Industrie-Lexikon

Fräsmaschine

Eine Fräsmaschine (umgangssprachlich auch Fräse) ist eine spanende Werkzeugmaschine. Mittels rotierender Schneidwerkzeuge trägt die Fräsmaschine Material von einem Werkstück zerspanend ab, um es in die gewünschte Form zu bringen. Das Fräsen leitet sich vom Bohren ab, doch stehen dem Fräsen mindestens drei Vorschubrichtungen zur Verfügung, wodurch auch komplexe räumliche Körper hergestellt werden können. Auf Fräsmaschinen können komplexe Teile wie ein Motorblock oder Zahnräder hergestellt werden, aber auch einfache Arbeiten wie Bohren oder Reiben präziser Bohrungen sind möglich.

Fräsmaschinen sind durch drei oder mehr Bewegungsachsen gekennzeichnet, die dem Werkzeug- oder Werkstückträger zugeordnet sind. Das meist mehrschneidige Fräswerkzeug fährt dabei durch das Werkstück und trägt Material durch Zerspanung ab. Einfache Fräsmaschinen für die Werkstatt bestehen aus einem manuell horizontal und vertikal verfahrbaren Maschinentisch sowie einem horizontal beweglichen Fräskopf, dessen Fräser außerdem manuell mit der Pinole ausgefahren werden kann. Modernen Maschinen sind die Bewegungsachsen jedoch recht unterschiedlich zugeordnet und sie verfügen oft auch über dreh- und schwenkbare Werkzeug- oder Werkstückaufnahmen.


Allgemeiner Aufbau
Obwohl die Fräsmaschine an ein breites Spektrum von Bearbeitungsfällen angepasst wurde und sich die Modelle dadurch stark unterscheiden, lassen sich doch eine Vielzahl an Gemeinsamkeiten zusammenfassen.

Gestell und Maschinenständer
Als unterste Baugruppe trägt das Gestell alle weiteren Komponenten, es muss je nach Gewicht der Maschine auf einem speziellen Fundament aufgestellt und justiert werden. Bei den meisten Fräsmaschinen bilden Gestell und Maschinenständer eine Einheit, an der die Führungen befestigt sind. Dieser Maschinentyp ist auch unter der Bezeichnung Monoblockmaschinen bekannt und er kommt nur für kleine bis mittlere Baugrößen in Betracht. Die Monoblockbauweise bietet die Vorzüge hoher dynamischer Belastbarkeit, geringer Maschinenaufstellfläche und ergonomischer Bedienbarkeit, jedoch ist der Herstellungs- beziehungsweise Transportaufwand ab einer gewissen Größe wirtschaftlich nicht mehr zu rechtfertigen. Größere Maschinen bestehen aus geschweißten Stahlkonstruktionen oder werden modular am Einsatzort aufgebaut. Bei handbedienten Maschinen sind noch alle Motoren und Getriebe für Arbeitsspindel und Vorschub im Gestell integriert, während bei neueren Maschinen die Motoren mit Getriebe so nah wie möglich an das angetriebene Element gebaut werden. An vielen Bearbeitungszentren kann der Maschinenständer gar nicht mehr als eigenes Teil oder als Bestandteil des Gestells betrachtet werden, da das Gestell oft die kompletten Außenmaße der Maschine einnimmt und nur vorne eine Öffnung zur Beschickung freihält. Bei großen Maschinen fahren die Maschinenständer entlang des Werkstückes und sind manchmal durch eine Traverse zu einem Portal verbunden.

Vor allem für schwere Werkstücke kommt immer häufiger die Gantry-Bauweise in Betracht, bei der das Werkzeug alle notwendigen Bewegungen ausführt, wodurch geringere Belastungen auf die Maschine wirken. Für CNC-Fräszentren setzen immer mehr Hersteller auf modifizierte Gantry-Bauweisen mit schwenk- und drehbaren Tischen, da hier bei kleinen Maschinenabmaßen ein großer Arbeitsbereich zur Verfügung steht.

Maschinentisch und Bett
Je nach Größe der Maschinen werden die Werkstücke auf einen Maschinentisch oder ein Bett gespannt. An konventionell aufgebauten Fräsen hängt der als Winkeltisch ausgeführte Maschinentisch an Querschieber und Konsole in den Führungen des Maschinenständers. Die Konsole verfährt dabei in vertikaler und der Querschieber in horizontaler Richtung. Um dem Tisch die Bewegung in einer dritten Achse zu verleihen, kann auch ein Kreuztisch montiert sein. Diese Variante findet sich häufiger an Waagerechtfräsmaschinen. Zur Rundumbearbeitung der Werkstücke verfügen die meisten Bearbeitungszentren heute über winkelgesteuerte Drehtische, die in seltenen Fällen sogar anspruchsvoller Drehbearbeitung genügen.

Schwere und sperrige Werkstücke werden auf Bettfräsmaschinen zerspant, da das Bett in der Regel in jeder Position an allen Eckpunkten aufliegt und somit einem Verbiegen entgegenwirkt. Konsolen kippen dagegen in den Endlagen seitwärts herunter und verursachen so geometrische Ungenauigkeiten.

Fräskopf mit Hauptspindel
Im Fräskopf wird die Hauptspindel mit manchmal integrierter Pinole gelagert. Konventionelle Fräser besitzen üblicherweise eine senkrechte Arbeitsspindel mit einer manuell ausfahrbaren Pinole und einer Steilkegelaufnahme in einem um 90 Grad schwenkbaren Fräskopf. Zum Spannen der Werkzeuge muss mit einer Kurbel eine Schraube in den Fräsdorn eingedreht werden, um ihn so in den Steilkegel zu ziehen. Die Pinole kommt hauptsächlich bei Bohrarbeiten zum Einsatz, da hier eine exakte Tiefe meist nicht gefordert und sie aufgrund der fehlenden Steifigkeit für Fräsarbeiten in radialer Richtung ungeeignet ist. Dagegen verfügen CNC-Fräsmaschinen über Fräsköpfe mit hydraulischen Werkzeugspannsystemen und Hohl- oder Steilschaftkegel zum schnellen, sicheren und automatischen Wechsel der Werkzeuge. Auch in den Fräskopf integrierte Motoren mit Motorspindel sind bei den CNC-Maschinen anzutreffen. Nicht selten können bei Bearbeitungszentren mit fünf oder mehr Achsen die Fräsköpfe in zwei Achsen um 180 Grad schwenken.

Vorschub
Die Vorschubbewegung der einzelnen Achsen wird entweder vom Hauptantrieb abgeleitet oder einzeln von Servomotoren erzeugt und mit Gewindetrieben auf die Schlitten übertragen, was bei numerisch gesteuerten Maschinen Standard ist. Dabei ist vor allem auf einen spielfreien Lauf der Triebe zu achten, damit das Werkstück beim Gleichlauffräsen nicht in das Werkzeug hineingezogen werden kann. An älteren Modellen kann zusätzlich zum maschinellen Antrieb auch jede Achse manuell über Kurbeln betätigt werden. Um Schwingungen zu dämpfen und die Nebenzeit zu verringern, setzen sich zunehmend auch hydrostatische Gewindetriebe und Linearantriebe mit wälzgelagerten Führungen durch.


Bauarten
Konsolfräsmaschinen
Bettfräsmaschinen
Universal-Werkzeugfräs- und Bohrmaschine
Portalfräsmaschine
Ein- und Zweiständer-Bettfräsmaschinen
Kopierfräsmaschinen
Bearbeitungszentren
Tischfräsmaschine
Unterflurfräse
Stationäre Oberfräse
Komplettbearbeitungsmaschine


Quelle: Wikipedia

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