CNC-Spanntechniken: Werkstücke sicher fixieren für präzise Bearbeitung

Bei der Herstellung von CNC-gefrästen Teilen ist es wichtig, zunächst die beste Methode zum Aufspannen und Halten des Werkstücks zu bestimmen. Dieser Schritt erfolgt vor der Festlegung des Werkzeugwegs und spielt eine entscheidende Rolle im Prozess.

Spannen und Aufspannen sind entscheidende Aspekte der CNC-Bearbeitung. Ihr Werkstück ist nur so gut, wie fest und stabil es auf der Arbeitsfläche Ihrer Maschine steht. Daher haben Zerspaner und Ingenieure eine Vielzahl von Lösungen entwickelt, um das Werkstück stabil zu halten.

In diesem Artikel betrachten wir einige der prominentesten Spannmethoden und bewerten ihre jeweiligen Vor- und Nachteile.

T-Nuten

Entscheidend für das Spannen: T-Nuten bieten einen T-förmigen Ausschnitt, wobei der Querbalken des T auf der Unterseite des Tisches oder im Tisch selbst liegt. Dies erlaubt es einer Mutter, in den Schlitz zu passen, um eine verschiebbare Position für das Einführen eines Bolzens oder einer Spannbacke zu schaffen.

Es gibt viele verschiedene Arten von Spannbacken, jede mit eigenen Vor- und Nachteilen.

Verkleben

Das Aufkleben eines Bakelitblocks auf den Arbeitstisch ist eine beliebte Spanntechnik, besonders für Prototypenbearbeitung. Werkstücke lassen sich leicht auf dem Bakelittisch verkleben, und die meisten chinesischen Prototypenunternehmen arbeiten so.

Verkleben ist immer noch eine sehr einfache und beliebte Spanntechnik. Es eignet sich für flache und unregelmäßig geformte Materialien. Es kann potenziell eine höhere Festigkeit als Teppichklebeband bieten und macht Spannlaschen überflüssig. Das Entfernen der Teile vom Bett erfordert einen Spachtel oder manuelles Ablösen. Klebstoffe sind besonders nützlich für Prototypenbearbeitung und Kunststoffe.

Richtiges Auftragen von Klebstoff erfordert gleichmäßige Schichten, um das Werkstück eben zu halten. Es ist eine schnelle, günstige und effektive Spanntechnik, funktioniert aber je nach Material unterschiedlich. Heißkleber kann beispielsweise bei Materialien wie Schaum und Holz manchmal Stücke herausreißen. Der beste Schutz vor Beschädigung ist selektives Auftragen in Bereichen, die nicht ästhetisch oder funktional wichtig sind, oder in dünnen Schichten, die sich leicht entfernen lassen.

Ebenso härtet Klebstoff auf Metall schneller aus. Bei der Bearbeitung von Metallen kann man ein zu schnelles Aushärten verhindern, indem man das Material auf ein nicht-metallisches Opferbrett legt, das am Bett befestigt ist. Das Material sollte oben liegen, damit der Kleber die Chance hat, auf beiden Oberflächen zu haften, statt von selbst auszuhärten.

Vorteile: Mehrere Stücke können auf einmal auf den Tisch geklebt werden, was den Aufwand für Bediener reduziert. Es ist eine effiziente Methode für die Erstellung von Kunststoff- oder Aluminiumprototypen.

Nachteile: Es besteht die Gefahr, dass sich das Werkstück löst. Auch können Teile beim Entfernen beschädigt werden.

Verschrauben

Schrauben sind eine großartige Möglichkeit, das Werkstück mittels der T-Nut-Tischplatte direkt niederzuspannen. Ehrlich gesagt ist das Hinzufügen eines Aluminiumblocks sogar besser, da sich Gewindebohrungen dort einfacher dort anbringen lassen, wo sie benötigt werden. Gewindebohrungen gehen Hand in Hand mit Spannbacken und ermöglichen bessere Ausrichtung und Stabilität.

Für das Verschrauben verwendete Elemente sind T-Nuten, Stiftschrauben und Flanschmuttern. Schrauben und Muttern können besonders nützlich sein, wenn eine Arbeitsfläche Gewindeeinsätze statt T-Nuten hat. In diesen Fällen können Schrauben in die Einsätze geschraubt werden, um Spannbacken verschiedener Designs zu halten und sie an Ort und Stelle zu fixieren.

Vorteile: Verschrauben ist eine sehr stabile Art, das Werkstück zu halten, das man dann sehr kräftig schneiden kann. Komplexe Geometrien sind kein Problem beim Halten.

Nachteile: Verschrauben erfordert zusätzliches Material als Rahmen. Der Materialverschnitt kann bei der Bearbeitung großvolumiger Teile kritisch sein, und die Rüstzeiten sind erheblich. Beim Ausschneiden der Teile aus dem Rahmen können Scharniermarken ein Problem darstellen.

Schraubstöcke

Zerspaner nutzen häufig Schraubstöcke als Standardmethode zur Werkstückspannung. Schraubstöcke halten das Stück meist an den Enden, eingespannt zwischen zwei Backen, während das Werkzeug das Material bearbeitet. Sie sind besonders nützlich für Teile mit geraden Kanten, können aber auch für runde Kanten angepasst werden.

Je nach Schraubstocktyp kann die Bearbeitung runder Kanten die Hilfe von Weichbacken erfordern, die gefräst werden können, um das Werkstück zu stützen. Moderne Schraubstöcke sind mit einem Schnellwechselgrundkörper ausgestattet, der es dem Zerspaner erlaubt, das Werkstück von der CNC-Maschine aus zu laden. Wenn die Teile fertig sind, kann der nächste Satz schnell geladen werden. Schraubstöcke sind auch die bevorzugte Option in unserer CNC-Werkstatt.

Vorteile: Schraubstöcke ermöglichen Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und erleichtern das Positionieren des Werkstücks bei Serienfertigung. Sie sind ein effizienter Weg zur Herstellung großvolumiger CNC-Teile. Man kann auch mehrere Schraubstöcke auf der CNC-Maschine installieren, um verschiedene Teile in einem Durchgang zu fertigen.

Nachteile: Teile müssen eine regelmäßige Geometrie mit parallelen Flächen haben. Andernfalls sind Sonderbacken erforderlich.

Spannbacken

Es gibt verschiedene Arten von Spannbacken für die CNC-Bearbeitung, darunter Kombispannbacken, Zangen und C-Spannbacken.

Die Kombispannbacke oder „Bausteinspannbacke“ besteht aus einer Reihe von Komponenten mit standardisierten Designs, unterschiedlichen Funktionen, Spezifikationen und Größen. Diese Maschinenspannbacken können wie Bausteine entsprechend den Bearbeitungsanforderungen zusammengesetzt werden. Aufgrund ihrer Natur ist die Kombispannbacke in Design und Fertigung sehr zeiteffizient und eignet sich daher für Kleinserien. Sie bietet zudem hohe Positioniergenauigkeit, große Spannflexibilität, Wiederverwendbarkeit, Energie- und Materialersparnis sowie niedrige Nutzungskosten. Sie passt gut zu kleinen Produktionsläufen mit leicht komplexen Formen.

Ein weiterer Vorteil von Spannbacken ist ihre Fähigkeit, spezifische Komponenten basierend auf den spezifischen Anforderungen des Werkstücks zu verbessern und auszutauschen. Beispielsweise können kombinierte Präzisions-Flachzangen mehr Vielseitigkeit, höhere Standardisierung, einfachere Handhabung und zuverlässigeres Spannen bieten. Diese Art von Präzisions-Flachzange bietet den Vorteil schneller und einfacher Installation und Spannung. Sie kann die Produktionsvorbereitungszeit verkürzen und die Kleinserieneffizienz verbessern.

Einfachere Spannbacken wie C-Spannbacken lassen sich leicht in Baumärkten finden. Sie sind günstig und einfach zu bedienen, aber ihre Einfachheit kann Nachteile haben. Das Spannen des Materials nur auf einer Seite kann manchmal dazu führen, dass es sich auf der gegenüberliegenden Seite anhebt. Daher ist es wichtig, sicherzustellen, dass das Material vor der Bearbeitung flach ist. Ebenso kann das Ausschneiden von Teilen aus dem Material knifflig sein und mehrere Spannbacken sowie wahrscheinlich andere Sicherungsmethoden erfordern. Für anspruchsvollere Projekte sind andere Spannbackentypen vorzuziehen.

Weitere Verbesserungen umfassen die Verwendung einer glatten Spannbackenbasis oder spezieller magnetischer Materialien. Letztere werden für elektromagnetische Permanentspannbacken genutzt, die die Bearbeitungseffizienz von CNC-Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren verbessern können. Positionier- und Spannkomponenten herkömmlicher Spannbacken beanspruchen viel Platz, aber da elektromagnetische Permanentspannbacken die dem Material innewohnenden magnetischen Kräfte nutzen, entfallen diese platzraubenden Komponenten. Dies kann viele Probleme bei verschiedenen Bearbeitungsvorgängen vermeiden und störende Teile minimieren, die dem Werkzeug in die Quere kommen könnten. Man muss jedoch darauf achten, dass die Saugkraft des Magneten stark genug ist, um der Schneidkraft zu widerstehen.

Hydraulische und pneumatische Spannbacken nutzen zusätzliche Energiequellen, um das Werkstück durch hydraulische oder pneumatische Komponenten präzise zu positionieren, zu stützen und zu spannen. Dadurch können sie die gegenseitige Position exakt und schnell bestimmen und das Werkstück für Werkzeugmaschinen und Schneidwerkzeuge einstellen. Sie bieten auch Vorteile wie kompakte Struktur, Mehrfachspannung, Hochgeschwindigkeits-Schwerzerspanung und automatische Steuerung – all dies beschleunigt die Materialbearbeitung. Dies macht sie ideal für CNC-Werkzeugmaschinen, Bearbeitungszentren und flexible Fertigungslinien.

Vakuumtische

 

Vakuumtische halten das Werkstück durch Erzeugung einer Haltekraft fest – verursacht durch den Druckunterschied zwischen Vakuum unter dem Teil und atmosphärischem Druck von oben. Vakuumtische sind oft die beste Lösung für flache Plattenarbeiten auf CNC-Fräsmaschinen.

Diese Tische können sehr präzise, flexibel und effizient sein. Sie sind an eine breite Materialpalette anpassbar und besonders nützlich für Materialien, die nicht spannbar sind (wie High-Tech-Verbundwerkstoffe oder fortschrittliche synthetische Materialien). Sie können auch Hindernisse minimieren, wie es Spannbacken und andere Lösungen nicht können, während sie Rüsten und Umrüsten weitaus effizienter machen.

Vakuumtische haben jedoch auch Nachteile. Sie eignen sich am besten für flache Materialstücke, da Teile mit unterschiedlichen Geometrien zusätzliche Vorbereitung erfordern. Bestimmte kleine Teile haben möglicherweise nicht genug Oberfläche, damit das Vakuum sie halten kann, obwohl fortgeschrittenere Vakuumtischtypen mit gleichmäßigerer oder fokussierterer Abwärtskraft diese Artikel bewältigen können.

Vorteile: Vakuumtische haben sehr schnelle Rüstzeiten und eignen sich für nicht spannbare Materialien.

Nachteile: Die meisten Vakuumtische eignen sich nur für einfache, flache Teile.

Magnetische Tische

Magnetische Tische nutzen eine magnetische Basis, um Werkstücke aus geeigneten Metallen zu halten. Sie sind eine beliebte Lösung für den Formenbau, da die meisten Formenhöhlen aus Stahl gefertigt sind. Sie werden aber auch für Stahlwerkstücke bei allgemeinen CNC-Bearbeitungsvorgängen eingesetzt.

Die meisten magnetischen Tische sind elektromagnetisch, sodass die Magnetkraft nach Abschluss der Bearbeitung abgeschaltet werden kann. Sie ermöglichen schnelle Rüstzeiten und, da keine physischen Spannbacken oder andere Geräte erforderlich sind, hervorragenden Zugang für Schneidwerkzeuge. Sie eignen sich für leichte oder schwere Bearbeitung, können jedoch nicht für nichtmagnetische Werkstücke wie Aluminium verwendet werden.

Vorteile: Magnetische Tische ermöglichen vollen Schneidzugriff und schnelles Rüsten. Sie sind auch sehr sicher und stabil.

Nachteile: Magnetische Tische können nur auf magnetischen Metallen eingesetzt werden, was ihre Nutzung in einer von Aluminium dominierten Fertigung einschränkt.

Spezialvorrichtungen

Bei der Bearbeitung großvolumiger Teile reichen Standard-Spannmethoden möglicherweise nicht aus. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, spezielle Vorrichtungen zu fertigen, um die Teile CNC-zerspanen zu können. Das Einsparen von Sekunden kann bei der Massenproduktion einen großen Unterschied machen.

Vorrichtungen können den Werkzeugweg führen und die Produktqualität erheblich verbessern, sind aber nur dann notwendig, wenn absolute Stabilität erforderlich ist. Das Werkstück wird typischerweise in die Vorrichtung geschoben oder hineingelegt und mit ein oder zwei Schnellspannbacken fixiert.

Es gibt deutliche Vorteile bei der kundenspezifischen Fertigung von Vorrichtungen für das Spannen, und sie können auf verschiedene Weise hergestellt werden. Vorrichtungen, die hohe Steifigkeit und enge geometrische Toleranzen erfordern, werden am besten per CNC-Bearbeitung gefertigt, während eine Vorrichtung, die sich einem gekrümmten Teil anpassen soll, leichter per FDM- oder SLS-3D-Druck herzustellen ist.

Vorteile: Spezialvorrichtungen können für extra große oder unregelmäßige Werkstücke maßgeschneidert werden, reduzieren Rüstzeiten und garantieren Stabilität.

Nachteile: Verlängert Durchlaufzeiten und erhöht Kosten. Die Vorrichtungen passen nicht auf andere gängige Teile.

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