Welche Art der CNC-Bearbeitung ist die richtige für mein Projekt?

Es gibt Hinweise darauf, dass die maschinelle Bearbeitung bereits mehrere hundert Jahre v. Chr. Zur Herstellung von Objekten verwendet wurde, aber die Computer Numerical Control (CNC)-Bearbeitung, wie wir sie kennen, begann im 18. Jahrhundert, als Dampf zur Automatisierung von Produktionsprozessen verwendet wurde. In den späten 1940er Jahren entwickelten Forscher am MIT die ersten programmierbaren Bearbeitungssysteme, die gestanzte Papierkarten (auch numerische Steuerungstechnologie genannt) verwendeten, um die Bewegung der Maschinen zu steuern. Der Boom der digitalen Computer Mitte des 20. Jahrhunderts revolutionierte den Fertigungsbereich und führte schließlich zu den fortschrittlichen Roboter-CNC-Maschinen von heute.

Die CNC-Bearbeitung ermöglicht es Herstellern, hochpräzise Teile von gleichbleibender Qualität aus nahezu jedem Material herzustellen, einschließlich Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, Schaumstoff und sogar Holz. Da die CNC-Bearbeitung hochgradig automatisiert ist, bietet sie Herstellern eine kostengünstige Möglichkeit, sowohl kundenspezifische Einzelprojekte als auch Produktionsläufe in mittleren Stückzahlen auszuführen.

In diesem Artikel führen wir Sie durch die verschiedenen Arten der CNC-Bearbeitung und zeigen Ihnen, welche Typen für bestimmte Teile und Anwendungen am besten geeignet sind.

Wie die CNC-Bearbeitung funktioniert

Während additive Verfahren wie der 3D-Druck Teile von Grund auf neu erstellen, ist die CNC-Bearbeitung subtraktiv, d. h. sie arbeitet umgekehrt, indem nach und nach Material von einem festen Block – einem sogenannten „Rohling“ oder einem „Werkstück“ – entfernt wird, um das fertige Produkt herzustellen. CNC-Maschinen werden über digitale Designdateien gesteuert, die in Anweisungen übersetzt werden, wie das Gerät das Werkstück schneiden soll.

Die Verwendung von Computern zur Automatisierung und Steuerung des Bearbeitungsprozesses bietet eine unglaubliche Steigerung der Produktivität der Hersteller. Da mehrere CNC-Maschinen dieselbe Konstruktionsdatei verwenden können, um dieselbe Schnittserie an mehreren einheitlichen Werkstücken auszuführen, können sie Teile viel schneller erstellen als ihre menschlichen Gegenstücke.

Die CNC-Bearbeitung, ein hoch reproduzierbarer Produktionsprozess, hat eine grundlegende Rolle im Fertigungssektor gespielt und ist maßgeblich für die Entstehung des Rapid Prototyping verantwortlich. Bevor es Lochstreifen und computergestützte numerische Steuerungstechnologie gab, mussten Teile von Hand bearbeitet werden. Dies führte unweigerlich zu großen Fehlermargen bei Endproduktprototypen, insbesondere wenn Maschinen für die manuelle Fertigung in großem Umfang verwendet wurden. Die CNC-Bearbeitung veränderte die Fertigung, indem sie den Prozess effizienter machte und ein schnelles Prototyping und eine Massenproduktion mit einheitlicher Qualität und Geschwindigkeit ermöglichte.

Die moderne CNC-Bearbeitung ist ein vielseitiger Herstellungsprozess, der zu hochpräzisen Teilen führt und sich für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten in einer Reihe von Branchen eignet. Dazu gehört alles von Autochassis und Flugzeugmotoren bis hin zu Gartenwerkzeugen und chirurgischen Geräten.

Arten von CNC-Maschinen

Es gibt zwei Arten von CNC-Maschinen:3-Achsen und Mehrachsen.

3-Achsen-Bearbeitung

Die 3-Achsen-Bearbeitung umfasst die Prozesse des CNC-Fräsens und des CNC-Drehens, bei denen die Schneidvorrichtung beim Schneiden des Werkstücks entlang dreier linearer Achsen bewegt wird (die drei Achsen sind von links nach rechts, vor und zurück und auf und ab).

Bei einer CNC-Fräsmaschine wird das Werkstück stationär gehalten, während sich Schneidwerkzeuge oder Bohrer mit hoher Geschwindigkeit drehen, um Material zu entfernen, was zu hochpräzisen Teilen führt. Die Maschinen sind einfach zu programmieren und zu bedienen und können verwendet werden, um die meisten Teile mit einfachen geometrischen Designs herzustellen.

Da sich die Schneidwerkzeuge und Bohrer jedoch nur entlang der drei Achsen bewegen können, können bestimmte Konstruktionen oder Bereiche des Werkstücks schwierig fertigzustellen oder zu erreichen sein. Das Drehen des Werkstücks kann oft eine Problemumgehung sein, aber mehrere Drehungen pro Teil im Fräsprozess können die Produktionskosten schnell erhöhen.

Beim CNC-Drehen hingegen wird das Werkstück an einer rotierenden Spindel befestigt und das Teil mithilfe einer Drehmaschine geformt. Drehmaschinen können Teile schneller und zu geringeren Kosten produzieren als CNC-Fräsmaschinen, insbesondere wenn sie für Produktionsläufe mit hohen Stückzahlen verwendet werden, aber ihre Haupteinschränkung besteht darin, dass sie nur zur Herstellung von rotationssymmetrischen Teilen verwendet werden können. Dazu gehören Teile wie Schrauben, Schalen und Stuhlbeine.

Mehrachsenbearbeitung

Die mehrachsige CNC-Bearbeitungsfamilie umfasst drei Prozesse:indexiertes 5-Achsen-CNC-Fräsen, kontinuierliches 5-Achsen-CNC-Fräsen und Fräs-Dreh-Bearbeitung mit angetriebenen Werkzeugen.

Im Vergleich zur 3-Achs-Bearbeitung ermöglichen Mehrachsprozesse eine größere Bewegungsfreiheit beim Fräsen und Drehen. Bei 3-Achs-Prozessen dreht sich entweder das Werkstück oder das Schneidwerkzeug (aber nicht beide), während bei 5-Achs-Prozessen beides gedreht und entlang der drei Linearachsen bewegt werden kann. Während dies Möglichkeiten für die Erstellung komplexerer Teile eröffnet, sind mehrachsige Maschinen teurer und erfordern spezialisierte Maschinen und Bediener.

Das indizierte 5-Achs-CNC-Fräsen wird manchmal auch als 3+2-CNC-Fräsen bezeichnet, da sich das Schneidwerkzeug während des Bearbeitungsprozesses nur entlang der drei Linearachsen bewegt, während das Werkstück zwei Rotationsfreiheitsgrade hat. Der Hauptvorteil des 5-Achsen-Fräsens besteht darin, dass die Werkstücke zwischen den Arbeitsgängen nicht mehr manuell neu positioniert werden müssen, wodurch die Erstellung von Teilen mit komplizierten Geometrien schneller und mit größerer Genauigkeit erfolgen kann.

Kontinuierliche 5-Achsen-CNC-Fräsmaschinen ermöglichen es sowohl dem Schneidwerkzeug als auch dem Werkstück, sich während jeder Operation gleichzeitig zu drehen und zu bewegen. Dadurch können Hersteller äußerst komplizierte Geometrien mit glatten „organischen“ Oberflächen erstellen, die mit anderen Technologien nicht mit vergleichbarer Genauigkeit reproduziert werden können. Im Allgemeinen ist dies die teuerste Form der CNC-Bearbeitung pro Teil.

Fräs-Dreh-CNC-Zentren kombinieren Elemente von CNC-Drehmaschinen mit Fräswerkzeugen. Das Werkstück ist an einer Spindel befestigt, die sich sowohl wie eine Drehmaschine drehen als auch das Werkstück in bestimmten Winkeln stationär halten kann (ähnlich wie die 5-Achsen-CNC-Fräse funktioniert). Diese Kombination aus hoher Produktivität und geometrischer Fertigungsvielseitigkeit macht dieses Verfahren ideal für die Herstellung von Teilen wie Zentrifugalkompressoren und Nockenwellen, die relativ lockere Rotationssymmetrien aufweisen.

Eine vielseitige und kostengünstige Fertigungslösung

Während alle CNC-Bearbeitungsprozesse es Herstellern ermöglichen, konstant präzise Teile aus einer Vielzahl von Materialien herzustellen, eignet sich die Anzahl der Achsen verschiedener Maschinen für die Herstellung bestimmter Arten von Teilen. Zum Beispiel können einfachere Designs schnell und kostengünstig mit 3-Achsen-Systemen hergestellt werden, während 5-Achsen-Maschinen gut positioniert sind, um geometrisch komplexe Teile mit höherer Geschwindigkeit und Genauigkeit zu erstellen.

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