CNC-Fräsen: Verfahren und Einsatzbereiche

Ein lokaler Lohnfertiger kalkuliert ein Aluminiumbauteil deutlich über Budget, weil die Losgröße für eine wirtschaftliche Rüstzeit schlicht zu klein ist. Wer nur diesen einen Anbieter kennt, übersieht eine zweite Option: dasselbe Bauteil CNC-gefräst aus Fernost zu beschaffen, mit denselben Toleranzen, aber anderer Kostenstruktur.

Kurz & knapp: CNC-Fräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, bei dem ein rotierendes Werkzeug Material von einem Werkstück abträgt, gesteuert über 3, 4 oder 5 Achsen. Es eignet sich für Metalle wie Aluminium und Edelstahl ebenso wie für technische Kunststoffe. Die Kosten hängen vor allem von Losgröße, Werkstoff und geforderter Toleranz ab, pauschale Preise pro Teil gibt es nicht.

Was ist CNC-Fräsen?

CNC-Fräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren, bei dem ein rotierendes Schneidwerkzeug Material von einem festgespannten oder computergesteuert bewegten Werkstück abträgt. CNC steht dabei für Computerized Numerical Control, also die computergestützte numerische Steuerung der Maschine anhand eines zuvor erstellten Programms. Anders als beim Drehen, bei dem sich das Werkstück selbst dreht, rotiert beim Fräsen das Werkzeug, während sich Werkstück oder Werkzeug entlang mehrerer Achsen bewegen.

Die Schneidkanten des Fräsers sind dabei nicht ständig im Eingriff, sondern berühren das Material bei jeder Umdrehung nur kurz, tragen einen Span ab und lösen sich wieder. Dieses unterbrochene Schneiden unterscheidet das Fräsen von kontinuierlich schneidenden Verfahren wie dem Drehen und beansprucht das Werkzeug entsprechend anders.

Wie unterscheiden sich 3-Achs-, 4-Achs- und 5-Achs-Fräsen?

Die Zahl der Achsen bestimmt, wie frei sich Werkzeug und Werkstück zueinander bewegen lassen, und damit, wie komplex eine Geometrie in einem Arbeitsgang gefertigt werden kann. Die folgende Einordnung orientiert sich an der Unterscheidung von martanmetall.de zwischen 3-Achs-, 4-Achs- und 5-Achs-Fräsen:

In unseren Sourcing-Projekten fragen Kunden häufig gezielt nach 5-Achs-Fräsen, obwohl ihr Bauteil auch mit 3 Achsen und zwei Aufspannungen fertigbar wäre. Der eigentliche Vorteil von 5-Achs-Fräsen liegt darin, dass ein Bauteil in einer einzigen Aufspannung fertig bearbeitet wird. Die Achsenzahl selbst spielt dabei eine untergeordnete Rolle. Jede zusätzliche Aufspannung ist eine neue Gelegenheit für Maßabweichungen, weniger Umspannungen bedeuten also tendenziell engere Toleranzen, unabhängig von der reinen Achsenzahl.

Welche Werkstoffe lassen sich CNC-fräsen?

CNC-Fräsen verarbeitet grundsätzlich Metalle und technische Kunststoffe, wobei sich Schnittgeschwindigkeit und Werkzeugverschleiß je Werkstoff deutlich unterscheiden, wie laserhub.com im Detail beschreibt:

Den Mechanismus dahinter erklärt pos.de in seiner Analyse zu CNC-Bearbeitungskosten: Edelstahl braucht wegen seiner geringeren Wärmeleitfähigkeit im Schnitt rund 12 statt 5 Euro Werkzeugkosten pro Maschinenstunde, verglichen mit Aluminium. Wer ein Bauteil auf niedrige Fertigungskosten auslegt, sollte deshalb die Werkstoffwahl nicht isoliert von der Bearbeitung betrachten, gerade bei der Wahl zwischen Aluminium und Edelstahl schlägt sich das direkt im Stückpreis nieder.

Welche Toleranzen sind beim CNC-Fräsen möglich?

Eine pauschale Toleranzangabe für CNC-Fräsen gibt es nicht, die erreichbare Genauigkeit hängt von Maschine, Werkstück, Werkstoff, Aufspannung und dem konkret gefertigten Merkmal ab. Als grobe Orientierung gilt eine Toleranz um ±0,05 mm als wirtschaftlicher Standard für die meisten Anwendungen, während Werte ab etwa ±0,005 mm bereits aufwendige Präzisionsbearbeitung erfordern, wie sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder bei medizinischen Geräten verlangt wird.

Für die Praxis zählt deshalb vor allem, welche Toleranz ein Bauteil tatsächlich braucht. Die theoretisch mögliche Genauigkeit tritt dabei in den Hintergrund. Allgemeintoleranzen nach ISO 2768 bieten dafür einen genormten Rahmen mit den Toleranzklassen fein, mittel und grob, an dem sich Einkäufer orientieren können, statt für jedes Maß eine Einzeltoleranz auszuhandeln.

Was kostet CNC-Fräsen?

Die Kosten für ein gefrästes Bauteil setzen sich aus Rüstkosten, Bearbeitungszeit, Material, Werkzeugverschleiß und gegebenenfalls Nachbearbeitung zusammen, wobei die Rüstkosten bei kleinen Losgrößen den größten Hebel darstellen, wie strobel-industry.de anhand konkreter Losgrößen zeigt:

In unseren Sourcing-Projekten ist genau dieser Rüstkosteneffekt der Grund, warum sich CNC-Fräsen aus Fernost erst ab einer gewissen Losgröße lohnt. Bei einem Einzelstück oder einer sehr kleinen Serie frisst die zusätzliche Transportzeit den Kostenvorteil häufig auf, bei mittleren bis größeren Serien kehrt sich das Verhältnis um. Wir prüfen deshalb für jede Anfrage konkret, ab welcher Stückzahl sich der Weg über einen Fernost-Partner tatsächlich rechnet, statt das pauschal zu versprechen.

Was muss ich als Einkäufer beim Beschaffen von CNC-Frästeilen beachten?

Eine belastbare Anfrage für CNC-Frästeile braucht mindestens eine bemaßte Zeichnung mit Toleranzangaben nach ISO 2768 oder Einzelmaß, die gewünschte Werkstoffbezeichnung, die geforderte Oberflächengüte und die geplante Losgröße. Fehlen diese Angaben, kalkuliert der Anbieter nach eigenem Ermessen, was Angebote verschiedener Lieferanten kaum vergleichbar macht.

Ebenso wichtig ist die Erfahrung des Fertigungspartners mit der jeweiligen Achsenzahl und dem geforderten Werkstoff. Ein Anbieter, der regelmäßig 5-Achs-Bauteile aus Edelstahl fertigt, liefert bei genau dieser Kombination erfahrungsgemäß gleichmäßigere Ergebnisse als ein Generalist. Eine strukturierte Lieferantenbewertung hilft, diese Erfahrung vor der ersten Serienbestellung einzuschätzen.

Bei der Entscheidung zwischen lokaler Lohnfertigung und Sourcing aus Fernost zählt außerdem mehr als der reine Stückpreis. Wer die Gesamtkostenbetrachtung (Total Cost of Ownership) einbezieht, sollte Transportzeit, Zollkosten und den höheren Abstimmungsaufwand über die Distanz ebenso einrechnen wie den niedrigeren Stückpreis.

Häufig gestellte Fragen zum CNC-Fräsen

Was bedeutet CNC?

CNC steht für Computerized Numerical Control, die computergestützte numerische Steuerung einer Werkzeugmaschine anhand eines zuvor programmierten Bearbeitungsablaufs.

Was kostet eine Stunde CNC-Fräsen?

Das lässt sich nicht pauschal beantworten, der Stundensatz hängt von Maschinentyp, Achsenzahl, Werkstoff und Fertigungsstandort ab. Maschinen mit mehr Achsen haben tendenziell einen höheren Stundensatz, benötigen dafür aber oft weniger Aufspannungen und Rüstzeit insgesamt.

Was ist der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen?

Beim Fräsen rotiert das Werkzeug, während sich das Werkstück meist nur linear oder in einer zusätzlichen Achse bewegt. Beim Drehen ist es umgekehrt: Das Werkstück rotiert, während das Werkzeug linear zugestellt wird. Fräsen eignet sich deshalb besser für eckige und komplexe Geometrien, Drehen für rotationssymmetrische Bauteile wie Wellen oder Bolzen.

Lohnt sich CNC-Fräsen aus Fernost bei kleinen Losgrößen?

Nicht immer. Bei sehr kleinen Stückzahlen gleicht der niedrigere Stückpreis die zusätzliche Transportzeit und die anteiligen Versandkosten oft nicht aus. Ab welcher Losgröße sich der Weg über einen Fernost-Partner rechnet, hängt vom Bauteil, dem Werkstoff und der benötigten Lieferzeit ab und sollte im Einzelfall geprüft werden.

Fazit: CNC-Fräsen lohnt sich mit der richtigen Spezifikation

CNC-Fräsen deckt ein breites Spektrum an Werkstoffen und Geometrien ab, liefert aber nur dann vergleichbare Angebote, wenn Toleranzen, Werkstoff, Oberflächengüte und Losgröße vorab feststehen. Ob sich dabei die lokale Lohnfertigung oder ein Fernost-Partner mehr lohnt, hängt am Ende von der konkreten Stückzahl im Einzelfall ab.

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