Ein Zahnradfräser ist eine Maschine, die Zähne an Außen- oder Innenstirnrädern und Stirnrädern mit einem Schneideinsatz schneidet, der mit Zähnen der gleichen Teilung und Form wie das fertige Zahnrad ausgestattet ist. Der Meißel bewegt sich vertikal in Bezug auf den Zahnradrohling hin und her und schneidet dadurch bei jedem Abwärtshub etwas Material ab. Sobald der Abwärtshub abgeschlossen ist, bewegt sich der Meißel vom Rohling weg und hebt für den nächsten Hub an. Am oberen Ende des Aufwärtshubs bewegt sich der Meißel zurück in seine Position und bewegt sich nach unten, um einen weiteren Schnitt auszuführen. Während dieses Vorgangs wird der Rohling gedreht, um das Schneiden von Zähnen um seinen gesamten Umfang zu erleichtern.
Bei der Herstellung von Stirn- und Schrägstirnrädern, Kettenrädern und Zahnstangen gibt es verschiedene technische Verfahren. Der Zahnradfräser ist eines der gebräuchlichsten dieser Bearbeitungsverfahren und kann sowohl Außen- als auch Innenverzahnungen aller Größen schneiden. Im Gegensatz zu Drehprozessen wie dem Wälzfräsen verwendet ein Zahnradfräser einen Schneideinsatz, der einem sich hin- und herbewegenden vertikalen Weg folgt, um die Zahnradzähne zu schneiden. Der Meißel ist mit zahnähnlichen Schneiden gleicher Steigung und Form wie das fertige Zahnrad ausgestattet und bewegt sich vertikal auf einem Hubkolben. Der Verzahnungsrohling dreht sich in der Maschine um die eigene Achse, bewegt sich aber beim Schneiden nicht in der Position.
Während der Schneidvorgänge positioniert der Zahnradfräser den Rohling und den Schneideinsatz auf die gleiche Weise wie fertige, kämmende Zahnräder achsparallel zueinander. Der Schneidzyklus beginnt mit dem Abwärtshub des Meißels gegen die Stirnseite des Umfangs des Rohlings mit dem resultierenden Abtrag einer nominalen Materialmenge. Am unteren Ende des Hubs wird der Meißel ein kurzes Stück vom Zahnradrohling wegbewegt und bis zum oberen Ende des Hubs angehoben. Dort fährt er wieder in die Schneidposition und senkt sich wieder ab, um den nächsten Schnitt zu machen. Während dieses Vorgangs dreht sich der Zahnradrohling, um die Schnittposition vorzurücken.
Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt, bis der gesamte Zahnradumfang geschnitten ist. Während des Schneidens wird der Meißel auch in Richtung des Zahnradrohlings vorgeschoben, wodurch die Schnitte fortschreitend vertieft werden, bis das Zahnrad fertiggestellt ist. Während des Schneidens wird ein konstanter Ölstrahl auf die Schneide gerichtet, der den Meißel schmiert und das Schneiden und Entfernen von Spänen oder Metallspänen erleichtert. Sehr große Zahnräder werden in der Regel vor der Endbearbeitung auf dem Zahnradfräser gekerbt oder grob geschnitten, um die Produktion zu beschleunigen. Die meisten Zahnradfräser werden von Computer-Numerical-Control-Systemen (CNC) angetrieben, die eine äußerst genaue und präzise Steuerung des Schneidprozesses ermöglichen.