Fräsen: ein spanendes Fertigungsverfahren. Dieser Begriff ist sicherlich den meisten bekannt. Aber was steckt dahinter?

Das Fräsen dient zur Herstellung von Werkstücken mit geometrisch bestimmter Form. Hier dreht sich das Werkzeug mit hoher Geschwindigkeit um seine eigene Achse und entfernt so das Material. Dies geschieht, indem das Werkzeug die Kontur abfährt oder das Werkstück bewegt wird. Fräsen: dieser Begriff ist den meisten bekannt. Aber wissen Sie, was alles dahintersteckt?

Zuerst etwas zur Geschichte

Während fast alle anderen Verfahren bereits seit der Antike bekannt sind, ist das Fräsen erst im 19. Jahrhundert zusammen mit den Fräsmaschinen entstanden. Die älteste noch erhaltene Fräsmaschine stammt vom Amerikaner Eli Whitney aus Connecticut. Dieser erhielt 1798 von der Regierung einen Vertrag über die Lieferung von 10'000 Musketen. Dies war der Grund, dass er das Prinzip der genormten Produktion austauschbarer Teile und 1818 die erste Fräsmaschine für Metall entwickelte. Das Maschinenbett bestand aus einem Holzblock und der Frästisch konnte durch einen Schneckenantrieb bewegt werden.

Die erste Universalfräsmaschine entstand dann 1860 durch Joseph Brown. Und innerhalb von nur wenigen Jahrzehnten, nämlich um ca. 1900, waren die Maschinen soweit ausgereift, dass damit Zahnräder gefräst werden konnten. Ab dem frühen 20. Jahrhundert war dann das Kopierfräsen möglich. Somit konnten nun Werkstücke mit komplexer Form in mittlerer Stückzahl wirtschaftlich produziert werden.

Aber was genau ist das Fräsen?

«Fräsen» dient insbesondere zur Herstellung von ebenen Oberflächen und ist ein spanendes Verfahren. Dazu zählen Nuten oder Führungen für bewegte Maschinenteile. Auf modernen Fräsmaschinen lassen sich aber auch komplizierte dreidimensionale Formen erzeugen und ein grosser Teil aller Zahnräder wird durch Wälzfräsen gefertigt. Das Fräsen weist gegenüber anderen spanenden Fertigungsverfahren einige Besonderheiten auf. Während einer Umdrehung dringen Schneiden in den Werkstoff ein und tragen dabei Späne ab. Danach lösen sie sich wieder vom Werkstück. Auch ändert sich während einer Werkzeugumdrehung kontinuierlich der Winkel zwischen der Schnittbewegung und der Vorschubbewegung.

Bevor wir die Verfahren anschauen, werfen wir noch rasch einen Blick auf die Fräsarten. Hier wird nach der Laufrichtung unterschieden. Beim Gegenlauffräsen bewegt sich die Schneide des rotierenden Werkzeugs entgegen der Vorschubrichtung des Werkstücks, während sie sich beim Gleichlauffräsen in die Richtung der Werkstückvorschubrichtung bewegt. Auch kann noch nach zu bearbeitenden Materialien unterschieden werden, was wir hier aber nicht näher ausführen. Und nun zu den verschiedenen Fräsverfahren:

• Planfräsen
  Das Planfräsen ist die häufigste verwendete Variante und dient zur Herstellung von ebenen Flächen wie z.B. Motor- und Getriebegehäuse.
  
• Rundfräsen
  Durch die kreisförmige Vorschubbewegung des Werkzeugs oder des Werkstücks werden kreiszylindrische Aussen- oder Innenflächen erzeugt.
  
• Schraubfräsen
  Wie der Name schon sagt, dient das Schraubfräsen zur Herstellung schraubenartiger Formen, wie z.B. Gewinde, Spindeln oder Zylinderschnecken.
• Wälzfräsen
  Vor allem Verzahnungen an Zahnrädern und Zahnstangen werden mit Wälzfräsen erzeugt. Dies werden wir in einem anderen Beitrag näher behandeln.
• Profilfräsen
  Hier werden Fräser genutzt, in denen die herzustellende Form als Negativ enthalten ist. Vor allem verschiedenste Nuten werden mit diesem Verfahren erzeugt.
• Formfräsen
  Beim Formfräsen werden Werkzeuge verwendet, die nicht die zu erzeugende Form in sich tragen. Durch die Steuerung lassen sich beliebige dreidimensionale Formen erzeugen.

Auch bei der GROB AG wird gefräst

Lassen es die Gegebenheiten des Bauteils zu, wird möglichst viel auf unseren Drehmaschinen gefräst. Handelt es sich um komplexe Fräsbearbeitungen oder kubische Bauteile, werden diese auf unseren 3- resp. 5-Achsen-Zentren bearbeitet. Insgesamt stehen uns vier 3-Achsen- und eine 5-Achsen-Fräsmaschine zur Verfügung. Die besondere Herausforderung von Fräsbearbeitungen an Zahnrädern sind die immer anspruchsvolleren Formen wie auch Lagetoleranzen bezogen auf die Verzahnung am Werkstück.

GROB AG Nebikon, Ursula Hofer