CNC-Bearbeitung:Alles, was Sie wissen müssen

CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) ist in der Fertigung immer häufiger geworden. Die CNC-Technologie bietet ein vielseitiges, automatisiertes Mittel, um hochwertige Teile in großen Stückzahlen zu produzieren. Die hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit, die CNC-Bearbeitungsprozesse bieten, machen es zu einem idealen Werkzeug für die meisten Hersteller.

Was ist CNC-Bearbeitung?

Im Allgemeinen bezieht sich die CNC-Bearbeitung auf einen von vielen reduktiven Prozessen, die Material von einem Werkstück entfernen, um ein Design zu erfüllen. CNC-Prozesse verwenden computergesteuerte Steuerungen, um den gesamten Bearbeitungsprozess von Anfang bis Ende zu handhaben und letztendlich gleichbleibend präzise Teile zu produzieren. CNC-Bearbeitungsgeräte können immer wieder dieselben Anweisungen befolgen, um kleine oder große Produktionsserien identischer Teile zu ermöglichen.

CNC-Maschinen gibt es in mehreren Varianten und Komplexitätsstufen. Einige Maschinen können mehrere Werkzeuge gleichzeitig aufnehmen oder entlang der X-, Y- und Z-Achse arbeiten, um überschüssiges Material von jeder Seite oder in jedem Winkel zu entfernen.

Die CNC-Bearbeitung wird verwendet, um Teile und Komponenten für fast jede Branche und Anwendung herzustellen. Dazu gehören die Luft- und Raumfahrtindustrie und andere hochkomplexe Branchen, in denen große Teile bearbeitet werden müssen. Hersteller können diesen Prozess auf Substraten anwenden wie:

• Verbundwerkstoffe
• Schaum
• Glas
• Metalle
• Kunststoff
• Holz

Die CNC-Bearbeitung ist besonders vorteilhaft aufgrund ihrer automatisierten Funktionalität. Die Automatisierung ermöglicht es den Maschinen, autark zu arbeiten, wodurch weniger menschliche Arbeit erforderlich ist, um präzise Teile herzustellen. Ein wachsender Branchenmangel an qualifizierten Maschinisten und Arbeitern hat in den letzten Jahren in erster Linie zum Fortschritt der CNC-Technologie beigetragen.

Die drei Herstellungsprozesse

Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Herstellungsprozessen:

• Reduktiv. Reduktive oder subtraktive Prozesse wie die maschinelle Bearbeitung entfernen Material von einem Werkstück, um ein Design zu erstellen.
• Additiv. Additive Fertigungsverfahren kombinieren oder montieren verschiedene Elemente zu einem fertigen Produkt. 3D-Druck ist die häufigste Form der additiven Fertigung.
• Bildend. Die formgebende Herstellung biegt oder verändert die Form des Substrats auf andere Weise, um es an die Konstruktionsanforderungen anzupassen. Die formgebende Fertigung umfasst Prozesse wie das Spritzgießen, bei dem das Substrat geschmolzen und dann in eine Form gepresst wird, um eine bestimmte Form beizubehalten. Dazu gehören auch viele Umformverfahren wie Biegen oder Walzen.

CNC-Bearbeitungsprozessübersicht

Der Vorgänger der CNC-Bearbeitung – NC-Bearbeitung (Numerical Control) – verwendete Lochstreifenkarten und rudimentäre Befehle. Die CNC-Bearbeitung folgt komplexeren Befehlen und verwendet eine größere Vielfalt an Steuerungen. Diese Systeme weisen beide die zu entfernenden Schneid- und Formwerkzeuge an, aber CNC-Bearbeitungsgeräte können komplexen, benutzerdefinierten Anweisungen folgen, die aus komplexen CAD- oder CAM-Designs stammen.

Verschiedene CNC-Bearbeitungsgeräte können mit verschiedenen Werkzeugen, Fähigkeiten und Operationen umgehen. Der CNC-Bearbeitungsprozess umfasst typischerweise die folgenden allgemeinen Schritte:

1. Entwerfen des CAD-Modells

Bevor der CNC-Bearbeitungsprozess beginnt, müssen die Hersteller das Produktdesign erstellen. CAD-Software (Computer Aided Design) kann verwendet werden, um detaillierte zweidimensionale (2D) oder dreidimensionale (3D) Modelle zu erstellen. Diese Konstruktionsdateien enthalten Details wie Geometrien, Abmessungen und andere technische Spezifikationen der Teile. CAD-Software berücksichtigt die Einschränkungen von Bearbeitungsprozessen und die Eigenschaften der ausgewählten Materialien.

Wenn ein Design beispielsweise Löcher enthält, die von zylindrischen Werkzeugen geformt wurden, kann die CAD-Software Konstruktionsingenieure informieren, wenn Designs für ein bestimmtes Substrat zu komplex sind, oder potenzielle Probleme aufgrund von Einschränkungen im ausgewählten Prozess identifizieren. Diese automatisierten Prüfungen helfen CAD/CAM-Konstruktionsdiensten und Ingenieuren, viele potenzielle Fehler während des Rendering-Prozesses zu vermeiden, sodass die Prototyping-Phase effizienter ist.

2. Konvertieren von CAD-Dateien in verwendbare CNC-Anweisungen

Sobald das Design abgeschlossen ist, müssen die Designspezifikationen in Richtungen übersetzt werden, denen CNC-Maschinen folgen können. Die CAD-Dateien werden über Computer Aided Manufacturing (CAM)-Software ausgeführt. Diese Programme erstellen den Programmiercode, den CNC-Maschinen verwenden, um die Werkzeuge während des Herstellungsprozesses zu steuern. Diese Software zieht auch Informationen über die Teilegeometrie heraus, die Bediener verwenden können, um sicherzustellen, dass das anfängliche Werkstück die richtigen Abmessungen und Ausrichtung hat.

Diese CNC-kompatiblen Befehlssätze liegen im Allgemeinen in einem von zwei Dateitypen vor:STEP oder IGES. Dazu gehören Programmiersprachen wie G-Code und M-Code, die jeweils bestimmte Bereiche der Funktionalität der Werkzeugmaschine behandeln. G-Code-Operationen konzentrieren sich auf den eigentlichen Betrieb der Werkzeuge, wie z. B. ihre Geschwindigkeit, die Bewegungsrichtung und wie weit sie sich bewegen. M-Code-Operationen konzentrieren sich auf verschiedene Operationen, wie z. B. Ein- und Ausschalten und andere Hilfsfunktionen.

3. Vorbereitung der CNC-Maschine

Menschliche Bediener spielen in der automatisierten Fertigung eine viel geringere Rolle als in der manuellen Fertigung, aber sie erledigen immer noch wichtige Vorgänge, die die Maschinen nicht bewältigen können. Dazu gehören:

• Laden der CNC-Programmdatei in die Maschine
• Hinzufügen des Werkstücks zu den Maschinenspindeln oder Schraubstöcken, damit die Maschine das Werkstück manipulieren kann
• Anbringen der angegebenen Bearbeitungswerkzeuge
• Inspizieren des Arbeitsbereichs, der Maschine und des Werkstücks

4. Ausführen von Operationen

Sobald die Ausrüstung vorbereitet ist und das Programm startet, führt die CNC-Bearbeitungsausrüstung die Schritte aus und führt Bearbeitungsoperationen an dem Werkstück durch. Das Programm kann die notwendigen Reduktionsprozesse von Anfang bis Ende ohne weitere Bedienereingaben abschließen. Sobald die Anweisungen abgeschlossen sind, kann das Teil die Endbearbeitungs- und Verpackungsprozesse durchlaufen.

Arten von CNC-Bearbeitungsvorgängen

Die CNC-Bearbeitung ist eine sehr breite Kategorie möglicher Operationen und Prozesse. Unter den CNC-Bearbeitungen sind Bohren, Fräsen und Drehen am häufigsten.

Bohren

Bohrprozesse verwenden Bits mit einem Durchmesser, der gleich groß ist wie der Durchmesser des gewünschten Lochs. Die Bearbeitungsausrüstung führt den sich drehenden Bohrer senkrecht in das Werkstück ein, bis er ein Loch mit einer vorbestimmten Länge bohrt. Komplexere Geräte können Winkellöcher erzeugen, und Bohrwerkzeuge bieten Funktionen wie:

• Senken
• Senken
• Reiben
• Tippen

Fräsen

Der Fräsprozess entfernt Materialschnitte vom Werkstück, indem das Material gegen eine sich drehende Schneidkante bewegt wird. Die Werkzeuge haben mehrere Schneidpunkte, und jedes Werkzeug dreht sich, um eine scharfe Schneidfläche mit unterschiedlicher Länge und Form bereitzustellen. Beim Anpressen des Werkstücks an Fräswerkzeuge werden dünne Streifen oder Materialschnitte von der vorhandenen Kante abgetragen. Dies kann flache Schnitte, breite Schnitte oder Hohlräume mit flachem Boden erzeugen, um das Teil zu formen. Periphere Fräsprozesse können tiefer schneiden, um Schlitze oder Gewinde in der allgemeinen Form des Teils zu erzeugen.

Drehen

Drehprozesse drehen das Werkstück anstelle des Schneidwerkzeugs. Dazu gehören spanende Verfahren wie Bohren, Nuten und Planen. Sie schneiden überschüssiges Material von einem Werkstück ab, indem sie Einpunkt-Schneidwerkzeuge verwenden, die präzise auf das rotierende Werkstück aufgebracht werden. Beim Drehen entstehen zylindrische Teile mit einem bestimmten Durchmesser. Durch Drehen können sowohl innerhalb als auch an der Außenkante der Teile lineare Merkmale erzeugt werden. Zu diesen Funktionen gehören:

• Slots
• Fäden
• Verjüngungen

Vorteile der CNC-Bearbeitung

Viele Hersteller bevorzugen zerspanende Verfahren, weil sie Teile oder Komponenten aus einem einzigen Werkstück herstellen. Die CNC-Bearbeitung hat mehrere zusätzliche Vorteile. Dazu gehören:

• Gesteigerte Produktivität. Anlagen mit CNC-Bearbeitung können rund um die Uhr Teile produzieren. Die Maschinen können kontinuierlich mit wenig bis gar keinem menschlichen Eingriff laufen. Die Maschinen benötigen auch weniger Platz als Arbeitsstationen oder manuelle Bearbeitungseinrichtungen, sodass in einer Einrichtung mit einer festgelegten Quadratmeterzahl mehr Maschinen gleichzeitig laufen können.
• Ein hohes Maß an Genauigkeit. Die CNC-Bearbeitung verwendet hochdetaillierte Programmiervorgänge. Die Maschinen befolgen diese Anweisungen, ohne unerwünschte Abweichungen oder menschliche Fehler zuzulassen. Die Teile werden hochwertig, präzise und identisch sein. Die CNC-Bearbeitung kann auch Teile mit komplizierten, komplexen Designs herstellen.
• Schnellerer Projektabschluss. Jeder CNC-Bearbeitungsprozess beginnt mit einem CAD-Design, sodass der Prototyping-Prozess viel schneller abläuft. Die Software erkennt oder verhindert viele mögliche Konstruktionsfehler oder potenzielle Risiken bei unterschiedlichen Materialien. Wenn die Prototyping- und Testprozesse verkürzt werden, können Produkte schneller vom Design in die Produktion gehen. CNC-Bearbeitungsanweisungen können auch schnell geändert oder ersetzt werden, sodass zwischen Änderungen in Produktionsläufen nur wenig Verzögerung auftritt.
• Kosteneffizienz. CAD-Dateidesigns und reduzierte Risiken von Herstellungsfehlern reduzieren die Produktionskosten pro Einheit. Die CNC-Bearbeitung erfordert auch weniger menschliche Arbeit, was den Herstellungspreis der Produkte weiter senkt.

CNC-Bearbeitung von Pro-Type Manufacturing

Für Kunden, die eine komplette Fertigungslösung suchen, bietet Pro-Type Industries, Incorporated ein in der Branche unübertroffenes Maß an Wert und Prozessflexibilität. Wir betreiben eine hochmoderne Einrichtung, die mit einigen der fortschrittlichsten verfügbaren CNC-Bearbeitungssysteme ausgestattet ist.

Dies sind Systeme mit hohem Drehmoment und hoher Drehzahl, die Präzision und Produktivität in einem Paket bieten. Ein Beispiel ist unsere 550 mm Toyoda CNC 4-Achsen-Horizontalfräse. Dieses hochmoderne System bietet Spindeldrehzahlen von bis zu 15.000 U/min, die von einem 30-PS-Motor geliefert werden. Mit einem 30-Zoll-Arbeitswürfel und einer Positionierung von 2400 Zoll pro Minute kann er Materialien wie Aluminium, Stahl und Kunststoffe mit hoher Geschwindigkeit und maximaler Genauigkeit durchfahren. Es ermöglicht uns auch, mit schwer zu bearbeitenden Materialien wie Inconel, Invar, Monel und verschiedenen Superlegierungen zu arbeiten.

Dies ist jedoch nur eines unserer vielen Präzisionsbearbeitungssysteme. Wir betreiben auch vier CNC-Vertikalfräsmaschinen, die Werkstücke bis zu 64 x 32 x 25 Zoll aufnehmen können, zwei Horizontalfräsmaschinen, die mit mehreren Paletten ausgestattet sind, und eine Hochleistungs-CNC-Drehmaschine mit automatischem Stangenvorschub, Gegenspindel und angetriebenen Werkzeugen. In den Händen unseres Teams erfahrener Maschinisten kann diese hochpräzise Bearbeitung Toleranzen innerhalb von ±0,0005 Zoll liefern. All diese Fähigkeiten und Ressourcen werden durch die hauseigene Fertigung aller Werkzeuge und Vorrichtungen ergänzt, wodurch wir eine noch größere Kontrolle über die Produktivität erhalten.

In unseren fast 50 Jahren als Hersteller haben wir gelernt, dass nur wenige Projektanforderungen nur aus der maschinellen Bearbeitung bestehen. Um unser Serviceangebot noch wertvoller zu machen, bieten wir auch Mehrwertdienste an, wie zum Beispiel:

• Schweißen
• Radierung
• Chromatieren
• Passivierung
• Komplette Montage
• Umfassende Dimensionsberichte
• Materialrückverfolgbarkeit

Unsere gesamte Arbeit wird durch ein robustes ISO 9001-Qualitätsmanagementsystem und eine Kultur unterstützt, die sich auf jeden Teil unserer Organisation erstreckt.

Von einem einzelnen Prototyp bis hin zu großvolumigen Rahmenaufträgen, die sich über viele Monate oder länger erstrecken, der Schlüssel zu unserem Erfolg ist unsere Fähigkeit, unabhängig von der Auflagengröße oder der Komplexität des Designs das gleiche Maß an Wert und Qualität zu bieten. Wenden Sie sich direkt an uns, um mehr über alle unsere Fertigungsmöglichkeiten zu erfahren oder ein Angebot anzufordern.