CNC-Maschinentypen erklärt: Das richtige Werkzeug für Präzisionsbearbeitung wählen

Wir schwärmen seit Jahren von den Fähigkeiten von CNC-Maschinen (Computer Numerical Control). Und das aus gutem Grund!

CNC-gefertigte Teile erfüllen wiederholt exakte Spezifikationen und erreichen extrem enge Toleranzen in großen Mengen. Die Umwandlung von Materialien in fertigte, nutzbare Teile wird in zahlreichen Branchen weltweit geschätzt. Wie genau das geschieht, mag wie ein Mysterium erscheinen, daher widmet sich dieser Artikel dem Teilen von 4 CNC-Maschinentypen: wie sie funktionieren, welche Materialien sie bearbeiten, Beispiele und mehr.

Obwohl diese Liste nicht umfassend ist, teilen wir die Arbeitspferde der CNC-Bearbeitungsbranche; die Maschinen, die Sie am ehesten in seriösen CNC-Werkstätten finden.

Zwei Schlüsselaspekte der CNC-Bearbeitung

Um die Diskussion über CNC-Maschinen vorzubereiten, decken wir zwei grundlegende Aspekte der CNC-Bearbeitung ab: Techniken und Bewegungsumfang. Diese zu kennen ist der Schlüssel zum Verständnis der Maschinentypen.

Techniken, die von CNC-Maschinen ausgeführt werden:

• Fräsen – ein rotierendes Schneidwerkzeug kontaktiert ein stationäres Werkstück
• Drehen – ein Werkstück rotiert und kontaktiert ein Schneidwerkzeug
• Bohren – ein rotierendes Schneidwerkzeug bohrt ein Loch in ein Werkstück
• Ausbohren – ein Schneidwerkzeug entfernt Material im inneren Hohlraum eines Werkstücks
• Sägen – ein Sägeblatt schneidet einen schmalen Schlitz in ein Werkstück

Bewegungsumfang bestimmt, was ein Werkzeug in einer CNC-Fräsmaschine tun kann, was 2-, 3-, 4- und volle 5-Achsen-Optionen umfasst. Wir haben diese Illustration und die folgende Erklärung aus unserem Blog Was ist eine CNC-Fräsmaschine? entnommen.

• 2-Achsen-Maschine – Bewegung nur auf X- und Y-Achse
• 3-Achsen-Maschine – Bewegung auf X-, Y- und Z-Achse
• 4-Achsen-Maschine – Bewegung auf X-, Y- und Z-Achse mit zusätzlicher B-Achse, um den Tisch zu drehen und Zugriff rund um das Werkstück zu ermöglichen; meist auf horizontale Maschinen beschränkt (einige fortschrittliche Werkstätten nutzen 4-Achsen-Vertikalmaschinen)

Okay, ich habe gerade sowohl horizontale als auch vertikale Maschinen erwähnt. Dies sind die zwei primären Spindelkonfigurationen in einer CNC-Fräsmaschine, also fangen wir mit diesen Maschinentypen an.

1. CNC Horizontal Bearbeitungszentrum

Eine horizontale CNC-Maschine hat eine horizontal ausgerichtete Spindel (Z-Achse), die normalerweise parallel zur Maschinenlänge verläuft. Die Spindel navigiert die vertikale Y-Achse und die horizontale X-Achse. Werkstücke werden auf Paletten und Vorrichtungen gespannt, die sich entlang der Z-Achse bewegen, wobei die B-Achse Rotation bereitstellt.

Die horizontale Ausrichtung bietet mehrere Vorteile, einschließlich der Möglichkeit, von vier Seiten zu bearbeiten, mehrere Operationen ohne Vorrichtungswechsel durchzuführen und komplexe Teile zu fräsen. Das Design eignet sich besonders für unterbrechungsfreie Produktionsarbeit, da Späne vom Werkstück wegfallen (weniger manuelle Beseitigung, bessere Produktivität).

Diese Maschinen können eine breite Palette von Materialien bearbeiten: Aluminium, Stahl, Titan und verschiedene Verbundwerkstoffe, was sie zu vielseitigen Werkzeugen in vielen Branchen macht: Automobil, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Energie.

Beispiele für CNC Horizontale Bearbeitungszentren

Der Toyoda FH500J (nicht mehr angeboten, neueste Version hier: FJ5000S) ist kompakt, hochgeschwindig, effizient und präzise. Er verfügt über eine 15.000 U/min Spindel, Eilgang von 2.362 ipm und einen Direct Drive B-Achsen-Tisch, der die B-Achse auf 360.000 diskrete Positionen innerhalb einer vollen 360-Grad-Drehung programmierbar macht. Maximale Werkzeughöhe über 39 Zoll bei maximaler Last von 1.540 lbs.

Der Doosan NHP 5500 ist für hohe Produktivität, Präzision und Effizienz ausgelegt. Er verfügt über eine 10.000 U/min Spindel, Eilgang von 2.362 ipm und nimmt eine maximale Werkzeughöhe von 43,3 Zoll und eine maximale Last von 1.763 lbs auf.

2. CNC Vertikales Bearbeitungszentrum

Bei vertikalen CNC-Maschinen ist die Spindelachse (die Z-Achse) vertikal ausgerichtet. Diese Maschinen verfügen über ein C-Säulen-Design, bei dem die Spindel vertikal verfährt, während der das Werkstück tragende Tisch in X- und Y-Richtung horizontal verschoben wird.

Perfekt für die Verarbeitung von Hochvolumen-, schnellen Projekten, sind diese Maschinen in der Lage, eine Vielzahl von Bearbeitungsoperationen mit hoher Präzision und Effizienz durchzuführen. Vertikale CNC-Maschinen werden für ihre Vielseitigkeit, Automatisierung und Fähigkeit, enge Toleranzen zu erfüllen, geschätzt.

Die meisten vertikalen Bearbeitungszentren haben keine Palettenwechsler, daher werden Teileladen und Schneiden im selben Bereich durchgeführt; die Maschine kann nicht laufen, während der Bediener lädt/entlädt.

Das Hinzufügen eines Teilapparats zu einer CNC-Drehmaschine führt eine A-Drehachse ein (normalerweise bietet eine vertikale CNC-Maschine nur X, Y, Z Bewegungen). Dies transformiert die Maschine effektiv in ein 4-Achsen-CNC-System, das es der Drehmaschine ermöglicht, das Werkstück während der Bearbeitung auf verschiedene Winkel zu drehen.

Diese Maschinen können eine breite Palette von Materialien verarbeiten: Metalle (Aluminium, Stahl, Titan), Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und bestimmte Hölzer, und sie sind integraler Bestandteil mehrerer Branchen: Automobil, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Elektronik sowie allgemeine Fertigung.

Beispiel für ein CNC Vertikales Bearbeitungszentrum

Der Doosan DNM 750L II ist vielseitig, effizient und hochpräzise, mit einer 12.000 U/min Spindel, Eilgang von 945 ipm und automatischem Werkzeugwechsler. Er nimmt eine maximale Last von 3.306 lbs auf und verfügt über fortschrittliches Kühlmittel- und Spänemanagement, anpassbare Werkzeug- und Automatisierungsoptionen sowie Fernüberwachungsfunktionen.

3. CNC-Drehmaschine (CNC-Drehzentrum)

Für Präzision und Wiederholbarkeit konzipiert, verwenden CNC-Drehmaschinen ein Schneidwerkzeug, um Material von einem rotierenden Werkstück zu entfernen. CNC-Drehmaschinen können so konfiguriert werden, dass sie zusätzliche „angetriebene Werkzeuge“ für spezifische Fräsaufgaben – Schneiden, Plandrehen, Gewindeschneiden, Bohren – zusätzlich zum Drehen umfassen. Der Spannfutter und Backen der Maschine halten das Teil mit radialer Symmetrie. Ein Revolver hält Werkzeuge für die Bearbeitung von Außen- und Innenflächen durch Drehen, Ausbohren oder Bohren.

Drehmaschinen können eine breite Palette von Materialien verarbeiten: Metalle (Aluminium, Stahl, Titan), Kunststoffe und Verbundwerkstoffe, und sie sind integraler Bestandteil mehrerer Branchen: Automobil, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Elektronik, Energie und Verteidigung.

Beispiel für eine CNC-Drehmaschine

Die Muratec MW200 und MW400 Drehmaschinen sind beides zweispindlige, portal-geführte Drehmaschinen. Der Portalgreifer nimmt das Teil auf; eine Spindel hält das Teil innen und schneidet außen, während die andere Spindel außen hält und innen schneidet. Außerdem übernimmt der Portalgreifer das gesamte Laden und Entladen.

4. CNC-Wälzstoßmaschine

Eine CNC-Wälzstoßmaschine wird zum Schneiden der Zähne einer Vielzahl von Verzahnungstypen verwendet, einschließlich Stirnräder, Schrägverzahnungen und Innenverzahnungen. Bekannt für hohe Präzision, Automatisierung und Flexibilität, ermöglicht das CNC-System der Maschine, komplexe Bewegungen und Einstellungen automatisch durchzuführen, was zu reduzierten Zykluszeiten und erhöhter Effizienz führen kann, besonders bei Kleinserien.

Das Verzahnungsmaterial wird für seine Haltbarkeit, Verschleißfestigkeit und Fähigkeit gewählt, Schärfe über die Zeit beizubehalten. Typische Branchen, die Wälzstoßmaschinen nutzen, umfassen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Schwermaschinenbau und andere, die auf Präzisionsverzahnungskomponenten für die Leistung und Zuverlässigkeit von Produkten angewiesen sind.

Beispiel für eine CNC-Wälzstoßmaschine

Die Gleason GP300ES ist eine CNC-führungslose Wälzstoßmaschine mit 300 mm Durchmesserkapazität, vertikaler Verstellpositionierung und bewegter Säulenkonstruktion für das Stoßen verschiedener Verzahnungstypen.

Es gibt auch eine Vielzahl weiterer Maschinentypen, die in der CNC-Bearbeitung verwendet werden, einschließlich CNC-programmierter Waschanlagen, CNC-Bohrmaschinen, Plasmaschneider und Laserschneider sowie EDMs (Erodiermaschinen, die elektrische Funken verwenden, um Material von einem Werkstück abzutragen).

Natürlich nutzen die meisten High-End-CNC-Werkstätten irgendeine Art von Robotik und Automatisierung, um im CNC-Bearbeitungsprozess zu helfen. Roboter übernehmen schweres Heben, unterstützen Bediener und steigern die Produktivität.

Was ist mit dem Kombinieren von Operationen zur Effizienzsteigerung? Viele CNC-Maschinen erlauben die Kombination mehrerer Operationen. Zum Beispiel entfernt eine Drehmaschine etwas Material vom Teil, dann wird das Teil gefräst (Löcher gebohrt, zum Beispiel). Ein Bediener steuert beide Aufgaben innerhalb eines Arbeitsplatzes, um ein komplettes Teil zu erstellen.

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Über den Autor

Taylor ist Employee Development Manager bei SMC, wo er Schulungs- und Sicherheitsinitiativen überwacht. Mit einem praktischen, hands-on Ansatz passt er Schulungsprogramme individuell an und stellt sicher, dass alle Neueinstellungen ordnungsgemäß für ihre Rollen geschult sind. Taylor leitet auch das Sicherheitsteam des Unternehmens und setzt sich für eine Sicherheitskultur in der gesamten Organisation ein.