Wir haben bereits zahlreiche Artikel darüber veröffentlicht, wie Materialien mit einem CNC-Laser geschnitten werden, doch manche Werkstoffe eignen sich besser für andere Bearbeitungsverfahren. Wie CNC-Laser gibt es auch CNC-Fräsen in verschiedensten Größen – von Desktop-Modellen bis hin zu industriellen Großanlagen. Vom Hobbyanwender, der zuhause einfache Holzfräsen nutzt, bis hin zu großformatigen Maschinen, die ganze Materialplatten bearbeiten können – das CNC-Fräsen ist eine beliebte Methode zur Materialbearbeitung.

Welche Vorteile bietet das CNC-Fräsen?

Werfen wir einen Blick auf einige Vorteile des CNC-Fräsens.

• Geringere Kosten – Eine CNC-Fräse arbeitet ähnlich wie eine CNC-Fräsmaschine, ist jedoch für weichere Materialien ausgelegt. Im Allgemeinen ist eine CNC-Fräse deutlich günstiger als eine Fräsmaschine. Dadurch können wir Materialien kostengünstiger fräsen und diese Einsparungen an unsere Kunden weitergeben.
• Große Arbeitsfläche – Während es auch kleinere Maschinen gibt, ermöglichen große CNC-Fräsen die Bearbeitung kompletter Rohmaterialplatten. Dadurch können größere oder eine höhere Anzahl kleiner Teile gefertigt werden, ohne das Material häufig wechseln zu müssen. Das steigert die Produktivität enorm.
• 2,5D- und 3D-Fähigkeit – Einige Maschinen verfügen über ausreichend Verfahrweg in der Z-Achse, sodass mehr als nur zweidimensionale Schnitte möglich sind. So lassen sich etwa Blindfräsungen im Holz durchführen, die mit einem Laser nicht realisierbar sind – wie das Planfräsen von Oberflächen, Senkbohrungen, Nuten oder Falze. Selbst V-Nut-Gravuren und Reliefarbeiten können mit einer CNC-Fräse umgesetzt werden.
• Vielfältiges Werkzeugangebot – Genau wie eine Handoberfräse kann auch eine CNC-Fräse verschiedenste Fräser aufnehmen: V-Fräser, Planfräser, Fasenfräser, Abrundfräser usw. Die Liste ist noch länger, wenn man Spezialwerkzeuge für spezifische Aufgaben berücksichtigt. Manche Maschinen können auch Schaftfräser verwenden. Selbst gerade Fräser gibt es in nahezu unzähligen Varianten – etwa mit gerader Schneide, Spiral-, Auf- oder Abwärtsspirale, Kompressionsfräsern und verschiedenen Schneidenzahlen.
• Skalierbarkeit – CNC-Fräsen sind in allen Größen erhältlich – von kleinen Desktop-Modellen für den Heimgebrauch bis hin zu Maschinen mit mehreren Metern Arbeitsbereich.
• Präzision und Geschwindigkeit – Durch die computergesteuerte Steuerung sind die Schnitte äußerst präzise, wiederholbar und zuverlässig – und meist deutlich schneller als mit einer manuellen Oberfräse oder sogar einer CNC-Fräsmaschine.

CNC-Fräsen: Wie funktioniert eine CNC-Fräse?

CNC-Fräsen können aus unterschiedlichsten Materialien gebaut sein – von Sperrholz über Aluminiumprofile bis hin zu maßgefertigten Gussteilen. Der grundlegende Aufbau besteht jedoch meist aus ähnlichen Komponenten. Sehen wir uns die wichtigsten Bauteile einer typischen CNC-Fräse an.

Hauptkomponenten einer CNC-Fräse

1. Bett/Tisch

Das Bett oder der Tisch ist die Arbeitsfläche der CNC-Fräse. Hier wird das zu bearbeitende Material aufgelegt. Häufig verfügt der Tisch über Spannvorrichtungen, um das Werkstück während des Fräsens zu fixieren. Anders als bei einer CNC-Fräsmaschine besteht der Tisch bei CNC-Fräsen meist aus MDF, da er sich einfach planfräsen lässt. Bei voll durchgehenden Schnitten kann das Werkzeug nämlich leicht in die Oberfläche eintauchen. Das Bett gilt als Verschleißteil und wird bei Bedarf erneuert.

2. Benutzeroberfläche

Die elektronische Schnittstelle der Maschine kann so einfach wie ein Laptop oder Desktop-PC mit passender Software sein oder aus einem im Gerät integrierten Rechner mit Bedienfeld oder Touchscreen bestehen. Hier werden die G-Code-Dateien geladen, Befehle zur Achsbewegung, Referenzfahrten oder Werkzeugwechsel eingegeben.

3. Computersteuerung

Wie bei jeder CNC-Maschine übersetzen ein Computercontroller und Motorsteuerungen die im G-Code festgelegten Werkzeugbahnen in Steuersignale für die Motoren.

4. Motor(en)

Um die Maschine zu bewegen, werden Motoren eingesetzt. Am weitesten verbreitet sind Schrittmotoren aufgrund ihrer Genauigkeit und ihres günstigen Preises. Hochwertige Maschinen verwenden oft Servomotoren, die eine präzisere Rückmeldung und Steuerung ermöglichen. Die Motoren treiben Riemen, Kugelumlaufspindeln oder Zahnstangengetriebe an.

5. Portal (Gantry)

Die meisten CNC-Fräsen sind als Portalmaschinen aufgebaut. Der Fräskopf oder die Spindel ist an einem vertikal beweglichen Element (Z-Achse) befestigt, das sich horizontal auf dem Portal (X-Achse) bewegt. Das gesamte Portal kann sich dann in Längsrichtung (Y-Achse) über die Arbeitsfläche bewegen.

6. Spindel/Fräsmotor

Das Element, das das Werkzeug hält und dreht, ist entweder eine Oberfräse oder – für anspruchsvollere Anwendungen – eine spezielle Spindel (siehe unten). Je nach Maschinengröße reicht die Bandbreite vom kleinen Handgerät bis hin zu mehrkilowattstarken, wassergekühlten Spindeln.

7. Werkzeug

Oben haben wir bereits das breite Spektrum an Werkzeugen besprochen. Das Werkzeug oder der Fräser ist das auswechselbare Teil, das den eigentlichen Schnitt ausführt. Es gibt nahezu unendlich viele verschiedene Werkzeugtypen. Für verschiedene Materialien sind unterschiedlich viele Schneiden und Schneidenformen notwendig. Die Richtung der Schneiden – gerade, aufwärts, abwärts oder kombiniert – beeinflusst die Schnittqualität. Verschiedene Beschichtungen können den Verschleiß und die Hitzebildung reduzieren.

CNC-Fräse vs. Spindel

Eine Oberfräse bezeichnet in der Regel das handgeführte Elektrowerkzeug zum Fräsen von Holz. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Elektromotor mit Spannzange. Hobby-CNC-Fräsen nutzen häufig solche Geräte, da sie preiswert und leicht verfügbar sind und genügend Leistung für Holz und Kunststoffe bieten. Sogar dünnes Aluminium kann damit bearbeitet werden.

Eine Spindel ist im Prinzip das gleiche, aber für den industriellen Einsatz ausgelegt. Während eine Oberfräse für den Handbetrieb konstruiert ist, wird die Spindel fest an der Maschine montiert. Sie bietet mehr Leistung, größere und steifere Lager sowie eine bessere Kühlung – ideal für den Dauerbetrieb. Für gelegentliche Arbeiten in der heimischen Werkstatt reicht eine Oberfräse aus, für den professionellen Einsatz empfiehlt sich jedoch eine Spindel.

Welche Materialien können mit einer CNC-Fräse bearbeitet werden?

Wie bereits erwähnt, ähneln CNC-Fräsen den Fräsmaschinen, sind aber für weichere Materialien konzipiert. Hartholz und Weichholz lassen sich hervorragend fräsen. Kunststoffe und Verbundwerkstoffe können mit den passenden Werkzeugen problemlos bearbeitet werden. Mit der richtigen Maschine und Einstellung ist sogar die Bearbeitung weicher Metalle möglich – sofern kein besseres Werkzeug verfügbar ist. Härtere Metalle wie Stahl können mit einer CNC-Fräse zwar bearbeitet werden, erfordern jedoch eine sehr steife Maschine, die passenden Drehzahlen und das richtige Werkzeug. In solchen Fällen ist meist eine andere Methode, etwa das Laserschneiden, empfehlenswerter.

Polycarbonat zum Beispiel erhält durch Laserschneiden keine sauberen Kanten, weshalb wir hierfür CNC-Fräsen einsetzen. Unsere CNC-Fräsen werden zum Schneiden folgender Materialien verwendet:

• ABS
• ACM-Platten
• Baltisches Birken-Sperrholz
• HDPE
• MDF
• Polycarbonat
• UHMW

Häufig gestellte Fragen zum CNC-Fräsen

Was ist der Unterschied zwischen einer CNC-Fräse und einem Laserschneider?

Sowohl der Laserschneider als auch die CNC-Fräse nutzen computergesteuerte Motoren, um ein Werkzeug entlang vorgegebener Bahnkurven (im G-Code definiert) zu führen. Der Unterschied: Beim Laser ist das Werkzeug ein gebündelter Lichtstrahl, der das Material verbrennt oder verdampft. Bei der CNC-Fräse ist es ein rotierender Fräser. Ein Laser kann seine Leistung steuern, während eine Fräse mit variabler Drehzahl arbeitet.

Wie unterscheidet sich eine CNC-Fräse von einer CNC-Fräsmaschine?

Beide arbeiten ähnlich, indem ein Werkzeug wie ein Schaftfräser in einem rotierenden Motor eingespannt wird. Normalerweise können beide das Werkzeug in drei Achsen bewegen. Der Hauptunterschied liegt darin, dass CNC-Fräsen häufiger für weiche Materialien wie Holz und Kunststoffe eingesetzt werden, während CNC-Fräsmaschinen meist für Metall genutzt werden. Grund dafür ist, dass CNC-Fräsen meist weniger Steifigkeit aufweisen als Fräsmaschinen. Bei CNC-Fräsen wird oft Steifigkeit gegen einen größeren Arbeitsbereich und geringere Kosten eingetauscht.

Brauche ich spezielle Software, um Designs für eine CNC-Fräse zu erstellen?

Jein. Die Software zur Erstellung des Designs ist dieselbe wie für Laserschneid-Projekte – also etwa Vektorgrafikprogramme wie Illustrator, Inkscape, Autodesk Fusion, SolidWorks usw.

Wer die CNC-Fräse selbst bedient, benötigt zudem CAM-Software (Computer Aided Manufacturing), um das Design in G-Code umzuwandeln. Autodesk Fusion ist eine hervorragende, kostenlose Lösung für Design und CAM.