CNC-Bearbeitung erklärt: Der Präzisionsprozess hinter der modernen Fertigung

Schauen Sie sich um, identifizieren und benennen Sie alle Produkte in Ihrer Umgebung – Handys, Tablets, Laptops, Armbanduhren, Fahrzeuge, Schreibtische. Die meisten, wenn nicht alle dieser Gegenstände, sind Endprodukte der CNC-Bearbeitung.

CNC-Bearbeitung ist ein Fertigungsprozess, der computergesteuerte Anweisungen (oder ein Computerprogramm) nutzt, um die benötigten Teile präzise und genau zu erstellen.

Die computergesteuerte Natur – gekoppelt mit hoher Genauigkeit, Präzision und breiter Materialkompatibilität – macht die CNC-Bearbeitung zu einem der gefragtesten Fertigungsprozesse heute. Beispielsweise musste Tech-Gigant Apple herkömmliche Bearbeitung aufgeben und auf CNC-Bearbeitung setzen, um das Unibody-Außengehäuse des MacBook zu fertigen.

Möchten Sie erfahren, wie CNC-Maschinen funktionieren, der CNC-Bearbeitungsprozess abläuft und welche CNC-Maschinentypen heute verfügbar sind? Sie sind am richtigen Ort!

Was ist CNC und wie funktionieren CNC-Maschinen?

CNC steht für Computer Numerical Control; dies ist schlicht eine Methode zur Automatisierung der Steuerung von Werkzeugmaschinen.

Computergesteuerte numerische Steuerungsmaschinen verlassen sich auf Computeranweisungen und ein CAM-Programm (Computer-Aided Manufacturing), um die Bewegung der Werkzeugmaschinen zu steuern, zu automatisieren und zu überwachen, um das gewünschte Teil zu erstellen.

Betrachten Sie es so: Eine CNC-Maschine nimmt ein Rohmaterialstück (z. B. einen Aluminiumblock) und verwandelt es durch kontrollierte Materialabtragsprozesse in ein Fertigprodukt.

Lassen Sie uns den CNC-Bearbeitungsprozess noch weiter aufschlüsseln.

Der CNC-Bearbeitungsprozess erklärt

Wir können den CNC-Bearbeitungsprozess in fünf deutliche Schritte unterteilen:

#1 Erstellen Sie Ihre 2D- und 3D-Designs

Der erste Schritt des CNC-Bearbeitungsprozesses besteht darin, die 2D- und 3D-Zeichnungen Ihres Teils mit CAD- (Computer-Aided Design) oder CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) wie SolidWorks und Autodesk Inventor zu erstellen. Beim Erstellen Ihrer 2D- und 3D-Zeichnungen müssen Sie alle wichtigen Abmessungen, Merkmale mit Toleranzen und Oberflächen mit spezifischen Oberflächenanforderungen angeben.

Das Ziel ist es, eine genaue Darstellung des Teils (oder Produkts) zu erstellen, das Sie herstellen möchten.

Weiterführend: Überblick über CNC-CAD-Design

#2 Speichern Sie Ihr Design im besten 3D-CAD-Dateiformat

Zwei gängige CNC-kompatible Dateiformate in der CNC-Bearbeitung sind STEP und IGES.

Das STEP-Format (manchmal STP-Format genannt) gilt weithin als das beste Dateiformat zum Teilen Ihrer 3D-Modelle. Dies liegt daran, dass das Format neutral ist und keinem bestimmten 3D-CAD-Softwareanbieter gehört. Daher wird Ihr Produktentwicklungsteam (oder Maschinenbauer) keine Probleme haben, auf Ihre Designs zuzugreifen (oder sie zu ändern), unabhängig von der 3D-CAD-Software, mit der Sie sie erstellt haben.

Im Gegensatz dazu ist das IGES-Format (ausgesprochen „eye-jess“) ein älteres Dateiformat als STEP. Es ist in fast jedem 3D-CAD-Paket verfügbar, sodass Ihr Zerspaner keine Probleme hat, darauf zuzugreifen, um Ihre Produkte zu fertigen. IGES-Dateien sind jedoch in der Regel größer als STEP-Dateien für dasselbe Produktdesign. Daher könnte das STEP-Dateiformat die ideale Option sein, wenn Sie große Designs per E-Mail an Ihren Hersteller senden müssen.

Weitere in der CNC-Bearbeitung verwendete 3D-CAD-Dateiformate sind AP214, STL, DWG und DXF.

#3 Der Zerspaner generiert einen Werkzeugpfad

Ein Werkzeugpfad (Toolpath) ist eine Reihe von Koordinatenpositionen (oder der Pfad durch den Raum), dem ein CNC-Schneidwerkzeug während des Bearbeitungsprozesses folgt, um die gewünschte Geometrie des Werkstücks zu erzeugen.

Um „Werkzeugpfad“ in der CNC-Bearbeitung besser zu verstehen, betrachten Sie das folgende Bild, in dem wir einen Block haben, dessen Merkmale in der XY-Ebene liegen. Um das gewünschte Teil (einen Block mit zwei quaderförmigen Kavitäten) zu erstellen, müssen Sie zunächst Ihr Schneidwerkzeug positionieren, um Schnitte entlang der Z-Achse vorzunehmen, bevor Sie sich entlang der XY-Ebene bewegen.

 

CAM-Software verfügt typischerweise über Funktionen, die Zerspanern die Definition ihrer Bearbeitungsstrategie ermöglichen, einschließlich der Art der zu verwendenden Schneidwerkzeuge, Vorschubgeschwindigkeiten und Schneidwerkzeuggeschwindigkeiten.

#4 Der Zerspaner wandelt die Bearbeitungsparameter in eine CNC-kompatible Datei um

Der letzte Schritt, den der Zerspaner in der CAM-Software ausführt, ist die Umwandlung der Bearbeitungsstrategie in den sogenannten G-Code. Ein G-Code ist eine Computersprache, die eine CNC-Maschine verstehen und ausführen kann; er sagt der CNC-Maschine präzise, welche Schritte zur Herstellung Ihres Teils auszuführen sind.

Nach der Generierung des G-Codes exportiert der Zerspaner ihn an die CNC-Maschine.

Weiterführend: Was sind G-Code und M-Code?

#5 Der Zerspaner führt den Bearbeitungsvorgang aus

Dies ist die Phase, in der der Zerspaner das Werkstück in die CNC-Maschine einspannt und alle für den Bearbeitungsvorgang erforderlichen Schneidwerkzeuge installiert. Sobald diese Schritte abgeschlossen sind, startet der Zerspaner das Bearbeitungsprogramm, um Teile autonom zu erstellen.

Arten von CNC-Maschinen

CNC-Maschinen gibt es in verschiedenen Typen, jeder mit eigenen Funktionen und Bearbeitungsfähigkeiten. Vier der heute am häufigsten verwendeten CNC-Maschinen sind:

• CNC-Fräsmaschinen
• 5-Achs-CNC-Fräsmaschinen
• CNC-Drehmaschinen
• CNC-Bohrmaschinen

CNC-Fräsmaschinen

CNC-Fräsmaschinen (oder CNC-Fräsen) erstellen Teile, indem sie ein Schneidwerkzeug gegen ein stationäres Werkstück rotieren lassen. Dieser Vorgang entfernt Material vom Werkstück, um das gewünschte Teil zu formen. Die Bewegungssequenz des Schneidwerkzeugs wird durch computergesteuerte numerische Steuerungstechnologie kontrolliert.

Typischerweise finden Sie CNC-Fräsmaschinen als Dreiachsmaschinen – was bedeutet, dass sie entlang dreier unabhängiger Achsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) arbeiten, um Teile zu fertigen. Die CNC-Frästechnologie hat sich jedoch kürzlich zu komplexen Maschinen weiterentwickelt, die entlang mehrerer unabhängiger Achsen arbeiten können (z. B. die 5-Achs-CNC-Fräsmaschine).

5-Achs-CNC-Fräsmaschine

Eine 5-Achs-CNC-Fräsmaschine ist ein Främaschinentyp, der entlang fünf unabhängiger Achsen arbeitet – der X-Achse, Y-Achse, Z-Achse sowie den A- und B-Drehachsen. Dies ermöglicht es Ihnen, Ihr Werkstück aus allen Richtungen anzugehen, um komplexe Geometrien zu erstellen.

Die 5-Achs-CNC-Fräsmaschine ermöglicht es Werkstück und Schneidwerkzeug, sich während des Betriebs gleichzeitig zu bewegen, was Zeit spart und die präzise Erstellung von Kavitäten und Winkelschnitten ermöglicht.

CNC-Drehmaschinen

CNC-Drehmaschinen (oder CNC-Drehbänke) ähneln CNC-Fräsmaschinen – sie verlassen sich auf die automatisierte Natur der CNC-Technologie, um Schnitte zu erstellen und Teile zu bearbeiten. Im Gegensatz zu CNC-Fräsmaschinen erzeugt eine CNC-Drehmaschine Schnitte jedoch, indem sie das Werkstück gegen ein stationäres Schneidwerkzeug rotieren lässt.

Eine typische CNC-Drehmaschinenbaugruppe verfügt über ein Spannfutter, das das Werkstück hält. Das Spannfutter ist mit einer Spindel verbunden, die das Werkstück gegen das stationäre Schneidwerkzeug rotieren lässt. Diese Betriebsweise entfernt Materialbereiche vom Werkstück, sodass Sie Ihre gewünschten Teile erstellen können.

CNC-Drehmaschinen eignen sich ideal für die Bearbeitung zylindrischer Formen; sie ermöglichen Drehoperationen, einschließlich Konusdrehen, Bohren, Rändeln, Nuten und Abstechen.

CNC-Bohrmaschinen

Eine CNC-Bohrmaschine nutzt ein rotierendes Schneidwerkzeug, um Schnitte in einem stationären Werkstück zu erzeugen, ähnlich wie CNC-Fräsmaschinen. CNC-Bohrmaschinen sind jedoch besonders für die Erzeugung von Bohrungen geeignet, um Schrauben oder Maschinenschrauben für Montagezwecke aufzunehmen. Sie eignen sich auch für die Erstellung von Beschriftungen oder Gravuren auf einem Werkstück.

Weitere CNC-Maschinentypen sind CNC-Plasmaschneider, CNC-Laserschneidmaschinen und CNC-Erodiermaschinen (EDM). Diese Maschinen haben ähnliche Funktionen und Bearbeitungsfähigkeiten, unterscheiden sich jedoch in ihren Betriebsarten und Schneidmechanismen. Weitere Informationen finden Sie in unserem Artikel über die verschiedenen CNC-Maschinentypen.

Den idealen CNC-Maschinenbauer für Ihr Fertigungsprojekt wählen

Nun, da Sie wissen, was CNC-Bearbeitung ist, wie sie funktioniert und welche breite Palette an CNC-Maschinentypen es gibt, werden Sie zustimmen, dass CNC-Bearbeitung wirklich eine der besten Bearbeitungstechnologien ist, die heute verfügbar sind.

Wenn Sie jedoch planen, die Fertigungsphase Ihrer Produktentwicklung auszulagern, hängt der Erfolg Ihres Projekts primär vom CNC-Maschinenbauer ab, mit dem Sie zusammenarbeiten. Erstklassige CNC-Maschinenbauer verfügen über modernste Fertigungstechnologien, hochqualifizierte CNC-Zerspaner und Qualitätskontrollexperten, die zusammenarbeiten, um Ihr Produkt korrekt zu fertigen. Zudem erfüllen diese Betriebe in der Regel die Anforderungen mehrerer regulatorischer Standards wie ISO 9001, ISO 14001 und ISO 13485.

Ideale Maschinenbauer verfügen in der Regel auch über ein Online-Sofortangebotstool. Beispielsweise bietet Gensun Precision Machining ein Angebots-Tool, mit dem Sie Ihre 3D-CAD-Datei (in verschiedenen Formaten) hochladen und Ihre Anforderungen angeben können, um ein Angebot für Ihr Projekt zu erhalten.

CNC-Bearbeitung: Gensun Precision kann helfen

Gensun Precision Machining ist ein weltweit führender Anbieter von CNC-Bearbeitungsdienstleistungen. Unterstützt durch fast zwei Jahrzehnte CNC-Bearbeitungserfahrung genießen wir einen Ruf für die Herstellung hochwertiger Metall- und Kunststoffteile für Kunden in verschiedenen Branchen.

Zudem ist unsere Anlage ISO 9001 für Qualitätsmanagement, ISO 14001 für Umweltmanagement und ISO 13485 für die Medizintechnik zertifiziert. Wir haben über 100.000 Projekte mit mehreren innovativen Unternehmen aus verschiedenen Branchen abgeschlossen.

Erzählen Sie uns von Ihrem Projekt und lassen Sie unser hochqualifiziertes Team aus Ingenieuren, Maschinenbedienern und Qualitätskontrolleuren Teile präzise nach Ihren Spezifikationen fertigen.

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Hinweis: Dieser Artikel wurde ursprünglich im September 2021 veröffentlicht und im Juni 2022 aktualisiert.