheidend ist die Festlegung jener Maße und geometrischen Beziehungen, die tatsächlich für die korrekte Funktion des Bauteils ausschlaggebend sind.
Die Fertigung eines einzelnen Prototyps wird anders geplant als die Herstellung einer Kleinserie oder einer wiederkehrenden Serienproduktion. Bei größeren Stückzahlen gewinnen insbesondere Zykluszeit, Automatisierung und Prozessstabilität an Bedeutung.
Jede zusätzliche Aufspannung des Werkstücks bedeutet einen weiteren Produktionsschritt. Deshalb wird bei der Prozessplanung versucht, die Möglichkeiten der Maschine so zu nutzen, dass unnötige Arbeitsschritte und Umspannvorgänge möglichst vermieden werden.
Der günstigste einzelne Bearbeitungsschritt führt nicht zwangsläufig zum günstigsten fertigen Bauteil. Berücksichtigt werden müssen die Produktionsvorbereitung, die Anzahl der Aufspannungen, die Maschinenlaufzeit, die Werkzeuge, die Qualitätskontrolle sowie die Auftragsgröße.
Sehr häufig – ja.
Ein Bauteil, das theoretisch vollständig durch Fräsen hergestellt werden könnte, lässt sich möglicherweise deutlich wirtschaftlicher fertigen, wenn seine Grundgeometrie zunächst durch Drehen erzeugt wird. Umgekehrt kann eine Komponente, die auf den ersten Blick wie ein Drehteil aussieht, so viele zusätzliche Flächen und Bohrungen besitzen, dass Fräsoperationen bei ihrer Herstellung eine entscheidende Rolle spielen.
Erfahrung in der CNC-Bearbeitung bedeutet daher nicht nur, ein Bauteil gemäß der technischen Dokumentation fertigen zu können. Ebenso wichtig ist es, den richtigen Weg vom Rohmaterial bis zum fertigen Bauteil zu planen.
Die Kosten eines Bauteils werden zu einem großen Teil bereits vor dem Start der Maschine bestimmt.
Bestimmte konstruktive Lösungen können spezielle Werkzeuge, zusätzliche Aufspannungen oder zeitaufwendigere Bearbeitungsschritte erfordern. Manchmal kann bereits eine geringfügige Änderung der Geometrie, die keinen Einfluss auf die Funktion des Bauteils hat, dessen Fertigung deutlich vereinfachen.
Deshalb lohnt es sich, die fertigungstechnischen Möglichkeiten bereits bei der Konstruktion einer Komponente zu berücksichtigen. Eine Analyse der technischen Dokumentation vor Produktionsbeginn kann dabei helfen, eine Lösung zu finden, die hinsichtlich Bearbeitungszeit, Wiederholgenauigkeit und Kosten vorteilhafter ist.
Moderne CNC-Maschinen ermöglichen die Fertigung hochpräziser Komponenten. Die Werkzeugmaschine selbst ist jedoch nur ein Bestandteil des gesamten Prozesses.
Das Endergebnis wird unter anderem durch die Programmerstellung, die Auswahl der Werkzeuge und Schnittparameter, die Art der Rohteilspannung, die Prozessstabilität sowie die Kontrolle der gefertigten Bauteile beeinflusst.
Bei TOKAR CNC Technology kann die Qualität der Bauteile mithilfe des Messsystems KEYENCE IM überprüft werden, das eine schnelle und wiederholbare Maßkontrolle ermöglicht. Dadurch bilden Bearbeitung und Qualitätskontrolle einen zusammenhängenden Prozess, der zur Herstellung von Bauteilen gemäß der technischen Dokumentation führt.
Die einfachste Grundregel lautet: Für rotationssymmetrische Geometrien ist Drehen die natürliche Wahl, während sich Fräsen für komplexere Formen und Bauteile mit vielen unterschiedlichen Flächen eignet. Bei realen Projekten erfordert die richtige Entscheidung jedoch häufig eine genauere Analyse.
Die beste Technologie ist nicht unbedingt diejenige, mit der sich ein Bauteil irgendwie herstellen lässt. Entscheidend ist vielmehr eine Lösung, die die erforderliche Genauigkeit und Qualität gewährleistet und gleichzeitig Material, Werkzeuge, Maschinenzeit und Anzahl der Bearbeitungsschritte möglichst effizient nutzt.
Bei TOKAR CNC Technology kann jedes Projekt als individuelle fertigungstechnische Aufgabe betrachtet werden. Durch die Analyse von Geometrie, Material, Toleranzen und geplanter Produktionsmenge lässt sich ein Prozess auswählen, der den tatsächlichen Anforderungen der jeweiligen Komponente entspricht.
Manchmal ist CNC-Drehen die beste Lösung. In anderen Fällen ist es CNC-Fräsen. Bei komplexeren Bauteilen kann sich wiederum eine Kombination verschiedener Bearbeitungsschritte als optimal erweisen.
Letztlich geht es also nicht nur um die Entscheidung zwischen zwei Technologien, sondern um etwas wesentlich Wichtigeres – den wirtschaftlich und technologisch sinnvollsten Weg zur Herstellung eines präzisen Bauteils gemäß den Anforderungen des jeweiligen Projekts zu finden.
TOKAR CNC Technology Mateusz Maćków
