Ein kurzer Einblick in die CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control Machining) ist ein weit verbreitetes, vorprogrammiertes Fertigungsverfahren, das die Werksanlagen über die Techniken und Methoden informiert. Diese Art der Bearbeitung wird für eine Vielzahl komplexer Verfahren bevorzugt, die vom CNC-Schleifen über das Drehen bis hin zum CNC-Fräsen reichen. Tatsächlich ist das 3-dimensionale Schneiden mit der CNC-Bearbeitung mühelos möglich.

Das Beste von allem ist, dass CNC-Prozesse im Gegensatz zu manuellen Operationen funktionieren, bei denen menschliches Personal erforderlich ist, um Befehle über Räder, Hebel und Tasten zu senden. Für einen normalen Menschen mag diese computergesteuerte Bearbeitung wie ein normales Gerät erscheinen, aber die Software-Konsolen und Programme sind es, die sie für CNC-Zwecke geeignet machen.

Was ist CNC-Bearbeitung?

Ein CNC-System arbeitet mit binären Befehlen und grafischen Anweisungen, die an die entsprechenden Maschinen und Werkzeuge delegiert werden. Ähnlich wie Roboter arbeitet dieses System effizient an mehrdimensionalen Aufgaben und stellt so präzise und funktionale Produkte her.

Trotz Fehlern bei mehrdimensionalen Aufgaben bleibt das numerische System für den Codegenerator oft fehlerfrei - ein Verdienst der Platzierung des Kontrollsystems.

Die numerisch gesteuerten Maschinen verwenden Lochkarten, um Anweisungen zu erhalten, während CNC-Maschinen kleine Tastaturen zur Eingabe von Informationen benötigen. Die Daten werden auf der Speicherkarte gespeichert, während die Codes von den CNC-Programmierern eingegeben oder bearbeitet werden. Die Hersteller müssen dafür sorgen, dass eine umfangreiche Rechenkapazität vorhanden ist und die CNC-Programmierer Zugang zu allen Daten haben, um Änderungen entsprechend den Anforderungen vornehmen zu können. (Lynch, 2022)

Historischer Hintergrund der CNC-Bearbeitung

Die Erfindung der CNC-Maschinen ist tief in der Idee der NC-Maschinen (Numerical Control) verwurzelt. Im Jahr 1949 entwickelte John T. Parsons eine NC-Maschine, die direkt auf Lochkarten arbeitete, um bessere Bewegungen zu ermöglichen.

Die NC-Maschine von Parsons bildete die Grundlage für ein Forscherteam, das 1952 das Konzept der CNC-Bearbeitung vorstellte. Unter der Leitung von J.F. Reintjes entwarf dieses Team vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) den allerersten Prototyp einer CNC-Maschine. Später arbeiteten sie mit Richard Kregg zusammen, um die erste kommerzielle CNC-Maschine auf den Markt zu bringen. Unter dem Namen Cincinnati Milacron Hydrotel wurden sie zum ersten Hersteller von Maschinen mit numerischer Computersteuerung.

CNC-Maschinen wurden mit der Absicht entwickelt, komplexe Formen und präzise und wiederholbare Teile zu fertigen, ohne dabei hohe Kosten zu verursachen. Die Hersteller haben die Freiheit, jede komplexe Form zu entwickeln, die beim traditionellen Fräsen nicht möglich ist. In der Tat ist die Bearbeitung von nichtlinearen Kurven mit einer Genauigkeit von über 90% möglich.

Arten von CNC-Maschinen

Seit ihrer Erfindung im Jahr 1940 haben die computergesteuerten Maschinen einen langen Weg zurückgelegt. Durch den technologischen Fortschritt wurden analoge Steuerungen durch digitale Versionen ersetzt, was zu besserer Leistung, Effizienz und Massenproduktion führte.

Heute sind die meisten CNC-Maschinen automatisiert und haben ihre Perfektion bei zahlreichen elektronischen Vorgängen bewiesen, insbesondere beim Lochstanzen, Laserschneiden und Ultraschallschweißen. Die Hersteller müssen nur die richtige Art der CNC-Bearbeitung für ihre Produktionsanforderungen auswählen.

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CNC-Fräsen

Fräsmaschinen mit numerischer Steuerung sind in der Lage, numerische oder buchstabenbasierte Befehle zu lesen, um Teile auf mehreren Maschinen zu bearbeiten. Die übliche Sprache ist der G-Code oder vielleicht ein vom Fertigungsteam erstelltes spezielles Medium. Einfache CNC-Fräsen können problemlos dreidimensionale Bilder lesen, d. h. X, Y und Z, aber wenn die Produktion eine mehrdimensionale Maschine erfordert, gibt es einige fortschrittliche Fräsen auf dem Markt.

Drehbänke

Für runde Produkte könnte keine Maschine so effizient arbeiten wie CNC-Drehmaschinen mit wendbaren Werkzeugen. Sie haben sich bei der Arbeit mit komplexen Konstruktionen bewährt, bei denen hohe Geschwindigkeit und Präzision entscheidend sind. Ihr Steuerungssystem ähnelt jedoch dem von CNC-Fräsmaschinen, so dass die Hersteller jederzeit problemlos auf CNC-Drehmaschinen (von CNC-Fräsmaschinen) umsteigen können. CNC-Drehmaschinen arbeiten ebenfalls mit G-Codes oder einzigartigen proprietären Befehlen, allerdings auf 2 Achsen, d. h. X und Z.

Plasma-Schneider

Diese Schneidgeräte sind ideal für die Bearbeitung von Metallwerkstoffen, da ihre Plasmabrenner genügend Energie und Geschwindigkeit erzeugen, um die Metalle zu schneiden. Plasmaschneider werden als Kombination von elektrischen Lichtbögen und Druckluftgas bezeichnet und sind mit vielen schweren Aufgaben betraut.

Elektroerosionsmaschinen oder EDM

Elektrische Entladungsmaschinen ist auch als Funkenerosion und Senkerodieren bekannt. Beim Funkenerodieren werden elektrische Funken verwendet, um Rohmaterialien in die gewünschte Form zu bringen. Wenn zwei Elektroden zusammenstoßen und Strom erzeugen, wird das Material in die gewünschten Werkstücke zerteilt. Die Hersteller können den Abstand zwischen zwei Elektroden leicht vergrößern oder verkleinern, um das elektrische Feld zu verstärken bzw. zu schwächen.

Wasserstrahlschneider

Wie Erodiermaschinen und Plasmaschneider sind auch Wasserstrahlschneider für harte Schneidaufgaben zuständig - insbesondere für Metall und Granit. Der Unterschied liegt in ihrem Schneidmittel - wie der Name schon sagt, verwenden Wasserstrahlschneider Wasser als Schneidmittel, das dann entweder mit Sand oder einem anderen Abrasivstoff kombiniert wird, um eine bessere Leistung zu erzielen. Wasserstrahlschneider sind besonders wichtig für Materialien, die keine Hitze vertragen, insbesondere im Bergbau und in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Sie werden benötigt, um Materialien so zu bearbeiten und zu schneiden, dass sich ihre eigentlichen Eigenschaften nicht verändern.

Arten von CNC-Bearbeitungssystemen

Die CNC-Bearbeitung arbeitet mit der G-Code-Sprache, deren Hauptziel darin besteht, die Verhaltenssteuerung der entsprechenden Maschinen, wie Vorschub, Koordination und Geschwindigkeit, zu maximieren.

In der Praxis ist es recht einfach, die Position und die Geschwindigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen per Software in sich wiederholenden Zyklen vorzuprogrammieren, ohne dass ein Mensch eingreifen muss. Die Hersteller müssen lediglich 2D- oder 3D-CAD-Diagramme entwickeln und sie in Computercodes umwandeln, damit sie für die CNC-Systeme lesbar sind.

Diese Art der Bearbeitung ist vor allem für die Kunststoff- und Metallverarbeitung geeignet. Es geht nur darum, die richtige CNC-Programmierung auf der Grundlage der folgenden Details zu wählen:

Bearbeitungssystem mit offenem oder geschlossenem Kreislauf

Es ist sehr wichtig, die Positionskontrolle durch offene oder geschlossene Regelkreise zu gewährleisten. Bei offenen Regelkreisen fließen die Signale in eine Richtung, d. h. zwischen Motor und CNC-Steuerung, während es bei geschlossenen Regelkreisen recht einfach ist, Rückmeldungen aus jeder Richtung zu erhalten. Diese Effizienz macht es den Herstellern und dem Bearbeitungssystem leicht, so viele Fehler wie möglich zu minimieren - insbesondere bei der Positionierung und der Geschwindigkeit.

Die Werkzeuge verwenden Servo- oder Schrittmotoren, um die vom G-Code gesteuerten Bewegungen zu wiederholen. Für begrenzte CNC-Maschinenbewegungen mit minimaler Geschwindigkeit und Kraft sind Open-Loop-Systeme ideal, während Closed-Loop-Systeme für industrielle Zwecke gut geeignet sind. Systeme mit geschlossenem Regelkreis gewährleisten eine höhere Genauigkeit, Geschwindigkeit und Konsistenz, um schwere Aufgaben wie Metallarbeiten zu bewältigen.

Automatisierte CNC-Bearbeitung

Die aufkommende Technologie hat es möglich gemacht, die Produktion durch vorprogrammierte Software zu maximieren. Heutzutage müssen die Hersteller keine riesigen Arbeitskräfte mehr einstellen, um die Arbeiten durchzuführen. CNC-Protokolle ermöglichen es den Herstellern, die automatisierte Produktion durch CAD-Konstruktionen in Gang zu setzen. Die Abmessungen sind auf diesen Plänen, die mit CAD oder fortschrittlicher Software für computergestütztes Design eingegeben werden, klar angegeben. Die Pläne werden dann mit Hilfe von CAM- oder computergestützter Fertigungssoftware effizient in fertige Produkte umgewandelt.

Manchmal kann die Fertigung den Einsatz von Werkzeugmaschinen wie Fräsen oder Bohrern erforderlich machen, um die Qualität der Produkte nicht zu beeinträchtigen. Die Hersteller können entweder Geräte mit mehreren CNC-Bearbeitungsfunktionen einsetzen oder mehrere Maschinen zusammen mit Roboterhänden installieren, die die Arbeiten übernehmen. In diesem Fall wäre ein separates Programm erforderlich, um die Roboter anzuweisen, die Teile von einem Ort zum anderen zu transportieren.

Verschiedene CNC-Bearbeitungsverfahren

Je nach den Anforderungen der Industrie haben die CNC-Hersteller mehrere Verfahren entdeckt, bei denen die CNC-Bearbeitung anders und effizient funktioniert. Werfen wir einen Blick auf einige von ihnen:

CNC-Drehen

CNC-Drehmaschinen werden beim CNC-Drehen eingesetzt, um Kunststoffe und Metalle in die gewünschten Größen und Formen zu bringen. Diese Drehmaschinen haben sich bei der Herstellung robuster CNC-Drehteile bewährt, die hohe Präzision für Branchen wie Medizintechnik, Automobilbau, Elektronik, Luft- und Raumfahrt usw. versprechen.

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CNC-Fräsen

Beim CNC-Fräsen wird ein großer Metall- oder Kunststoffblock in kleine Teile mit unterschiedlichen Geometrien zerlegt. Dieses subtraktive Verfahren arbeitet mit 3-, 4- und 5-Achsen-Maschinen, um Teile mit einer Toleranz von 0,01 mm herzustellen. Die Hersteller müssen sich nur an eine Regel erinnern - je mehr Achsen, desto besser die Fähigkeit, Schnittwinkel und komplexe Teile zu erhalten. Vom Prototyping bis zu kundenspezifischen Produkten müssen sie die richtige CNC-Fräsmaschine für hochwertige und hochpräzise Produkte wählen.

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Drahtschneiden & EDM

Bei dieser Art des CNC-Schneidens werden Molybdän-, Kupfer- oder Graphitdrähte verwendet, um die gewünschten scharfen Ecken, Hinterschneidungen und sogar die Entfernung von Abfallmaterialien aus den Teilen zu erzielen. Erodierverfahren werden häufig für die schnelle Herstellung von Werkzeugen und Formen verwendet. Sie werden in die folgenden Kategorien unterteilt:

• Grobschnitt (First Pass): Der Rough Cut EDM ist bekannt für die Bearbeitung rauerer Oberflächen zur Erzielung spezifischer Designs und bietet eine Toleranz von 0,002 (+/-). Mit einer Genauigkeit von 90% im ersten Durchgang ist das Toleranzniveau ideal, um die Anforderungen an die Oberflächenbearbeitung zu erfüllen.
• Fertigstellungsschnitt (zweiter Durchgang): Um bessere Ergebnisse zu erzielen, wird der Schlichtschnitt als zweiter Schritt mit einer Toleranz von bis zu 0,0005 (+/-) durchgeführt. Die Oberflächengüte soll ebenfalls 72 µin betragen, wobei der Unterschied mit bloßem Auge nicht zu erkennen ist.
• Granulare Details (Dritter Durchgang): Diese Methode ist ideal, um feinste Oberflächen und empfindliche Drahtschnitte für empfindliche Anwendungen wie Teile für die Luft- und Raumfahrt und medizinische Geräte zu erzielen. Dieses 3-stufige Verfahren hilft den Herstellern, die Oberflächengüte auf 35 µin zu reduzieren, um außergewöhnliche Produkte herzustellen.

CNC-Schleifen

Für die Bearbeitung von flachen Oberflächen oder runden Werkstücken hat sich das CNC-Schleifen als die perfekte Wahl erwiesen. Außerdem beträgt die Toleranz für solche Produkte 0,005 mm (+/-), je nach Produktionsbedarf.

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Schweizer Zerspanung

Für komplexe oder dünne Teile müssen die Hersteller die Schweizer Bearbeitung wegen ihrer Zerspanungseffizienz wählen. Das Verfahren kann problemlos Material aus engen Räumen und in der Nähe des Halters schneiden, um Verformungen zu vermeiden.

Die Schweizer Zerspanung kann den gesamten Prozess vom Prototyping bis zur Serienfertigung für Kunststoff- und Metallwerkstoffe übernehmen. Die so entwickelten Produkte versprechen die gewünschte Funktionalität über einen längeren Zeitraum.

CNC-Fräsen

CNC-Fräsen kann weiche Materialien wie EVA, EPS-Schaum und sogar Holz sowie einige Metall- oder Kunststoffteile bearbeiten. Die Maschinen können Produkte mit engen Toleranzen und scharfen Kanten herstellen.

Multi-Achsen in der CNC-Bearbeitung

Die Industrialisierung hat die CNC-Bearbeitungstechniken, -methoden und -prozesse stark verändert. Die Anwendung der mehrachsigen CNC-Bearbeitung hat die Herstellung scharfer und komplexer Formen mit komplizierten Merkmalen und erstaunlicher Fertigungspräzision vereinfacht.

Dieses moderne Bearbeitungssystem, das als mehrachsige CNC-Bearbeitung bezeichnet wird, ermöglicht es den Herstellern, komplizierte Formen in einfachsten Schritten herzustellen.

Im Gegensatz zur traditionellen X-, Y- und Z-Achsen-Bearbeitung zeichnet sich dieses Mehrachsenkonzept dadurch aus, dass es mehr Achsen auf dem Werkstück oder dem Werkzeug platziert und so eine Bewegung in mehreren Achsen ermöglicht. Es ermöglicht den Herstellern moderne und elegante Konstruktionen, die mit einfachen Bearbeitungstechniken nicht möglich sind.

Man unterteilt die multiaxiale CNC-Bearbeitung in folgende Kategorien, die je nach Anwendung von Bedeutung sind:

3-Achsen-CNC-Bearbeitung

Die 3-Achsen-Bearbeitung ist ein typischer Prozess, der sich um drei Mechanismen dreht. Es beginnt mit dem Auf- und Abwärtsspindeln, gefolgt von einer seitlichen Bewegung und einer Hin- und Herbewegung.

Die 3-Achsen-Bearbeitung konzentriert sich auf drei X-, Y- und Z-Achsen, die nach klassischen Schneidprinzipien arbeiten, um gleichförmige Teile zu schneiden. Allerdings lassen sich schwer zugängliche Bereiche nicht bearbeiten, und die Maschinen müssen ein einziges Stück mehrfach bearbeiten, was letztendlich die Produktivität und Effizienz verringert.

4-Achsen-CNC-Bearbeitung

In Anbetracht der Einschränkungen bei der 3-Achsen-Bearbeitung kann die 4- und 5-Achsen-Bearbeitung ein guter Ersatz sein.

Die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung folgt zwar demselben Mechanismus, beinhaltet aber eine zusätzliche Achse, die die Arbeit etwas erleichtert. Bei der Arbeit bewegt sich die Spindel in drei Achsen - vor und zurück, von Seite zu Seite und auf und ab - und das alles, während das Werkstück stillsteht.

Bei der 4-Achs-Bearbeitung bewegt sich die Spindel entlang der A-Achse (oder X-Achse), um Situationen wie Ausschnitte oder Bohrungen zu bewältigen. Diese zusätzliche Achse erhöht auch die Genauigkeit und Effizienz der Produktion.

5-Achsen-CNC-Bearbeitung

Mit 2 zusätzlichen Achsen verspricht diese Version der 3-Achsen-CNC-Bearbeitung unglaubliche Leistungen und Zufriedenheit.

Beim 5-Achsen-Bearbeitungssystem arbeiten das Schneidwerkzeug und die Spindel in drei Achsen, während es weitere Rotationen auf der Z-Achse (auch C-Achse genannt), der Y-Achse (B-Achse) und der X-Achse (A-Achse) gibt. Das System kann je nach Bedarf zwei beliebige der Drehachsen nutzen.

Die 5-Achsen-Bearbeitung wird weiter unterteilt in folgende Bereiche:

3 + 2-Achsen CNC-Bearbeitung

Die 3+2-Achsen-Bearbeitung, die als Unterform der 5-Achsen-Bearbeitung bekannt ist, liegt zwischen der 5-Achsen- und der 3-Achsen-Bearbeitung, was sie zu einer äußerst effektiven und vorteilhaften Fertigungsmethode macht. Manchmal wird sie auch als positionelle 5-Achsen-Bearbeitung bezeichnet.

Das Beste an der 3+2-Achsen-Bearbeitung ist, dass sich die Position des Werkzeugs nicht mit der Drehung des Tisches oder der Spindel ändert. Das hat zur Folge, dass das Schneidewerkzeug nicht perfekt schneidet und hilft, komplizierte und unregelmäßige Formen zu erreichen.

4 + 1-Achsen CNC-Bearbeitung

Bei dieser 5-Achsen-Bearbeitungskonfiguration sind stationäre Achsen im Einsatz, d. h. eine Achse bearbeitet Substrate in einer festen Position. 4+1-Achse ist die einfachste Form der 5-Achsen-Bearbeitung, bei der eine Drehachse und drei Translationsachsen zum Einsatz kommen.

Erwähnenswert ist die Tatsache, dass die Hersteller den Oberflächenwinkel aufgrund der Stabilität der Bewegung nicht einfach bestimmen können. Diese oberflächenabhängige Bearbeitung verringert die Geschwindigkeit und Effizienz und ist daher bei zylindrischen Formen nur begrenzt einsetzbar.

Simultane 5-Achsen-CNC-Bearbeitung

Bei diesem oberflächenabhängigen Bearbeitungssystem wird das Schneidewerkzeug über dem Substrat platziert, wodurch sich das Schneidewerkzeug in 3 Hauptachsen bewegen kann. Andererseits dreht sich auch das Werkstück in 3 Rotationsachsen, so dass die Fräs- oder Schneidwerkzeuge auch schwer zugängliche Bereiche durchschneiden können.

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Materialien für die CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitungsindustrie hat sich zu einem der vielseitigsten Bereiche entwickelt, in dem Kreativität und Innovation zum Tragen kommen. Sie ermöglicht es den Herstellern, über 150 Kunststoff- und Metallarten zu bearbeiten, um den Anforderungen ihrer Kunden gerecht zu werden.

Materialien	Beschreibung
Kupfer	Kupfer hat eine außergewöhnliche elektrische und thermische Leitfähigkeit und ist zudem sehr plastisch. Es ist korrosionsbeständig, dehnbar und lässt sich leicht schweißen.
Aluminium	Aluminium ist aufgrund seines unglaublichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht ein dehnbares Metall. Die Hersteller können jede Art von Arbeit wählen.
Rostfreier Stahl	Aufgrund seines geringen Kohlenstoffgehalts ist rostfreier Stahl ein gutes Material für industrielle Anwendungen. Außerdem enthält er 10% Chrom.
Kunststoffe	Dank der Erschwinglichkeit, der schnelleren Bearbeitung und der großen Auswahl können CNC-Hersteller mit Kunststoffen eine große Vielfalt an Produkten herstellen.
Titan	Titan ist bekannt für seine Korrosionsbeständigkeit, seine Fähigkeit, extreme Temperaturen und chemische Reaktionen zu verkraften. Das Geheimnis liegt in seinem unglaublichen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht.
Messing	Messing wird vor allem wegen der geringen Reibung, des goldenen Aussehens von Messing und der elektrischen Leitfähigkeit verwendet.

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Warum CNC-Bearbeitung? Wichtigste Vorteile

Die CNC-Präzisionsbearbeitung mag etwas mehr kosten als herkömmliche Bearbeitungsmethoden. Langfristig gesehen sind die Vorteile, die das Verfahren bietet, die beträchtliche Investition jedoch auf jeden Fall wert.

Hohe Genauigkeit

Enge Toleranzen sind ein direkter Hinweis darauf, dass das durch Präzisionsbearbeitung hergestellte Endprodukt hochgenau sein wird. Präzisionsbearbeitungen werden in der Regel an Teilen durchgeführt, die mit anderen Teilen zusammenwirken müssen. Daher ist eine hohe Genauigkeit unerlässlich, damit diese spezifischen Teile später perfekt funktionieren.

Hohe Reproduzierbarkeit

Das Konzept der Wiederholbarkeit ist einer der wichtigsten Eckpfeiler der modernen Fertigung. Jedes in einem bestimmten Verfahren hergestellte Teil sieht für den Endverbraucher ähnlich aus wie andere Teile. Jede Abweichung von dieser Nachbildung wird in der Regel als Fehler angesehen. Die Präzisionsbearbeitung ist in dieser Hinsicht attraktiv. Mit Hilfe der hochpräzisen CNC-Bearbeitung ist es möglich, jedes Teil mit vernachlässigbaren Abweichungen identisch mit dem Original herzustellen.

Niedrige Produktionskosten

Da es bei der Präzisionsbearbeitung keine Abweichungen gibt, werden weniger fehlerhafte Teile produziert. Infolgedessen kann das Verfahren die Ausschussrate von Teilen erheblich reduzieren. Dadurch sind die Materialkosten niedrig. Darüber hinaus können durch automatisierte computergestützte Fertigungsverfahren die Arbeitskosten gesenkt werden. Die kombinierte Senkung der Arbeits- und Materialkosten bedeutet, dass die CNC-Bearbeitung in der Produktion kostengünstiger ist als jede Alternative.

Geschwindigkeit und Effizienz

Bei der Präzisionsbearbeitung kommen Hochgeschwindigkeitsroboter zum Einsatz, die Teile schneller herstellen können als die manuelle Fertigung auf einer herkömmlichen Drehmaschine. Darüber hinaus werden diese Teile mit hoher Genauigkeit und engen Toleranzen fertiggestellt, so dass eine Nachbearbeitung nicht erforderlich ist. Dies verkürzt die Produktionszeit und erhöht die Produktivität und Effizienz in der Werkstatt.

Komplexe Bearbeitungskapazitäten

CNC-Maschinen können komplexe Bearbeitungen wie 3D-Flächenfräsen, Wendelfräsen und simultane Mehrachsenbearbeitung durchführen. Sie können die Bewegung von Werkzeugen und Werkstücken nach vorher geschriebenen Programmen genau steuern und ermöglichen die Bearbeitung komplexer Formen und Strukturen.

Sicherheit

CNC-Maschinen ersetzen die menschliche Arbeitskraft durch computergesteuerte numerische Steuerungen und eliminieren den Risikofaktor menschlicher Fehler im Schneideprozess, wodurch die potenziellen Gefahren für die Arbeitnehmer bei der Verwendung der Maschine erheblich reduziert werden. Die Arbeitnehmer können auch in qualifikationsintensive Positionen wechseln, z. B. in die CNC-Konstruktion.

Verringerung menschlicher Fehler

Da der Betrieb von CNC-Werkzeugmaschinen von Computern gesteuert wird, ist der Einfluss menschlicher Faktoren auf die Qualität der Bearbeitung geringer. Menschliche Fehler, wie z. B. Ermüdung, inkonsistente Bedienung und Urteilsvermögen, führen häufig zu schlechten Bearbeitungsergebnissen. Der Einsatz einer CNC-Werkzeugmaschine verringert diese Fehler und verbessert die Konsistenz und Genauigkeit der Bearbeitung.

Hohe Flexibilität

CNC-Maschinen können durch Ändern von zuvor geschriebenen Programmen an unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen angepasst werden. Dank dieser Flexibilität können viele verschiedene Teile auf derselben Maschine bearbeitet werden, ohne dass umfangreiche Änderungen oder Anpassungen der Ausrüstung erforderlich sind.

Anwendungen der CNC-Bearbeitung

Welche Arten von Teilen können mit der weit verbreiteten CNC-Bearbeitung bearbeitet werden? Die wichtigsten Werkstücke lassen sich in fünf Kategorien einteilen: kastenförmige Teile, komplexe Oberflächen, unregelmäßig geformte Teile, Scheiben-/Hülsen-/Plattenteile und spezielle Bearbeitungsvorgänge.

1. Box-Typ Teile

Bei kastenförmigen Teilen handelt es sich im Allgemeinen um Bauteile mit mehreren Bohrungssystemen, inneren Hohlräumen und definierten Längen-/Breiten-/Höhenverhältnissen.

Diese Teile werden häufig in Werkzeugmaschinen, Automobilen, im Flugzeugbau und in anderen Industriezweigen verwendet. Sie erfordern eine mehrstufige Bearbeitung von Bohrungssystemen und Ebenen mit hohen Toleranzen, insbesondere mit strenger geometrischer Dimensionierung und Toleranz (GD&T).

Bei der Bearbeitung von mehreren Arbeitsstationen oder wenn der Bearbeitungstisch mehrmals gedreht werden muss, um den Winkel der Teile zu vervollständigen, werden in der Regel die horizontalen Bohr-/Fräs-Bearbeitungszentren gewählt.

Wenn weniger Stationen zu bearbeiten sind und die Spannweite nicht groß ist, kann ein vertikales Bearbeitungszentrum (VMC) für die Bearbeitung von einem Ende aus gewählt werden.

2. Komplexe Oberflächen

Komplexe Oberflächen nehmen im Maschinenbau, insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie, eine besonders wichtige Stellung ein.

Vor allem komplexe Oberflächen sind mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden nur schwer oder gar nicht zu erreichen. Die traditionelle Methode ist der Präzisionsguss, und man kann sich vorstellen, dass die Genauigkeit gering ist.

Häufige komplexe Oberflächenteile sind verschiedene Laufräder, Windturbinen, sphärische Oberflächen, gekrümmte Formen, Propeller und Triebwerke sowie einige andere Freiformflächen.

Schlüssel-Subtypen:

Nocken und Nockenmechanismen

Als grundlegende Elemente der mechanischen Informationsspeicherung und -übertragung sind Nocken und Nockenmechanismen in verschiedenen automatischen Maschinen weit verbreitet. Bei der Bearbeitung solcher Teile kann man sich je nach Komplexität für 3-Achsen-, 4-Achsen- oder 5-Achsen-Simultanbearbeitungszentren entscheiden.

Integrierte Laufräder

Teile wie integrierte Laufräder werden häufig in Kompressoren für Flugzeugtriebwerke, Expander für Sauerstofferzeugungsanlagen, Einschrauben-Luftkompressoren usw. verwendet. Die Bearbeitung solcher Profile kann nur mit einem vier- oder mehrachsigen Simultanbearbeitungszentrum durchgeführt werden. Für ein solches Profil können mehr als vier Achsen des Bearbeitungszentrums verwendet werden, um die Bearbeitung abzuschließen.

Schimmelpilze

Formen wie Spritzgussformen, Gummiformen, Vakuumschäumformen, Druckgussformen usw.

Sphärische Oberflächen

Sphärische Oberflächen können auf Bearbeitungszentren gefräst werden. Das 3-Achs-Fräsen beschränkt sich auf eine ineffiziente Annäherung mit Kugelkopffräsern, während das 5-Achs-Fräsen eine effiziente Hüllkurvenbearbeitung mit Flachfräsern ermöglicht, um sich dem Kugelprofil anzunähern.

Bei der Bearbeitung komplexer Oberflächen mit Bearbeitungszentren ist der Programmieraufwand groß und die meisten von ihnen benötigen eine automatische Programmiertechnik.

03. Unregelmäßig geformte Komponenten

Unregelmäßig geformte Bauteile sind Teile mit unregelmäßigen Formen, die meist eine Mischung aus Punkt-, Linien- und Flächenbearbeitung erfordern.

Diese Teile sind im Allgemeinen weniger steif. Sie lassen sich leicht verformen und sind beim Spannen schwer zu kontrollieren, und es ist schwierig, die Bearbeitungsgenauigkeit zu gewährleisten. Sogar in einigen speziellen Fällen ist die Bearbeitung von Teilen mit gewöhnlichen Werkzeugmaschinen schwer zu bewerkstelligen.

Bei der Bearbeitung von unregelmäßig geformten Bauteilen mit Bearbeitungszentren sollten sinnvolle Prozessmaßnahmen eingesetzt werden. Optimieren Sie zum Beispiel Prozesse mit Einzel-/Doppelaufspannungen auf Bearbeitungszentren, um deren hybride Mehrfachbearbeitungsmöglichkeiten zu nutzen.

04. Scheiben/Hülsen/Platten-Teile

Unter scheiben-, hülsen- und plattenförmigen Teilen versteht man Scheiben-/Hülsen- oder Wellenteile mit Passfedernuten, radialen Bohrungen oder stirnseitig verteilten Lochmustern und gekrümmten Oberflächen. Beispiele hierfür sind Wellenhülsen mit Flansch, Wellen mit Passfedernuten oder quadratischen Enden sowie Plattenteile, die eine umfangreiche Lochbearbeitung erfordern, wie z. B. verschiedene Motorabdeckungen. Scheibenteile mit stirnseitigen Lochmustern und gekrümmten Oberflächen werden für vertikale Bearbeitungszentren empfohlen, während Teile mit radialen Löchern auf horizontalen Bearbeitungszentren bearbeitet werden können.

05. Besondere Verarbeitung

Nach der Beherrschung der Funktionen von Bearbeitungszentren können die Bediener mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen und spezieller Werkzeuge spezielle Prozesse durchführen, wie z. B. das Gravieren von Text, Linien oder Mustern auf Metalloberflächen.

Durch die Ausstattung der Spindel des Bearbeitungszentrums mit einer Hochfrequenz-Erodierstromversorgung kann die Oberflächenabschreckung von Metalloberflächen mit Line-Scan durchgeführt werden.

Die Ausstattung des Bearbeitungszentrums mit einem Hochgeschwindigkeits-Schleifkopf ermöglicht das Schleifen von kleinmoduligen Evolventen-Kegelrädern sowie von verschiedenen Kurven und Flächen.

CNC-Bearbeitungsnormen und Toleranzen

Wenn es darum geht, Präzisionsbearbeitungsdienstleistungen zu erhalten, muss man die Bedeutung der CNC-Bearbeitungsnormen und ihrer Toleranzen kennen. Für lineare und winklige Messungen von Werkstücken gilt die ISO 2768-1, für die Oberflächenrauheit die ISO 2768-2. Die Hersteller müssen sich nur über die erforderlichen Toleranzen im Klaren sein, um zuverlässige und genaue Ergebnisse zu erzielen.

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle der CNC-Bearbeitungstoleranzen, die Maßabweichungen für den Bearbeitungsprozess aufzeigt. Sie ermöglicht es den Ingenieuren und Bearbeitern, sich ein klares Bild von den zulässigen Grenzen bei Parametern wie Oberflächengüte, geometrischen Merkmalen und Abmessungen zu machen. ^[1].

Linearer Abmessungsbereich (mm)	F (Fein)	M (Mittel)	C (Grob)	V (Sehr grob)
0,5 bis 3	+/- 0.05	+/- 0.1	+/- 0.2	–
Über 3 bis zu 6	+/- 0.05	+/- 0.1	+/- 0.3	+/- 0.5
Über 6 bis zu 30	+/- 0.1	+/- 0.2	+/- 0.5	+ 1.0
Über 30 bis zu 120	+/- 0.15	+/- 0.3	+ 0.8	+ 1.5
Über 120 bis zu 400	+ 0.2	+ 0.5	+ 1.2	+ 2.5
Über 400 bis zu 1000	–	+ 0.8	+ 2.0	+ 4.0
Über 1000 bis zu 2000	+ 0.5	+ 1.2	+ 3.0	+ 6.0
Über 2000 bis zu 4000	–	+ 2.0	+ 4.0	+ 8.0

Einseitige Duldung

Wie der Name schon sagt, sind einseitige Toleranzen nur in einer Richtung zulässig. Sie können entweder Position oder negativ sein. Zum Beispiel beschreibt eine einseitige Toleranz von 0,00 / - 0,07 mm, dass das Produkt unter 0,07 mm liegen kann, aber die angegebenen Maße nicht überschreiten sollte.

In der Praxis wird die einseitige Toleranz bei Entwürfen für Projekte angewendet, bei denen mehrere Werkstücke zusammenpassen müssen. Auf diese Weise bleiben die Maße immer gleich, so dass jedes Teil wie gewünscht zusammengefügt werden kann.

Bilaterale Toleranzen

Bei der zweiseitigen Toleranz kann die Abweichung von den geforderten Außenmaßen beliebig sein, d. h. positiv oder negativ, so dass das Teil kleiner oder größer als die Maße sein kann. Wenn die zweiseitige Toleranz zum Beispiel +/- 0,06 mm beträgt, bedeutet dies, dass das gefertigte Teil entweder um 0,6 mm länger oder kürzer sein kann. ^[2].

Geometrische Bemaßung und Toleranzen

Im Vergleich zu anderen Bearbeitungstoleranzen ist sie präziser und gründlicher. GD&T berücksichtigt sowohl die spezifizierten Maße als auch die angemessene Abweichung. Außerdem werden sowohl die geometrische Dimensionierung als auch die Toleranzen hervorgehoben, um eine reibungslosere Produktion zu gewährleisten.

Es ist bekannt für ein fortschrittlicheres und komplizierteres Bearbeitungstoleranzsystem als bei der herkömmlichen Bearbeitung, das Messungen und entsprechende Abweichungen hervorhebt. Darüber hinaus stellt GD&T geometrische Merkmale der zu bearbeitenden Komponenten dar, wie z. B. die wahre Position, die Ebenheit und die Zentrizität. Geometrische Bemaßung und Toleranz ermöglichen es den Herstellern, den Durchmesser entsprechend den gewünschten Abmessungen zu spezifizieren.

Tipps: Erfahren Sie mehr über den umfassenden Leitfaden zu "Geometrische Bemaßung und Tolerierung".

Einseitige Duldung

Wie der Name schon sagt, können die Maße jeweils länger oder kürzer sein. Eine Toleranz von +/-0,06 mm bedeutet zum Beispiel, dass das gefertigte Teil nur kleiner sein kann. Sie eignet sich besonders für Teile, die in andere Komponenten passen müssen, um die Maschine nutzbar zu machen.

Grenzwerttoleranz

Bei der Grenztoleranz müssen mehrere Werte immer in einen bestimmten Bereich fallen, damit das Teil brauchbar ist. Wenn der Bereich zum Beispiel 13 ~ 13,5 beträgt, müssen die Messungen innerhalb der oberen (13) und unteren (13,5) Grenze liegen.

Tipps: Klicken Sie, um ein vollständiges Verständnis für "CNC-Bearbeitungstoleranzen“.

Wie wählt man den richtigen CNC-Bearbeitungslieferanten?

Wählen Sie einen Hersteller mit umfassender Erfahrung und technischem Know-how. Die Bearbeitung von Präzisionsteilen erfordert fortgeschrittene Fähigkeiten und Kenntnisse. Nur Hersteller, die über entsprechende Fachkenntnisse verfügen, können hochwertige Produkte liefern. Informieren Sie sich auf der Website des Herstellers oder im direkten Gespräch mit den Vertriebsmitarbeitern über dessen Erfahrung und Fähigkeiten bei der Bearbeitung.

Wählen Sie einen Hersteller, der über einen modernen Maschinenpark und effiziente Bearbeitungsmöglichkeiten verfügt. Hochmoderne Anlagen und Verfahren sind für die Präzisionsbearbeitung unerlässlich. Eine vollständige Anlagenkonfiguration gewährleistet Produktgenauigkeit und -stabilität, während eine effiziente Produktionskapazität die rechtzeitige Lieferung garantiert.

Bevorzugen Sie Hersteller, die Qualitätsmanagementsysteme und -standards einführen. Eine strenge Qualitätskontrolle ist entscheidend für die Einhaltung der Vorschriften für die Präzisionsbearbeitung. Entscheiden Sie sich für ISO-zertifizierte oder in ähnlicher Weise akkreditierte Hersteller, da eine solide Qualitätssicherung langfristige Zeiteinsparungen ermöglicht.

Wählen Sie einen Hersteller, der Kosteneffizienz bietet. Obwohl es sich um eine technologieintensive Branche handelt, ist die Preisgestaltung nach wie vor ein wichtiger Aspekt. Holen Sie Angebote von mehreren Herstellern ein und vergleichen Sie nicht nur die Kosten, sondern auch die inbegriffenen Dienstleistungen und den After-Sales-Support.

Tipps: Klicken Sie hier, um mehr zu erfahren über "Kosten für CNC-Bearbeitung". Vielleicht interessieren Sie sich auch für qualifizierte "CNC-Bearbeitungsdienstleistungen“.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Referenzen

[1] JLCCNC. (n.d.). ISO 2768 Toleranznormen für die CNC-Bearbeitung. Abgerufen von JLCCNC.com: https://jlccnc.com/help/article/ISO-2768-Tolerance-Standards-for-CNC-Machining

[2] Lynch, M. (1997, 4. Januar). CNC-Schlüsselkonzept Nr. 1 - Die Grundlagen der numerischen Computersteuerung. Moderne Maschinenwerkstatt. https://www.mmsonline.com/articles/key-cnc-concept-1the-fundamentals-of-cnc