CNC-Bearbeitungskosten erklärt: Schlüsselfaktoren, die Ihr Projektbudget bestimmen

CNC-Maschinen haben die Fertigung revolutioniert, indem sie Produktdesignern die Automatisierung der Fertigung und die Produktion hochwertiger gefräster Teile ermöglichen. Dennoch empfinden viele Produktdesigner die Kostenschätzung für CNC-Bearbeitung als große Herausforderung. Dadurch sind sie oft überfordert, wenn sie Projektangebote von Herstellern erhalten.

Mehrere Faktoren beeinflussen die Kosten Ihres CNC-Bearbeitungsprojekts, darunter Produktdesign, Materialwahl, Fertigungstechnologie, Werkzeuge und Oberflächenbeschaffenheit.

Dieser Artikel behandelt all diese Faktoren. Am Ende dieser Lektüre werden Sie lernen, wie Sie Ihre CNC-Bearbeitungskosten schätzen (und reduzieren) und die perfekten Teile für Ihr Projekt erstellen können.

Faktoren, die CNC-Bearbeitungskosten beeinflussen

#1 Designkomplexität

CNC-Bearbeitung ist ein subtraktiver Fertigungsprozess – was bedeutet, dass sie Schneidwerkzeuge verwendet, um Materialbereiche von einem Werkstück zu entfernen, bis das gewünschte Teil geformt ist. Aufgrund dieses Betriebsmodus gibt es bestimmte Designbeschränkungen in der CNC-Bearbeitung.

Beispielsweise haben innere vertikale Ecken von CNC-gefrästen Teilen immer einen Radius, unabhängig von der Größe Ihres Schneidwerkzeugs. Zudem greifen CNC-Schneidwerkzeuge typischerweise von der oberen Oberfläche auf das Werkstück zu, was die Fertigung bestimmter Merkmale oder Teile erschwert (und verteuert).

Je komplexer Ihr Produktdesign ist, desto länger dauert die Bearbeitung Ihres Teils, was zu höheren Bearbeitungskosten führt. Um Ihr Produktdesign zu vereinfachen und Ihre Fertigungskosten zu senken, sollten Sie Ihr Design durch folgende Tipps optimieren:

• Fügen Sie an internen Kanten einen Eckenradius hinzu, um die zylindrische Form des CNC-Schneidwerkzeugs zu berücksichtigen. Der Radius sollte mindestens ein Drittel der Kavitätstiefe betragen und für alle internen Kanten gleich sein, um Zeit zu sparen und den Bedarf an zusätzlichen Werkzeugen zu eliminieren.

Abbildung 1: Eckenradius an internen Kanten

 

• Verwenden Sie Unterschnitte (Undercuts), wenn Sie eine 90°-innere Kante erstellen müssen, da die Reduzierung der Schaftfräsergröße nicht funktioniert.

Abbildung 2: Für eine 90°-innere Kante funktioniert die Reduzierung des Schaftfräserradius nicht. Stattdessen erstellen Sie einen Unterschnit mit einem Radius von mindestens dem Dreifachen der Kavitätstiefe.

 

• Begrenzen Sie die Tiefe von Kavitäten auf das Vierfache ihrer Länge (oder Breite). Kavitäten mit einem geringeren Tiefe-zu-Breite-Verhältnis erfordern Spezialschaftfräser, was die Fertigungskosten erhöht.

Abbildung 3: Kavitätstiefe begrenzen

 

• Gestalten Sie Unterschnitte mit einer Tiefe von etwa dem Zweifachen ihrer Breite und ausreichend Freiraum für den Werkzeugzugang. Als Faustregel sollte der Freiraum mindestens das Vierfache der Unterschnitttiefe betragen, insbesondere wenn Sie ein T-Nut-Fräswerkzeug verwenden.

Abbildung 4: Unterschnitte erfordern spezifische Werkzeuge und Tiefe-zu-Breite-Verhältnisse zur Kostensenkung

Abbildung 5: Freiraum zu Unterschnitten hinzufügen bei Verwendung von T-Nut-Fräsern

 

• Minimieren Sie die Anzahl der Bearbeitungsausrichtungen, indem Sie Merkmale auf einer Seite des Werkstücks belassen, es sei denn, es ist absolut notwendig, dies anders zu tun. Beispielsweise müssten Sie eine 3-Achs-CNC-Fräsmaschine zweimal einrichten, um das unten gezeigte Produkt zu erstellen.

Abbildung 6: Anzahl der Bearbeitungsausrichtungen minimieren

 

#2 Arbeitskosten

Der Produktentwicklungsprozess mit CNC-Maschinen umfasst mehrere Schritte. Sie müssen beispielsweise zunächst eine 3D-CAD-Datei erstellen, bevor Sie sie in ein Computerprogramm umwandeln, das die CNC-Maschine zur Automatisierung der Fertigung nutzt.

Da diese Prozesse zu den Arbeitskosten beitragen, können Sie Kosten senken, indem Sie einige dieser Prozesse selbst durchführen, anstatt sie auszulagern. Sie können beispielsweise das 3D-CAD Ihres Produkts erstellen, bevor Sie die Überprüfung und Produktion an einen Fertigungsingenieur auslagern.

Ihre Fertigungskosten hängen auch von der Anzahl der Teile (oder Einheiten) ab, die Sie produzieren möchten – höhere Stückzahlen bedeuten höhere Fertigungskosten. Sie können jedoch mit niedrigeren Kosten pro Teil bei Großserienproduktion im Vergleich zur Kleinmengenproduktion rechnen.

#3 Wahl des Konstruktionswerkstoffs

Der von Ihnen für Ihr Produkt gewählte Werkstoff ist ein maßgeblicher Faktor für die CNC-Bearbeitungskosten. Da CNC-Bearbeitung ein subtraktiver Prozess ist, verbraucht sie tendenziell mehr Material als additive Fertigungsprozesse wie 3D-Druck. CNC-Maschinenbetriebe kaufen diese Materialien typischerweise in Blöcken und berechnen die Preise pro Block.

Die beiden gängigen Materialtypen für CNC-Bearbeitungsprojekte sind Metalle und Kunststoffe. Metalle sind generell teurer als Kunststoffe, sodass Sie bei der Fertigung von Metallteilen mit höheren Kosten rechnen müssen als bei Kunststoffen. Tabelle 1 zeigt die ungefähren Materialkosten für CNC-Bearbeitungsprojekte.

#4 Oberflächenbeschaffenheit

CNC-gefräste Teile verlassen die Fertigungslinie in der Regel mit einer beeindruckenden Oberflächenbeschaffenheit (siehe Abbildung 7).

Abbildung 7: Die as-machined Oberflächenbeschaffenheit eines CNC-gefrästen Teils

 

Zerspaner berechnen keine zusätzliche Gebühr für die Erstellung dieser as-machined Teile. Sie sollten jedoch mit einem höheren Projektangebot rechnen, wenn Ihr Produkt zusätzliche Nachbearbeitungsoperationen erfordert (wie Eloxieren, Polieren und Pulverbeschichtung).

Abbildung 8: CNC-gefräste Teile mit eloxierter Oberflächenbeschaffenheit

 

Outsourcing kann Fertigungskosten senken

Viele erstklassige Produktdesigner und Unternehmer senken Bearbeitungskosten, indem sie ihre Fertigungsprojekte an CNC-Maschinenbauer in China auslagern. Wenn Sie beispielsweise ein komplexes Teil mit Mehrachs-CNC-Maschinen fertigen möchten, können Sie in China mit nur 40 USD pro Stunde rechnen, während europäische (oder amerikanische) Hersteller bis zu 120 USD pro Stunde verlangen könnten.

Doch nur weil die Preise in Asien günstiger sind, bedeutet das nicht, dass Sie jeden chinesischen Hersteller wählen sollten. Stattdessen müssen Sie einen Hersteller mit modernsten CNC-Technologien und hochqualifizierten Ingenieuren, Technikern und Qualitätskontrolle (QC) Experten wählen.

Gensun Precision Machining ist ein führender Anbieter von CNC-Bearbeitungsdienstleistungen in China. Wir verfügen über ein Team hochqualifizierter Techniker, Ingenieure und QC-Experten, die zusammenarbeiten, um Ihr Produkt zu fairen Preisen richtig zu fertigen.

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