CNC-Drehen und CNC-Fräsen sind die beiden grundlegenden Bearbeitungsverfahren. Sie ergänzen sich, sind jedoch nicht austauschbar – jedes Verfahren eignet sich für eine bestimmte Art von Geometrie, und die Wahl des falschen Verfahrens verursacht zusätzliche Kosten und beeinträchtigt die Qualität.
Entscheidend ist, was sich bewegt. In CNC-Drehen, dreht sich das Werkstück, während sich ein stationäres Einpunkt-Schneidwerkzeug linear entlang und quer dazu bewegt. Diese Geometrie mit rotierendem Werkstück erzeugt auf natürliche Weise zylindrische und konische Formen: Außendurchmesser, Bohrungen, Nuten, Verjüngungen, Gewinde und Stirnflächen. In CNC-Fräsen, wobei sich das Schneidwerkzeug dreht, während das Werkstück stillsteht (oder sich auf einem gesteuerten Tisch bewegt). Die Geometrie des rotierenden Werkzeugs eignet sich für ebene Flächen, Taschen, Nuten, konturierte Oberflächen und alle Merkmale, bei denen der Fräser aus mehreren Richtungen an das Werkstück herangeführt werden muss.
Viele Fertigungsteile erfordern beide Bearbeitungsschritte, weshalb Fräs-Dreh-Kombimaschinen – Drehmaschinen mit angetriebenen Frässpindeln, die beide Bearbeitungsschritte in einer einzigen Aufspannung ausführen können – in Präzisionswerkstätten immer häufiger zum Einsatz kommen. Dieser Leitfaden erläutert, wie die einzelnen Verfahren funktionieren, für welche Geometrien sie jeweils am besten geeignet sind, wie sie sich hinsichtlich Geschwindigkeit und Kosten vergleichen lassen und wie Sie entscheiden können, welches Verfahren für Ihr Bauteil das richtige ist. Beide sind über unser CNC-Bearbeitungsdienstleistungen.
So funktioniert das CNC-Drehen
Drehen an einer CNC-Drehmaschine. Das Werkstück wird in einem Spannfutter oder einer Spannzange an der Spindel eingespannt und mit einer programmierten Drehzahl gedreht. Ein oder mehrere Einpunkt-Schneidwerkzeuge sind in einem Revolver montiert und werden in X-Richtung (quer zur Achse) und Z-Richtung (entlang der Achse) bewegt, um Material vom rotierenden Werkstück abzutragen. Die erzeugte Geometrie ist von Natur aus symmetrisch zur Spindelachse: Jedes Merkmal, das als Rotationsfläche beschrieben werden kann, ist ein typisches Drehmerkmal.
Zu den Standard-Drehbearbeitungen gehören: Plandrehen (Herstellung einer ebenen, senkrecht zur Achse liegenden Stirnfläche), Außendrehen (Reduzieren des Außendurchmessers), Ausbohren (Vergrößern oder Schlichten einer Innenbohrung), das Nuten (das Einfräsen von umlaufenden Nuten für O-Ringe, Sprengringe oder zur Entlastung), das Abstechen (das Abtrennen des fertigen Teils vom Stangenmaterial) und das Einpunktgewindeschneiden (das Schneiden von Innen- oder Außengewinden durch Vorschieben des Werkzeugs um eine Gewindesteigung pro Spindelumdrehung).
CNC-Drehmaschinen führen diese Bearbeitungsschritte mit hohen Oberflächengeschwindigkeiten aus – die Schnittgeschwindigkeit wird durch die Spindeldrehzahl und den Werkstückdurchmesser bestimmt – und erzielen bei runden Werkstücken in der Regel hohe Zerspanungsraten. Die Rundlaufgenauigkeit zwischen den Merkmalen ist hervorragend, da alle Merkmale ohne erneute Einspannung um dieselbe Achse bearbeitet werden. Eine Welle mit Außendurchmesser, Bohrung und zwei Nuten wird in einem durchgehenden Arbeitsgang mit einer Konzentrizität im Submikrometerbereich zwischen den Merkmalen bearbeitet.
Antriebswerkzeuge erweitern die Drehmöglichkeiten. Eine CNC-Drehmaschine mit angetriebenen (rotierenden) Werkzeugen im Revolver kann Fräs- und Bohrvorgänge – Querbohrungen, Abflachungen, Keilnuten, außeraxiale Merkmale – ausführen, während sich das Werkstück noch im Spannfutter befindet. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, ein gedrehtes Werkstück für Nachbearbeitungen auf eine Fräsmaschine zu übertragen, was die Genauigkeit verbessert und den Handhabungsaufwand reduziert.
So funktioniert das CNC-Fräsen
Das Fräsen erfolgt auf einem CNC-Bearbeitungszentrum (VMC – vertikales Bearbeitungszentrum – oder HMC – horizontales Bearbeitungszentrum). Das Werkstück wird auf einem Tisch eingespannt, und ein rotierender Mehrzahnfräser entfernt Material, während die Maschine das Werkzeug gleichzeitig entlang der programmierten Bahn in X-, Y- und Z-Richtung bewegt. Die erzeugte Geometrie ist prismatisch: Jede Oberfläche, die von einem rotierenden Fräser erreicht werden kann, der von oben (VMC) oder von der Seite (HMC) herangeht, ist ein natürliches Fräsmerkmal.
Zu den Standardfräsvorgängen gehören: Planfräsen (Erzeugen einer ebenen Fläche), Taschenfräsen (Herstellen einer geschlossenen Aussparung), Nutfräsen, Profilfräsen (Herstellung einer Außenkontur), Bohren (axiale Bohrungen), Reiben und Ausbohren (Präzisionsbearbeitung von Bohrungen) sowie Gewindefräsen (Herstellung von Innengewinden durch spiralförmige Interpolation – weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zum Thema „Gewindeschneiden vs. Gewindefräsen“).
Das dreiachsige Fräsen deckt den Großteil der prismatischen Werkstücke ab. Beim vierachsigen Fräsen kommt eine Drehbewegung um eine der linearen Achsen hinzu, wodurch der Fräser auch an Stellen an den Seiten des Werkstücks gelangen kann, ohne dass eine neue Aufspannung erforderlich ist. fünfachsig Beim Fräsen kommt eine zweite Drehbewegung hinzu; dieses Verfahren wird für komplex konturierte Oberflächen – Turbinenschaufeln, Laufräder, Formhohlräume und Hinterschneidungen – eingesetzt, die mit einem dreiachsigen Fräser ohne mehrfache Umrüstung nicht erreicht werden können.
Die Oberflächengüte beim Fräsen hängt von der Fräsergeometrie, dem Vorschub und der Schnitttiefe ab. Schlichtdurchgänge mit kleinen Schrittweiten ergeben glatte Oberflächen; Schruppdurchgänge mit großen Schrittweiten sind schnell, hinterlassen jedoch Werkzeugspuren auf der Oberfläche. Bei Bohrungen mit engen Toleranzen und Präzisionspassungen ist ein abschließender Bohr- oder Reibvorgang nach dem Fräsen gängige Praxis.
CNC-Drehen vs. CNC-Fräsen: Ein direkter Vergleich
| Faktor | CNC-Drehen | CNC-Fräsen |
| Was dreht sich | Werkstück | Schneidwerkzeug |
| Optimale Geometrie | Rund, symmetrisch, konzentrisch | Prismatisch, mit Vertiefungen, konturiert, 3D |
| Typische Bauteile | Wellen, Stifte, Buchsen, Rollen, Befestigungselemente | Halterungen, Gehäuse, Verteiler, Formen, Platten |
| Achsen | 2-Achsen-Standard; 4-Achsen mit C-Achse und angetriebenem Werkzeug | 3-Achsen-Standard; 4- und 5-Achsen für komplexe Geometrie |
| Gewindeschneiden | Einpunkt-Gewindeschneiden am Außen- oder Innendurchmesser | Gewindefräsen mittels spiralförmiger Interpolation |
| Oberflächenbeschaffenheit | Hervorragend geeignet für zylindrische Oberflächen | Hervorragend geeignet für ebene Flächen; Spuren beim Überfahren von Konturen |
| Rundlaufgenauigkeit | Von Natur aus hervorragend (alle Merkmale auf derselben Achse) | Erfordert eine sorgfältige Aufspannung für konzentrische Merkmale |
| Typische Charge | Einmalige Einrichtung für die meisten gedrehten Merkmale | Bei komplexen Teilen sind unter Umständen mehrere Einrichtungsvorgänge erforderlich. |
Die Wahl zwischen Drehen und Fräsen: Ein Entscheidungsrahmen
Die Geometrie des Werkstücks macht die Entscheidung fast immer einfach. Fragen Sie sich, ob die charakteristischen Merkmale des Werkstücks als Rotationsflächen beschrieben werden können – zylindrische Flächen, Konen, Bohrungen, Nuten, Stirnflächen. Wenn ja, ist das Drehen das primäre Verfahren. Sind die charakteristischen Merkmale hingegen ebene Flächen, Taschen, schräge Flächen oder Merkmale, die relativ zu einer zentralen Bohrung außeraxial ausgerichtet sind, ist das Fräsen das primäre Verfahren.
Bei einer Welle mit Keilnut und Querbohrungen lautet die Lösung: zunächst eine Drehbearbeitung für die Wellengeometrie, gefolgt entweder von einer Fräsbearbeitung für die Keilnut und die Bohrungen oder einer Drehbearbeitung mit angetriebenem Werkzeug, bei der alle Merkmale in einer Aufspannung gefertigt werden. Die Option mit einer einzigen Aufspannung wird aus Gründen der Genauigkeit bevorzugt: Das Umspannen eines gedrehten Teils auf eine Fräsmaschine führt zu Aufspannfehlern und verlängert die Handhabungszeit. Wenn die Rundlaufgenauigkeit zwischen dem gedrehten Außendurchmesser und den gefrästen Merkmalen entscheidend ist – beispielsweise bei einer Exzenterwelle, bei der die versetzte Position der gefrästen Merkmale relativ zum gedrehten Außendurchmesser präzise ausgerichtet werden muss –, ist eine Fräs-Dreh-Kombimaschine das richtige Werkzeug.
Bei einer Halterung mit einem Muster aus Durchgangslöchern, Befestigungsflächen und einer versenkten Tasche ist das Fräsen eindeutig das Hauptverfahren. Wenn diese Halterung zudem eine präzisionsgedrehte Bohrung als Lagersitz erfordert, ist ein Bohrkopf oder ein Schlichtdurchgang mit einer Bohrstange auf der Fräsmaschine der Standardansatz – und nicht ein separater Drehvorgang, der eine zusätzliche Aufspannung erfordern würde.
Fräs-Drehen: Kombination beider Bearbeitungsvorgänge
Dreh-Fräs-Kombimaschinen – auch Multitasking-Maschinen oder Dreh-Fräszentren genannt – vereinen eine CNC-Drehspindel mit einer vollwertigen Frässpindel und häufig einer zweiten Spindel (Nebenspindel) für Bearbeitungen an der Rückseite. In einer einzigen Aufspannung kann ein Werkstück gedreht, gefräst, gebohrt, aufgebohrt, mit Gewinden versehen und profiliert werden, ohne dass es zwischen den Maschinen umgespannt werden muss. Dank der Subspindel-Funktion kann das Werkstück nach Abschluss der Vorderseitenbearbeitung von der zweiten Spindel übernommen werden, sodass alle Rückseitenmerkmale ohne erneutes Einspannen bearbeitet werden können.
Die Fräs-Dreh-Bearbeitung ist besonders vorteilhaft für Teile, die im Wesentlichen rund sind, aber erhebliche außeraxiale Merkmale aufweisen: Flanschverbinder, Exzenterwellen, Ventilkörper, Pumpenkomponenten und komplexe Fittings. Der Vorteil der einmaligen Aufspannung verbessert sowohl die Genauigkeit (keine Fehler durch erneutes Einspannen) als auch den Durchsatz (kein Transport von Maschine zu Maschine). Fräs-Dreh-Zentren verursachen höhere Investitionskosten als eigenständige Dreh- oder Fräsmaschinen, was sich in den Stundensätzen widerspiegelt; die durch die einmalige Aufspannung erzielte Genauigkeit und der reduzierte Handhabungsaufwand rechtfertigen jedoch bei komplexen Bauteilen oft den Aufpreis.
Kostentreiber: Wann ist ein bestimmter Prozess wirtschaftlicher?
Bei rein runden Teilen – wie einer Welle, einem Bolzen oder einer Buchse ohne außermittige Merkmale – ist das Drehen fast immer schneller und kostengünstiger als das Fräsen der entsprechenden Geometrie. Beim Drehen wird das Material mit einem einzigen Werkzeugdurchgang kontinuierlich über den gesamten Umfang abgetragen. Das Fräsen derselben Geometrie erfordert viele Werkzeugdurchgänge und eine deutlich längere Zykluszeit.
Bei prismatischen Bauteilen – Platten, Halterungen und Gehäusen mit ebenen Flächen und Aussparungen – ist das Fräsen eindeutig das richtige Verfahren, während der Versuch, prismatische Merkmale zu drehen, unpraktisch ist. Die Kosten hängen daher von der Komplexität der Programmierung, der Anzahl der Rüstvorgänge, den Anforderungen an die Spannvorrichtung und der Tiefe der Aussparungen im Verhältnis zur Fräserlänge ab.
Der Kostenaufschlag für das Fräs-Dreh-Verfahren im Vergleich zum reinen Drehen ist gerechtfertigt, wenn die Alternative darin besteht, zwei separate Maschinen einzurichten. Die Rüstzeit (Spannen, Antasten, Werkzeugwechsel) für einen separaten Fräsvorgang an einem gedrehten Werkstück kann einen Auftrag leicht um dreißig bis sechzig Minuten verlängern. Bei einem Werkstück mit nur einem oder zwei gefrästen Merkmalen lassen sich diese Kosten durch den Einsatz von angetriebenen Werkzeugen auf der Drehmaschine oder einer Fräs-Dreh-Kombimaschine vermeiden. Bei einem Werkstück mit umfangreicher, komplexer Fräsgeometrie ist ein spezielles Bearbeitungszentrum oft die wirtschaftlichere Wahl als eine Fräs-Dreh-Kombimaschine.
Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheit
Sowohl beim Drehen als auch beim Fräsen lassen sich mit den richtigen Werkzeugen und einer geeigneten Prozesssteuerung enge Toleranzen erzielen. Bei der Fertigbearbeitung liegen die Durchmesser und Bohrungen in der Regel im Bereich von plus/minus 0,005 bis 0,025 mm. Geschliffene Durchmesser auf einer CNC-Rundschleifmaschine können eine Toleranz von plus/minus 0,001 mm erreichen. Gefräste Abflachungen und Taschen weisen bei der Standard-Feinbearbeitung typischerweise eine Toleranz von plus/minus 0,025 bis 0,05 mm auf; beim Präzisionsbohren werden Toleranzen von plus/minus 0,005 bis 0,010 mm erreicht.
Die Oberflächengüte beim Drehen ist durch Vorschubspuren des Einpunktwerkzeugs gekennzeichnet – eng beieinanderliegende, spiralförmige Werkzeugspuren, die bereits bei geringer Vergrößerung sichtbar sind. Die Oberflächengüte beim Fräsen weist ein gezacktes Spitzenmuster auf, das durch den rotierenden Fräser entsteht, wobei die Spitzenhöhe proportional zum Schrittabstand und zum Fräserradius ist. Beide Verfahren können bei Schlichtbearbeitungen mit geeigneten Parametern eine Ra-Rauheit von 0,8 Mikrometer oder besser erreichen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Hauptunterschied zwischen CNC-Drehen und CNC-Fräsen?
Beim CNC-Drehen dreht sich das Werkstück gegen ein feststehendes Schneidwerkzeug – dadurch entstehen zylindrische und konzentrische Geometrien: Wellen, Bohrungen, Nuten und Gewinde. Beim CNC-Fräsen dreht sich das Schneidwerkzeug gegen ein feststehendes Werkstück – dabei entstehen prismatische und komplexe Geometrien: ebene Flächen, Taschen, Schlitze und konturierte Oberflächen. Der Unterschied besteht darin, welches Element sich dreht.
Was eignet sich besser für runde Teile?
Drehen – ganz eindeutig. Durch das Drehen des Werkstücks um eine einzige Achse entstehen kontinuierlich zylindrische Formen mit von Natur aus hervorragender Rundlaufgenauigkeit. Das Fräsen einer vergleichbaren runden Geometrie erfordert viele Werkzeugdurchgänge, ist langsamer und führt ohne sorgfältige Aufspannung zu Rundlauffehlern. Bei Wellen, Stiften, Buchsen und allen Teilen, deren Geometrie durch eine Rotationsfläche definiert ist, ist das Drehen das schnellere und präzisere Verfahren.
Kann eine Maschine sowohl Drehen als auch Fräsen?
Ja. Fräs-Dreh-Kombimaschinen und CNC-Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen vereinen beide Bearbeitungsvorgänge. Ein Fräs-Dreh-Zentrum kann in einer einzigen Aufspannung Außendurchmesser drehen, Bohrungen anbringen, Gewinde schneiden sowie Abflachungen, Taschen, Querbohrungen und Konturen fräsen. Dies verbessert die Genauigkeit, da Transferfehler vermieden werden, und reduziert die Handhabungszeit. Die Kosten pro Stunde für die Fräs-Dreh-Bearbeitung sind höher als bei einer reinen Drehmaschine, doch durch den Vorteil der einmaligen Aufspannung sind die Gesamtkosten für komplexe Teile oft geringer.
Ist das Fräsen teurer als das Drehen?
Bei Geometrien, die sich für das Drehen eignen – rund, konzentrisch, symmetrisch –, ist das Fräsen langsamer und daher teurer. Bei Geometrien, die sich für das Fräsen eignen – prismatisch, mit Taschen, in mehrere Richtungen verlaufend –, ist das Fräsen das richtige und wirtschaftlichste Verfahren, während das Drehen nicht in Frage kommt. Die Kosten richten sich stets nach der Übereinstimmung zwischen Geometrie und Verfahren: Das für die Geometrie ungeeignete Verfahren ist immer teurer als das richtige.
