Wie konstruiert man Teile mit CNC-Maschinen?

Für die meisten Menschen besteht das Wissen über Fertigungs- und Prototyping-Technologien heute hauptsächlich aus dem, was sie in der Schule lernen oder worüber sie im Internet stolpern.

Viele sind zumindest vage mit dem 3D-Druckverfahren vertraut, das nachhaltige und umweltfreundliche Herstellungsmöglichkeiten bieten kann. Aber obwohl der 3D-Druck immer beliebter wird, kann er immer noch nicht mit den Möglichkeiten mithalten, die die Vielfalt der CNC-Maschinen bietet, die von unzähligen Unternehmen auf der ganzen Welt eingesetzt werden.

Auch wenn sie Menschen außerhalb der Branche viel weniger bekannt ist, wurde die CNC-Bearbeitung bei ihrer Einführung nicht weniger als revolutionär und bleibt eine unersetzliche Fertigungsmethode, die für eine Reihe von Branchen von entscheidender Bedeutung ist, darunter die Luft- und Raumfahrt, die Medizin und die Automobilindustrie.

Aber was sind CNC-Maschinen? Und wie können Sie sie verwenden, um verschiedene Teile zu entwerfen?

Lassen Sie uns den Prozess des Entwerfens von Teilen mit CNC-Bearbeitung und die Entscheidungen, die Sie unten treffen müssen, untersuchen.

Was ist CNC-Bearbeitung?

CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) sind eine Art der Bearbeitung, die Computeranweisungen verwendet, um bestimmte Aufgaben und Bewegungen auszuführen.

Es nimmt ein Stück Material und verwendet dann eine Reihe von Bohrern, Drehbänken und Fräsern, um daran zu schneiden, bis das Teil die genauen Abmessungen des digitalen Designs erfüllt, das als Grundlage verwendet wurde.

Im Gegensatz zum 3D-Druck, bei dem Materialien zu einer Form zusammengefügt werden, ist die CNC-Bearbeitung ein subtraktiver Prozess, bei dem Schichten des Materials weggeschnitten werden, bis die gewünschte Form erreicht ist.

Ein weiterer wichtiger Unterschied ist der CNC-Prozess selbst. Im Gegensatz zu manuell betriebenen Maschinen ist der Prozess mit CNC-Technologie vollständig automatisiert, was bedeutet, dass viel weniger Überwachung erforderlich ist, um ein Projekt auszuführen.

Darüber hinaus bedeutet der automatisierte Prozess auch, dass die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler auf ein Minimum reduziert wird und jede Kopie des Teils bis ins kleinste identifizierbare Detail mit dem Original identisch ist.

Auch wenn der Prozess sehr effizient sein kann, müssen viele Dinge berücksichtigt werden, um kostspielige Fehler zu vermeiden und sicherzustellen, dass das Projekt reibungslos verläuft.

Lassen Sie uns einige der wichtigsten Überlegungen zu CNC-Maschinen durchgehen, um Ihnen ein besseres Verständnis des Prozesses zu vermitteln, der hinter der Konstruktion verschiedener Teile steht.

Arten von CNC-Maschinen

Auch wenn CNC-Maschinen wie ein spezifischer Begriff erscheinen mögen, umfasst er tatsächlich eine Reihe verschiedener Maschinentypen, wie z. B. eine CNC-Fräsmaschine oder eine Drehmaschine.

Verschiedene Maschinen haben ihre eigenen Stärken sowie typische Anwendungen, die Sie kennen sollten, wenn Sie die besten Ergebnisse erzielen möchten.

Eine Drehmaschine ist eine beliebte Option, insbesondere für die Gestaltung zylindrischer Formen, da sie eine Vielseitigkeit und Kosteneffizienz bietet, die von anderen Fertigungsarten kaum zu übertreffen ist.

Eine weitere Standardoption ist die CNC-Fräsmaschine , das Werkzeugwege in 3 Achsen führt und eine Vielzahl von Möglichkeiten zum Erstellen von Teilen bietet und gleichzeitig die Verschwendung von Materialien auf ein Minimum reduziert.

Dann haben Sie zwei Arten von Fräsmaschinen – vertikale CNC-Fräsmaschinen und horizontale CNC-Fräsmaschinen . Beide verwenden ein Schneidwerkzeug, das mit dem Maschinenbett ausgerichtet ist, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass eines vertikal und das andere horizontal ist.

Mögliche Materialien

Beim Entwerfen und Herstellen eines Teils ist eine der ersten wichtigen Entscheidungen, die Sie treffen müssen, die Art des Materials, das Sie verwenden möchten.

Und die gute Nachricht ist, dass Sie aus einer Vielzahl von Materialoptionen wählen können, wenn Sie CNC-Maschinen für das Prototyping oder die Herstellung Ihrer Teile verwenden.

Zu den möglichen Faktoren, die Sie bei der Auswahl berücksichtigen sollten, gehören die gewünschte Haltbarkeit und Härte, die Steifigkeit, die Beständigkeit gegen verschiedene Chemikalien sowie die mechanischen Funktionen. In einigen Fällen können auch ästhetische Erwägungen eine Rolle spielen, obwohl die anderen Faktoren an erster Stelle stehen sollten.

Das Tolle an CNC-Maschinen ist, dass sie eine Vielzahl verschiedener Metalle verarbeiten können, darunter Stahl, Kupfer, Messing und Aluminium, um nur einige zu nennen. Das bedeutet, dass Sie Ihr Design an seine einzigartigen Anforderungen anpassen und die einzigartigen Eigenschaften verschiedener Metallarten nutzen können.

In einigen Fällen können Kunststoffe sinnvoller sein, die CNC-Maschinen ebenfalls problemlos verarbeiten können. Nylon ist wahrscheinlich die beliebteste Option, aber Sie können auch ABS, Polycarbonat, Delrin und sogar PTFE verwenden, wenn Sie eine Option mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme benötigen.

Fit-Anforderungen

Es gibt einen Grund, warum die NASA und andere Weltraumprogramme die CNC-Bearbeitung weit verbreitet einsetzen – es ist ein Herstellungsprozess, der dazu beiträgt, bei jedem einzelnen Teil eine unübertroffene Präzision zu erreichen.

Aber obwohl die Technologie unglaublich genau ist, gibt es normalerweise immer noch eine Toleranz dafür, wie viel eine Dimension abweichen kann, selbst wenn die Zahlen im Allgemeinen minimal sind.

Die Standardtoleranz für CNC-Maschinen beträgt ± 0,125 Millimeter, was kaum zu bemerken ist. Aber selbst das kann in Situationen, in denen jeder Bruchteil eines Millimeters zählt, eine zu große Toleranz sein, und es ist möglich, die Toleranz auf ± 0,050 mm oder sogar weniger zu verengen.

Bei der Konstruktion eines Teils müssen Sie genau wissen, wie viele Toleranzen Sie zulassen können, und die potenziellen Vorteile der Minimierung von Abweichungen gegen die erhöhten Kosten einer Reduzierung der Toleranzen über die Standards hinaus abwägen.

Bedenken Sie, dass CNC-Maschinen in den meisten Fällen bereits unglaublich genau sind, sodass es wahrscheinlich ist, dass Unvollkommenheiten keinen Einfluss auf die Leistung und Passform Ihres Teils haben werden.

Sie sollten auch über das Design Ihres Teils nachdenken und wie es geändert werden kann, um es besser an die Möglichkeiten von CNC-Maschinen anzupassen.

Wenn Ihr Design beispielsweise Löcher erfordert, können Sie möglicherweise die Kosten senken, indem Sie es ganz durchbohren, anstatt die Maschine nur einen Teil des Weges in das Material bohren zu lassen.

Sie sollten auch überlegen, wie dünn Sie die Wände machen können. Das hängt nicht nur vom Design selbst ab, sondern auch von dem Material, das Sie letztendlich für Ihr Projekt auswählen.

Vermeiden Sie schließlich komplexe Merkmale Ihrerseits, da dies die Auswahl an CNC-Maschinen einschränken kann, die die Aufgabe bewältigen können. Überlegen Sie nämlich, ob Sie Schwalbenschwanz- oder T-Nut-Hinterschneidungen benötigen, da diese Spezialwerkzeuge und viel Aufwand erfordern.

Fertigstellungsoptionen

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Konstruktion von Teilen mit CNC-Maschinen ist das Finish, das Ihre Teile haben sollen. Es stehen einige Optionen zur Auswahl, daher müssen Sie überlegen, ob Oberflächenfehler, die die Leistung des Teils nicht beeinflussen, etwas sind, das Sie zulassen können.

Bei Verwendung einer CNC-Fräsmaschine ist es wahrscheinlich, dass eine gefräste Oberfläche, obwohl sehr präzise, ​​sichtbare Werkzeugspuren hinterlässt, die sich auf die Ästhetik des Teils auswirken können.

Eloxieren ist ein weiteres mögliches Finish – es ist ein Prozess, bei dem mithilfe von Elektrolyten ein Oxidfilm auf Metallteile aufgebracht wird. Diese Art von Finish hat einige verschiedene Varianten, von denen einige besser für die Luft- und Raumfahrt und andere besser für Motorteile und eine Reihe anderer Anwendungen geeignet sind.

Sie können sich auch für das Perlstrahlen entscheiden, bei dem Oberflächenablagerungen durch Aufbringen feiner Glasperlen unter hohem Druck entfernt werden. Perlenstrahlen gilt als gute Wahl, wenn Sie Ihr Teil ästhetisch ansprechender gestalten möchten. Dennoch beinhaltet der Prozess Handarbeit, was bedeutet, dass immer die Möglichkeit von Unvollkommenheiten besteht.

Wichtige Tipps

Wie Sie sich vorstellen können, kann die Verwendung von CNC-Maschinen zum Entwerfen von Teilen ein komplizierter Prozess sein, der viele wichtige Entscheidungen erfordert. Hier sind einige Tipps, die Ihnen helfen, die besten Ergebnisse zu erzielen.

Seien Sie zum einen sehr vorsichtig, wenn Sie sich mit den Einschränkungen der Materialien und der Art der Bearbeitung, die Sie verwenden möchten, vertraut machen. Die CNC-Bearbeitung hat ihre Stärken und Schwächen, und einige Teile sind einfach nicht ideal geeignet, um mit dieser Technologie hergestellt zu werden.

Dünne Wände, winzige Merkmale und sogar ungewöhnliche Hohlräume können nicht nur Ihre Projektkosten in die Höhe schnellen lassen, sondern das Teil auch viel weniger stabil machen.

Da jedoch jedes Teildesign einzigartig ist, können Sie manchmal nur sicherstellen, dass Sie die gewünschten Ergebnisse erzielen, indem Sie sich an Personen wenden, die bereits mit ähnlichen Situationen zu tun hatten.

Wenn Sie sich für ein zuverlässiges CNC-Bearbeitungsunternehmen entscheiden, kann es sich Ihre Teileanforderungen ansehen und Ihnen Ratschläge geben, welche Werkzeuge und Maschinen für die Bearbeitung der Aufgabe am besten geeignet sind.

Ein erfahrener Spezialist kann sich auch Ihr Design ansehen und Vorschläge machen, welche Materialien am besten zu verwenden sind, welches Finish Ihren Anforderungen entspricht und welche Maschine Ihnen die kostengünstigste Lösung sowie die konsistentesten und zuverlässigsten Ergebnisse liefert .

Sie können Ihnen auch spezifische Einblicke in verschiedene Situationen geben und helfen, kostspielige Probleme wie die Verformung von Teilen bei der CNC-Bearbeitung von Aluminium zu vermeiden.

Manchmal stellen Sie möglicherweise fest, dass scheinbar geringfügige Änderungen am Design, die sich nicht auf die Leistung Ihres Teils auswirken, dazu beitragen können, die Produktionskosten erheblich zu senken. Daher lohnt es sich auf jeden Fall, sich die Zeit zu nehmen, Ihre Optionen zu Beginn des gesamten Prozesses zu prüfen. P>