Das Fräsen gehört innerhalb der übergeordneten Gruppe der Fertigungstechnik zu den spanenden Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Das bedeutet nichts anderes, als dass alle geometrischen Größen und Verhältnisse eines Werkzeugs bekannt sind. Charakteristisch hinzu kommt dann noch, dass beim Fräsen die sogenannte Schnittbewegung vom Werkzeug ausgeführt wird, während das Werkstück die Vorschubbewegung übernimmt. Die aus den beiden Größen resultierende Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück sorgt schließlich für den Spanabtrag.
Charakterisierend für das Fräsen ist zudem, dass die Schneiden des Fräswerkzeugs nicht über den kompletten Umgang im Eingriff sind, sondern mit jeder Umdrehung des Werkzeugs pro Schneide mindestens eine Schnittunterbrechung einhergeht. Der entsprechende Fachbegriff ist sprichwörtlich, denn es handelt sich um einen „unterbrochenen Schnitt“. Dabei hat das ständige „rein und raus“ zur Folge, dass die Schneiden fortwährend thermische und mechanische Wechselbelastungen über sich ergehen lassen müssen.
Die Belastungen, die von diesem dynamischen Wirksystem aus Werkstück, Werkzeug und Werkzeugmaschine adäquat aufgefangen werden müssen, sind immens und letztlich wettbewerbsentscheidend. In diesem dynamischen Kräftedreieck entscheidet sich die Präzision der Bauteile, die Qualität ihrer Oberflächen und die Wirtschaftlichkeit des Bearbeitungsprozesses. Und hier entsteht auch die Faszination des Fräsverfahrens, wenn Konturen von einfach bis komplex, Materialien von weich bis ultrahart und Oberflächen von grob bis glänzend aus einem Rohteil „wie Butter“ herausgearbeitet werden.
Fräsverfahren
Innerhalb des Fräsen gibt es allerdings sehr wohl Unterschiede. So unterteilt das Deutsche Institut für Normung e.V. (DIN) die Fräsverfahren anhand der Art der erzeugten Werkstückoberfläche, der Kinematik des Zerspanvorgangs und des Profils des Fräswerkzeugs:
- Planfräsen: Planfräsen ist Fräsen mit geradliniger Vorschubbewegung zur Erzeugung ebener Flächen und differenziert sich in Stirn-, Umfangs- und Umfangs-Stirnfräsen.
- Schraubfräsen: Mit Schraubfräsen bezeichnet man Fräsverfahren, bei denen unter wendelförmiger Vorschubbewegung schraubenförmige Flächen am Werkstück entstehen (z. B. Gewinde und Zylinderschnecken).
- Wälzfräsen: Wälzfräsen ist eines der wichtigsten Fertigungsverfahren zur Herstellung von Verzahnungen. Beim Wälzfräsen führt ein Fräser mit Bezugsprofil eine mit der Vorschubbewegung simultane Wälzbewegung aus. Dabei wälzen Werkzeug und Werkstück ähnlich wie eine Schnecke in einem Schneckenradgetriebe während des Zerspanungsvorgangs gegeneinander ab.
- Profilfräsen: Profilfräsen ist Fräsen unter Verwendung eines Werkzeugs mit werkstückgebundener Form. Es dient zur Erzeugung gerader (geradlinige Vorschubbewegung), rotationssymmetrischer (kreisförmige Vorschubbewegung) und beliebig in einer Ebene gekrümmter Profilflächen (gesteuerte Vorschubbewegung).
- Formfräsen: Formfräsen ist Fräsen, bei dem die Vorschubbewegung in einer Ebene oder räumlich gesteuert ist und dadurch die gewünschte Form des Werkstücks erzeugt wird.
Neben diesen grundlegenden Verfahren differenziert sich das Fräsen je nach Werkzeugdreh- und Vorschubrichtung in das Gleichlauf- und Gegenlauffräsen. Beim Gleichlauffräsen sind die Drehrichtung des Fräsers und die Werkstückbewegung im Bereich des Werkzeugeingriffs gleichgerichtet. Das Gegenlauffräsen sind hingegen die Drehrichtung des Fräsers und die Werkstückbewegung im Bereich des Werkzeugeingriffs einander entgegengerichtet.
Im direkten Vergleich nimmt die Spanungsdicke beim Gleichlauffräsen zwischen dem Ein- und Austritt der Schneide zunehmend ab, wodurch sich auch die Schnittkraft verringert und sogenannte Auffederungseffekte vermieden werden können. Zudem treten keine Ratterschwingungen auf. So lassen sich mit dem Gleichlauffräsen in der Regel bessere Oberflächengüten erzielen. Deshalb wird dieses Verfahren vorzugsweise für die Schlichtbearbeitung eingesetzt.
Ein Nachteil ist allerdings, dass die Schneiden des Fräsers mit maximaler Spandicke in das Werkstück eintauchen. Beim Gegenlauffräsen tauchen die Schneiden des Fräsers hingegen mit maximaler Spandicke aus dem Werkstück aus. Es entstehen Quetsch- u. Reibvorgänge beim Austritt, was einen hohen Verschleiß des Werkzeugs zur Folge hat.
Was ist CNC-Fräsen
Dass das Fräsverfahren in allen möglichen Kinematiken bis in die Neuzeit die fertigende Industrie prägt und sicher auch weiter prägen wird, ist vor allem der Entwicklung der NC-Steuerung (CNC) zu verdanken. Mit der NC- und der späteren CNC-Technik war es ab Mitte der 1950er gelungen, Schritt für Schritt die Komplexität und Produktivität des Fräsprozesses immer unabhängiger zu machen von den handwerklichen Fähigkeiten des Menschen. Vor allem das mehrachsige CNC-Fräsen bis in die Sphären der Freiformflächenbearbeitung wäre ohne „intelligente“ Unterstützung durch die NC-Steuerung nicht vorstellbar gewesen. Darüber hinaus eröffnete die CNC-Technik dem Verfahren auch das weite Feld der Automatisierbarkeit in flexiblen Fertigungszellen und verketteten Produktionssystemen, was es auch für Massenfertigung etwa in der Motorenfertigung der Automobilindustrie qualifizierte.
