CNC-Fräsen ist ein Präzisionsbearbeitungsverfahren, bei dem durch die Rotation eines Werkzeugs Material abgetragen wird. Das CNC-Fräsen wird automatisch von einem numerischen Computersystem gesteuert, wodurch der Bearbeitungsprozess effizienter und genauer wird. Aluminium ist eines der häufigsten Materialien, die beim CNC-Fräsen verwendet werden. Aufgrund seiner leichten Bearbeitbarkeit und ausgezeichneten Leistung wird es in vielen Branchen eingesetzt.
So funktioniert CNC-Fräsen
Das Arbeitsprinzip des CNC-Fräsens besteht darin, die Oberfläche des Materials schrittweise abzutragen, um durch den Kontakt zwischen dem mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Werkzeug und dem Material die gewünschte Form zu erhalten. Das Schneidwerkzeug bewegt sich in der Regel entlang mehrerer Achsen und bearbeitet das Material aus verschiedenen Richtungen, um eine genaue Bearbeitung komplexer geometrischer Formen zu erreichen. Der Bearbeitungsweg beim CNC-Fräsen wird von einem Computer gesteuert, um eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und geringe Fehler zu gewährleisten.
Bearbeitungsschritte beim CNC-Fräsen von Aluminium
Vorbereitung vor der Bearbeitung
In der Vorbereitungsphase des CNC-Fräsens von Aluminium müssen Sie zunächst ein genaues 3D-CAD-Modell erstellen, um sicherzustellen, dass das Werkstückdesign effektiv von der CNC-Maschine bearbeitet werden kann. Das Modell enthält alle geometrischen Informationen, Abmessungen und spezifischen Bearbeitungsmerkmale. Achten Sie besonders darauf, dass Sie nicht zu viele komplexe Hinterschneidungen (tiefe oder vertiefte Merkmale) entwerfen, denn diese Bereiche sind mit Standard-CNC-Fräsmaschinen nur schwer zu bearbeiten und erfordern möglicherweise den Einsatz von Spezialwerkzeugen oder mehrachsigen Fräsmaschinen, was die Kosten erhöht.
Als Nächstes wird das CAD-Modell mit Hilfe von CAM-Software in ein CNC-Programm umgewandelt, um numerische Steuercodes (in der Regel G-Code oder M-Code) zu generieren, die die Werkzeugmaschine anweisen, wie sie arbeiten soll. Der G-Code steuert die Bewegungsbahn des Werkzeugs, die Spindeldrehzahl und die Schnitttiefe, während der M-Code andere Funktionen wie den Werkzeugwechsel und den Maschinenbetrieb steuert. Nach dem Schreiben des Programms wird der Simulator in der CAM-Software verwendet, um zu überprüfen, ob der Bearbeitungspfad korrekt ist, um sicherzustellen, dass der anschließende Bearbeitungsprozess reibungslos verläuft.
Schließlich wird die Werkzeugmaschine eingerichtet und das Werkstück eingespannt. Der vorbereitete Aluminiumrohling wird auf dem Arbeitstisch der CNC-Werkzeugmaschine befestigt und mit Werkzeugen, Vorrichtungen und Hilfsmitteln ausgestattet.
Stufe Fräsen
Das CNC-Fräsen von Aluminium gliedert sich in zwei Phasen: Schruppen und Schlichten:
- Schruppen: In der Schruppphase liegt der Schwerpunkt auf dem schnellen Entfernen von überschüssigem Material. Zu diesem Zeitpunkt können große Werkzeuge und höhere Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden, um die Effizienz zu verbessern. Beim Schruppen liegt der Schwerpunkt nicht auf der Oberflächengüte, sondern auf der Bearbeitung des Werkstücks auf eine nahezu fertige Größe, wobei eine kleine Menge Material für die Endbearbeitung übrig bleibt.
- Schlichten: In der Schlichtphase werden kleinere Werkzeuge und niedrigere Schnittgeschwindigkeiten verwendet, um die Oberflächenqualität und Genauigkeit zu verbessern. Das Schlichten konzentriert sich darauf, die gewünschten Toleranzanforderungen und die Oberflächengüte zu erreichen.
Um den Bearbeitungsweg zu optimieren, kann eine genaue Programmierung unnötige Werkzeugbewegungen und Nebenzeiten reduzieren. Indem Sie die Anzahl der Werkzeugwechsel reduzieren und möglichst kontinuierliche Bearbeitungsvorgänge beibehalten, lässt sich die Produktionseffizienz erheblich steigern.
Kühlung und Schmierung
Beim CNC-Fräsen von Aluminium sind Kühlung und Schmierung entscheidend für die Bearbeitungsqualität und die Lebensdauer der Werkzeuge. Kühlmittel können die hohen Temperaturen, die beim Schneiden entstehen, wirksam reduzieren, eine Verformung des Werkstücks verhindern und den Werkzeugverschleiß verringern. Darüber hinaus können Schmiermittel helfen, Späne zu entfernen, die Schnittfläche des Werkzeugs sauber zu halten und die Oberflächengüte des Werkstücks zu verbessern. Geeignete Maßnahmen zur Kühlung und Schmierung können die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern und die Lebensdauer der Werkzeuge verlängern.
Auswahl der Werkzeuge
Werkzeuge, die für Aluminium geeignet sind, bestehen in der Regel aus Hartmetall, das eine hohe Verschleißfestigkeit und scharfe Schneidkanten aufweist und eine gute Schnittleistung gewährleisten kann. Darüber hinaus werden beim Aluminiumfräsen häufig Werkzeuge mit speziellen Beschichtungen wie Titannitridbeschichtung oder Hartmetallbeschichtung verwendet, um die Reibung zu verringern, die Lebensdauer der Werkzeuge zu verlängern und den Abtransport der Aluminiumspäne zu verbessern.
Beliebte CNC-Fräsmethoden
Beim CNC-Fräsen gibt es viele verschiedene Arbeitsweisen, jede mit einzigartigen Vorteilen. Hier sind einige gängige CNC-Fräsmethoden:
- Allgemeines Fräsen: Das Werkzeug schneidet parallel zum Werkstück, eignet sich für die Bearbeitung von Ebenen und großen Flächen und ist die einfachste Form des Fräsens.
- Planfräsen: Das Werkzeug steht senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks und eignet sich für die Bearbeitung hochwertiger Ebenen und Konturen. Planfräsen wird häufig verwendet, um feine und glatte Oberflächen für Teile zu erzeugen.
- Winkelfräsen: Verwendung eines Ein-Winkel-Fräsers, um Material in einem bestimmten Winkel aus der Ebene des Werkstücks zu entfernen. Geeignet für die Bearbeitung von Nuten oder geometrischen Formen in einem bestimmten Winkel.
- Formgebendes Fräsen: Diese Methode wird zur Bearbeitung unregelmäßiger Oberflächen, wie z.B. gekrümmter Oberflächen, verwendet. Spezielle Werkzeuge (wie z.B. Verrundungswerkzeuge) können komplexe gekrümmte Strukturen bewältigen.
- Gruppenfräsen: Durch den Einsatz mehrerer Werkzeuge zur gleichzeitigen Bearbeitung des Werkstücks wird die Produktionseffizienz gesteigert. Sie eignet sich für die Massenproduktion oder die großflächige Materialabtragung.
- Schaftfräsen: Verwendung eines gezahnten Schneidwerkzeugs zur Bearbeitung des Endes und der Peripherie eines Werkstücks, normalerweise zum Fräsen von Nuten, Schlitzen und komplexen Konturen.
- Gewindefräsen: Wird für die Bearbeitung von Gewinden verwendet, ist schnell und flexibel und kann für eine Vielzahl von Gewindegrößen eingesetzt werden.
- Zahnradfräsen: Spezialisiert auf die Herstellung von Präzisionszahnrädern, wird die hochpräzise Bearbeitung von Zahnrädern durch Formfräsen oder Evolventenfräser erreicht.
Vergleich von CNC-Fräsmethoden
| Fräsen Typ | Eigenschaften | Geeignet für | Vorteile |
| Planfräsen | Das Werkzeug steht senkrecht zum Werkstück | Flache Oberflächen und Konturen | Ausgezeichnete Oberflächengüte |
| Schaftfräsen | Das Werkzeug hat Zähne am Ende und am Umfang | Nuten, Schlitze und Konturen | Vielseitig für verschiedene Formen |
| Winkelfräsen | Entfernt Material in einem bestimmten Winkel | Teile, die gewinkelte Merkmale erfordern | Großartig für abgewinkelte Designs |
| Formfräsen | Behandelt unregelmäßige Oberflächen | Gekrümmte Oberflächen oder komplexe Formen | Hohe Flexibilität |
Vergleich des CNC-Fräsens von Aluminium mit anderen Materialien
Im Vergleich zu Stahl und Edelstahl ist Aluminium beim CNC-Fräsen effizienter, weil es weicher ist und weniger Werkzeugverschleiß aufweist. Kunststoff ist zwar leichter zu verarbeiten, aber seine Festigkeit und Steifigkeit sind nicht so gut wie die von Aluminium. Daher ist Aluminium in Situationen im Vorteil, in denen sowohl eine einfache Verarbeitung als auch mechanische Eigenschaften erforderlich sind.
Ausrüstung für CNC-Fräsen
Der NC-Fräsprozess stützt sich auf eine Vielzahl von Geräten, die zusammenarbeiten, um die Genauigkeit und Stabilität der Bearbeitung zu gewährleisten. Im Folgenden finden Sie die wichtigsten Geräte, die beim CNC-Fräsen üblicherweise verwendet werden:
Werkbank: dient zur stabilen Fixierung des Werkstücks, um sicherzustellen, dass sich das Werkstück während des Bearbeitungsprozesses nicht bewegt und die Bearbeitungsgenauigkeit erhalten bleibt.
Sattel: befindet sich unter der Werkbank. Er bietet zusätzliche Unterstützung und sorgt dafür, dass die Bewegung der Werkbank parallel zur Drehachse des Werkzeugs bleibt, wodurch der Bearbeitungsprozess stabiler wird.
Stütze: Stützt den Sattel und die Werkbank, und die Position kann vertikal eingestellt werden, um Werkstücke unterschiedlicher Dicke aufzunehmen und die Flexibilität bei der Bearbeitung zu erhöhen.
Spindel: dient zur Fixierung des Schneidwerkzeugs und zur Führung des Werkzeugs, damit es sich drehen und bewegen kann, um einen präzisen Schnitt zu gewährleisten.
Spindel: Die feste Achse des Werkzeugs, die durch die Spindel montiert wird, dient dazu, die Stabilität und Genauigkeit des Werkzeugs zu gewährleisten.
Ramme: Ein optionales Bauteil an einer Vertikal- oder Winkelfräsmaschine, das die Spindel zusätzlich stützt und die Bearbeitungsstabilität verbessert.
Schneidwerkzeuge: Zu den häufig verwendeten Werkzeugen gehören Schaftfräser, die für das Schneiden von Materialien zuständig sind, um die gewünschte Form zu erhalten.
Bedienerschnittstelle: Der Bediener gibt über eine Computerschnittstelle (die in der Regel einen Bildschirm und eine Tastatur umfasst) Anweisungen ein, um die Bedienung und den Betrieb der CNC-Werkzeugmaschine zu steuern.
CNC-Fräsgeräte und Funktionen
| Ausrüstung Name | Funktion Beschreibung |
| Arbeitstisch | Hält das Werkstück während der Bearbeitung fest |
| Spindel | Sichert das Schneidewerkzeug, führt seine Drehung und Bewegung |
| Schneidewerkzeuge | Material abtragen, um die gewünschte Form zu erhalten |
| Schnittstelle | Ermöglicht dem Bediener die Kommunikation mit der CNC-Maschine, normalerweise über Bildschirm und Tastatur |
Was ist der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen?
CNC-Fräsen und CNC-Drehen sind zwei gängige CNC-Bearbeitungsmethoden. Fräsen ist das Abtragen von Material durch Rotation des Werkzeugs, während Drehen die Bearbeitung durch Rotation des Werkstücks und unter Verwendung eines festen Werkzeugs ist. Das Fräsen eignet sich für die Bearbeitung komplexer Ebenen und gekrümmter Oberflächen, während das Drehen eher für die Bearbeitung zylindrischer Teile geeignet ist. Genauere Unterschiede finden Sie in diesem Blog.
Arten von Fräsmaschinen
CNC-Fräsmaschinen können je nach Spindelrichtung und Einsatzmöglichkeiten unterschiedlich klassifiziert werden. Zu den gängigen Typen gehören Vertikalfräsmaschinen, Horizontalfräsmaschinen, Universalfräsmaschinen, Revolverfräsmaschinen und CNC-Bettfräsmaschinen. Fräsmaschinen können auch nach der Anzahl der Achsen klassifiziert werden, wie z.B. Drei-Achsen-, Vier-Achsen- und Fünf-Achsen-Fräsmaschinen. Jeder Typ hat unterschiedliche Vorteile bei der Bearbeitung von Teilen unterschiedlicher Komplexität.
- Vertikalfräsmaschine：Vertikalfräsmaschinenhaben eine Spindel, die senkrecht zum Tisch steht und eignen sich zum Bohren, Nuten und für andere Arbeiten. Die Spindel berührt das Werkstück direkt von oben und bietet so eine bessere Sicht, besonders geeignet für die Bearbeitung feiner und komplexer Teile.
- Horizontalfräsmaschine：Horizontalfräsmaschinenhaben eine Spindel parallel zum Tisch und sind für schwere Zerspanungsaufgaben geeignet. Da das Werkstück gut auf dem Tisch abgestützt ist, können Horizontalfräsen große und schwere Werkstücke bearbeiten und werden häufig zum Fräsen komplexer Formen wie z.B. Zahnräder verwendet.
- Universalfräsmaschine：Universalfräsmaschinenkombinieren die Funktionen von Vertikal- und Horizontalfräsmaschinen, und die Spindel kann in verschiedene Winkel gedreht werden, um sich an eine Vielzahl von Bearbeitungsaufgaben anzupassen. Dank dieser Flexibilität können Universalfräsmaschinen schnell den Bearbeitungsmodus wechseln, was für Werkstätten, die eine Vielzahl von Bearbeitungsvorgängen benötigen, sehr geeignet ist.
- Revolverkopf-Fräsmaschine：Revolverkopf-Fräsmaschinen(Typ Bridgeport) sind für ihre feste Spindel und den beweglichen Tisch bekannt, die für die Präzisionsbearbeitung geeignet sind.
- CNC-Bettfräsmaschine：DerTisch einer CNC-Bettfräsmaschine kann sich nur vertikal bewegen, während sich die Spindel parallel dazu bewegt, wodurch sie sich für schwere Zerspanungsaufgaben eignet. Dank der CNC-Steuerung kann diese Art von Fräsmaschine komplexe Bearbeitungsvorgänge mit hoher Präzision und Effizienz durchführen und ist besonders für die Massenproduktion geeignet.
Vorteile und Nachteile des CNC-Fräsens
Vorteile
- Hohe Präzision: Das CNC-Fräsen ermöglicht eine hochpräzise Fertigung von Teilen, die sich für Teile mit strengen Anforderungen an Größe und Form eignen.
- Hohe Flexibilität: Das CNC-Fräsen kann eine Vielzahl von geometrischen Formen bearbeiten, um unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen zu erfüllen.
- Hoher Grad an Automatisierung: Sobald die Verarbeitungsparameter eingestellt sind, kann die Maschine automatisch arbeiten und die Produktionseffizienz verbessern.
Benachteiligungen
- Hohe Anfangskosten: Die Anfangsinvestition in CNC-Ausrüstung und Programmierung ist hoch, insbesondere bei komplexen Teilen.
- Programmierzeit: Die Programmierung komplexer Teile kann viel Zeit in Anspruch nehmen.
Gängige Sorten von Aluminium CNC-Fräsen
6061 Aluminium-Legierung
6061 Aluminiumlegierung ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien für das CNC-Fräsen. Es hat eine gute Festigkeit und Bearbeitbarkeit und eignet sich für die Herstellung einer Vielzahl von Strukturteilen. Dieses Material wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, für Automobilteile, Bauprofile und andere Bereiche verwendet.
7075 Aluminiumlegierung
Die Aluminiumlegierung 7075 ist eine hochfeste Aluminiumlegierung, die häufig in Bereichen mit hohen Festigkeitsanforderungen verwendet wird, wie z.B. in der Luft- und Raumfahrt und bei militärischen Anwendungen.
6063 Aluminiumlegierung
Die Aluminiumlegierung 6063 wird hauptsächlich für das Fräsen von Bauprofilen verwendet. Sie hat gute Strangpress- und Oberflächenbehandlungseigenschaften und wird häufig für Bauanwendungen wie Tür- und Fensterrahmen und Rohre verwendet.
Gängige Aluminiumlegierungen für das CNC-Fräsen
| Aluminium-Legierungen | Wesentliche Merkmale | Anwendung |
| 6061 | Mäßige Festigkeit, leicht zu verarbeiten | Luft- und Raumfahrt, Automobilteile |
| 7075 | Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit | Luft- und Raumfahrt, hochbelastete Anwendungen |
| 6063 | Gute Leistung bei der Oberflächenbehandlung | Bauprofile, Tür- und Fensterrahmen |
Kostenfaktoren beim CNC-Fräsen von Aluminium
Materialkosten
Die Kosten für Aluminium variieren je nach Legierungstyp und Marktangebot. Die Aluminiumlegierung 6061 ist relativ günstig, während die hochfeste Aluminiumlegierung 7075 teurer ist.
Kosten für Werkzeuge und Ausrüstung
Die Lebensdauer der Werkzeuge ist ein wichtiger Kostenfaktor beim CNC-Fräsen. Aluminium hat eine mäßige Härte und verursacht in der Regel einen geringeren Werkzeugverschleiß, so dass die Häufigkeit des Werkzeugwechsels gering ist. Aber bei der Bearbeitung von hochfesten Aluminiumlegierungen wie 7075 Aluminium ist der Werkzeugverschleiß schneller und die Kosten steigen relativ stark an. Darüber hinaus müssen auch die Wartungs- und Betriebskosten von High-End-CNC-Maschinen berücksichtigt werden.
CNC-Fräsen Kostenfaktoren
| Aluminiumsorte | Materialkosten (pro kg) | Werkzeugverschleiß | Relative Bearbeitungszeit |
| 6061 | Mäßig | Niedrig | Schnell |
| 7075 | Hoch | Mittel | Langsam |
| 6063 | Niedrig | Niedrig | Schnell |
Bearbeitungszeit
Der Bearbeitungsweg, die Schnittgeschwindigkeit und der Vorschub sind die wichtigsten Faktoren, die die Bearbeitungszeit beeinflussen. Ein vernünftiges Design des Bearbeitungsweges kann unnötige Bewegungen reduzieren und die Effizienz der Bearbeitung optimieren. Das Gleichgewicht zwischen Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit ist bei der Aluminiumbearbeitung sehr wichtig. Ein zu hoher Vorschub kann zu schnellerem Werkzeugverschleiß führen, während eine zu niedrige Geschwindigkeit die Bearbeitungszeit verlängert.
Welche Arten von Teilen können durch CNC-Fräsen von Aluminium hergestellt werden?
Das CNC-Fräsen von Aluminium kann eine Vielzahl von Teilen herstellen, von Strukturteilen bis hin zu hochpräzisen mechanischen Teilen. Zu den gängigen CNC-Frästeilen aus Aluminium gehören:
- Komponenten für die Luft- und Raumfahrt
- Autoteile
- Gehäuse für elektronische Geräte
- Teile für medizinische Geräte
- Halterungen und Stützen in Industrieanlagen
Diese Teile erfordern in der Regel hohe Präzision und Haltbarkeit. Die CNC-Fräsbearbeitung von Aluminium kann durch flexible Bearbeitungsmethoden den Bedarf verschiedener Industrien an maßgeschneiderten Teilen erfüllen.
Fazit
Die CNC-Fräsbearbeitung von Aluminium hat sich dank ihrer hohen Präzision, Flexibilität und Effizienz zur Standardmethode für die Bearbeitung von Aluminiumteilen entwickelt. Wenn Sie CNC-gefräste Aluminiumteile benötigen, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf. Wir werden Ihnen schnell ein Angebot und wettbewerbsfähige Preise unterbreiten.
