What Is the Milling Manufacturing Process? Ein vollständiger Leitfaden für Anfänger & Profis

Wenn Sie sich jemals gefragt haben, wie Präzisionsteile – von Smartphone-Gehäusen bis hin zu Komponenten für die Luft- und Raumfahrt – ihre detaillierten Formen erhalten?, Die Antwort liegt oft im Fräsen. Aber Sie fragen sich vielleicht: Was genau ist der Fräsherstellungsprozess?, und wie funktioniert es für verschiedene Materialien?? Im Kern, Fräsen ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem rotierende Schneidwerkzeuge zum Einsatz kommen (sogenannte Schaftfräser) um Material von einem Werkstück zu entfernen, Erstellen benutzerdefinierter Formen, Löcher, Slots, oder Oberflächen. Im Gegensatz zum Bohren (was nur runde Löcher macht) oder drehen (der das Werkstück dreht), Beim Fräsen dreht sich das Werkzeug, während sich das Werkstück bewegt, wodurch komplexe Werkstücke entstehen, 2D- oder 3D-Merkmale mit engen Toleranzen (oft nur ±0,001 Zoll).

Egal, ob Sie ein Bastler sind, der eine Desktop-CNC-Fräse verwenden möchte, oder ein Hersteller, der die Produktion skaliert, In diesem Leitfaden finden Sie alles, was Sie wissen müssen: Von den Grundlagen des Fräsens bis hin zur Auswahl der richtigen Werkzeuge, häufige Fehler vermeiden, und Branchentrends verstehen. Am Ende, Sie verfügen über das nötige Wissen, um Fräsprojekte mit Zuversicht anzugehen.

Grundprinzipien des Mahlens: Wie es funktioniert

Bevor wir uns mit Techniken befassen, Es ist wichtig, die grundlegenden Mechanismen des Fräsens zu verstehen – denn kleine Missverständnisse können zu Materialverschwendung oder minderwertigen Teilen führen. Lassen Sie uns die Schlüsselkomponenten und den Prozessablauf aufschlüsseln:

Schlüsselkomponenten eines Frässystems

Jede Fräseinrichtung basiert auf vier Kernkomponenten, Jeder spielt eine Rolle bei der Präzision:

1. Fräsmaschine: Die Basiseinheit, die das Werkzeug und das Werkstück hält. Die Maschinen reichen von kleinen Tischmodellen (für Hobbys, kostet 500–5.000 US-Dollar) bis hin zu großen industriellen CNC-Fräsmaschinen (für die Massenproduktion, kostet 50.000–500.000 US-Dollar).
2. Schaftfräser: Das rotierende Schneidwerkzeug. Im Gegensatz zu Bohrern (die eine spitze Spitze zum axialen Schneiden haben), Schaftfräser haben Schneidkanten an den Seiten und oft auch an der Spitze, sodass sie in mehrere Richtungen schneiden können.
3. Werkstückhaltevorrichtung: Klemmen oder Schraubstöcke, die das Werkstück sichern. Eine schlechte Werkstückspannung führt zu Vibrationen, was die Präzision ruiniert; Industrieanlagen verwenden aus Stabilitätsgründen häufig Vakuumspannfutter oder kundenspezifische Vorrichtungen.
4. Kontrollsystem: Für Handmühlen, Das ist eine Handkurbel; für CNC-Fräsmaschinen, es ist ein Computerprogramm (G-Code) das die Werkzeugbewegung automatisiert. CNC-Steuerungen ermöglichen eine wiederholbare Produktion 100 identische Teile so einfach wie eins.

Der Mahlprozess in 5 Einfache Schritte

Während das CNC-Fräsen die Automatisierung erhöht, Der grundlegende Arbeitsablauf bleibt konsistent:

1. Bereiten Sie das Werkstück vor: Den Rohstoff schneiden (Metall, Plastik, Holz) auf eine ungefähre Größe (Es bleiben 1–5 mm Material zum Fräsen übrig) und reinigen Sie es, um Öl oder Schmutz zu entfernen.
2. Sichern Sie das Werkstück: Befestigen Sie es mit einem Schraubstock oder Spannfutter am Tisch der Mühle. Für empfindliche Teile (wie Plastik), Verwenden Sie weiche Backen, um Schäden zu vermeiden.
3. Richten Sie den Schaftfräser ein: Installieren Sie den richtigen Schaftfräser (Z.B., ein Flachfräser für Schlitze, ein Kugelfräser für gekrümmte Oberflächen) und richten Sie es am Anfangspunkt des Werkstücks aus („Nullstellen“ genannt).
4. Einstellungen programmieren oder anpassen: Für CNC, Laden Sie ein G-Code-Programm, das den Werkzeugweg definiert, Geschwindigkeit, und Futterrate. Für Handmühlen, Stellen Sie die Spindeldrehzahl ein (Drehzahl) und betätigen Sie den Tisch per Handkurbel, um das Werkstück zu bewegen.
5. Beginnen Sie mit dem Fräsen: Schalten Sie die Spindel ein, Starten Sie die Werkzeugdrehung, und beginnen Sie mit dem Materialabtrag. Machen Sie regelmäßig eine Pause, um den Werkzeugverschleiß oder die Beschädigung des Werkstücks zu prüfen.

Beispiel für reale Welt: Eine kleine Autoteilewerkstatt nutzt eine CNC-Fräse zur Herstellung von Aluminiumhalterungen. Ihr Prozess: sie schneiden 6061 Aluminium in 100x100mm große Blöcke, Befestigen Sie sie mit einem Vakuumspannfutter, Verwenden Sie einen 10-mm-Flachfräser, und führen Sie ein 15-minütiges G-Code-Programm aus. Das Ergebnis: 50 identische Brackets pro Stunde mit einer Toleranz von ±0,002 Zoll – weitaus präziser als manuelle Methoden.

Arten von Fräsherstellungsprozessen

Fräsen ist nicht gleich Fräsen – je nach Form des Teils werden unterschiedliche Techniken verwendet, Material, und Präzisionsbedürfnisse. Unten finden Sie die häufigsten Typen, mit Anwendungsfällen und wesentlichen Unterschieden:

1. Planfräsen vs. Umfangsfräsen

Dies sind die beiden Hauptkategorien, unterscheidet sich dadurch, wie der Schaftfräser mit dem Werkstück interagiert:

Fallstudie: Ein Hersteller medizinischer Geräte nutzt Planfräsen, um die Oberfläche von Titanimplantatbasen zu glätten (erfordert Ra 0.4 μm Finish) und Umfangsfräsen, um 2 mm breite Schlitze für Schrauben zu schneiden. By combining both techniques, they meet the strict FDA standards for implant precision.

2. CNC -Mahlen vs. Manuelles Fräsen

The choice between automated and manual milling depends on production volume and complexity:

• Manuelles Fräsen: Controlled by hand cranks—no computer required. Best for small batches (1–10 Teile) oder einfache Formen (Z.B., a single wooden bracket). Profis: Niedrige Kosten (entry-level machines under $2,000); leicht zu lernen. Nachteile: Langsam (1–2 parts per hour); weniger präzise (Toleranzen von ±0,01 Zoll); anfällig für menschliches Versagen.
• CNC -Fräsen: Automatisiert über G-Code. Am besten für große Chargen (100+ Teile) oder komplexe 3D-Formen (Z.B., Der Metallrahmen eines Smartphones). Profis: Schnell (20–100 Teile pro Stunde); hochpräzise (± 0,0005 Zoll); wiederholbar. Nachteile: Hohe Vorabkosten; erfordert G-Code-Kenntnisse.

Schlüsseldaten: Laut derEinblicke in die Fertigungstechnologie 2024 Bericht, 78% der Hersteller nutzen mittlerweile CNC-Fräsen für die Produktion – bis zu 55% im Jahr 2019 – aufgrund seiner Fähigkeit, die Arbeitskosten um zu senken 40% und Materialverschwendung durch 25%.

3. 2D vs. 3D Frening

Diese beziehen sich auf die Komplexität der Teilegeometrie:

• 2D Frening: Das Werkzeug bewegt sich nur in zwei Achsen (X und Y), Schneiden flacher Elemente wie Schlitze oder Löcher. Wird für einfache Teile verwendet (Z.B., a plastic spacer with two holes).
• 3D Frening: The tool moves in three axes (X, Y, Z), creating curved or contoured surfaces. Wird für komplexe Teile verwendet (Z.B., a turbine blade or a guitar neck).

Für die Spitze: For 3D milling, use a ball-end mill—the rounded tip creates smooth curves without sharp edges. A flat-end mill would leave “stepped” marks on curved surfaces.

Kritische Faktoren für erfolgreiches Mahlen

Even with the right equipment, milling can fail if you ignore key variables. Below are the four most important factors to master, mit umsetzbaren Tipps:

1. Auswahl des richtigen Schaftfräsers

The endmill is the “engine” of milling—pick the wrong one, and you’ll get poor cuts or broken tools. Consider three factors:

• Materialkompatibilität: Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS) endmills for wood or plastic (niedrige Kosten, leicht zu schärfen). For metal (Aluminium, Stahl, Titan), use carbide endmills—they’re harder and resist heat better. For super-hard materials (Titanlegierung), use cobalt carbide (adds 10–15% more wear resistance).
• Number of Flutes: Flutes are the grooves on the endmill that remove chips. Use 2-flute endmills for wood/plastic (Sie räumen Späne schneller ab, Verhinderung von Verstopfungen). Use 4–6 flute endmills for metal (more flutes mean smoother cuts, but they need slower feed rates to avoid overheating).
• Beschichtung: Coatings reduce friction and extend tool life. Für Aluminium, use an aluminum titanium nitride (Gold) coating—it resists heat up to 600°C. Für Stahl, use a titanium carbonitride (Ticn) coating—it’s harder and works well at lower speeds.

Beispiel: Ein Maschinenschlosser versuchte später, einen zweischneidigen HSS-Schaftfräser für Edelstahl zu verwenden 5 Minuten, Das Werkzeug überhitzte und verlor seine Schärfe. Der Wechsel zu einem 4-schneidigen Hartmetall-Schaftfräser mit TiCN-Beschichtung ermöglichte ihnen das Fräsen 50 Teile, bevor ein Werkzeugwechsel erforderlich ist.

2. Spindelgeschwindigkeit (Drehzahl) und Vorschubgeschwindigkeit

Geschwindigkeit (wie schnell sich der Schaftfräser dreht) und Futterrate (wie schnell sich das Werkstück bewegt) Schnittqualität und Standzeit bestimmen. Die Verwendung falscher Werte verursacht:

• Zu hohe Geschwindigkeit: Überhitzt den Schaftfräser, Dies führt zu Werkzeugverschleiß oder -schmelzen (für Plastik).
• Zu niedrige Geschwindigkeit: Hinterlässt raue Oberflächen und verlängert die Schnittzeit.
• Zu hohe Vorschubgeschwindigkeit: Zerbricht den Schaftfräser (especially for brittle materials like ceramic).
• Too Low Feed Rate: Causes “rubbing” (the endmill doesn’t cut, just scrapes the material), leading to heat buildup.

Formula for Spindle Speed: U/min = (Schnittgeschwindigkeit × 12) / (π × Endmill Diameter). Cutting speeds vary by material:

• Aluminium: 300–500 SFM (Oberflächenfüße pro Minute)
• Stahl: 100–200 SFM
• Titan: 50–100 SFM

Beispiel: For a 0.5-inch carbide endmill cutting aluminum (400 SFM): U/min = (400 × 12) / (3.14 × 0.5) ≈ 3,057 Drehzahl.

3. Werkstückhalterung

Poor workholding is the #1 cause of milling errors. Befolgen Sie diese Regeln:

• Secure Tightly: The workpiece should not move at all—even 0.001 inches of movement ruins precision. Use a vise with serrated jaws for metal, or a vacuum chuck for flat parts (like plastic sheets).
• Distribute Pressure Evenly: Für große Teile, use multiple clamps—too much pressure in one spot can warp the workpiece (especially for thin metals like 0.5mm aluminum).
• Avoid Blocking the Tool Path: Make sure clamps don’t get in the way of the endmill—this is a common mistake for beginners, leading to broken tools.

4. Kühlmittel und Schmierung

Kühlmittel reduziert Hitze und Reibung, extending tool life and improving surface finish. The type depends on the material:

• Metal Milling: Verwenden Sie wasserlösliches Kühlmittel (for aluminum/steel) or oil-based coolant (für Titan). Coolant can increase tool life by 50–100%, per the Journal of Materials Processing Technology.
• Wood/Plastic Milling: Use compressed air to blow away chips—coolant can warp wood or melt plastic.

Fallbeispiel: A furniture maker switched from dry milling to air cooling for oak wood parts. They reduced chip buildup by 80% and eliminated “burn marks” on the wood surface, improving product quality.

Häufige Fräsprobleme und wie man sie behebt

Even experts run into issues—here are the top 5 problems, ihre Ursachen, and step-by-step solutions:

1. Rough Surface Finish
   • Ursachen: Dull endmill, zu hohe Vorschubgeschwindigkeit, or vibration from loose workholding.
   • Fix: Ersetzen Sie den Schaftfräser; Vorschub um reduzieren 20%; re-tighten the workpiece or use a stiffer vise.
2. Bruch des Schaftfräsers
   • Ursachen: Zu hohe Vorschubgeschwindigkeit, zu niedrige Spindeldrehzahl, or tool collision with clamps.
   • Fix: Reduzieren Sie die Vorschubgeschwindigkeit um 30%; Erhöhen Sie die Drehzahl auf den empfohlenen Wert; Überprüfen Sie vor dem Start den Werkzeugweg auf Klemminterferenzen.
3. Werkstückverzug
   • Ursachen: Too much clamping pressure (für dünne Materialien) oder Hitzestau (für Kunststoff/Weichmetalle).
   • Fix: Verwenden Sie weiche Backen oder reduzieren Sie den Klemmdruck; switch to a coolant system to lower temperature.
4. Inaccurate Dimensions
   • Ursachen: Incorrect zeroing (tool not aligned with workpiece), worn endmill, or machine calibration issues.
   • Fix: Re-zero the tool using a touch probe; replace the endmill; calibrate the mill’s axes (follow the manufacturer’s guide).
5. Chip Clogging
   • Ursachen: 2-flute endmill (für Metall), low spindle speed, or insufficient coolant/air.
   • Fix: Switch to a 4-flute endmill; increase RPM; use compressed air or coolant to clear chips.

Die Perspektive von Yigu Technology auf die Fräsfertigung

Bei Yigu Technology, we’ve supported hundreds of manufacturers in optimizing their milling processes—from small workshops to large aerospace suppliers. Our biggest takeaway: milling success isn’t just about buying expensive CNC machines—it’s about matching the right tools, Einstellungen, and workflows to your specific part. Zum Beispiel, a client making plastic medical trays was struggling with warping; we recommended switching from a 2-flute HSS endmill to a 4-flute carbide endmill with air cooling, which reduced warping by 90%. We also see a growing trend toward “hybrid milling” (combining CNC with additive manufacturing) for complex parts—milling shapes that 3D printing can’t achieve, while using 3D printing for custom jigs that improve workholding. Für Anfänger, we advise starting small: invest in a mid-range benchtop CNC mill ($3,000–$10,000) and practice with aluminum (it’s forgiving and affordable) before moving to harder materials. Endlich, prioritize preventive maintenance—cleaning the mill’s table and lubricating axes weekly can extend machine life by 3–5 years.

FAQ: Häufige Fragen zur Fräsfertigung

1. Welche Materialien können gefräst werden??

Nearly any solid material: Metalle (Aluminium, Stahl, Titan, Messing), Kunststoff (ABS, PVC, Polycarbonat), Holz (oak, Ahorn, Sperrholz), Verbundwerkstoffe (Kohlefaser, Glasfaser), und sogar Keramik (with specialized carbide endmills).

2. Wie viel kostet eine Fräsmaschine??

Costs vary widely:

• Benchtop manual mill: $500- 2.000 Dollar (für Hobbys).
• Benchtop CNC mill: $3,000- $ 15.000 (für kleine Chargen).
• Industrial CNC mill: $50,000–$500,000+ (für die Massenproduktion).

3. Muss ich den G-Code für das CNC-Fräsen kennen??

For basic projects, no—many CNC mills come with software (Z.B., Fusion 360, VCarve) that lets you design parts and generate G-code automatically. Für komplexe Teile, learning basic G-code (Z.B., G00 for rapid movement, G01 for linear cutting) helps troubleshoot issues.

4. Was ist der Unterschied zwischen einer Fräse und einer Oberfräse??

Routers are smaller, use high speeds (10,000–30,000 RPM), and are best for soft materials (Holz, Plastik). Mills are larger, use lower speeds (1,000–10.000 U / min), and can cut hard materials (Metall, Verbundwerkstoffe) with higher precision.

5. Wie lange dauert es, Fräsen zu lernen??

Manual milling: 1–2 weeks to master basic cuts (Slots, Löcher). CNC -Fräsen: 1–2 months to learn design software and generate G-code for simple parts. Fortgeschrittene Fähigkeiten (3D Frening, hard material cutting) nehmen 6+ months of practice.