Die Fräsmaschine - Aufbau, Verwendung und Hersteller

Formfräsen mit der Fräsmaschine

In diesem Beitrag lernen Sie den Aufbau, die Verwendung und Besonderheiten der Fräsmaschine. Ebenso erhalten Sie Tipps zum Kauf einer gebrauchten Fräsmaschine.

Die Fräsmaschine bildet mit der Drehmaschine die Gruppe der zerspanenden Werkzeugmaschinen. Sie gehört zu den Standard-Maschinen in der Metallverarbeitung. Fräsmaschinen bearbeiten ruhende Metallblöcke in beliebiger Weise. Sie dienen zum Ausarbeiten definierter Geometrien mit zusätzlichen Elementen wie beispielsweise Sack-, Durchgangs-, oder Gewindebohrungen.

Aufbau einer Fräsmaschine

Fräsmaschinen gibt es in einer sehr großen Auswahl an Funktionen und vor allem Dimensionen. Die kleinsten Maschinen sind Tischgeräte, mit denen Bauteile aus Kunststoff oder Aluminium bearbeitet werden können. Die größten Fräsmaschinen finden sich beispielsweise im Schiffsmotorenbau. Diese Anlagen können Werkstücken von mehreren Kubikmetern Größe bearbeiten.

Unabhängig von ihrer Größe besteht eine Fräsmaschine aus folgenden Elementen:

  • robustes Maschinengestell
  • Arbeitstisch mit Einspannvorrichtung
  • Fräskopf mit Wechselwerkzeug und Achsenführung
  • Antrieb
  • Kühlschmierung
  • ggf. Gehäuse
  • ggf. programmierbare Steuerung

Das Maschinengestell dient zur Aufnahme des Werkstücks und der gesamten Mechanik der Fräse. Bei sehr großen Fräsmaschinen ist dieses Gestell besonders flach gehalten. Das erleichtert die Be- und Entladung der Maschine und ist statisch vorteilhafter. Der Arbeitstisch dient zur Aufnahme des Werkstücks. Die Einspannvorrichtung ist wechselbar ausgelegt. Meistens werden dazu hydraulische Schraubstöcke verwendet. Es gibt aber auch verschraubbare Einspannvorrichtungen und andere Systeme. Der Fräskopf ist das Herzstück der Fräsmaschine. Er besteht aus einer angetriebenen Spindel und einer Achsenführung. Diese ist bei Universal-Fräsmaschinen zumindest als XYZ Führung ausgelegt. Hoch entwickelte Fräsmaschinen können noch zusätzliche Achsen bedienen. Die Spindel ist mit dem eingebauten Fräswerkzeug austauschbar. Moderne CNC-Fräsmaschinen haben dazu einen integrierten Werkzeugwechsler. Für den Antrieb der Werkzeugspindel gibt es zwei Varianten. Die übliche Bauweise ist, dass die Spindel über einen starken Motor und ein Getriebe in Rotation versetzt wird. Bei hochwertigen Fräsmaschinen gibt es noch zusätzliche Drehspindeln mit eigenem Elektroantrieb. Beim Zerspanen von Metall entsteht eine große Reibungswärme. Diese muss abgeführt werden, sonst werden die Toleranzen am Werkstück unpräzise. Dazu sind Fräsmaschinen mit einem Kühlschmiersystem ausgestattet. Der Kühlschmierstoff ist eine spezielle Flüssigkeit, welche zur Abfuhr der Wärme und zur Schmierung der Bearbeitungsstelle dient. Der Schmierstoff nimmt auch einen Großteil der anfallenden Späne auf und führt sie ab. Nach dem Umspülen des Fräspunktes läuft der Kühlschmierstoff durch einen Filter in einen Tank. Von dort wird er wieder zur Bearbeitungsstelle zurück gepumpt.

Das Gehäuse bzw. die Einhausung dient dazu, die Umgebung vor den umherfliegenden Spänen zu schützen. Bei sehr großen Fräsanlagen kann darauf verzichtet werden, da diese meistens mit langsameren Arbeitsgeschwindigkeiten betrieben werden. Kleine bis mittelgroße Fräsmaschinen werden aber standardmäßig vollständig eingehaust. Die programmierbare Steuerung dient zum präzisen und wiederholgenauen Bearbeiten von Werkstücken. Sie beschleunigt und erleichtert die Herstellung von Einzel- und Serienteilen erheblich. Die CNC-Fräsmaschine ist in der Industrie deshalb heute zum Standard geworden. Rein manuell betriebene Fräsen dienen hauptsächlich nur noch Ausbildungs- und Hobbyzwecken oder zur schnellen Bearbeitung einfacher Bauteile.

Arbeiten mit der Fräsmaschine

Für das Bearbeiten des Metallblocks fährt die Fräsmaschine den in schneller Rotation drehenden Fräskopf in das Material hinein.

Die Maschine hat dazu zwei Geschwindigkeiten:

  •  Arbeitsgang
  •  Eilgang

Der Arbeitsgang ist die Vorschubgeschwindigkeit, mit welcher der Fräskopf durch das Material fährt. Diese ist sehr langsam, um die Achsführungen, die Lager und das Fräswerkzeug nicht zu überlasten. Auch leidet die Präzision bei einem zu schnellen Arbeitsgang. Für ein effizientes Arbeiten sollten die Leerfahrten der Achsführung aber so schnell wie möglich durchgeführt werden. Dazu ist der Eilgang vorgesehen. Im Fall eines Werkzeugwechsels oder beim Anfahren eines anderen Bearbeitungspunktes fährt die Maschine wesentlich schneller. So ist eine schnelle Bearbeitung mit minimalem Zeitbedarf und ohne Verluste an der Qualität gewährleistet.

Das Arbeiten mit der Fräsmaschine erfordert eine gründliche Schulung und Einweisung. Üblicherweise sind nur ausgebildete Zerspanungsmechaniker an Fräsmaschinen eingesetzt. Für die Herstellung von Serienteilen können auch angelernte Hilfskräfte an Fräsmaschinen arbeiten. Jedoch benötigen auch diese eine gründliche Einweisung. Das Arbeiten an modernen Fräsmaschinen ist durch diverse Sicherheitsmaßnahmen relativ gefahrlos. Bei Fehlbedienungen besteht jedoch vor allem Gefahr für das Werkstück und für die Maschine selbst. Das gilt besonders für fehlerhafte Einstellungen an der Achsenführung und an der Vorschubgeschwindigkeit, vor allem in Kombination. Fährt die Maschine im Eilgang bei falsch eingestellten Achsen in das Werkstück hinein, kommt es zum sogenannten "Crash". Dabei kollidiert das Werkzeug mit zu hoher Geschwindigkeit mit dem fixierten Block. Das führt zu massiven Schäden an der Achsführung. Die Maschine ist dann ein Reparaturfall, die einige Tage ausfallen wird.

Eine Fräsmaschine arbeitet stets in den folgenden drei Schritten:

  • Schruppen (Räumen)
  • Schlichten
  • Nachbearbeiten

Beim Schruppen wird die größte Menge Material abgetragen. Die Geometrie des Werkstücks ist nach dem Schruppvorgang bereits erkennbar, jedoch ist es noch weit außerhalb der vorgesehenen Toleranz. Diese wird erst durch das Schlichten erreicht. Beim Schlichten wird das Werkstück abermals mit feineren Werkzeugen bearbeitet, bis alle Maße innerhalb der gewünschten Toleranz liegen. Schließlich wird das Werkstück nachbearbeitet, indem Bohrungen mit Gewindefräsern oder Reibahlen bearbeitet werden. Hochwertige Fräsmaschinen verfügen zusätzlich über ein Vermessungssystem. Damit werden die Maße des Werkstücks bereits in der Maschine kontrolliert. Dabei werden die Toleranzen bestätigt oder das Werkstück kommt zur Nachbearbeitung bzw. geht in den Ausschuss.

Zum Arbeiten mit der Fräsmaschine gehört die tägliche Reinigung. Die anfallenden Späne sammeln sich nur teilweise im Filter des Kühlschmierstoffs. Durch die hohen Rotationsgeschwindigkeiten des Fräskopfes können praktisch in der gesamten Maschine sich Späne ansammeln. Diese sind sehr zerstörerisch für die Lager und die Führungen der Maschine. Außerdem können sie in der Nähe von Elektroleitungen für Kurzschlüsse sorgen. Für die Reinigung einer normalen Universal-Fräsmaschine sollte man daher täglich mindestens 30 Minuten einplanen.

In folgendem Video ist der Aufbau, einzelne Bedienschritte und Besonderheiten nochmals genau erklärt.

Erklärvideo zur Benutzung einer Fräsmaschine

Wahl der richtigen Fräsmaschine

Die Wahl der richtigen Fräsmaschine kann für einen Betrieb zu einer Herausforderung werden. Zunächst muss die Frage geklärt sein, ob sich im Haus auch die entsprechende Fachkompetenz befindet, um mit der Maschine umzugehen. Das meint nicht nur die reine Bedienung. Auch Wartung, Pflege und Reparatur sollte möglichst im eigenen Hause stattfinden, sonst kann der Betrieb einer Fräsmaschine schnell sehr teuer werden. Ist die Fachkompetenz aber vorhanden, kann diese auch wertvolle Informationen über die am Besten geeignete Maschine liefern.

Der Preis einer Fräsmaschine steigt mit ihrer Leistungsfähigkeit. Diese Leistungsfähigkeit kann sich beispielsweise durch folgende Parameter äußern:

  1. größere Werkstücke
  2. festere Materialien
  3. schnellere Vorschübe
  4. größere Werkzeugwechsel-Magazine
  5. größere Achsenauswahl
  6. bessere Programmierbarkeit
  7. geeignete Sonder- und Zusatzfunktionen.

Diese Parameter erweitern nicht nur die Leistungsfähigkeit der Fräsmaschine, es sind auch potenzielle Störfaktoren bzw. Reparaturstellen. Die Fräsmaschine ist an sich bereits ein anspruchsvolles, komplexes Gerät. Mit zunehmender Funktionalität nimmt auch die Komplexität zu und die Maschine wird in Wartung und Instandhaltung teurer. Solange sich dieser Kostenzuwachs zu einer höheren Produktivität führt, ist das unproblematisch. Sobald aber die Inbetriebhaltung der Maschine mehr kostet als sie an Gewinn erwirtschaften kann, wird sie schnell zum Abschreibeobjekt. Das erklärt, weshalb der Markt für gebrauchte, hochfunktionale Fräsmaschinen vergleichsweise entspannt ist. Eine Maschine, die in einem Unternehmen nicht mehr ausreichend produktiv ist, kann in einem anderen Unternehmen noch sehr interessante Umsätze erzielen.

Gebrauchtkauf von Fräsmaschinen

Wie bereits erwähnt, gibt es zahlreiche Faktoren, welche die Leistungsfähigkeit einer Fräsmaschine beeinflussen. Da auf einer Fräse hochpräzise Produkte hergestellt werden sollen, ist ein Probelauf in jedem Fall anzuraten. Bei gebrauchten Fräsmaschinen sollten traditionelle, bekannte Marken bevorzugt werden. Besonders aus Fernost sind in den letzten Jahren zahlreiche neue Anbieter auf den Markt gedrängt. Diese überzeugen zwar häufig mit sehr interessanten Neupreisen. Für den Gebrauchtmarkt haben sich diese Anlagen aber noch nicht bewähre können.

Wir empfehlen deshalb Fräsmaschinen von folgenden Herstellern:

  • Deckel Maho
  • Auerbach
  • Spiro
  • Fexac
  • Rödres
  • Mikron
  • Kunzmann
  • Lagun
  • Hermle

Grundsätzlich schadet es nicht, immer auch eine robuste, alte und rein manuelle Fräsmaschine im Bestand zu haben. Diese Maschinen sind ideal zu Ausbildungszwecken und zur schnellen Bearbeitung einfacher Werkstücke. Hier wäre die DECKEL FP 5 zu nennen, die in Fachkreisen als VW Käfer der Fräsmaschinen gilt.

Fräsmaschinen mit erweiterter Funktionalität eignen sich auch sehr gut für Retrofit-Maßnahmen. Dabei wird durch gezielte Umbauten und Erweiterungen die Leistungsfähigkeit einer älteren Maschine nochmals gesteigert. Häufig bieten die Hersteller selbst wertvolle Informationen oder fertige Lösungen an, mit denen sich bereits abgeschriebene Fräsmaschinen wieder produktiv machen lassen.

Aufgrund ihrer hohen Verbreitung hat sich rund um die Wartung und Instandhaltung von komplexen Fräsmaschinen eine interessante Branche von Dienstleistern entwickelt. Diese sind in ausreichender Dichte an jedem größeren Industriestandort anzutreffen. Diese Dienstleister können besonders schwierige Aufgaben rund um die Inbetriebhaltung einer gebrauchten Fräsmaschine übernehmen.

Wenn man auf die Produktion der Fräsmaschine angewiesen ist, sollte man mit Redundanzen arbeiten. Die Preise auf dem Gebrauchtmarkt erlauben es durchaus, Maschinen doppelt zu kaufen und abwechselnd zu betreiben. Damit steht dem Betrieb beim Ausfall einer Maschine immer noch ausreichend Kapazität zur Verfügung.

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