CNC-Metallfräsmaschine: Wie man die richtige Maschine für die Bearbeitung auswählt

Eine CNC-Fräsmaschine ist eine der vielseitigsten Werkzeugmaschinen in der modernen Metallbearbeitung. Sie kann präzise ebene Flächen, Taschen, Nuten oder sogar Bohrungen fräsen, selbst Teile mit komplexen Formen.

Bei der Auswahl einer CNC-Fräsmaschine für Metall reicht es nicht aus, nur die Größe des Arbeitsbereichs oder die Eignung einer CNC-Fräsmaschine für Aluminium zu vergleichen. Entscheidend ist das zu bearbeitende Material.

Eine CNC-Fräsmaschine für Aluminium hat andere Anforderungen als eine Maschine, die für die Standardbearbeitung von Baustahl oder Edelstahl ausgelegt ist.

Betrachten wir die wichtigsten Parameter, nach denen sich die Auswahl einer industriellen CNC-Fräsmaschine lohnt.

Eine CNC-Fräsmaschine für Metall ist nicht dasselbe wie eine CNC-Fräse. Auf den ersten Blick mögen manche CNC-Fräsmaschinen und Portal-CNC-Fräsen ähnlich erscheinen. Ihre Konstruktion und Hauptanwendungsbereiche unterscheiden sich jedoch deutlich.

Eine CNC-Fräse eignet sich hauptsächlich für die Bearbeitung von Blechmaterialien und, je nach Ausführung, auch von Aluminium. Der Vorteil liegt im großen Arbeitsbereich und den hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten.

Eine CNC-Fräsmaschine für Metall ist hingegen primär auf Steifigkeit und Präzision ausgelegt. Dies ist besonders wichtig beim Fräsen von Stahl oder Edelstahl.

Wenn Sie also hauptsächlich große Aluminiumplatten bearbeiten müssen, ist eine Portal-CNC-Fräsmaschine möglicherweise die richtige Wahl. Für die Fertigung von Präzisionsmaschinenteilen aus Stahl, Aluminium oder Edelstahl eignet sich in der Regel eine klassische industrielle CNC-Fräsmaschine oder ein CNC-Bearbeitungszentrum besser.

1. Beginnen Sie mit dem zu bearbeitenden Material: Was soll mit der Maschine gefertigt werden und aus welchem ​​Material? Das zu bearbeitende Material beeinflusst die Konstruktion der gesamten Maschine grundlegend.

CNC-Fräsmaschine für Aluminium

Aluminium ermöglicht die Bearbeitung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten, und mit dem richtigen Werkzeug kann relativ viel Material abgetragen werden.

Eine CNC-Aluminiumfräsmaschine sollte insbesondere folgende Eigenschaften aufweisen:

  • Ausreichend hohe Spindeldrehzahl
  • Hohe Maschinendynamik
  • Präzise Führung der einzelnen Achsen
  • Hochwertige Spanabfuhr
  • Geeignete Werkzeugkühlung bzw. -schmierung
  • Robuste Konstruktion zur Vermeidung von Vibrationen
  • Präzise und sichere Werkstückspannung

Bei der Aluminiumbearbeitung ist die Spanabfuhr an der Schnittstelle von entscheidender Bedeutung. Angesammelte Späne können die Oberflächenqualität und die Werkzeugstandzeit negativ beeinflussen.

CNC-Stahlfräsmaschine

Bei der Stahlbearbeitung sind die Anforderungen an die Maschine deutlich höher.

Eine CNC-Stahlfräsmaschine muss in der Lage sein, über einen längeren Zeitraum höhere Bearbeitungskräfte zu übertragen. Daher sind eine hohe Bettsteifigkeit und eine geeignet gewählte Spindel mit ausreichendem Drehmoment wichtig.

Je steifer das zu bearbeitende Material und je höher die geforderte Zerspanungsleistung, desto stärker wirkt sich die Qualität der mechanischen Konstruktion der Maschine aus.

Eine Unterschätzung der Steifigkeit kann zu Vibrationen, einer geringeren Oberflächenqualität oder Problemen bei der Erreichung der geforderten Genauigkeit führen.

2. Strukturelle Steifigkeit ist für eine CNC-Fräsmaschine unerlässlich

Eine leistungsstarke Spindel nützt wenig, wenn die Maschinenstruktur die auftretenden Kräfte nicht sicher ableiten kann. Achten Sie daher bei der Auswahl einer industriellen CNC-Fräsmaschine auch auf Folgendes:

  • Bettkonstruktion und -gewicht
  • Linearführungen
  • Kugelgewindetriebe
  • Servoantriebe
  • Spindelstockkonstruktion
  • Gesamtgewicht der Maschine

Ein höheres Gewicht ist bei einer CNC-Fräsmaschine kein Nachteil. Im Gegenteil, es trägt oft zur Stabilität während der Bearbeitung bei und hilft, unerwünschte Vibrationen zu dämpfen.

Bei Raptor CNC-Fräsmaschinen passen wir die Konstruktion daher an den jeweiligen Einsatzbereich der Maschine an.

3. Spindelleistung

Beim Vergleich von CNC-Fräsmaschinen wird häufig die Spindelleistung in kW beachtet. Die Zahl allein reicht jedoch nicht aus. Wichtig sind auch:

  • Maximale Spindeldrehzahl
  • Drehmoment
  • Spindelkonstruktion
  • Spindelkühlung

Die Auswahl der richtigen Spindel sollte daher immer auf dem jeweiligen Werkstoff und der geplanten Bearbeitungstechnologie basieren.

4. Wie groß ist die Werkstückoberfläche?

Bei der Bestimmung des Arbeitsbereichs muss man sich nicht nur an der Größe des Produkts orientieren. Auch die Spannmethode, die Länge der verwendeten Werkzeuge und der verfügbare Platz müssen berücksichtigt werden.

Die maximale Tragfähigkeit des Arbeitstisches ist ebenfalls ein wichtiger Parameter.

5. Wie viele Achsen?

Die optimale Anzahl an Achsen hängt primär vom Produkt ab.

Dreiachs-CNC-Fräsmaschine
Die Dreiachs-Konstruktion arbeitet mit den linearen Achsen X, Y und Z. Für einen Großteil der Serienfertigung ist sie völlig ausreichend.

Der Vorteil liegt in der einfacheren Programmierung, den geringeren Anschaffungskosten und der universellen Einsetzbarkeit.

Vierachs-CNC-Fräsmaschine
Durch Hinzufügen einer Drehachse kann die Maschine das Werkstück drehen.

Dies reduziert den Bedarf an manuellem Werkstückwechsel erheblich und ermöglicht die Bearbeitung mehrerer Seiten in einem Produktionszyklus.

Die vierte Achse ist beispielsweise für zylindrische Teile oder Teile, die aus mehreren Richtungen bearbeitet werden müssen, sinnvoll.

Fünf-Achs-CNC-Fräsmaschine
Ein Fünf-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum ermöglicht die Bearbeitung sehr komplexer Formen und die Werkzeugführung zum Werkstück aus verschiedenen Richtungen.

Der Hauptvorteil liegt in der Möglichkeit, ein kompliziertes Teil mit weniger Aufspannungen herzustellen.

Eine Fünf-Achs-CNC-Fräsmaschine ist jedoch nicht für jede Fertigung notwendig. Wenn eine Drei-Achs-Maschine die meisten Produkte bearbeiten kann, ist ein hochwertiges Drei-Achs-Zentrum, beispielsweise ergänzt durch eine Drehachse, unter Umständen wirtschaftlicher.

6. Automatischer Werkzeugwechsler
Moderne CNC-Bearbeitung erfordert in der Regel mehrere verschiedene Werkzeuge.

Beispielsweise benötigt ein Werkstück möglicherweise:

  • Schruppfräser
  • Schlichtfräser
  • Bohrer
  • Gewindebohrer
  • Fasenfräser

Ohne automatischen Werkzeugwechsler müsste der Bediener die einzelnen Werkzeuge manuell wechseln.

Ein automatischer Werkzeugwechsler (ATC) ermöglicht es dem CNC-Programm, die Werkzeuge automatisch zu wechseln und die Bearbeitung ohne Eingriff des Bedieners fortzusetzen.

Das Ergebnis sind kürzere Produktionszeiten und die Möglichkeit eines effizienteren automatisierten Betriebs.

7. Werkzeugkühlung und Spanabfuhr

Die Metallbearbeitung erzeugt Wärme und große Mengen an Spänen. Beides muss effektiv abgeführt werden.

Je nach Technologie kann Prozessflüssigkeit:

  • das Werkzeug kühlen
  • das Werkstück kühlen
  • den Bearbeitungsbereich schmieren
  • die Späneabfuhr unterstützen
  • die Werkzeugstandzeit verlängern

Eine automatische Spanabfuhr ist ebenfalls sehr nützlich für eine produktive Bearbeitung.

Dadurch muss der Bediener die Maschine nicht ständig reinigen, und das Bearbeitungszentrum kann länger ohne Unterbrechung arbeiten.

8. Werkzeug- und Werkstücktaster sparen Bedienerzeit

Die Automatisierung einer CNC-Fräsmaschine bedeutet nicht nur robotergestütztes Materialladen.

Messsysteme bieten ebenfalls große praktische Vorteile.

Ein Werkzeugtaster kann beispielsweise verwendet werden, um die Werkzeuglänge präzise zu messen und seinen Zustand zu prüfen.

Je nach Maschinenkonfiguration kann ein Werkstücktaster Folgendes erleichtern:

  1. Positionierung des Werkstücks
  2. Nullpunkt festlegen
  3. Messungen prüfen
  4. Maße während des Produktionsprozesses prüfen

Je mehr dieser Vorgänge von der Maschine selbst ausgeführt werden, desto geringer ist das Risiko von Bedienerfehlern und desto kürzer ist die Produktionsvorbereitung.

9. Welches CNC-Fräsmaschinen-Steuerungssystem sollten Sie wählen?

Das Steuerungssystem hat großen Einfluss auf die tägliche Arbeit mit der Maschine.

In einem industriellen Umfeld sind beispielsweise Systeme von FANUC, Siemens oder Mitsubishi weit verbreitet.

Wenn ein Unternehmen beispielsweise bereits mehrere Bearbeitungszentren mit demselben Steuerungssystem betreibt, kann es sinnvoll sein, dasselbe System auch für die neue Maschine zu verwenden.

Der Bediener muss sich nicht in eine völlig neue Umgebung einarbeiten, und auch die Verwaltung von CNC-Programmen wird vereinfacht.

Beispiel einer industriellen CNC-Fräsmaschine: Raptor 1050

Ein Beispiel für die Konfiguration einer industriellen CNC-Fräsmaschine ist die Raptor 1050. Diese Ausführung bietet einen 1000 × 500 mm großen Arbeitstisch und folgende Verfahrwege:

X: 1000 mm
Y: 500 mm
Z: 500 mm

Die maximale Spindeldrehzahl beträgt in dieser Konfiguration 10.000 U/min bei einer Leistung von 7,5 kW. Die Maschine verfügt über eine Positioniergenauigkeit von ±0,008 mm und eine maximale Tischlast von 500 kg.

Um die Robustheit der Konstruktion zu verdeutlichen: Die CNC-Fräsmaschine selbst wiegt ca. 5,6 Tonnen.

Die Standard- oder Sonderausstattung kann je nach Konfiguration beispielsweise durch Folgendes ergänzt werden:

  • Werkzeugmesstaster
  • Werkzeugkühlung
  • Automatische Spanabfuhr
  • Mehrachsige Ausführung

Es ist immer ratsam, die Maschinenparameter entsprechend dem Produkt und der Technologie auszuwählen, nicht umgekehrt.

Häufig gestellte Fragen zu CNC-Fräsmaschinen

Welche CNC-Fräsmaschine eignet sich für Aluminium?
Für die Aluminiumbearbeitung eignet sich eine CNC-Fräsmaschine mit ausreichend steifer Konstruktion, hoher Dynamik und effektiver Spanabfuhr. Die konkrete Konfiguration hängt primär von der Werkstückgröße und der geforderten Genauigkeit ab.

Können Aluminium und Stahl auf einer CNC-Fräsmaschine bearbeitet werden?

Ja. Eine industrielle CNC-Fräsmaschine kann für die Bearbeitung von Aluminium und Stahl konfiguriert werden. Die Maschine muss jedoch über eine ausreichend steife Konstruktion und eine geeignete Spindel verfügen.

Ist eine 3-Achs- oder eine 5-Achs-CNC-Fräsmaschine besser?

Das hängt von den zu fertigenden Teilen ab. Für einen Großteil der gängigen Maschinenbaufertigung ist eine 3-Achs-CNC-Fräsmaschine ausreichend. Ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum ist besonders für komplexe Teile geeignet, die andernfalls mehrere Aufspannungen erfordern würden.

Wozu dient ein automatischer Werkzeugwechsler?
Ein automatischer Werkzeugwechsler ermöglicht es einer CNC-Fräsmaschine, während eines Programms automatisch verschiedene Fräser oder andere Werkzeuge zu verwenden. Dies reduziert den Bedienereingriff erheblich und steigert die Maschinenproduktivität.

Was ist der Unterschied zwischen einer CNC-Fräse und einer CNC-Metallfräsmaschine?
Eine CNC-Fräse ist typischerweise für großflächige Blechmaterialien wie Holz, Kunststoff oder Aluminium optimiert. Eine industrielle CNC-Metallfräsmaschine zeichnet sich in der Regel durch eine deutlich steifere und schwerere Konstruktion aus, die die präzise Bearbeitung von Stahl und anderen Metallen ermöglicht.