Fräsmaschinen

Ratgeber Fräsmaschine

Fräsmaschinen sind Bestandteil der Industrie und vieler Handwerksbetriebe. Fräsen gelten dabei als vielfältig einsetzbare Werkzeuge. Einsatzmöglichkeiten sind verschiedene Stoffe, wie die Bearbeitung von Holz und Metall. Die Fräsmaschinen der einfachsten Art, nutzen einen Maschinentisch welcher vertikal oder horizontal eingesetzt wird.

Man unterscheidet dabei Fräsmaschinen in Konsol-, Bett- und Sonderfräsmaschinen. Um die Bearbeitung des Stoffes exakt durchführen zu können, ist der Fräskopf beweglich. Einfache, aber hochwertige E-Fräsen, die vor allem von Profis genutzt werden, weisen weitere Funktionen auf. Sie ermöglichen die zusätzliche Bearbeitung von Werkstücken, die gesenkt oder gedreht werden müssen. Am häufigsten werden jedoch Universal-Bohrmaschinen und Werkzeugfräsmaschinen eingesetzt. Im Gegensatz zum Bohrer bearbeiten Elektro-Fräsen auch sperrige Werkstoffe. Dazu arbeiten sie mit bis zu drei verschiedenen Vorschubrichtigen.

Sie arbeiten mit Schneidewerkzeugen, die rotierende Bewegungen ausführen. Dadurch können Werkstoffe mit den unterschiedlichsten Formen problemlos bearbeitet werden. Vor allem moderne Fräsmaschinen übernehmen neben hochkomplexen, schwierigen Werkstoffbearbeitungen auch einfache Bohrungen und Reibungen.

Die Fräsmaschine mit horizontaler und vertikaler Ausrichtung

Die Horizontal- und Vertikalfräsmaschine ist waagerecht oder senkrecht (auch „ortsfest“ genannt) angeordnet. Dabei ist das Gestell der Maschine aus Einzelelementen kombiniert, die kastenförmig und gut verrippt sind. Die horizontale Bewegung des Werkstücks wird dabei über den Kreuztisch ausgeführt. Die vertikale Bewegung hingegen durch die verstellbare Konsole. Fräsmaschinen mit horizontaler und vertikaler Ausrichtung werden meistens nur für Einzel- und Kleinserienfertigung verwendet. Des Weiteren werden sie gern für einfache, lineare Fräsarbeiten genutzt.

Die Antriebsleistung einer waagerechten Fräsmaschine liegt bei 4-16 kW. Der Vorschubantrieb der Elektrofräsen wird durch einen Gleichstrommotor abgleitet. Das Frässpindelgetriebe ist dabei meist als 12-stufiges Schieberadgetriebe ausgebildet. Dabei läuft die Frässpindel durch ein vorgespanntes Hochgenauigkeits-Schrägkugellager mit einer Fettschmierung (wartungsfrei). Vorteil dabei ist, dass sich die Lager dicht an der Spindelnase befinden. Dadurch können sich Wärmeeinflüsse nicht als Längenänderung im Bereich der Werkstückeaufnahme negativ auswirken.

Nachteil der Horizontal- und Vertikalfräsmaschine ist der Tisch, der auf der Konsole längs- und querverschiebbar ist. Ist der Tisch seitlich ausgefahren, ist der Kraftangriff zu weit von der Führung der Konsole entfernt. Es entsteht ein starkes Kippmoment an der Konsole, welches wiederum zu einer problemhaften Beeinträchtigung der Arbeitsgenauigkeit führen kann. Jedoch wurde in diesem Zusammenhang die Bettfräsmaschine entwickelt und damit der Nachteil ausgeglichen.

Die Konsolfräsmaschine

Konsolfräsmaschinen haben eine ortsfest angeordnete Spindel im Gestell der Maschine. Außerdem verfügen sie über einen kreuzbeweglichen Tisch. Typische Bauarten der Konsolfräsmaschine sind die Vertikal- und die Horizontalfräsmaschine. Außerdem spricht man häufig auch von Universalfräsmaschinen, worauf im Folgenden näher eingegangen wird.

Die Universalfräsmaschine

Im Gegensatz zur Waagerechtfräsmaschine, verfügt die Universalfräsmaschine über einen austauschbaren und schwenkbaren Fräskopf. Des Weiteren ermöglicht die Drehachse Schrägstellung zwischen den Quer- und Längsschlitten. Aufgrund dieser Bauweise werden Profil-, Rund-, Walzen-, Plan- und Stirnfräsen ermöglicht.

Die Antriebsleistung der Universalfräsmaschine liegt bei 3-10 kW. Dabei erfolgt der Vorschub über ein Verteilgetriebe und Elektrozahnkupplungen zu einem regelbaren Gleichstrommotor. Die Bewegungen der Schlitten können nacheinander von Hand oder automatisch gesteuert werden. Durch den Gleichstromantrieb und mit Hilfe des Getriebes, könnten bis zu 12 verschiedene Spindeldrehzahlen erzielt werden. Diese laufen dabei in einem Bereich von 45- 2000 Umdrehungen pro Minute.

Das Gestell der Universalfräsmaschine besteht aus einer Konstruktion, welche kastenförmig und gut verrippt ist. Aufgrund dieser Gestellkonstruktion ist es möglich, auftretende dynamische und statische Kräfte, sowie eine thermische Beanspruchung aufzunehmen. Dadurch wird die notwendige Steifigkeit gegeben. Hinter dem vertikalen Kopf befindet sich die horizontale Spindel. Zudem ist der senkrechte Fräskopf um eine horizontale Achse schwenkbar. Neue, moderne Fräsmaschinen sind mit einer Gleichlauffräseinrichtung ausgestattet. Dies ermöglicht ein Abschneiden der kommaförmigen Späne am dicken Ende des Stoffes. Dadurch kann die ins Material einlaufende Schneide gleichzeitig sehr gute Trennarbeit vollziehen.

Des Weiteren gibt es bei Universalfräsmaschinen zusätzliche Zusatzeinrichtungen. Dazu zählen verschiedene Tischformen (Universalfrästisch, Winkeltisch, Vertikal-Aufspanntisch). Dadurch werden zum Beispiel Ausrichtungen schräger Bearbeitungselemente am Stück ermöglicht. Außerdem gibt es häufig zusätzliche Feinbohr- oder Stoßköpfe.

In der Regel werden Konsolfräsmaschinen in vielen verschiedenen Bereichen angewendet. Dabei finden sie vor allem in der Einzelfertigung des Werkzeug- und Maschinenbaus häufig Anwendung. Nachteil dabei ist jedoch, dass sie nur sehr gering dynamisch und statisch belastet werden können.

Die Bettfräsmaschine

Die Bettfräsmaschinen verteilen die Bewegungen der drei Koordinateneinrichtungen auf Ständer, Fräseinheit und Tisch. Dabei führt der Ständer der Querbewegung, der Tisch die Längsbewegung und die Fräseinheit die Vertikalbewegung aus. Im Gegensatz zur Konsolfräsmaschine wird durch die z-Achse ein Auskippen verhindert. Dies geschieht dadurch, weil der Schlitten zusammen mit der Fräseinheit der Schwerpunktachse geführt wird. Dadurch kann, aufgrund des zusätzlichen Gewichtsausgleichs, kein Kippmoment entstehen. Bettfräsmaschinen werden überwiegend für lineare und dreidimensionale Fräsarbeiten eingesetzt. Dabei ist die Anforderung an die Genauigkeit der Arbeit sehr hoch.

Dabei fordern sie eine hohe Zerspanleistung. Außerdem werden Bettfräsmaschinen auch zur Bearbeitung von massiven und schweren Werkstücken oder Stoffen, sowie zur Fertigung verschiedener Serien, eingesetzt. In der Regel erreicht die Antriebsleistung der Bettfräsmaschine zwischen 15 – 30 kW. Dies wird auch durch das 18-stufige Schaltgetriebe der Bettfräsmaschine ermöglicht. Die stufenlos einstellbare Vorschubgeschwindigkeit liegt dabei bei 5 – 3000 mm/min. Die Frässpindel ist dabei wie folgt eingelagert: vorne in zweireihigen, einstellbaren Zylinderrollenlagern und hinten in zwei spielfrei justierten Schrägkugellagern. Die Querführung für den Maschinenständer und die Längsführung für den Tisch der Bettfräsmaschine wird durch das verwindungssteife T-förmige Maschinengestell getragen. Dabei enthält der Torständer, welcher aus einem Stück gegossen wird, die zentral-symmetrische Führung für die Fräseinheit. Der Ständer dient dazu, horizontale oder vertikale Fräseinheiten einzubauen. Durch die große Bettlänge wird zudem das Auskippen des Tisches unterbunden.
Um kleinen Losgrößen und häufig wechselnden Programmen problemlos Stand zu halten, werden zusätzlich CNC-Steuerungen eingesetzt. Im Vergleich zur Konsolfräse, bringt die Bettfräsmaschine einige Vorteile mit sich. Sie besitzt eine bessere Aufnahme von Schnittkräften, hat eine höhere statische und dynamische Steifigkeit und arbeitet mit einer größeren Genauigkeit. Des Weiteren verfügt die Bettfräsmaschine über eine einfache Beschickung des Maschinentisches und weitere Verfahrwege, die größere Arbeitsräume erlauben.

Worauf ist beim Kauf einer Fräsmaschine zu achten?

Bevor Sie Fräsmaschine erwerben sollten Sie einige Aspekte beachten. So sollten Sie bereits im Vorwege entscheiden, für welchen Zweck Sie die Maschine benötigen. Wie bereits erwähnt, gibt es zahlreiche und entscheidende Unterschiede zwischen den einzelnen Fräsmaschinen. Hierbei ist es insbesondere wichtig, dass die Materialien bekannt sind, die später mit der Maschine gefräst werden sollen. Weiterhin sollten Sie auf die Maximalleistung der jeweiligen Fräsmaschine achten, da diese über die Durchschlagskraft entscheidet.

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