Was ist CNC-Bearbeitung:Prozesse, Abläufe und Vorteile

Die moderne Produktherstellung erfordert Prozesse und Techniken, die aufgrund der zunehmenden Komplexität des Produktdesigns Präzision und Genauigkeit gewährleisten. Folglich gibt es einen Ansturm auf Entwicklung und Innovation bei Fertigungstechniken, insbesondere bei der Einführung der Automatisierung.

Aufgrund der Automatisierung ist die CNC-Bearbeitung ein gängiger Herstellungsprozess, der für seine Präzision, Genauigkeit und Fähigkeit für komplexes Produktdesign bekannt ist. In diesem Artikel werden die Grundlagen der CNC-Bearbeitung, deren Verfahren, Anwendung und Vorteile erörtert.

Was bedeutet computergestützte numerische Steuerung (CNC)?

Computer Numerische Steuerung (CNC) umfasst die Steuerung einer Werkzeugmaschine unter Verwendung eines Mikrocomputers, der an dem Werkzeug angebracht ist. Der Mikrocomputer kann dies tun, indem er auf eine Programmiersprache namens G-Code und M-Code reagiert, die Anweisungen zu Bearbeitungsparametern wie Vorschubgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl, Schneidwerkzeug und Kühlmittelfluss enthält.

Der Mikrocomputer leitet dann die Anweisungen an die Werkzeugmaschine weiter. Daher erfordert die CNC-Bearbeitung keine manuelle Bedienung und eignet sich daher für die Erstellung fehlerfreier Teile, unabhängig von der Komplexität des Produktdesigns.

Was ist CNC-Bearbeitung?

Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktiver Fertigungsprozess, bei dem ein Teil eines Werkstücks mithilfe von Anweisungen aus einem CAD-Modell entfernt wird, um ein Produkt herzustellen. Die CNC-Maschine entfernt Teile des Werkstücks durch Bearbeitungsvorgänge wie Drehen, Bohren oder Fräsen gemäß Codes (G-Code und M-Code), die aus dem CAD-Modell stammen und Anweisungen zu Bearbeitungsparametern enthalten.

Der CNC-Bearbeitungsprozess ist mit vielen Metallen, Kunststoffen, Holz und Verbundwerkstoffen kompatibel. Neben den additiven und formgebenden Fertigungsverfahren wie 3D-Druck und Spritzguss bildet es einen Standardprozess für die Teilefertigung. Die CNC-Bearbeitung hat jedoch einige Vorteile gegenüber diesen Methoden, wie z. B. eine hohe Toleranz. Lass uns weiterlesen.

4 Hauptschritte für den CNC-Bearbeitungsprozess

Es gibt vier grundlegende Schritte zur CNC-Bearbeitung, unabhängig von Ihrem CNC-Bearbeitungsprozess. Unten ist ein schrittweises Verfahren, wie sie im Allgemeinen funktionieren:

Schritt 1:Bereiten Sie ein CAD-Modell vor

Dazu gehört die Erstellung eines 2D- oder 3D-Modelldesigns des Produkts. Es gibt viele Software, die für den Prozess geeignet ist, wobei die beliebtesten AutoCAD und SolidWorks sind. Darüber hinaus ist es möglich, 2D-Entwürfe je nach Produktanforderung in 3D-Entwürfe umzuwandeln.

Obwohl einige Produktdesigns einfach sein mögen, erfordert die Erstellung einiger CAD-Modelle möglicherweise fortgeschrittene Kenntnisse, insbesondere bei komplexen Produktdesigns.

Das CAD-Modell sollte ordnungsgemäß entworfen sein und dem Bediener mühelos kritische Merkmale wie Toleranzen, Konstruktionslinien, Gewinde und andere Parameter für einen effektiven Bearbeitungsvorgang anzeigen.

Schritt 2:Konvertierung in ein CNC-kompatibles Format

CNC-Maschinen verstehen das CAD-Modell nicht. Daher müssen Sie das CAD-Modell in ein CNC-kompatibles Format transformieren, damit die Maschine es interpretieren kann. Für diesen Schritt können Sie CAM-Software wie AutoCAD, Fusion 360 oder andere Online-Softwaredienste verwenden.

Diese Software kann in ein CNC-kompatibles Format konvertieren und weist die CNC-Maschine über Parameter an. Wie Rotations- und Linearbewegung, Schnittfolge, Werkzeugweg, Werkstück, Maschinengeschwindigkeit usw., die mit dem Bearbeitungsvorgang verbunden sind.

Schritt 3:Setup-Ausführung

Dazu gehört die Auswahl des richtigen CNC-Maschinentyps und die Konfiguration bestimmter Operationen, bevor die Bearbeitung beginnt. Die Auswahl der richtigen Maschine hängt vom Werkstück, der Komplexität des Produktdesigns und den Kosten ab. Anschließend wird das Werkstück auf der Maschine montiert.

Schritt 4:Teil bearbeiten

Der Bediener bringt die erforderlichen Schneidwerkzeuge an und startet den Prozess. Der Prozess ist automatisiert und wird ausgeführt, bis er vom Computerprogramm als abgeschlossen erachtet wird. Während und nach dem Bearbeitungsprozess führen die Maschinisten mehrere Inspektionsebenen zur Qualitätssicherung durch.

Die wichtige Rolle der Maschinisten in der CNC-Bearbeitung

Obwohl der CNC-Bearbeitungsprozess automatisiert ist, gibt es CNC-Maschinisten, die sich um erwartete und unerwartete Fehler kümmern. Nachfolgend sind die wichtigen Rollen von CNC-Maschinisten aufgeführt:

• Produktspezifikationen finden.
• Lesen Sie Pläne, Skizzen und CAD/CAM-Dateien.
• CAE-Modelle erstellen.
• Ausrichten und Anpassen von Schneidwerkzeugen und anderen Maschinenmaterialien.
• Installieren, verwenden und demontieren Sie CNC-Werkzeugmaschinen.
• Beobachten Sie die Geschwindigkeit der Maschine.
• Inspizieren und testen Sie fertige Produkte auf Fehler.
• Stellen Sie sicher, dass ein Teil am CAD-Modell ausgerichtet ist.

Arten von CNC-Maschinen

Jeder CNC-Bearbeitungsprozess hat seine Maschine. Beispielsweise werden Maschinen zum CNC-Fräsen als CNC-Fräsmaschinen und solche zum CNC-Drehen als CNC-Drehmaschinen bezeichnet. Die Art der CNC-Maschinen ist jedoch eher die Achse, an der sie sich bewegen und drehen können. Hier sind die gebräuchlichsten in der Teilefertigung:

2-Achsen-CNC-Maschinen

2-Achsen-CNC-Maschinen können ein Teil nur auf der x- und z-Achse bearbeiten, d. h. vertikal und horizontal. Daher sind sie die einfachste CNC-Maschine, die in der Teilefertigung verwendet wird.

3-Achsen-CNC-Maschine

3-Achsen-CNC-Maschinen sind der 2-Achsen-CNC-Maschine einen weiteren Schritt voraus, da sie sich in der x-, y- und z-Achse bewegen können. Sie sind die am häufigsten verwendeten Maschinen in der CNC-Bearbeitung. Es kann jedoch eine Einschränkung in der Fähigkeit geben, Teile mit komplexen Konstruktionen zu bearbeiten. Dies liegt an ihrer fehlenden Rotation.

4-Achsen-CNC-Maschinen

Die 4-Achs-CNC-Maschine verfügt über eine Spindel, die entlang der drei Achsen verfahrbar ist. Einfach ausgedrückt kann die Maschine auf und ab, von einer Seite zur anderen, vor und zurück fahren und sich entlang der X- und A-Achse drehen. All dies geschieht, ohne dass sich das Werkstück bewegt. Sie sind aufgrund ihrer Geschwindigkeit, Präzision und Genauigkeit die am häufigsten verwendeten CNC-Maschinen zur Bearbeitung komplexer Teile.

5-Achsen-CNC-Maschinen

Eine 5-Achsen-CNC-Maschine hat eine Spindel und ein Schneidwerkzeug, die sich ähnlich wie eine 4-Achsen-Maschine bewegen können. Im Gegensatz zur 4-Achs-Maschine können sie sich jedoch um zwei beliebige der drei Achsen drehen. Sie gelten als die vollständigsten mehrachsigen CNC-Maschinen, da sie während der Bearbeitung ohne manuelles Umpositionieren aus allen Richtungen an das Werkstück heranfahren können. Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung ermöglicht eine perfekte Bearbeitung von präzisen und komplexen Teilen

3 Gemeinsame Support-Software für die CNC-Bearbeitung

Abhängig von den Anforderungen des CNC-Bearbeitungsprozesses verwendet jede Bearbeitung eine oder mehrere der unten aufgeführten Software:

1. CAD-Software

CAD-Software ermöglicht es dem Bediener, 2D- und 3D-Modelle physischer Komponenten zu erstellen, die bei der Produktkonstruktion und -herstellung verwendet werden. Abgesehen davon dienen sie der Bereitstellung von Konstruktionsdaten für Hersteller. Beispiele sind AutoCAD (2D und 3D), Inventor (3D), Blender und SketchUp.

2. CAM-Software

Die CAM-Software eignet sich zum Erstellen von G-Codes aus CAD-Modellen für diese Steuerungs-CNC-Maschinen. Folglich verfügt eine CNC-Maschine über eine Automatisierung. Zu den wichtigsten Beispielen gehören Fusion 360, SolidWorks und AutoCAD.

3. CAE-Software

CAE-Software ermöglicht es Produktdesignern, die Leistung eines beabsichtigten Produkts nachzuahmen. Folglich können sie Produktdesigns verbessern und Ingenieuren helfen, technische Probleme zu lösen. Beispiele sind Finite-Elemente-Analyse, Mehrkörperdynamik und Computational Fluid Dynamics.

Verschiedene Arten von CNC-Bearbeitungsvorgängen

Die CNC-Bearbeitung umfasst mehrere Techniken, bei denen ein Teil eines Werkstücks subtraktiv entfernt wird, um das gewünschte Produkt herzustellen. Die Art der Entfernung hängt jedoch vom Prozess ab. Zu den gängigen CNC-Bearbeitungsvorgängen, die bei der Teilefertigung verwendet werden, gehören:

CNC-Bohren

Beim CNC-Bohren werden mit einem rotierenden Schneidwerkzeug zylindrische Löcher in einem stationären Werkstück erzeugt. Es ist ein wichtiger CNC-Bearbeitungsvorgang, der bei der Herstellung von Produkten verwendet wird, die eine Teilmontage erfordern.

CNC-Fräsen

CNC-Fräsen ist der häufigste Bearbeitungsvorgang, bei dem ein Schneidwerkzeug verwendet wird, das sich entlang von Achsen drehen und bewegen kann, um Material von einem Werkstück zu entfernen. Die Leichtigkeit des Schneidens hängt von der Komplexität der CNC-Maschine ab.

CNC-Drehen

CNC-Drehen ist ein Bearbeitungsvorgang, bei dem ein Produkt gedreht wird, während es einem Schneidwerkzeug zugeführt wird, das zur Herstellung des bearbeiteten Teils hergestellt wird.

Andere Bearbeitungsvorgänge

• Schleifen
• Räumung
• Läppen
• Sägen
• Honen

Mit CNC-Bearbeitung kompatible Materialien

–Metalle :Kupfer, Edelstahllegierungen, Titan, Messing, Aluminiumlegierungen, Stahl, Magnesium usw.

–Kunststoffe :Acetal, PEEK, Polycarbonat, Nylon, Acryl, PVC, Polypropylen usw.

–Zusammengesetzt :Epoxid, Phenolharze, Glasfaser und Kohlefaser.

–Holz :Hartholz und Sperrholz.

–Schaum: Hart- und Schnitzschaum.

Die CNC-Bearbeitung ist mit vielen Materialien kompatibel. Beachten Sie jedoch Folgendes, bevor Sie sich für ein CNC-Material entscheiden:

• Härte
• Mechanische Eigenschaften
• Teilfunktionen
• Maßtoleranz
• Betriebstemperatur
• Kosten

Was sind die Vorteile der CNC-Bearbeitung?

Die CNC-Bearbeitung findet aufgrund mehrerer Vorteile breite Anwendung in der industriellen Teilefertigung. Im Folgenden sind einige Vorteile des Verfahrens gegenüber anderen Herstellungsverfahren aufgeführt.

Genauigkeit und Präzision

Die CNC-Bearbeitung ist genau, sodass Produkthersteller Teile gemäß dem beabsichtigten Design herstellen können. Abgesehen davon hat es eine hohe Präzision und Toleranz; Daher können Sie verschiedene Chargen eines Produkts herstellen, ohne an Genauigkeit zu verlieren. Darüber hinaus reduziert ein automatisierter Prozess die Fehler während der Bearbeitung.

Schnell und effizient

Sie können ein CNC-bearbeitetes Teil in wenigen Tagen erhalten. Daher ist es Produktionseffizienz. Die Geschwindigkeit und Effizienz hängen jedoch vom Typ der CNC-Maschine und der Komplexität des Produkts ab.

Kosteneffizienz

Die CNC-Bearbeitung hat hohe Anfangsinvestitionskosten. Es hat jedoch niedrigere Betriebskosten. Abgesehen davon erhöhen die hohe Ausbringungsrate, wenig oder kein menschliches Versagen und niedrige Produktionskosten die Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus ist für die meisten Bearbeitungsvorgänge weniger Schulung erforderlich, und die Schulung ist größtenteils online verfügbar.

Bessere Fähigkeiten

Die meisten CNC-Maschinen können viele Werkzeuge für verschiedene Zwecke tragen. Abgesehen davon verfügen sie über eine ausgeklügelte Software, die es ihnen ermöglicht, an verschiedenen Produkten und komplexen Werkstücken zu arbeiten. Daher haben sie verbesserte Fähigkeiten und Kompatibilität mit Werkstücken unterschiedlicher Größe, Form oder Textur.

Große Auswahl an kompatiblen Materialien

Bearbeitungsvorgänge sind mit einer großen Materialbasis kompatibel. Gängige Beispiele sind Metall, Kunststoff und Verbundwerkstoffe.

Alternative Fertigungsverfahren zur CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist ein vielseitiger Prozess, der in der Teile- und Produktherstellung weithin akzeptiert ist. Manchmal ist es jedoch möglicherweise nicht die beste Methode. Hier sind einige alternative Methoden, die Sie in Betracht ziehen können:

3D-Druck

Der 3D-Druck ist ein additiver Fertigungsprozess, bei dem ein Material mithilfe von Anweisungen aus einem CAD- oder digitalen 3D-Modell geschmolzen, aufgetragen und verfestigt wird. Wie die CNC-Bearbeitung ist sie automatisiert. Im Gegensatz zur CNC-Bearbeitung eignet es sich jedoch eher für ein einfaches Design.

Spritzguss

Spritzgießen ist ein Kunststoffherstellungsverfahren, bei dem Material geschmolzen und in eine vorbereitete Form gespritzt und erstarren gelassen wird. Es funktioniert nach dem gleichen Mechanismus wie andere Herstellungsverfahren wie Blasformen, Umspritzen und Einlegeformen. Es ist ein wichtiger Bestandteil der Massenfertigung von Produkten.

Druckguss

Druckguss ist dem Spritzguss ähnlich. Es ist jedoch für Metalle wie Aluminium geeignet. Dabei wird das Metall geschmolzen und in eine vorbereitete Form gespritzt. Die Injektionsmethode kann je nach Produktqualität niedrig oder hoch sein.

Eine kurze Geschichte der CNC-Bearbeitung

Vor dem elektronischen Zeitalter haben Designer Teile von Hand oder mit manuell betriebenen Maschinen erstellt. Die in dieser Phase verwendeten Herstellungsverfahren sind in Genauigkeit, Präzision, Eignung für komplexe Produkte und vor allem Massenproduktion von Produkten begrenzt. Infolgedessen gab es Forschung und Entwicklung zur Einführung neuer Herstellungsverfahren.

Der erste Einblick in die numerische Steuerung war, als John T. Parsons in den 1940er Jahren in Zusammenarbeit mit dem MIT die numerisch gesteuerten Maschinen für die Teilefertigung in der US Airforce entwickelte. Diese Maschinen ermöglichen es Herstellern, eine Reihe von Werkzeugen anhand von Anweisungen von Lochkarten zu steuern. Allerdings fehlt ihnen noch eine vollständige Automatisierung. Folglich wurden sie mit anwesenden Operatoren verwendet.

Mit der Erfindung schneller Computer begann die CNC-Maschine, digitale Codes anstelle von Lochkarten zu verwenden, um die Werkzeugmaschinen zu steuern. Die CNC-Bearbeitung kann Teile schneller und genauer produzieren als das vorherige Bearbeitungssystem.

Schlussfolgerung

Die CNC-Bearbeitung ist aufgrund ihrer Genauigkeit, Präzision und Toleranz eine weithin akzeptierte Reihe von Prozessen in der Teile- und Produktherstellung. Dadurch wird es Produktdesignern und Herstellern leicht gemacht, Produkte unterschiedlicher Komplexität zu erstellen.

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Häufig gestellte Fragen

Was sind M-Code und G-Code?

Auf der einen Seite sind G-Codes eine Reihe von Codes, die einer CNC-Maschine Anweisungen geben, wie sie sich bewegen soll. Andererseits führt M-Code die nicht schneidenden Operationen der Maschine aus.

Was sind die größten Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung?

Kundenspezifische Anpassungen sind bei der CNC-Bearbeitung nicht besonders einfach. Maschinisten müssen die CAD-Dateien im ersten Schritt ändern, um geringfügige Anpassungen an den fertigen Produkten vorzunehmen. Außerdem erlaubt der technologische Fortschritt nur einem erfahrenen Bediener, die Programme zu schreiben.

In welchen Branchen wird die CNC-Bearbeitung eingesetzt?

Die CNC-Bearbeitung findet Anwendung in vielen Fertigungsindustrien. Übliche Branchen, die den Herstellungsprozess übernehmen, sind Automobil, Luft- und Raumfahrt, Militär, Verteidigung, Marine und Medizin.

Was sind die Terminologien in der CNC-Bearbeitung?

Gängige Terminologien in der CNC-Bearbeitung sind:

-CAD:Computergestützte Software
-CAM:Computergestützte Fertigung
-CAE:Computergestütztes Engineering
-DNC:Verteilte numerische Steuerung
-G-Code:Geometrische Codes
-M-Code:Verschiedene Maschinencodes

Was sind die Trends in der CNC-Bearbeitungsbranche?

Zu den Trends in der CNC-Bearbeitungsbranche gehören die vollständige Automatisierung des Verfahrens, das Hinzufügen weiterer Achsen zu CNC-Maschinen und die Entwicklung weiterer Funktionen für eine einfache Anpassung.