CNC-Fräsen und -Drehen: Wie sich durch die Kombination beider Verfahren Kosten und Durchlaufzeiten senken lassen

Kurze Antwort: Beim CNC-Drehen wird das Werkstück gegen ein feststehendes Schneidwerkzeug gedreht, um schnell runde Konturen herzustellen, während beim CNC-Fräsen das Werkstück stillgehalten und das Werkzeug gedreht wird, um Abflachungen, Nuten, Taschen und Bohrungen zu fräsen. Die meisten realen Bauteile erfordern beides. Die Bearbeitung auf einer einzigen Fräs-Dreh-Kombimaschine – anstatt das Werkstück zwischen zwei separaten Maschinen hin- und herzuschieben – erspart eine zweite Einrichtung, gewährleistet die Einhaltung Ihrer Toleranzen und verkürzt die Vorlaufzeit in der Regel um mehrere Tage. Diese Kombination ist der Grund, warum die meisten Präzisionswerkstätten das Fräsen und Drehen als eine integrierte Leistung und nicht als zwei separate Posten anbieten.

Ich erinnere mich noch gut an die erste Halterung, die ich verschickt habe und die auf der einen Seite eine gedrehte Erhebung und auf der anderen einen gefrästen Schlitz benötigte. Wir haben die Drehbearbeitung auf einer Drehmaschine durchgeführt, das Teil quer durch die Werkstatt getragen, es auf einer Fräsmaschine neu eingespannt und dabei die Rundlaufgenauigkeit zwischen den beiden Merkmalen um vier Tausendstel Zoll verloren. Das Teil fiel bei der Prüfung durch. Eine Fräs-Dreh-Kombimaschine hätte beide Merkmale in einer einzigen Aufspannung gewährleisten können. Diese Lektion ist der eigentliche Grund, warum es diesen Artikel gibt.

Drehen vs. Fräsen: Der wesentliche Unterschied

Bei der Aufteilung geht es darum, was sich bewegt. In Drehen, dreht sich das Werkstück, während das Werkzeug an Ort und Stelle bleibt. In Fräsen, wobei sich das Werkzeug dreht und das Werkstück an Ort und Stelle bleibt (oder sich entlang programmierter Achsen bewegt). Dieser eine Unterschied bestimmt alles andere – die Formen, die man herstellen kann, die Oberflächenqualität und die Kosten pro Werkstück.

Wenn Sie einen ausführlicheren Vergleich wünschen, gehen wir in unserem Leitfaden zu diesem Thema noch näher darauf ein: CNC-Drehen vs. CNC-Fräsen. Kurz gesagt: Sie sind keine Konkurrenten. Sie sind zwei Hälften desselben Jobs.

Warum wird “Fräsen und Drehen” als eine Phrase gesucht?

Menschen tippen Drehen und Fräsen oder CNC-Fräsen und -Drehen aus gutem Grund zusammen. Nur sehr wenige Funktionsteile sind rein rund oder rein prismatisch. Eine Hydraulikverschraubung wird außen gedreht, benötigt jedoch quer gebohrte Anschlüsse, die eingefreist werden müssen. Eine Motorwelle wird auf den erforderlichen Durchmesser gedreht, benötigt aber eine gefräste Passfedernut. Wenn Sie in einer Werkstatt nach “Fräsen und Drehen” fragen, stellen Sie damit eigentlich eine praktische Frage: Können Sie meinen gesamten Auftrag fertigstellen, ohne ihn an einen anderen Ort weiterleiten zu müssen?

Genau hier spielt die Fräs-Dreh-Bearbeitung ihre Stärken aus.

Was eine Fräs-Dreh-Kombimaschine eigentlich macht

Ein Fräs-Drehzentrum ist eine Drehmaschine mit einem angetriebenen Fräskopf und in der Regel einer zweiten Spindel. Das Werkstück dreht sich für die Drehbearbeitung, dann stoppt die Maschine die Spindel, indexiert das Werkstück auf einen exakten Winkel und treibt ein angetriebenes, rotierendes Werkzeug an, um Abflachungen zu fräsen, exzentrische Bohrungen zu bohren oder eine Keilnut zu schneiden – und das alles, ohne das Werkstück aus der Spannvorrichtung zu lösen.

Die Vorteile summieren sich schnell:

• Eine Einrichtung, ein Bezugspunkt. Jedes Merkmal wird relativ zu derselben Referenz gefräst, sodass Rundlauf- und Positionierfehler minimal bleiben.
• Kein Arbeitsaufwand für die Neuinstallation. Das Transportieren eines Teils zwischen Maschinen kostet Arbeitszeit, und genau in dieser Arbeitszeit liegen die Kosten und Fehlerquellen.
• Kürzere Vorlaufzeit. Weniger Rüstvorgänge bedeuten weniger Warteschritt zwischen den Maschinen.
• Bessere Wiederholbarkeit bei großen Stückzahlen. Sobald sich das Programm bewährt hat, sehen Teil 1 und Teil 5.000 identisch aus.

Für einen Anbieter von Präzisionsdrehteilen bedeutet dies den Unterschied zwischen einem Angebot für einen 3-Tage-Auftrag und einem für einen 7-Tage-Auftrag auf der Grundlage derselben Zeichnung.

Ein realistischer Vergleich von Kosten und Lieferzeiten

Im Folgenden finden Sie einen repräsentativen Vergleich für ein Teil mittlerer Komplexität – beispielsweise ein Aluminiumgehäuse mit Gewinde, gedrehtem Körper und vier gefrästen seitlichen Öffnungen – bei einer Stückzahl von 250. Die Zahlen dienen nur zur Veranschaulichung und variieren je nach Geometrie, Werkstoff und Fertigungsbetrieb, aber die Form Dieser Unterschied deckt sich mit dem, was wir vor Ort beobachten.

Die letzte Zeile ist die, die Einkäufer oft übersehen: Manchmal ist eine kleine Konstruktionsänderung die kostengünstigste Lösung. Wenn ein gefrästes Merkmal nur deshalb vorhanden ist, weil der ursprüngliche Konstrukteur es standardmäßig vorgesehen hat, kann ein kurzes Gespräch mit der Fertigung ein Teil, das zwei Arbeitsschritte erfordert, in ein Teil verwandeln, das nur einen Arbeitsschritt benötigt. Genau diese Art des „Design-for-Manufacturing“-Denkens senkt Ihren Stückpreis. Wir gehen näher darauf ein in Wie lassen sich die Kosten für die CNC-Bearbeitung senken?.

Wenn Sie dennoch zwei separate Rechner haben möchten

Fräs-Dreh-Kombinationen sind nicht immer die richtige Lösung. Spezialmaschinen haben folgende Vorteile:

• Die Stückzahlen sind sehr hoch und die Geometrie ist einfach. Ein einfacher, gedrehter Stift in einer Stückzahl von 100.000 lässt sich am kostengünstigsten auf einer schnellen, speziell dafür vorgesehenen Drehmaschine fertigen.
• Die Fräsarbeiten sind anspruchsvoll und erfolgen in 5 Achsen. Ein komplexes Laufrad gehört auf ein volles 5-Achsen-Bearbeitung Zentrum, keine Drehmaschine mit Fräskopf.
• Die gedrehten und gefrästen Bauteile weisen untereinander lockere Toleranzen auf. Wenn nichts konzentrisch sein muss, entfällt das Risiko einer Neufixierung, und die Kosten sind ausschlaggebend für die Entscheidung.

Ein guter Betrieb berät Sie, welcher Bearbeitungsweg für Ihre Zeichnung am besten geeignet ist, anstatt jeden Auftrag zwangsläufig auf einer einzigen Maschine ausführen zu wollen.

Werkstoffe: Wie sich Fräsen und Drehen unterscheiden

Die Wahl des Werkstoffs beeinflusst die Leistung der einzelnen Bearbeitungsprozesse. Leicht zerspanbares Messing und Aluminium lassen sich hervorragend drehen und sauber fräsen. Edelstahl und Titan lassen sich gut drehen, werden jedoch bei falschen Fräsvorschüben kaltverfestigt – und genau hier kommt es mehr auf einen erfahrenen Bediener an als auf die technischen Daten der Maschine.

So erteilen Sie einem Betrieb einen Auftrag für eine Dreh-Fräs-Bearbeitung

Um ein genaues und schnelles Angebot zu erhalten, geben Sie der Werkstatt bitte folgende Angaben:

1. A STEP-Datei sowie eine 2D-Zeichnung, in der die kritisch Maße – nicht alle Maße, sondern nur diejenigen, die für Passform und Funktion entscheidend sind.
2. Toleranzen nur dort, wo man sie braucht. Eine Toleranz von ±0,001 Zoll auf das gesamte Bauteil verdreifacht den Preis ohne triftigen Grund.
3. Material und Ausführung eindeutig angegeben, einschließlich etwaiger Eloxieren oder Galvanisieren.
4. Menge und Zieltermin, damit der Betrieb die richtige Maschinenstrategie wählen kann.

Diese vier Punkte umfassende Liste ist der wichtigste Hebel, den Sie sowohl bei den Kosten als auch bei der Vorlaufzeit in der Hand haben.

Häufig gestellte Fragen

Ist das CNC-Drehen kostengünstiger als das CNC-Fräsen? Bei runden Werkstücken trifft das zu – beim Drehen wird Material wesentlich schneller abgetragen als beim Fräsen, da sich das gesamte Werkstück mit hoher Oberflächengeschwindigkeit gegen das Werkzeug dreht. Ein isolierter Vergleich verfehlt jedoch den Kern der Sache. Der eigentliche Kostentreiber ist die Anzahl der Umrüstungen, die Ihr Werkstück erfordert. Ein Teil, das rund gedreht (90%) und gefräst (10%) wird, ist auf einer Dreh-Fräs-Kombimaschine am kostengünstigsten, da Sie nur für eine Rüstung statt für zwei bezahlen. Beurteilen Sie die Kosten anhand des fertigen Teils, nicht anhand des einzelnen Verfahrens.

Was ist der Unterschied zwischen einer Fräs-Dreh-Kombinationsmaschine und einer Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen? Sie überschneiden sich, und die Begriffe werden recht locker verwendet. Eine Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen kann einige rotierende Werkzeuge für leichte Fräs- und Querbohrarbeiten antreiben, während das Werkstück im Spannfutter eingespannt ist. Ein vollwertiges Fräs-Dreh-Zentrum geht noch einen Schritt weiter und verfügt in der Regel über eine Y-Achse, eine zweite Spindel für die Rückseitenbearbeitung sowie ausreichend Fräsleistung, sodass die Maschine fast wie eine Kombination aus Drehmaschine und Bearbeitungszentrum eingesetzt werden kann. Für komplexe Werkstücke, die in einer Aufspannung gefertigt werden sollen, ist das vollwertige Fräs-Dreh-Zentrum die richtige Wahl.

Kann eine Maschine wirklich die Toleranz sowohl bei gedrehten als auch bei gefrästen Bauteilen einhalten? Ja, und genau deshalb entscheiden sich Käufer dafür. Da das Werkstück das Spannfutter nie verlässt, werden alle gefrästen Bohrungen und Flächen auf denselben gedrehten Bezugspunkt bezogen. Konzentrizitäts- und Positionsabweichungen, die beim Umspannen auf einer zweiten Maschine auftreten können, treten hier schlichtweg nicht auf. Bei allen Anwendungen, bei denen ein gefrästes Merkmal konzentrisch zu einer gedrehten Bohrung bleiben muss, ist die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung der zuverlässige Weg.

Muss ich mein Bauteil speziell für die Fräs-Dreh-Bearbeitung konstruieren? Nicht gleich zu Beginn, aber eine kurze Konstruktionsprüfung zahlt sich aus. Senden Sie Ihr Modell frühzeitig an die Fertigung und fragen Sie, ob bestimmte Merkmale einen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordern. Kleine Änderungen – das Versetzen eines Anschlusses, das Lockern einer nicht kritischen Toleranz, das Hinzufügen einer Entlastung – können ein Teil, das zwei Arbeitsschritte erfordert, auf einen einzigen Arbeitsschritt reduzieren. Dieses eine Gespräch spart oft mehr Geld als jeder Materialwechsel.

Welche Konfiguration benötigt Ihr Teil also?

Fräsen und Drehen sind keine konkurrierenden Verfahren, zwischen denen man wählen muss – sie ergänzen sich. Durch Drehen lassen sich schnell und präzise runde Formteile herstellen; durch Fräsen lassen sich flache Flächen, Aussparungen und Bohrungen realisieren. Die strategische Entscheidung lautet nicht welches, aber Wie viele Konfigurationen? Was Ihr Werkstück benötigt und ob es mit einer einzigen Fräs-Dreh-Kombimaschine in einer Aufspannung fertiggestellt werden kann. Wenn Sie das richtig hinbekommen, punkten Sie in allen drei Bereichen, die für Käufer wichtig sind: engere Toleranzen, geringere Kosten und kürzere Lieferzeiten.

Über den Autor Patrick Chen – Anwendungsingenieur, XY Machining Patrick prüft bei XY Machining dünnwandige Konstruktionen für US-amerikanische Ingenieurteams und arbeitet mit der Fertigung zusammen an den Spannvorrichtungen und Werkzeugwegen, die dafür sorgen, dass empfindliche Teile innerhalb der Toleranzen bleiben. Um ein dünnwandiges Bauteil vor der Angebotserstellung einer Druckprüfung zu unterziehen, Senden Sie Ihr Modell an unser Team.