Die CNC-Werkzeughalterlösungen, die jeder Hersteller kennen sollte

Die CNC-Bearbeitung ist eine traditionelle Fertigungsmethode, bei der Schneidwerkzeuge und Rotation verwendet werden, um eine vorgegebene Reihe von Schnitten an einem massiven Materialblock vorzunehmen. Die Schneidvorgänge werden von digitalen Designdateien abgeleitet, die gleichzeitig an mehrere CNC-Maschinen verteilt werden können, sodass Hersteller mehrere Kopien eines Teils schneller herstellen können.

Während die Bearbeitung ein vielseitiger Prozess ist, der in der Lage ist, hochpräzise und genaue Teile zuverlässig herzustellen – weshalb sie häufig zur Herstellung kritischer Automobil-, Medizin- und Luft- und Raumfahrtkomponenten verwendet wird –, schränkt die inhärente Natur des Prozesses die Geometrie ein, die mit der CNC-Bearbeitung erstellt werden kann. Designelemente wie beispielsweise scharfe Innenecken sind mit runden, rotierenden Werkzeugen schwierig herzustellen, während hinterschnittene Merkmale wie Schwalbenschwänze und T-Nuten mit Standardwerkzeugen nur schwer oder gar nicht zu erreichen sind.

Ein weiteres potenzielles Problem hat mit der Werkstückspannung zu tun, oder wie das Werkstück während des Bearbeitungsprozesses fixiert wird. Wenn Werkstücke schwer zu greifen sind oder falsch gegriffen werden, können sich dies negativ auf die Lebensfähigkeit des Teils, den Produktionszeitplan und die Stückkosten auswirken.

Hier ist, was Hersteller wissen müssen, um das Beste aus ihren Spannlösungen herauszuholen.

Die Grundlagen der CNC-Bearbeitung

Wie ein Teil gehalten wird, kann eine Reihe logistischer Faktoren erheblich beeinflussen, einschließlich praktikabler Werkzeugwege, welche Werkstückoberflächen ohne zusätzliche Einrichtung bearbeitet werden können und die zulässige Geschwindigkeit und Kraft der Schneidwerkzeuge. Grundlegende Werkstückhaltekomponenten wie Backen, Schraubstöcke und sogar der Maschinentisch können die Fähigkeit von Schneidwerkzeugen einschränken, auf das Werkstück zuzugreifen, was dazu führen kann, dass mehr Zeit für das Einrichten des Teils aufgewendet wird, anstatt die Spindel laufen zu lassen.

Ähnlich wie die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung jedoch Schneidwerkzeugen und Werkstücken während der Produktion zusätzliche Drehmöglichkeiten bietet, können 5-Achsen-Haltelösungen die Effizienz der Herstellung von Teilen, die eine Bearbeitung an den meisten oder allen Seiten erfordern, erheblich verbessern.

Im Tandem eingesetzt, ermöglichen Mehrachsen-Bearbeitungs- und Spannlösungen Werkstücke in eine optimale Position zu bringen, einmal zu greifen, zu bearbeiten und dann schnell auszuwechseln. Dies wird häufig über Nullpunkt-Schnellwechselsysteme erreicht, die eine zuverlässige Werkstückplatzierung gewährleisten und gleichzeitig die effiziente Übertragung von Komponenten auf andere Maschinen für sekundäre Operationen nach Bedarf ermöglichen.

Bei richtiger Implementierung können CNC-Werkstückhaltesysteme die Produktionseffizienz verbessern, indem sie die Zeit minimieren, die zum Einrichten und Wechseln von Werkstücken erforderlich ist. Spannlösungen helfen dabei, Produktionsprozesse wiederholbar zu machen, was weiter zu messbaren Verbesserungen der Produktionsgeschwindigkeit und Prozesszuverlässigkeit sowie der Genauigkeit, Präzision und Qualität der Endteile beiträgt.

Allgemeine Herausforderungen bei der CNC-Werkstückhaltung

Die häufigsten Herausforderungen bei der CNC-Werkstückhaltung entstehen, wenn Hersteller versuchen, Teile mit ungewöhnlichen Geometrien oder schwerfällige und große Teile herzustellen.

Abgesehen von der Optimierung des Teiledesigns für die Herstellung (DFM), was ist der beste Weg, um ungewöhnliche, filigrane oder dünnwandige Werkstücke während der Bearbeitung stabil und sicher zu halten? In vielen Fällen werden Opferwerkzeuge verwendet, um Werkstücke mit nicht standardmäßigen Formen zu stützen, und integrierte Konstruktionsmerkmale wie Passstiftlöcher oder Gewindevorsprünge können oft verwendet werden, um das Werkstück an Ort und Stelle festzuklemmen. Sogar das Hinzufügen von nur 1/16 Zoll zusätzlichem Material an der Unterseite eines Werkstücks kann seine Greiffähigkeit erhöhen.

Manchmal müssen Hersteller jedoch möglicherweise kreativere Lösungen annehmen. Sandsäcke können beispielsweise verwendet werden, um Werkstückvibrationen zu reduzieren, während Wachse, Tone und Spezialklebstoffe dazu beitragen können, empfindliche Abschnitte des Werkstücks zu stützen. Insbesondere Wachse und Tone sind bei Raumtemperatur ziemlich starr und werden bei höheren Temperaturen flüssig, was beim Entfernen nach Abschluss des Bearbeitungsprozesses hilfreich ist.

Eine weitere Herausforderung stellen sperrige Teile dar, wie sie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungswesen, in der Industrie oder in Fahrzeugen verwendet werden. Spezielle und kundenspezifische Werkstückhalteoptionen sind teuer und angesichts der Tatsache, dass einige große Komponenten nur in relativ begrenzten Mengen hergestellt werden, möglicherweise die Investition nicht wert. Wenn sie jedoch für große Produktionsläufe verwendet oder für die Verwendung mit anderen Teilen umfunktioniert werden, kann eine kundenspezifische Spannlösung eine gute Kapitalrendite bieten.

Unabhängig davon, ob eine Werkstatt in spezialisierte oder automatisierte Spannlösungen für größere Teile investiert oder eine Kombination aus manuellen Spannfuttern, Backen und anderen Standardlösungen verwendet, um das Werkstück stabil zu halten, sollte das Ziel darin bestehen, die Gesamtzahl der Schnitte zu minimieren Operationen und Neupositionierungen, um die Spindellaufzeit zu maximieren. Die Begrenzung der Anzahl der Schneidvorgänge minimiert auch die Möglichkeit menschlicher Fehler, verbessert die Prozesszuverlässigkeit und verbessert in der Regel die Bearbeitungsgenauigkeit.

Neben der Größe sollte auch die Form sperriger Teile berücksichtigt werden. Von Natur aus asymmetrische Komponenten wie Turbinenschaufeln erfordern komplexe, ausladende Spindel- und Werkzeugbewegungen. Diese Art von anspruchsvollen Teilen erfordert Spannlösungen, die ein Teil starr in der richtigen Position halten und gleichzeitig die für das Schneidwerkzeug und die Maschine erforderlichen Freiräume berücksichtigen können.

Auswahl der besten Spannlösung

Die für ein bestimmtes Teil am besten geeignete Spannlösung wird von einigen Faktoren bestimmt, darunter Produktionsvolumen, Teileform, Teileabmessungen, Material- und Toleranzanforderungen sowie Wechselhäufigkeit.

Die Bearbeitung großer Stückzahlen hat andere grundlegende Anforderungen als kleinere Aufträge:Sie hängt von zuverlässig wiederholbaren Prozessen ab, die Teile mit gleichbleibender Qualität über längere Zeiträume produzieren, was normalerweise spezielle Spannlösungen erfordert. Spannfutter mit toter Länge sind eine gängige Lösung, da sie in der Lage sind, sowohl eine hohe Positioniergenauigkeit für sekundäre Bearbeitungsvorgänge als auch eine erhöhte Spannkraft bereitzustellen, was zum Sichern von Guss- oder Schmiedeteilen während der Schruppbearbeitung nützlich ist.

Im Gegensatz dazu können sich CNC-Bearbeitungsaufträge mit geringem Volumen normalerweise auf traditionelle Spannwerkzeuge verlassen. Spannzangenfutter, die Gleithülsen verwenden, können runde, sechseckige und quadratische Werkstücke und Stangenmaterial effektiv greifen, ohne an Haltekraft zu verlieren – ein erhebliches Problem beim Arbeiten mit Rotation und Zentrifugalkraft. Dreibackenfutter werden ebenfalls häufig verwendet, da sie bei der Bearbeitung runder Werkstücke einen hervorragenden Halt bieten, während sich Zweibackenfutter (oder 2 + 2 Vierbackenfutter) hervorragend für die Bearbeitung von quadratischen Teilen eignen.

Diese traditionellen Werkstückhaltelösungen führen jedoch oft zu zusätzlichen Überlegungen. Klemmen erhöhen die Anzahl der Schritte pro Arbeitsgang und können den Zugang von mehrachsigen Maschinen zum Werkstück beeinträchtigen, während Schraubstöcke die Größe und Art des zu greifenden Werkstücks einschränken.

Haltung ist der Schlüssel zur Produktionseffizienz

Hersteller verlassen sich auf die CNC-Bearbeitung, um präzise, ​​wiederholbare Teile herzustellen. Diese Präzision ist jedoch nur möglich, wenn Werkstücke mit bekannter Orientierung an einer definierten Stelle gehalten werden. Darüber hinaus erfordert die Wiederholgenauigkeit der CNC-Bearbeitung, dass die Bearbeitungseinstellungen im Laufe der Produktion wirtschaftlich reproduzierbar sind. Daher sollten die effektivsten und strategischsten Werkstückhaltelösungen nicht nur das Werkstück gegen Zentrifugalkraft, Schwerkraft und Werkzeugschneidkräfte sichern, sondern auch dazu beitragen, die Arbeitskosten zu senken und gleichzeitig Werkzeug- und Rüstwechsel zu minimieren.

Modulare Spannlösungen, die einen schnellen Wechsel zwischen Werkstücken und Schneidwerkzeugen ohne Produktionsunterbrechung ermöglichen, die Integration von Industrie 4.0-Technologien und eine verbesserte Automatisierung sind einige der technologischen Entwicklungen, die bereit sind, die Welt der CNC-Bearbeitung zu rationalisieren. Diese Funktionen werden den Herstellern wahrscheinlich dabei helfen, mit weniger Arbeitsaufwand mehr zu erreichen, indem sie eine größere Produktionsflexibilität und -kapazität sowie eine verbesserte Konsistenz beim Wechsel zwischen Teilen und einzelnen Jobs bieten.

CNC-Maschinen sind jedoch hohe Investitionen, weshalb es oft kostengünstiger ist, die CNC-Bearbeitung an einen vertrauenswürdigen Fertigungspartner auszulagern, als die Bearbeitungsdienste intern anzubieten.

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