Fräsen verstehen, Fräsereien finden
Das Fräsen bezeichnet ein spanendes Fertigungsverfahren, das zur Fertigung von Bauteilen mit einer bestimmten geometrischen Kontur eingesetzt wird. Das Fräsen erfreut sich dank seiner hohen Effizienz, Produktivität und Präzision vor allem in der metallverarbeitenden Fertigungstechnik großer Beliebtheit.
Das Fräsen kann sowohl zur Bearbeitung von planen Flächen als auch zur Herstellung komplexer, dreidimensionaler Konturen eingesetzt werden. Dabei kommt ein Fräswerkzeug mit geometrisch bestimmten Schneiden zum Einsatz und trägt beim Fräsvorgang durch eine rotierende, kreisförmige Bewegung Material von einem Werkstück ab. Das Fräsen kann heute sowohl manuell als auch mithilfe hochmoderner CNC-Werkzeugmaschinen mit hohem Automatisierungsgrad durchgeführt werden.
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Technische Grundlagen zum Fräsen
Gemäß DIN 8589 gehört das Fräsen zu den spanenden Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden. Das bedeutet, dass die geometrische Kontur des Fräsers – im Gegensatz zu anderen Fertigungsverfahren wie dem Schleifen, Honen oder Läppen – klar definiert ist.
Herzstück des Verfahrens ist das Werkzeug, das auch als Fräser bezeichnet wird. Der Fräser ist üblicherweise durch mehrere Schneidkanten charakterisiert und kann zur Bearbeitung sowohl senkrecht als auch schräg zur Rotationsachse eingesetzt werden. Das Werkzeug kann wahlweise in manuellen Fräsmaschinen als auch in Bearbeitungszentren eingesetzt werden. Beim Fräsen gilt es, eine ganze Reihe an Zerspanungsparametern zu berücksichtigen, um die gewünschte Kontur zu erreichen und die Anforderungen an die Oberflächengüte zu erfüllen. Dazu gehören unter anderem:
- Schnittgeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit des Fräsers hängt von Material und Schneidstoff ab und hat entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
- Vorschubbewegung: Mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit nehmen auch der Verschleiß des Werkzeugs und die Spanungsdicke zu. Daher hat die Vorschubbewegung wesentlichen Einfluss auf die Oberflächengüte.
- Schnittbreite: Die Breite des Schnitts bestimmt, wie weit die Schneide des Werkzeugs in das Material eingreift. Üblicherweise beträgt das Verhältnis von Schnittbreite zu Werkzeugbreite etwa 2/3.
- Eingriffswinkel: Der Winkel zwischen Ein- und Austritt der Schneide wird als Eingriffswinkel bezeichnet. Er bestimmt die Anzahl der gleichzeitig im Eingriff befindlichen Schneiden, wobei der Fräsverlauf bei zunehmender Schneidenzahl ruhiger und gleichmäßiger ist.
Die verschiedenen Varianten beim Fräsen
Beim Fräsen wird grundsätzlich zwischen dem Gleich- und Gegenlauffräsen unterschieden. Das Gleichlauffräsen zeichnet sich dadurch aus, dass der Fräser mit maximaler Spanungsdicke in das Material eintritt und mit minimaler Dicke austritt – dadurch lassen sich besonders enge Toleranzen in Bezug auf die Oberflächengüte erreichen.
Darüber hinaus wird beim Fräsen je nach Vorschubbewegung und Flächenbearbeitung zwischen einer ganzen Reihe unterschiedlicher Fräsverfahren unterschieden. Dazu gehören beispielsweise:
- Planfräsen: Das Planfräsen wird eingesetzt, um ebene Flächen herzustellen. Das Verfahren zeichnet sich durch einen geraden Vorschub und eine senkrecht zum Werkzeug ausgeführte Drehbewegung aus.
- Rundfräsen: Per Rundfräsen werden vor allem kreiszylindrische Flächen gefertigt. Dabei wird je nach entstehender Form zwischen dem Innenrundfräsen und dem Außenrundfräsen unterschieden.
- Formfräsen: Das Formfräsen mit einer gesteuerten Vorschubbewegung kann vielseitig zur Herstellung ebener und räumlicher Flächen verwendet werden.
- Wälzfräsen: Beim Wälzfräsen wird ein profilierter Fräser eingesetzt, der gleichzeitig eine Vorschub- und eine Wälzbewegung ausführt. Dadurch können ebene und räumliche Konturen hergestellt werden.
- Profilfräsen: Das Profilfräsen wird dadurch charakterisiert, dass sich ein bestimmtes Werkzeugprofil bei der Bearbeitung auf dem Werkstück abbildet.
- Schraubfräsen: Beim Schraubfräsen können durch wendelförmige Vorschubbewegungen schraubenförmige Flächen hergestellt werden, um etwa Gewinde zu fertigen.
Neben den hier genannten Klassifizierungen wird das Fräsen in weitere Varianten eingeteilt, wie das HSC-Fräsen mit Hochgeschwindigkeitszerspanung und das 5-Achs-Fräsen zur Herstellung besonders komplexer Konturen. Für höhere Stückzahlen kommt üblicherweise das CNC-Fräsen auf modernen CNC-Werkzeugmaschinen zum Einsatz.
Welche Werkstoffe werden beim Fräsen bearbeitet?
Das Fräsen erfreut sich als effizientes spanendes Fertigungsverfahren mit hoher Oberflächengüte vor allem in der metallverarbeitenden Industrie großer Beliebtheit. Frästeile kommen in den verschiedensten Branchen vom Maschinen- und Anlagenbau über Elektrotechnik, Medizintechnik und Luft- und Raumfahrttechnik bis hin zur Automobilindustrie zum Einsatz. Darüber hinaus eignet sich das Verfahren auch zur Kunststoff- und Holzbearbeitung. Zu den wichtigsten Fräs-Materialien gehören:
- Stahl und Stahlguss
- Aluminium und Aluminiumguss
- Titan
- Gold
- Silber
- Bronze
- Messing
- Kunststoff
- Holz
Gut zu wissen: Zur Geschichte vom Fräsen
Während die meisten Werkzeugmaschinen – wie zum Beispiel die Drehmaschine oder die Hobelmaschine – während der industriellen Revolution in England entwickelt wurden, ist das Fräsen vor allem eine amerikanische Entwicklung. Im Jahr 1818 entwickelte der amerikanische Ingenieur und Erfinder Eli Whitney die erste Fräsmaschine für Metall und revolutionierte den Markt erneut. Jahre zuvor hatte er mit der Erfindung der Baumwoll-Entkörnungsmaschine bereits die arbeitsintensive Trennung der Samen von der Baumwolle extrem erleichtert.
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