Die richtige CNC-Bearbeitung für Ihr Projekt wählen

Es gibt Belege, dass Bearbeitung schon mehrere hundert Jahre v. Chr. zur Objektfertigung genutzt wurde, aber Computer Numerical Control (CNC) Bearbeitung, wie wir sie kennen, begann im 18. Jahrhundert, als Dampf zur Automatisierung von Produktionsprozessen eingesetzt wurde. In den späten 1940ern entwickelten Forscher am MIT die ersten programmierbaren Bearbeitungssysteme, die Lochkarten (auch Numerical Control Technology genannt) nutzten, um die Maschinenbewegungen zu steuern. Der digitale Computing-Boom der Mitte des 20. Jahrhunderts revolutionierte das Fertigungsfeld und führte schließlich zu den fortschrittlichen robotischen CNC-Maschinen von heute.

CNC-Bearbeitung ermöglicht Herstellern, hochpräzise Teile konsistenter Qualität aus nahezu jedem Material zu fertigen – einschließlich Metallen, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, Schaum und sogar Holz. Da CNC-Bearbeitung hochautomatisiert ist, bietet sie Herstellern einen kosteneffektiven Weg, sowohl Custom-Einzelprojekte als auch mittlere Produktionsserien auszuführen.

In diesem Beitrag führen wir Sie durch die verschiedenen Arten der CNC-Bearbeitung und welche Typen für spezifische Teile und Anwendungen am besten geeignet sind.

Wie CNC-Bearbeitung funktioniert

Während additive Prozesse wie 3D-Druck Teile von Grund auf erstellen, ist CNC-Bearbeitung subtraktiv – sie arbeitet umgekehrt, indem sie Material schrittweise von einem massiven Block – „Rohling“ oder „Werkstück“ genannt – entfernt, um das fertige Produkt zu erstellen. CNC-Maschinen werden via digitale Design-Dateien gesteuert, die in Anweisungen übersetzt werden, wie das Gerät das Werkstück schneiden soll.

Die Nutzung von Computern zur Automatisierung und Steuerung des Bearbeitungsprozesses bietet einen unglaublichen Produktivitätsschub für Hersteller. Da mehrere CNC-Maschinen dieselbe Design-Datei nutzen können, um dieselbe Schnittserie auf mehreren einheitlichen Werkstücken auszuführen, können sie Teile weit schneller erstellen als menschliche Pendants.

Ein hochreproduzierbarer Produktionsprozess – CNC-Bearbeitung hat eine fundamentale Rolle im Fertigungssektor gespielt und ist maßgeblich verantwortlich für die Ermöglichung von Rapid Prototyping. Bevor Lochband und CNC-Technologie existierten, mussten Teile von Hand bearbeitet werden. Dies schuf unweigerlich große Fehlermargen in Endprototyp-Produkten, besonders bei großskaliger manueller Fertigung. CNC-Bearbeitung transformierte die Fertigung durch Einführung größerer Effizienz, ermöglichte Rapid Prototyping und Großserienproduktion bei einheitlicher Qualität und Geschwindigkeit.

Moderne CNC-Bearbeitung ist ein vielseitiger Fertigungsprozess, der hochpräzise Teile ergibt – nützlich für die Erstellung einer breiten Produktpalette über diverse Branchen. Dies umfasst alles von Automotive-Chassis und Flugzeugtriebwerken bis zu Gartengeräten und chirurgischer Ausrüstung.

Arten von CNC-Maschinen

Es gibt zwei Haupttypen von CNC-Maschinen: 3-Achs- und Multi-Achs-Maschinen.

3-Achs-Bearbeitung

3-Achs-Bearbeitung umfasst die Prozesse CNC-Fräsen und CNC-Drehen, beide beinhalten das Bewegen des Schneidwerkzeugs entlang drei linearer Achsen während das Werkstück geschnitten wird (die drei Achsen: links-rechts, vor-zurück, oben-unten).

Bei einer CNC-Fräsmaschine wird das Werkstück stationär gehalten, während Schneidwerkzeuge oder Bohrer mit hoher Geschwindigkeit rotieren, um Material abzutragen – was hochpräzise Teile ergibt. Die Maschinen sind einfach zu programmieren und zu bedienen und können die meisten Teile mit einfachen geometrischen Designs erstellen.

Da Schneidwerkzeuge und Bohrer jedoch nur entlang der drei Achsen bewegt werden können, können bestimmte Designs oder Bereiche des Werkstücks schwer zu erreichen oder zu vollenden sein. Das Drehen des Werkstücks kann oft ein Workaround sein, aber mehrfaches Drehen pro Teil im Fräsprozess kann Produktionskosten schnell erhöhen.

Der CNC-Drehprozess hingegen involviert das Befestigen des Werkstücks an einer rotierenden Spindel und das Formen des Teils mit einer Drehbank. Drehbänke können Teile schneller und kostengünstiger produzieren als CNC-Fräsmaschinen – besonders bei Hochvolumen-Serien – aber ihre primäre Restriktion ist, dass sie nur für rotationssymmetrische Teile genutzt werden können. Dazu gehören Teile wie Schrauben, Schalen und Stuhlbeine.

Multi-Achs-Bearbeitung

Die Multi-Achs-CNC-Bearbeitungsfamilie umfasst drei Prozesse: indexiertes 5-Achs-CNC-Fräsen, kontinuierliches 5-Achs-CNC-Fräsen und Fräs-Dreh-Bearbeitung mit angetriebenen Werkzeugen (Live Tooling).

Verglichen mit 3-Achs-Bearbeitung ermöglichen Multi-Achs-Prozesse größere Bewegungsfreiheit während Fräs- und Drehprozessen. Bei 3-Achs-Prozessen rotiert entweder das Werkstück oder das Schneidwerkzeug (nicht beides), während 5-Achs-Prozesse beide rotieren und entlang der drei linearen Achsen bewegen lassen. Während dies Chancen für komplexere Teile eröffnet, sind Multi-Achs-Maschinen teurer und erfordern spezialisierte Maschinen und Operatoren.

Indexiertes 5-Achs-CNC-Fräsen wird manchmal 3+2 CNC-Fräsen genannt, da während des Bearbeitungsprozesses das Schneidwerkzeug nur entlang der drei linearen Achsen bewegt wird, während das Werkstück zwei rotatorische Freiheitsgrade hat. Der primäre Vorteil von 5-Achs-Fräsen: Werkstücke müssen nicht mehr manuell zwischen Operationen repositioniert werden, was die Erstellung von Teilen mit komplizierten Geometrien schneller und präziser ermöglicht.

Kontinuierliche 5-Achs-CNC-Fräsmaschinen erlauben sowohl dem Schneidwerkzeug als auch dem Werkstück, sich während jeder Operation gleichzeitig zu drehen und zu bewegen. Dies ermöglicht Herstellern, extrem intricate Geometrien mit glatten „organischen“ Oberflächen zu erstellen, die mit vergleichbarer Genauigkeit durch andere Technologien nicht replizierbar sind. Generell ist dies die teuerste Form der CNC-Bearbeitung pro Teil.

Fräsen-Dreh-CNC-Zentren kombinieren Elemente von CNC-Drehmaschinen mit Fräswerkzeugen. Das Werkstück ist an einer Spindel befestigt, die sowohl wie eine Drehbank rotieren als auch das Werkstück an spezifischen Winkeln stationär halten kann (ähnlich wie die 5-Achs-CNC-Fräse funktioniert). Diese Paarung aus hoher Produktivität und geometrischer Fertigungsvielseitigkeit macht diesen Prozess ideal für Teile wie Zentrifugalkompressoren und Nockenwellen, die relativ lose Rotationssymmetrien aufweisen.

Eine vielseitige und kosteneffektive Fertigungslösung

Während alle CNC-Bearbeitungsprozesse Herstellern ermöglichen, konsistent präzise Teile aus vielfältigen Materialien zu erstellen, eignen sich die Achsenzahlen verschiedener Maschinen für bestimmte Teilarten. Einfachere Designs können schnell und günstig mit 3-Achs-Systemen gefertigt werden, während 5-Achs-Maschinen gut positioniert sind, geometrisch komplexe Stücke mit erhöhter Geschwindigkeit und Genauigkeit zu erstellen.

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