Das Konzept

So, nun aber zum Wichtigsten, dem mechanischen Aufbau. Hier ist eine hohe Steifigkeit für eine hohe Fräsgenauigkeit und Oberflächengüte unerlässlich. Und genau an dieser Stelle haben viele Maschinen von Mitbewerbern große Schwächen; es wurden schlicht und ergreifend Grundregeln der Konstruktion missachtet und der gesunde Menschenverstand ausgeschaltet. Hier einige Beispiele:

• Die Steifigkeit bei Biegebelastung wird durch das Flächenmoment 2. Ordnung bestimmt, d.h. umso mehr Fläche umso weiter von der Biegeachse entfernt angeordnet ist, desto steifer. Demnach können Linearführungen alleine keine steifen Verfahrachsen bilden; sie müssen immer durch weitere Profile unterstützt werden. Freie Rundführungen sind somit denkbar ungeeignet. Selbst die Längsmontage von Profilschienenführungen auf Nutprofilen aus Aluminium führt nicht zum gewünschten Ergebnis, da Nutprofile zur Nut konkav geformt sind und somit ein vollflächiger Kontakt nicht möglich ist. Zudem sind sie stranggepresst und dürfen laut Herstellerangabe bis zu einem Millimeter pro Meter gekrümmt sein.
  → Feingefräste Aluminiumplatten als Träger verwenden (Ebenheitsabweichung <0.2mm/m; bliebige Dicke)!

• Lasten sollten dort aufgenommen werden wo sie entstehen, d.h. bei vorwiegend horizontalen Fräskräften den Antrieb (nach Möglichkeit) in die gleiche Ebene legen. So werden Momentenbelastungen vermieden (reduziert).
  → Längsspindel oberhalb der Grundplatte platzieren!

• Als infinitesimales Getriebe bezeichnet man in der Technischen Mechanik Systeme, die erst durch Verformung die Reaktionsgrößen (z.B. Lagerkräfte) auf ein endliches Maß reduzieren. Bei Portalfräsmaschinen liegt ein solcher Fall oft bei einmotorigen Achsantrieben in der Längsachse vor. Ein exaktes Fräsen quer zu dieser Achse ist dadurch nicht möglich.
  → Zwei Längsspindeln verwenden!

• Der Aufbau aller Fräsmaschinen dieser Preisklasse basiert auf einem Rahmen aus Aluminiumprofilen. Damit man überhaupt ein Werkstück bearbeiten kann ist auf dem Rahmen auch eine Art "Frästisch" in Form von dünnen, flachen und labilen Aluminium(hohl)profilen befestigt. Ein ordentliches Spannen des Werstücks ist ausgeschlossen.
  → Feingefräste Aluminiumplatten als Frästisch verwenden!

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Dass Fräsmaschinen zu weich konstruiert sein können ist also einleuchtend. Nicht um sonst sind industrielle Maschinen aus Stahl, extrem schwer und nicht aus Aluminium oder sogar noch weicheren und noch leichteren Werkstoffen (Holz). Soweit, so gut. Soll die Maschine jedoch händelbar bleiben, z.B. "einfach" in den Keller transportiert werden können, so müssen Kompromisse eingegangen werden.

Aber kann man eine Fräsmaschine für die Hobby-/Heimanwendung auch — zumindest stellenweise — zu steif bauen? Ja, wenn einige wenige Bauteile überdimensioniert und gleichzeitig viele andere unterdimensioniert werden. Diese Gefahr lauert speziell beim Antrieb durch die Kugelumlaufspindel und bei der Größe der Profilschienenführungen. Auf die Gesamtsteifigkeit der Maschine, eine Reihenschaltung aller im Kraftfluss liegenden Bauteile, haben diese Komponenten nur eine geringe Auswirkung, da andere Baugruppen, wie z.B. das Portal, eine wesentlich geringere Steifigkeit aufweisen und somit steifigkeitsbestimmend sind. Die hier angesprochene Steifigkeit darf jedoch nicht mit dem möglichen Spiel in diesen Komponenten verwechselt werden! Antriebs- und Führungskomponenten müssen spielfrei sein, z.B. durch Vorspannung.