CNC-Fräsen
Definition und Erklärung des CNC-Fräsens in der Holzbearbeitung
Fräsen ist ein formgebendes, zerspanendes Verfahren. Es ist neben dem Drehen und dem Schleifen das übliche Fräsverfahren zur Herstellung von Produkten aus Holz. Das CNC-Fräsen dient zur Herstellung von Freiformen mit wiederholgenauer, rechnergesteuerter Präzision. Man unterscheidet zwischen 2D und 3D CNC Fräsen.
In diesem Artikel erfahren Sie die wichtigsten Informationen über das CNC Fräsen. Darüber hinaus lesen Sie alles, was es Wissenswertes über zerspanbare Werkstoffe gibt und wo CNC Fräsen angewendet werden.
Inhaltsverzeichnis
Bedeutung: Was ist CNC-Fräsen?
Das CNC-Fräsen ist die Verarbeitung von fräsbaren Materialien auf einer CNC-Maschine. CNC bedeutet “Computer Numeric Control”. Das Fräsverfahren zeichnet sich durch eine effiziente Arbeitsweise und eine wiederholgenaue Präzision aus.
Technische Grundlagen des CNC-Fräsens in der Holzbearbeitung
Das Fräsen dient in der Holztechnik zur Bearbeitung von Kanten, zur Herstellung von Konturen in Platten und zum Ausformen beliebiger Geometrien aus Blöcken. Mit einer CNC-Fräse werden diese Bearbeitungsschritte wiederholgenau von einer elektronischen Steuerung und elektromechanisch angetriebenen Vorschüben durchgeführt. Das spart Personal und Zeit.
Die einfachste Form des Fräsens ist die Kantenbearbeitung. Dabei wird eine Holzplatte, ein Brett oder eine Latte an einem stehenden Fräskopf vorbeigeführt. Der Fräskopf ist austauschbar. Seine Geometrie gibt die Form vor, in welcher die Kante ausgearbeitet wird.
Konturfräsen für Platten haben eine 2D-Koordinatenführung. Der Fräskopf befindet sich an dieser Führung. Er taucht an der definierten Stelle in die Holzplatte ein und fährt die einprogrammierte Kontur ab. Das Ergebnis ist ein Flachmaterial mit beliebig geformter Außenkante.
Freiform-Fräsen arbeiten meistens mit einem Roboterarm. Das weiche Holzmaterial und die relativ großen Toleranzen machen den Einsatz dieser für die Metallbearbeitung meistens nicht genügend steifen Koordinatenführung möglich. Der Fräskopf befindet sich in einer Spindel an der Spitze des Roboterarms. Die CNC-Programmierung macht auch bei der komplexen 3-D-Bearbeitung des Werkstücks eine wiederholgenau präzise Serienfertigung durchführbar.
Varianten des CNC-Fräsen in der Holzbearbeitung
Kantenbearbeitung
Die einfachste Form des Fräsens ist die Kantenbearbeitung. Dabei wird eine Holzplatte, ein Brett oder eine Latte an einem stehenden Fräskopf vorbeigeführt. Der Fräskopf ist austauschbar. Seine Geometrie gibt die Form vor, in welcher die Kante ausgearbeitet wird.
CNC-Planfräsen
Das CNC-Planfräsen ist ein alternatives Bearbeitungsverfahren zum Abrichten. Der Fräser fährt dabei in überlappenden Bahnen über die gesamte Oberfläche des Werkstücks. Anschließend wird das Werkstück umgedreht und der Vorgang wiederholt. So formt man einen gesägten Rohling in ein Formstück mit einer definierten Stärke um.
Konturfräsen
Konturfräsen für Platten haben eine 2D-Koordinatenführung. Der Fräskopf befindet sich an dieser Führung. Er taucht an der definierten Stelle in die Holzplatte ein und fährt die einprogrammierte Kontur ab. Das Ergebnis ist ein Flachmaterial mit beliebig geformter Außenkante.
Freiformfräsen
Freiform-Fräsen arbeiten meistens mit einem Roboterarm. Das weiche Holzmaterial und die relativ großen Toleranzen machen den Einsatz dieser für die Metallbearbeitung meistens nicht genügend steifen Koordinatenführung möglich. Der Fräskopf befindet sich in einer Spindel an der Spitze des Roboterarms. Die CNC-Programmierung macht auch bei der komplexen 3-D-Bearbeitung des Werkstücks eine wiederholgenau präzise Serienfertigung durchführbar.
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Welche Werkstoffe werden beim CNC-Holzfräsen verwendet
Werkstoffe für das CNC-Holzfräsen sind alle weichen, zerspanbaren Materialien. Neben den diversen Zellstoffen, Hölzern und Holz-Verbundwerkstoffen zählen auch Kunststoffe wie CFK oder GFK zu den auf Holzfräsen zerspanbaren Materialien. Metalle sind auf diesen Maschinen aber nicht sinnvoll umformbar. Der Verschleiß an Werkzeugen und der Mechanik ist bei dieser Beanspruchung zu groß. Umgekehrt lassen sich Holzwerkstoffe aber problemlos auf Metallfräsen bearbeiten.
- Hartholz (bspw. Eiche, Buche)
- Weichholz (bspw. Kiefer, Fichte, Lärche)
- Spanplatte
- Sperrholz
- Multiplex
- MDF
Anwendungsfelder von CNC Holzfräsen
CNC Holzfräsen dienen zur Formgebung von Kanten, Platten oder Blöcken aus zerspanbarem Material.
Innen- und Außenkonturen fräsen
Das Ausfräsen von Innen- und Außenkonturen geschieht auf 2D-Fräsen. Sie sind günstiger und präziser als 3D-Fräsen.
Nesting
Das Nesting ist das Ausarbeiten von kompletten Bauteilen aus einem Platten-Halbzeug heraus. Die 2D-CNC-Fräsen dient hierzu als besonders effizientes Werkzeug. Vor dem Nesting wurden die Platten über mehrere Arbeitsschritte zum gewünschten Bauteil umgearbeitet. Mit dem Nesting-Verfahren alle Bauteile mit sämtlichen Konturen, Bohrungen und Aussparungen in einem Arbeitsgang hergestellt.
Bohren
Das Bohren ist das Setzen von Sack-, Lang- und Durchgangslöchern in einem Werkstück.
Freiform-Fräsen
Das Freiformfräsen ist die 3-D-Bearbeitung eines Blocks mit beliebigen Konturen.
Branchen CNC-Fräsen
CNC-Fräsen haben sich industriell etabliert. Sie erfordern nur geringe handwerkliche Kenntnisse. Ihre Programmierung lässt sich schnell erlernen. In der Einzelfertigung versprechen sie schnelle und präzise Ergebnisse. Ihre größte ist die Serienfertigung. Eine CNC-Fräse kann beliebig hohe Stückzahlen an gleichen Werkstücken herstellen.
Folgende Branchen arbeiten erfolgreich mit CNC-Fräsen:
- Professionelle Schreiner und Tischler
- Möbel-, Fenster-, Türen- und Holzbauteile-Hersteller
- Caravan und Wohnmobile
- Bootsbau
- Modellbau und Formenbau
Welche Werkstücke lassen sich aus Holz mit einer CNC-Fräse fertigen?
Bei den herstellbaren Werkstücken kommt es darauf an, ob es sich um Flach- oder Blockmaterial handelt. Flachmaterialien werden auf 2-D-CNC-Fräsen bearbeitet. Zur Bearbeitung von Blockmaterial kommt die 3-D CNC-Fräse zum Einsatz.
- Möbelfronten
- Korpusteile
- 3D Holzmodelle
- Arbeitsplatten
- Buchstaben
- Holzfrästeile, Bohrteile
- Holzgravuren
- Holzhaustüren
- Holzmodelle
- Holzspielzeug
- Möbel: Schränke…
- Treppenstufen, Treppen
- Fenster
- Zäune
Anforderungen: Achsen bestimmen die Komplexität eines Werkstückes
Eine 2-D-Fräse dient zwar zum Bearbeiten von Plattenwerkstoffen. Dennoch kann sie im gewissen Umfang auch in der Tiefe arbeiten. Das wird beispielsweise notwendig, wenn Sacklöcher gebohrt werden müssen. Eine 3-D Fräse mit Roboterarm kann hingegen bis zu 5 Achsen bedienen. Damit sind präzise Ausformungen in jeder Richtung, Präzision und Komplexität möglich.
Werkzeugwechsler
Der Werkzeugwechsler erhöht die Effizienz und Kapazität einer CNC-Fräse erheblich. Diese Einrichtung dient dazu, dem Fräskopf zum richtigen Moment das passende Werkzeug zur Verfügung zu stellen. Der Austausch des Werkzeugs geschieht mit dem Wechsler automatisch und wird mit der CNC-Steuerung einprogrammiert. Folgende Typen sind für den Werkzeugwechsler in Gebrauch:
- Pick Up Wechsler für wenige Werkzeuge
- Tellerwechsler für eine mittlere Anzahl von Werkzeugen
- Kettenwechsler für viele Fräswerkzeuge.
Maschinentische
Die Effizienz einer CNC-Fräse hängt auch vom verwendeten Maschinentisch ab. Welcher Typ dazu infrage kommt, ist auch von den wirkenden Kräften abhängig. So kann ein Vakuumtisch nicht die notwendige Haltekraft aufbringen, um einen Holzblock mit schmaler Auflagefläche für die 3-D-Bearbeitung zu fixieren. Dazu sind Spanntische erforderlich. In der Holzbearbeitung haben sich deshalb folgende Typen von Maschinentischen durchgesetzt:
- Konsolentisch
- Rastertisch bzw. Matrixtisch
- Glatttisch-Systeme
Konsolentische dienen zur Plattenbearbeitung im Handwerk. Sie arbeiten in der Regel mit Vakuumsaugern, die auf verschiebbare Konsolen montiert sind.
Rastertische und Matrixtische arbeiten nach einem ähnlichen System. Durch das Einsetzen einer Moosgummischnur wird der Vakuumbereich gegen das Werkstück abgedichtet. Dieser Typ von Maschinentischen wird vorwiegend in der Industrie eingesetzt.
Glatttisch-Systeme werden für die 2D und die 3-D-Bearbeitung eingesetzt. Sie arbeiten mit vorwiegend mit Spannmitteln.
Vorteile: Holz fräsen mit der CNC Fräse
Die Holzbearbeitung mit der CNC-Fräse hat folgende Vorteile zu bieten:
- Wiederholgenaue, präzise Bearbeitung bei geringem Personaleinsatz
- hoher Automatisierungsgrad
- schnelle Bearbeitung
- hohe Arbeitssicherheit.
Einmal programmiert, führt die CNC Fräse immer wieder die gleichen Bewegungsabläufe aus. Wenn die Bestückung und Entnahme ebenfalls automatisiert sind, arbeitet die CNC-Fräse autonom. Die Bewegungsabläufe sind immer optimal. Dadurch wird keine Zeit verschwendet. Durch den Abstand zwischen Fräskopf und Maschinenbediener besteht keine Gefahr von Verletzungen. Das macht die Arbeit mit der CNC Fräse sehr sicher.
Je nach Typ und Ausstattung kann in eine CNC-Fräse auch eine Reinigungsstation und eine Qualitätskontrolle in Form eines 3D-Koordinatenmesssystems integriert werden. Das senkt zusätzlich den Ausschuss.
Welche Maschinen werden für das CNC-Holzfräsen eingesetzt?
Folgende Typen von CNC Holzfräsen haben sich besonders gut bewährt:
- CNC-Bearbeitungszentren
- CNC-Portalfräsen
- Ein- und Zweiständer-Bettfräsmaschinen
Weitere Fräsmaschinen in der Holzbearbeitung sind die Tischfräsmaschine, Unterflurfräse, stationäre Oberfräse, Handfräsmaschinen oder Kantenfräse.
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