Die Geschichte und der Aufbau der Maschine

1760 soll bereits das erste Fräswerkzeug existiert haben. 1818 baute Eli Whitney dann die erste Fräsmaschine. Auch wenn heute sogar Modellbauer auf Fräsmaschinen zurückgreifen, wurden sie damals vor allen Dingen für die Fertigung von Schusswaffen eingesetzt – bei der Herstellung von Nuten.

Im 20. Jahrhundert wurden die Maschinen technisch erneuert und mit einem Elektromotor und einer elektrischen Steuerung ausgestattet. Gerade die elektrische Steuerung vereinfachte die Bedienung um ein Vielfaches, da zahlreiche Funktionen nun automatisiert waren. Dadurch wurde das Kopierfräsen ermöglicht und Werkstücke in komplexer Form konnten gefertigt werden.

Der Einsatz von Elektromotoren als Antrieb war hierbei jedoch die Voraussetzung. Doch wie genau arbeiten Fräsmaschinen eigentlich? Fräsmaschinen – auch Fräsen genannt – sind spanende Werkzeugmaschinen. Das bedeutet, dass sie mithilfe der rotierenden und mehrschneidigen Schneidwerkzeuge Substanz von Werkstücken zerspanend abtragen, um sie in die gewünschte Form zu bringen. Dabei rotiert das Werkzeug der Maschinen, wie zum Beispiel der Fräskopf der Fräsmaschine, wie ein Bohrer. Er ist jedoch nicht starr, sondern kann in mindestens drei Vorschubrichtungen bewegt werden. Hierbei ist gerade der Vorschub relevant. Das Fräsen unterscheidet sich damit deutlich vom Drehen, denn beim Drehen drehen sich die Werkstücke um die eigene Achse.

Da der Fräskopf der Fräsmaschine in mindestens drei oder mehr Richtungen bewegt werden kann, zeichnen sich Fräsmaschinen dadurch aus, dass sie drei oder mehr Bewegungsachsen haben. Diese wiederum sind dem Werkstück- oder Werkzeugträger zugeordnet. Das meist mehrschneidige Fräswerkzeug der Fräsmaschine fährt durch den Rohling (das Werkstück) und trägt das Material durch Zerspanung ab.

Einfache Fräsmaschinen, so wie sie in der Werkstatt in Betrieb genommen werden, bestehen aus einem vertikal und horizontal fahrbaren Maschinentisch und einem Fräskopf, der sich horizontal bewegen lässt. Moderne Maschinen hingegen haben weitere Bewegungsachsen, die unterschiedlich an- und zugeordnet sind. Zudem verfügen sie über zusätzliche Werkstück- und Werkzeugaufnahmen, die dreh- und schwenkbar sind. Diese Maschinen werden häufig als 5-Achs-Fräsmaschinen bezeichnet, da sie - wie der Name schon sagt - mit fünf Achsen arbeiten. Es handelt sich dabei meist um CNC-Maschinen.

Der Maschinenständer und das Gestell der Fräsmaschine.

Eine Fräsmaschine verfügt nahezu immer über einen Maschinenständer und ein Gestell, das die Fräsmaschine und die unterste Baugruppe trägt. Je nach Gewicht der Fräsmaschine wird sie auf einem speziellen Fundament aufgestellt. Bei vielen Maschinen bilden der Maschinenständer und das Gestell eine Einheit. Daran sind die Führungen befestigt.

Diese Fräsmaschinen werden auch modifizierte Gantrymaschinen oder Monoblockmaschinen genannt - ihre Bauweise kommt nur für kleine bis mittlere Bauarten in Betracht. Die hohe dynamische Belastbarkeit der Monoblockweise, die ergonomische Bedienbarkeit und die geringere Maschinenaufstellfläche sind die Vorzüge dieser Bauart. Jedoch darf nicht vergessen werden, dass der Transport- und auch der Herstellungsaufwand - ab einer größeren Größe nicht mehr wirtschaftlich gerechtfertigt werden kann. Große Maschinen sind häufig aus geschweißten Stahlkonstruktionen gefertigt und werden teilweise auch erst am Einsatzort aufgebaut.

Bei vielen Bearbeitungszentren wird der Maschinenständer gar nicht mehr als Bestandteil des Gestells oder gar als eigenes Teil betrachtet, da meist die kompletten Außenmaße der Maschine vom Gestell eingenommen werden und nur noch vorne eine Öffnung zur Beschickung frei ist.

Der Tisch der Maschine oder das Bett der Fräsmaschine.

Je nachdem wie groß die Fräsmaschine ist, hat die Fräse einen Maschinentisch, auf dem die Werkstücke eingespannt werden. An einigen Fräsmaschinen hängt der Maschinentisch als Winkeltisch an der Konsole und der Querschieber in den Führungen des Maschinenständers. Der Querschieber der Fräsmaschine arbeitet dabei in horizontaler und die Konsole der Maschine in vertikaler Richtung. Damit der Tisch die Regung einer dritten Achse erhält, wird teilweise ein Kreuztisch montiert.

Die meisten Bearbeitungszentren und Fräsmaschinen verfügen heutzutage über winkelgesteuerte Drehtische, die für die Rundumbearbeitung von Werkstücken gedacht sind. Sperrige oder gar schwere Objekte werden auf Bettfräsmaschinen zerspant, deshalb spricht man auch vom Bett der Fräsmaschinen. Das Bett liegt grundsätzlich in allen Positionen an allen Eckpunkten der Fräsmaschine auf und wirkt damit einem Verbiegen entgegen.
 

Modellbau der Fräsmaschine: Welche Modelle gibt es und welche Modelle sind relevant?

Wenn es um Fräsmaschinen geht, können wir von verschiedenen Kategorien ausgehen, in die die verschiedenen Fräsmaschinen unterteilt sind. Die Bauart der Fräsmaschinen ist hier von besonderer Bedeutung.

• Je nach Verwendungszweck und Bauart unterteilt man Fräsmaschinen in: Sonderfräsmaschinen, Bettfräsmaschinen oder Konsolfräsmaschinen.
• Anhand der Frässpindel und der Konstruktion ihrer Lager unterscheidet man zusätzlich zwischen Fräsmaschinen, die senkrecht oder waagerecht arbeiten.
• Als letzte Kategorie der verschiedenen Fräsmaschinen unterscheidet man die Art der Steuerung. Hierbei gibt es die Kategorie der numerisch oder mechanisch gesteuerten Maschinen.

Wann spricht man von einer Universal-Fräsmaschine? Die Bohr- und Fräsmaschine.

Die Fräsbearbeitung lässt sich anhand der Werkzeuge eigentlich vom Bohren ableiten, deshalb spricht man auch von einer Bohr- und Fräsmaschine, also einer Bohrmaschine, die aber auch gleichzeitig eine Fräsmaschine ist. Doch Fräsmaschinen haben meist mindestens drei Vorschübe als Antrieb zur Verfügung und können deshalb komplexe räumliche Körper herstellen, aber natürlich auch einfache Bohrarbeiten ausführen.

Eine Universal-Bohr- und Werkzeugfräsmaschine ist wohl die meist verwendete Bauart einer Konsolfräsmaschine in der Einzelfertigung, die verwendet wird. Diese Fräsmaschinen haben eine waagerechte und senkrechte Spindel, die sich vielfach erweitern lässt. Der Antrieb dieser Fräsmaschinen zeichnet sich dadurch aus, dass die Konsole vorne am Maschinengestell in einer vertikalen Führung hängt. Diese Bewegungsachse wird als Z-Achse bezeichnet. Hier wird der Querschieber getragen, inklusive Maschinentisch auf einer horizontalen Achse - der X-Achse.

Interessant bei Universal-Fräsmaschinen ist deshalb, dass die Werkstücke die Bewegung in Z- und X-Achse ausführen, also auf den horizontalen und vertikalen Achsen. Auf der waagerechten Schwalbenschwanzführung an der Oberseite des Gestells sitzt der Spindelstock mit Horizontalspindel, das Getriebe, der Kopf der Fräsmaschine und in einigen Fällen der Antriebsmotor der Spindel. Wenn es also zu einem Bewegungsablauf auf der Y-Achse kommt, bewegt sich die ganze Baugruppe. Einige Maschinen haben zusätzlich auf der Konsole einen Kreuztisch montiert und deshalb kann das Werkstück dann auch die Bewegung auf derselben Achse ausführen. Zudem kann manuell die vertikale Bewegung durch die im Fräskopf sitzende Pinole geschehen. Dies eignet sich jedoch nur für Bohrungen, da der Verfahrweg der Maschine auf 200 mm begrenzt ist und durch die weit ausgefahrene Pinole die Steifigkeit nachlässt.

Die anderen Varianten: Fräsmaschine Metall und die Dreh-Fräsmaschine

Es gibt Dreh-Fräsmaschinen, die man als Kombimaschinen bezeichnen kann, denn diese Maschinen können beides und sind nicht auf eine der beiden Arbeitsweisen beschränkt. Eine solche Maschine ist eine Werkzeugmaschine, die vor allen Dingen für die Fertigung des Drehens von runden Teilen zuständig ist. Sie wird dann genutzt, wenn es zur Herstellung von rotationssymmetrischen Werkstücken kommt. Auf diesen Maschinen kann sogar auch gebohrt werden, wenn die Drehachse mit der Mitte der Bohrung zusammenfällt.

Eine Fräsmaschine Metall ist im Hobby- und Modellbaubereich sehr beliebt, sie werden aber auch im Industriebereich oft verwendet. Diese Maschinen und Geräte sind dann einzusetzen, wenn es um die Verarbeitung von Metallen und anderen Materialien geht. Eine Besonderheit hierbei ist, dass Fräsmaschinen Metall - also für die Metallbearbeitung - einen besonderen Morsekegel und eine besondere Spindel haben, denn diese sind bei bestimmten Materialien für die Ver- und Bearbeitung dringend notwendig.

CNC-Maschinen: Fräsmaschinen mit Computerized Numerical Control.

Die CNC Technik und der Antrieb, im Englischen "Computerized Numerical Control" genannt, ist eine der großen Marktveränderungen der letzten Jahre, gerade wenn es um die Verwendung von kleinen oder mittleren Fräsmaschinen geht. Diese Fräsmaschinen sind mit dem richtigen Werkzeug in der Lage, durch eine bestimmte Steuerungstechnik, Werkstücke mit komplexen Formen und mit großer Präzision automatisch herzustellen.

Durch den automatisierten Betrieb kann bei CNC-Fräsmaschinen bei der Fertigung meist auf die Supervision durch Personal verzichtet werden. Die Steuerung bietet ausreichend Möglichkeiten, selbst den Wechsel der Werkzeuge und die Qualitätskontrolle per Programmierung in den vollautomatischen Prozess zu integrieren.

Theoretisch können alle herkömmlichen Fräsmaschinen zu CNC-Fräsmaschinen erweitert oder modifiziert werden, wenn es zu einem Einsatz von standardisierten Komponenten kommt. CNC-Fräsmaschinen verwenden beim Antrieb, wie bereits erwähnt, meistens mehr als drei Achsen.
 

Hermle: Ein Fräsmaschinen-Hersteller mit Anspruch.

Hermle AG als Fräsmaschinen-Hersteller hat den Anspruch, den Kunden nur das Beste zu bieten. Die Maschinen, die wir fertigen, kommen darum in vielen Branchen zum Einsatz: Maschinenbau, Automobilindustrie, sogar im Modellbau. Durch unsere Bearbeitungsqualität, unsere Performance und unseren Service heben wir uns von anderen Marken ab. Das ist für uns "besser fräsen" – unser Credo und unser Antrieb.