CNC-Bearbeitung ist eine subtraktive Fertigung, bei der Material durch Scherschneiden entfernt wird, bis die gewünschte Form entsteht. Aufgrund seiner Vielseitigkeit bei Bearbeitungsprozessen wird es in fast jeder modernen Industrie eingesetzt. CNC-Bohren und CNC-Fräsen sind zwei davon.
Der Hauptunterschied zwischen Fräsen und Bohren liegt in der Werkzeugbewegung und dem Mechanismus zum Materialabtragen. Beim Fräsen wird ein rotierender Fräser in einer Spindel verwendet, die sich zum Materialabtragen in mehreren Achsen (X, Y, Z) bewegen kann und sich für komplexe 3D-Teile eignet. Im Gegensatz dazu werden Bohrer in der Z-Achse bewegt und dringen in Werkstücke ein, um Löcher zu erzeugen.
Dieser Artikel bietet einen vergleichenden Überblick über zwei grundlegende CNC-Bearbeitungsverfahren – Fräsen und Bohren –, einschließlich ihrer Funktionsweise, Vor- und Nachteile sowie Anwendungspräferenzen.
Was ist CNC-Fräsen?
CNC-Fräseinrichtung
Fräsen ist ein spanabhebender Prozess, bei dem sich ein rotierendes Schneidwerkzeug über mehrere Achsen bewegt, um Material von einem Werkstück zu entfernen. Es ist in erster Linie gekennzeichnet durch eine „stationäres Arbeiten (kann rotieren oder kippen) und rotierendes Fräser”. Mit Ausnahme des Schlagfräsers handelt es sich bei allen anderen um Mehrschneidwerkzeuge.
Das Besondere am CNC-Fräsen ist die präzise Werkzeugbewegung: Die Spindelbewegung wird vom CNC-Programm gesteuert und läuft automatisch ab.
Die CAD/CAM-Integration ist der Hauptgrund für die hohe Genauigkeit und Produktionsgeschwindigkeit. CAD erstellt ein herstellbares Design und CAM überträgt das Design in Anweisungscodes, die die CNC-Fräsmaschine verstehen und umsetzen kann.
Der CNC-Fräsprozess
Jeder Vorgang an einer CNC-Fräsmaschine umfasst die folgenden vier Schritte:
- CAD-Konstruktion/CAM: Es wird ein detailliertes 2D- und 3D-Modell des gewünschten Bauteils erstellt, das alle Abmessungen und Toleranzen enthält. Anschließend wird basierend auf der Konstruktion eine CNC-Programmdatei (G- und M-Codes) generiert.
- CNC-Fräseinrichtung: Das Einrichten einer Fräsmaschine beinhaltet das Einspannen des Werkstücks in den Schraubstock und das Aufspannen des Werkzeugs auf die Spindel.
- Mahlprozess: Werkstück und Werkzeug werden in Referenzkoordinaten (0,0,0) positioniert und basierend auf CNC-Codes und anderen Eingabevariablen bewegt sich die Spindel entlang der Achsen (X, Y, Z) und das daran befestigte Werkzeug entfernt Material vom Werkstück.
- Nachbearbeitung: Nach dem Fräsen werden die Teile durch Entgraten, Schleifen, Kugelstrahlen oder andere Endbearbeitungen bearbeitet.
Vorteile des CNC-Fräsens
CNC-Fräsen kann komplexen Pfaden folgen, linear, kreisförmig, spiralförmig, unregelmäßig und jeder anderen benutzerdefinierten Geometrie. So können Sie hochkomplexe und benutzerdefinierte Formen mit Fräsoperationen.
CNC-Fräsmaschine im Einsatz
Weitere wichtige Vorteile sind wie folgt:
- Präzision: Durch Fräsen entstehen Teile mit engen Toleranzen; bis zu 0.127 mm sind problemlos erreichbar.
- Gestaltungsfreiheit: Die Fähigkeit, komplexe Teile mit komplizierten Merkmalen herzustellen, ermöglicht Designern, über den Tellerrand hinauszublicken.
- Mehr als nur Löcher erstellen: Mit der CNC-Fräse können neben zahlreichen anderen Funktionen und Zählern auch Löcher gebohrt werden.
Nachteile des CNC-Fräsens
- Hohe Installationskosten: CNC-Fräsmaschinen sind teuer und kosten oft mehr als 100,000 US-Dollar.
- Energieintensiver Prozess: Fräsmaschinen verbrauchen mehr Energie als Bohrmaschinen, was sich auf die Kosten auswirkt.
- Größenbeschränkungen: Die Größe und Leistungsfähigkeit der Maschinen schränken auch die Größe der Werkstücke ein, die bearbeitet werden können. Dies kann die Fräsanwendungen einschränken.
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Was ist CNC-Bohren?
CNC-Bohrmechanismus
CNC-Bohren ist auf die Herstellung zylindrischer Löcher spezialisiert, wobei rotierende CNC-Bohrer das Material zuführen und von der Oberfläche bis zu einer vorgegebenen Tiefe eindringen. Die Größe des Lochs hängt vom Durchmesser und der Länge des Bohrers ab.
" Fräse vs. Bohrmaschine – Fräsmaschinen können durch Auswechseln der Werkzeuge auch Löcher bohren und andere Funktionen erzeugen, während Bohrmaschinen verschiedene Bohrer aufnehmen können und nur zum Bohren von Löchern verwendet werden.“
CNC-Bohrungen können Sacklöcher, Durchgangslöcher, Gewindelöcher, Senklöcher, Senkbohrungen und vieles mehr herstellen. Arten von Löchern in Metall, Kunststoff und Verbundwerkstoffen.
Der Prozess des CNC-Bohrens ähnelt dem Fräsen. Zunächst wird ein CAD-Design erstellt, anschließend werden G&M-Codes generiert und Bohrer in die Spindel eingesetzt.
CNC-Bohrmaschine im Einsatz
Der Bohrer dreht sich und nähert sich der Arbeitsfläche in senkrechter Richtung. Die Schneidkanten scheren das Material und bilden Späne. Die Nuten des Bohrers leiten die Späne nach oben und weg von der Schneidzone.
Vorteile des CNC-Bohrens
- Präzise Lochherstellung: Im Vergleich zur Fräse und der Bohrmaschine konzentriert sich die Bohrmaschine nur auf das Erzeugen präziser Löcher und anderer damit verbundener Funktionen wie Rillen, Taschen usw. Bohrmaschinen können mehr Bohrer unterschiedlicher Art und Größe aufnehmen als Fräsmaschinen.
- Kosteneffektivität: Obwohl die genauen Kosten von Design und Anforderungen abhängen, ist das Bohren insbesondere bei großen Mengen rentabel. (Sie können etwa zu lesen Bohrkostenberechnung hier)
- Vielseitigkeit in der Lochgröße: Es können Löcher in verschiedenen Formen und Größen erzeugt werden, von einigen Millimetern im Durchmesser bis zu 2600 mm.
Nachteile des CNC-Bohrens
- Materialverschwendung: Wie beim Fräsen entsteht auch hier Materialabfall.
- Beschränkt auf harte Materialien: Das Bohren von Löchern in harte Materialien wie Werkzeugstahl und Titanlegierungen ist eine Herausforderung.
- Nur zylindrische Löcher: Die Bohrmaschinen oder Bohrmaschinen sind auf zylindrisch geformte Löcher beschränkt.
- Geringere Präzision als beim Fräsen: Obwohl mehr Möglichkeiten zum Bohren von Löchern bestehen, fehlt beim Bohren oft die Präzision einer Fräsmaschine.
Anwendungen von CNC-Bohr- und Fräsvorgängen
CNC Fräs- und Bohrteile
Fräsen wird branchenübergreifend für komplexe und vielschichtige Teile verwendet und eignet sich sowohl für die Prototypenfertigung als auch für die gesamte Produktion. Durch die Möglichkeit, verschiedene Fräser/Werkzeuge unterzubringen, können CNC-Maschinen verschiedene Metall- und Kunststoffteile herstellen.
Andererseits kann durch Bohren in bearbeiteten Teilen Löcher verschiedener Formen und Größen erzeugt werden. Wenn sich Löcher in Bereichen befinden, die für Fräsen und andere CNC-Prozesse unzugänglich sind, werden sie durch Bohren erzeugt. Beispielsweise fertigen Sie zuerst die Oberflächenprofile auf der Drehbank an und bohren dann Löcher in einer Bohrmaschine.
| Branche | CNC-Bohranwendungen | CNC-Fräsanwendungen |
| Luft- und Raumfahrt | -Löcher für Befestigungselemente, Turbinenkühlkanäle und Verteiler. | Komplexe Oberflächen, Motoraufhängungen und Avionikteile. |
| Automobilindustrie | Motorblocklöcher, Auspuffteile, Aufhängungshalterungen. | Getriebe, individuelle Felgen, Innenverkleidungen. |
| Elektronik | Leiterplattenlöcher, Anschlussöffnungen, Kühlkörpermuster. | Gehäuse, Formen, Steckverbinder, Adapter. |
| Medizintechnik | Löcher für chirurgische Instrumente, Implantatkanäle, zahnärztliche Bits. | Prothetik, OP-Schablonen, Diagnosegeräte |
| Schmuck | Perlenlöcher, Edelsteinfassungen, Uhrenteile. | Individuelle Schmuckkomponenten |
| Marine | Wellenlöcher, Rumpföffnungen, Motorteile. | Teile für Navigationssysteme, Armaturen und Bootsinnenausstattung. |
| Öl & Gas | Rohrlöcher, Ventilöffnungen, Riggteile. | Pumpen, Flansche, Explorationswerkzeuge. |
Fräsen vs. Bohren: Kompatible Materialien
Die meisten technischen Materialien wie Stahl, Aluminium, Kupfer, ABS-Kunststoff, Acryl und Verbundwerkstoffe lassen sich sowohl bohren als auch fräsen. Eine Bohrmaschine kann Keramik und Glas jedoch besser bearbeiten als Fräsmaschinen. CNC-Fräsen eignen sich dagegen besser zum Bohren von Löchern in Superlegierungen wie Nickel.
Die folgende Tabelle zeigt die Kompatibilität dieser beiden Bearbeitungsverfahren mit verschiedenen Materialien.
| Material | CNC Fräsen | CNC Bohren |
| Stahl | ✅ | ✅ |
| Aluminium | ✅ | ✅ |
| Titan | ✅ | ✅ |
| ABS | ✅ | ✅ |
| PEEK | ✅ | ✅ |
| Kunststoffbälle | ✅ | ✅ |
| Composite | ✅ | ✅ |
| Gehärtete Keramik | ❌ | ✅ |
| Glass | ❌ | ✅ |
| Inconel | ✅ | ❌ |
| Wolframlegierungen | ✅ | ❌ |
| Werkzeugstahl | ✅ | ✅ |
Fräsen vs. Bohren: Designkomplexität
Mit CNC-Fräsmaschinen können komplexere Geometrien erstellt werden, darunter komplexe Konturen, mehrdimensionale Formen und komplizierte Merkmale. Bohren hingegen ist auf zylindrische Löcher entlang einer einzigen Achse beschränkt. Bohrvorgänge sind nur für einfache Lochkonstruktionen sinnvoll.
Komplexes CNC-Frästeil
Somit übertrifft das Fräsen das Bohren hinsichtlich der Konstruktionskomplexität und ermöglicht die Herstellung mehrerer geometrischer Merkmale, die über bloße Löcher hinausgehen.
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Fräsen vs. Bohren: Maschineneinrichtung und Werkzeuge
Sehen wir uns an, wie sich das Fräsen hinsichtlich Arbeitsaufwand, Werkzeugeinrichtungsmechanismen und Bearbeitungsvariablen vom Bohren unterscheidet.
Werkstückspannung
- CNC-Fräsen: Das Werkstück wird sicher durch Schraubstöcke, Klemmen oder Vorrichtungen gehalten. Oft ist ein erneutes Klemmen erforderlich, um verschiedene Seiten des Werkstücks zu bearbeiten. Als nächstes ist Stabilität entscheidend, da das Werkstück komplexen Schnittkräften standhalten muss.
- CNC-Bohren: Da es sich um einen einachsigen Vorgang handelt, reichen Standardschraubstöcke aus, um das Werkstück auf der Werkbank festzuspannen. Beim Bohren ist weniger Spannkraft erforderlich als beim Fräsen.
Geschwindigkeit und Schnitttiefe
Die Spindeldrehzahl beim Fräsen ist geringer als beim Bohren, die Bohrer drehen sich jedoch schneller (6000 bis 2400 U/min). Der Grund dafür ist, dass beim Bohren mit einer einzigen Achse eine höhere Geschwindigkeit möglich ist, während sich die Fräser auf komplexen Bahnen bewegen müssen.
Die Schnitttiefe beim Bohren hängt von Faktoren wie Materialart und Bohrergröße ab, während die Frästiefe je nach Fräserart, Größe, Geometrie und Bearbeitbarkeit des Werkstücks flexibler sein kann.
Bearbeitungswerkzeuge
CNC-Fräswerkzeuge
Beim CNC-Fräsen werden verschiedene Mehrpunktfräser und Kanten am Ende, an der Seite oder an beiden Stellen verwendet. Sie können das Material aus mehreren Richtungen schneiden, um dem Werkstück Form zu geben. Schaftfräser sind die beliebtesten Fräswerkzeuge. Zur Herstellung dieser Fräser werden Hartmetall, Schnellarbeitsstahl (HSS), Superlegierungen oder andere harte Materialien verwendet.
Arten von Bohrern
Bohrer sind die wichtigsten Werkzeuge bei Bohrvorgängen. Sie bestehen aus Wolframkarbid, HSS oder sind manchmal sogar diamantbeschichtet. Bohrer mit Größen von 0.05 bis 38 mm werden bei CNC-Bohrvorgängen am häufigsten verwendet.
| Arten des Fräsens Zubehör | Arten von Bohrwerkzeugen |
| Schaftfräser | Spiralbohrer |
| Gesichtsmühle | Mauerwerksbohrer |
| Kugelfräser | Dübelbohrer |
| Brammenwalzwerk | Flachbohrer |
| Seiten- und Flächenschneider | Bohrerbohrer |
| Evolventenzahnradschneider | Spatenbohrer |
| Fliegenschneider | Schrittbohrer |
| Hohlmühle | Senkbohrer |
| Muschelmühle | Kernbohrer |
| Schruppfräser | Zentrierbohrer |
| Schwalbenschwanzfräser | |
| Waldmeisterschneider |
Fräsen vs. Bohren: Präzision und Oberflächengüte
Fräsen vs. Bohren
CNC-Fräsmaschinen können Toleranzen von bis zu ±0.01 mm bis ±0.05 mm erreichen. Die modernen Mehrachsenmaschinen können jedoch unter optimalen Bearbeitungsbedingungen Toleranzen von bis zu ±0.005 mm erreichen. Andererseits beträgt der Bohrtoleranzbereich ±0.05 mm bis ±0.1 mm, beim Reiben kann er ±0.02 mm betragen.
CNC-gefräste Oberflächen sind glatter als gebohrte Löcher. Die vielfältigen Werkzeugoptionen und die Flexibilität der Maschine tragen dazu bei, eine Oberflächenrauheit (Ra) von nur 1.6 µm zu erreichen. Die erreichbare Rauheit des gebohrten Lochs beträgt dagegen 3.48 µm.
Die oben genannten Toleranz- und Rauheitswerte (Ra) gelten für Standardbearbeitungsbedingungen. Diese können je nach Materialtyp, Werkzeug und sogar Erfahrung des Bedieners variieren.
Welche Methode sollte ich zum Bohren von Löchern wählen? Bohren oder Fräsen
Wir haben besprochen, dass Fräsen geeignet ist, wenn das Design mehrere Funktionen hat, aber was ist, wenn Sie mit einer Fräsmaschine nur Löcher bohren möchten? Ja, Sie können Bohrvorgänge in der Fräsmaschine durchführen.
Lochherstellungsprozess
Welche Sie wählen sollten, hängt hauptsächlich davon ab, ob Ihr Design tiefe und standardmäßige Löcher oder eine komplexe Lochgeometrie aufweist. Eine CNC-Bohrmaschine eignet sich am besten zum schnellen und kostengünstigen Herstellen standardmäßiger zylindrischer Löcher. Die Verwendung einer Fräsmaschine zum Erstellen von Löchern ist am besten, wenn das Loch komplex und individuell dimensioniert ist.
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Summieren
Bohren und Fräsen haben unterschiedliche Anwendungsgebiete. Fräsen eignet sich für komplizierte Bearbeitungsdetails und Bohren ist für die Herstellung von Löchern bestimmt. Obwohl das CNC-Programm die Werkzeugbewegung in beiden Bearbeitungsprozessen steuert, unterscheiden sich auch ihre Werkzeuge und Einstellungen leicht. Wenn Sie diese Unterschiede verstehen, können Sie besser entscheiden, welcher Prozess für Sie am besten geeignet ist und wie Sie mit optimaler Budgetplanung hochwertige Teile herstellen können.
Bei Boda bieten wir präzise und dennoch erschwingliche CNC-Bohrservice für eine Reihe von Branchen, darunter Automobil, Elektronik, Robotik, Medizin und Maschinenhardware. Unsere mehr als zehnjährige Erfahrung in der CNC-Fertigung kann für Ihre Projekte von Vorteil sein. Wir können bearbeitete Teile für Ihre Tür gemäß Ihren Designspezifikationen liefern.
Häufig gestellte Fragen
Worin besteht der Unterschied zwischen Fräsen und Bohren?
Beim Betrieb einer CNC-Fräsmaschine kommen rotierende Schneidwerkzeuge zum Einsatz, die sich in die X-, Y- und Z-Richtung bewegen können, während beim Bohren CNC-Bohrer zum Einsatz kommen, die sich linear entlang der Achse des Werkstücks bewegen, um ein Loch zu bohren.
Was ist der Unterschied zwischen Lochfräsen und Bohren?
Bohrer bewegen sich senkrecht zur Arbeitsfläche, um tiefe und gerade Löcher zu erzeugen. Beim Lochfräsen hingegen entfernt ein rotierender Fräser Material auf einer kreisförmigen Bahn. Beim Lochfräsen können große Löcher in individueller Form erzeugt werden.
Welche unterschiedlichen Vorgänge gibt es bei CNC-Fräsmaschinen?
Einige häufige Fräsvorgänge sind Planfräsen, Umfangsfräsen, Nutenfräsen, Bohren und Gewindeschneiden.
Sind Bohrer das Gleiche wie Fräser?
Dabei handelt es sich um verschiedene Arten von CNC-Werkzeugen, die für unterschiedliche Bearbeitungszwecke entwickelt wurden und nicht austauschbar sind. Typischerweise werden Schaftfräser als Fräser bezeichnet, die Material in mehrere Richtungen schneiden können. Im Gegensatz dazu hat der Bohrer eine spitze Spitze, die das Material durchdringt, um Löcher zu bohren.