CNC-Zerspanung: Arten, Materialien & Hauptvorteile – Ein umfassender Leitfaden

Computer Numerical Control (CNC)-Zerspanung ist eine hochpräzise Methode zur Fertigung kundenspezifischer Teile aus einer Vielzahl von Materialien und innerhalb sehr enger Toleranzen. Die Implementierung einer CNC-Zerspanungslösung bringt viele Vorteile.

CNC-Zerspanung verstehen

CNC-Zerspanung gilt als subtraktive Fertigungstechnologie – das Endprodukt entsteht durch selektives Entfernen von Überschussmaterial vom Werkstück. Jeder End-to-End-CNC-Zerspanungsvorgang folgt einem ähnlichen vierstufigen Produktionsprozess.

Diese vier Produktionsphasen sind:

• Teildesign

Teile, die via CNC-Zerspanung gefertigt werden, beginnen allgemein als initiale Designs aus Computer Aided Design (CAD) Software. In der Designphase geben Ingenieure sorgfältig allen Aspekten des gewünschten Endprodukts Gedanken – Parameter für optimale Leistung, Betriebsbedingungen für das Endteil, akzeptable Toleranzvariationen.

• Designkonvertierung

Nach Abschluss der initialen Designphase muss das CAD-Modell in ein funktionales CNC-Programm konvertiert werden, mittels Computer Aided Manufacturing (CAM) Software. CAM-Software extrahiert die geometrischen Anforderungen aus der CAD-Modell-Ursprungsdatei und übersetzt sie in eine CNC-kompatible Programmiersprache – wie G-Code oder M-Code –, die die mechanischen Operationen der Maschine diktiert.

• CNC-Maschineneinrichtung

Als Nächstes muss der CNC-Maschinenbediener sowohl Maschine als auch Zielmaterial gemäß den Spezifikationen des CNC-Programms einrichten. Der Bediener stellt sicher, dass die korrekten Schneid- oder Bohrwerkzeuge ordnungsgemäß installiert und mit den passenden Bits oder Fräsern bestückt sind. Der Bediener muss auch das Werkstück einrichten, typischerweise entweder in einer stationären Spannvorrichtung oder direkt an der CNC-Maschine befestigt.

• Programmierte Operationen ausführen

Schließlich führt der CNC-Maschinenbediener die gewünschten mechanischen Prozesse aus. Während des Betriebs steuert das CNC-Programm präzise die Bewegungen der Maschinenwerkzeuge.

Arten von CNC-Maschinen

Die gängigsten CNC-Maschinen sind jene, die Schneidwerkzeuge zum Entfernen von Überschussmaterial vom Werkstück nutzen. Zwar gibt es CNC-Maschinen mit Wasserstrahlschneiden und Elektroerosion (EDM), dieser Leitfaden fokussiert auf die fünf häufigsten Kategorien, unterteilt in zwei Grundklassifikationen: 3-Achs- und Mehr-Achs-Maschinen.

3-Achs-CNC-Maschinen

3-Achs-Maschinen erlauben Schneidwerkzeugen, sich entlang gerader dreidimensionaler Vektoren zu bewegen (hoch/runter, links/rechts, vorwärts/rückwärts). Es gibt zwei Arten von 3-Achs-CNC-Maschinen:

• CNC-Fräsmaschinen

Bei CNC-Fräsvorgängen bleibt das Werkstück stationär, und ein hochgeschwindigkeitsrotierendes Schneidwerkzeug fährt auf das Werkstück herab, um Überschussmaterial zu entfernen. Diese Maschinentyp ist sehr nützlich für die Formung grundlegender geometrischer Formen.

Ein Leitfaden zu CNC-Fräsen:

• CNC-Drehmaschinen (Drehbänke)

Bei CNC-Drehoperationen bleibt das Schneidwerkzeug stationär, während das Werkstück mit hoher Geschwindigkeit auf einer Spindel rotiert. CNC-Drehen bietet die Fähigkeit, zylindrische Teile schnell und mit engen Toleranzen herzustellen. Beispielsweise hat Technox Machine and Manufacturing CNC-Drehbänke, die Teile mit bis zu 152″ Durchmesser und 240″ Länge bei engen ± 0,001″ Toleranzen fertigen können. Der große Nachteil von 3-Achs-Drehoperationen ist, dass nur zylindrische Teile effizient gefertigt werden können.

Hier klicken für Unterschiede zwischen CNC-Fräsen und Drehen.

Mehr-Achs-CNC-Maschinen

Mehr-Achs-CNC-Maschinen ähneln 3-Achs-Maschinen, bieten aber höhere Bewegungsfreiheit. Zum Beispiel können Mehr-Achs-Maschinen Rotations- und Diagonalschnitte einsetzen. Es gibt drei Haupttypen:

• Indizierte 5-Achs-CNC-Fräsmaschinen

Obwohl diese Fräsmaschine während des Betriebs nur entlang 3 linearer Achsen schneiden kann, kann der Bediener zwischen den Operationen das Bett und den Werkzeugkopf für den nächsten Schnitt drehen, was erweiterte Formgebungsmöglichkeiten erlaubt.

• Kontinuierliche 5-Achs-CNC-Fräsmaschinen

Dieser Maschinentyp erlaubt kontinuierliche Bewegung entlang der drei linearen und zwei Rotationsachsen während des Betriebs. Das gibt dem Bediener die Fähigkeit, hochkomplexe Formen aus dem Zielwerkstück zu erstellen.

• Mill-Turning CNC-Zentren

Mill-Turning-Zentren kombinieren die Funktionalitäten von CNC-Drehbänken und CNC-Fräsmaschinen. Das Werkstück kann mit hoher Geschwindigkeit auf einer Spindel rotieren oder präzise für Fräsoperationen positioniert werden.

CNC-gefertigte Teile designen – CAD-Modelldesign

Ein 2D-Vektor- oder 3D-Volumen-CAD-Design ist der Konzeptionspunkt für ein CNC-gefertigtes Teil. Neben Designanforderungen direkt bezogen auf die Endanwendung des Produkts müssen Ingenieure auch die Fähigkeiten und Limitationen der CNC-Maschine beachten, die für die tatsächlichen Schneidoperationen genutzt wird.

Der Ingenieur muss die CAD-Modell-Ursprungsdatei in ein CNC-kompatibles Format konvertieren, wie das offene STEP- oder IGES-Format, oder ein restriktiveres Format wie IPT oder SAT. Es gilt auch als Best Practice, eine technische Zeichnung zu erstellen, die zusammen mit den digitalen CAD-Anweisungen gesendet wird. Diese Zeichnungen dienen zur Verifikation von Designtoleranzen und -geometrien; helfen dem Zerspaner, die markanten Merkmale des Teils zu identifizieren; und dienen als greifbare Verifikationsquelle, falls Fragen aufkommen.

Vorteile der CNC-Zerspanung

CNC-Zerspanung bietet mehrere Wettbewerbsvorteile, darunter:

• Kurze Lieferzeiten
• Hohe Präzision
• Hochgradig anpassbar
• Erzeugt Produkte mit außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften und Leistungsschwellen

Verwendete Materialien

Die richtige Materialauswahl ist kritisch für CNC-Zerspanungsoperationen. Diese Wahl hängt weitgehend von der erwarteten Nutzung des Endprodukts ab. Sie müssen eine Reihe von Materialeigenschaften prüfen, um zu bestimmen, was für Ihr Design am besten ist, wie:

• Zugfestigkeit
• Härte
• Bearbeitbarkeit
• Chemische Beständigkeit
• Korrosionsbeständigkeit
• Thermische Eigenschaften

Bei Technox nutzen wir ein breites Spektrum an Materialien für unsere Zerspanungsoperationen, einschließlich:

• Stahl
• Edelstahl
• Aluminium
• Messing
• Kupfer
• Bronze
• Nickel
• Gusseisen
• Inconel®
• Hastelloy®
• Kunststoffe

CNC-Zerspanungsanwendungen

CNC-gefertigte Teile werden in einer Vielzahl von Anwendungen über Branchen hinweg eingesetzt. Bei Technox bedienen wir einen breiten Sektorenspektrum, einschließlich:

• Stahl
• Lebensmittel und Getränke
• Kunststoffe
• Papier
• Textilien
• Recycling
• Öl und Gas
• Fluidtechnik
• Bauwesen

CNC-gefertigte Teile bei Technox

Bei Technox Machine and Manufacturing bieten wir vielseitige, kundenspezifische Lösungen und liefern nur höchste Qualität. Unsere Zerspanungsfähigkeiten umfassen:

• Bohren
• Fräsen
• Bohren
• Gewindeschneiden
• Gewindeformen
• Aufbohren
• Senken
• Rändeln

Wenn Sie mehr über die Vorteile einer Partnerschaft mit Technox erfahren möchten, kontaktieren Sie uns oder fordern Sie ein Angebot an.