21 Grundlagen der CNC-Gravurbearbeitung (Teil 1)

CNC-Gravurmaschinen eignen sich für Feinbearbeitung mit kleinen Werkzeugen – Fräsen, Schleifen, Bohren, Hochgeschwindigkeitsgewinden. Einsatzbereiche: 3C-Industrie, Formenbau, Medizintechnik.

Dieser Artikel fasst 21 Basiswissen zur CNC-Gravur zusammen.

1. Hauptunterschied: CNC-Gravur vs. CNC-Fräsen

Beide nutzen Fräsprinzip. Hauptunterschied: Werkzeugdurchmesser. CNC-Fräsen: 6–40 mm üblich. CNC-Gravur: 0,2–3 mm.

2. CNC-Fräsen nur Schruppen, CNC-Gravur nur Schlichten?

Prozessbegriff klären: Schruppen = großer Zerspanvolumen, Schlichten = klein. Man gewöhnt sich an „schweres Schneiden“ vs. „leichtes Schneiden“. Tatsächlich sind Schruppen, Halbschlichten, Schlichten Prozessstufen. Richtige Antwort: CNC-Fräsen kann schwer & leicht schneiden; CNC-Gravur nur leichtes Schneiden.

3. Kann CNC-Gravur Stahl im Schruppen bearbeiten?

Entscheidend: maximaler nutzbarer Werkzeugdurchmesser. Gravurwerkzeug bestimmt max. Schneidleistung. Erlaubt Form Werkzeuge > 6 mm → starkes Empfehlung: erst CNC-Fräsen, dann Gravur für Restmaterial.

4. CNC-Bearbeitungszentrum mit Hochgeschwindigkeitsspindel für Gravur nutzen?

Nein. Solche Produkte gab es auf Messen, aber Gravurprozess nicht abschließbar. Grund: CNC-BAZ-Design berücksichtigt eigenen Werkzeugbereich, Gesamtstruktur ungeeignet für Gravur. Fehlvorstellung: Hochgeschwindigkeitsspindel als einziges Gravurmerkmal angesehen.

5. Kann CNC-Gravur mit kleinen Werkzeugen EDM ersetzen?

Nein – keine Substitution. Gravur verringert Fräswerkzeug-Durchmesserbereich; kleine Formen, früher nur EDM, sind nun per Gravur machbar. Aber L/D-Verhältnis Gravurwerkzeug ~ 5:1. Bei kleinen Durchmessern nur flache Kavitäten. EDM: fast keine Schnittkraft; solange Elektrode herstellbar, Kavität bearbeitbar.

6. Haupteinflussfaktoren auf Gravurbearbeitung

Komplexer Prozess, viele Faktoren: Maschinenmerkmale, Schneidwerkzeuge, Steuerungssystem, Werkstoffeigenschaften, Bearbeitungstechnologie, Spannvorrichtungen, Umgebungsbedingungen.

7. Anforderungen an Steuerungssystem für CNC-Gravur

CNC-Gravur ist Fräsen → Steuerung muss Fräsen beherrschen. Für kleine Werkzeuge: Vorschubfunktion (Feedforward) zwingend – reduziert Vorschub im Voraus auf Bahnen, verringert Bruchhäufigkeit kleiner Werkzeuge. Gleichzeitig: Schnittgeschwindigkeit auf glatten Bahnabschnitten erhöhen → Gravureffizienz steigern.

8. Welche Werkstoffeigenschaften beeinflussen die Bearbeitung?

Hauptfaktoren: Werkstoffkategorie, Härte, Zähigkeit. Kategorien: metallisch / nicht-metallisch. Allgemein: höhere Härte → schlechtere Bearbeitbarkeit; höhere Zähigkeit → schlechtere Bearbeitbarkeit. Mehr Verunreinigungen → schlechter. Härtere Partikel im Werkstoff → schlechter. Faustregel: Höherer C-Gehalt → schlechtere Zerspanbarkeit; höherer Legierungsgehalt → schlechter; höherer Nichtmetallgehalt → besser (aber in Werkstoffen streng begrenzt).

9. Welche Materialien eignen sich für Gravur?

• Geeignete Nichtmetalle: Acryl (PMMA), Resin, Holz etc.
• Ungeeignete Nichtmetalle: Naturmarmor, Glas.
• Geeignete Metalle: Kupfer, Aluminium, Weichstahl < HRC 40.
• Ungeeignete Metalle: Vergüteter/gehärteter Stahl.

10. Einfluss des Werkzeugs auf die Bearbeitung

Werkzeugfaktoren: Werkstoff, Geometrie, Schleiftechnik. Gravurwerkzeug: Hartmetall (Pulvermetallurgie). Leistungsindex: mittlerer Pulverkorndurchmesser. Kleinerer Durchmesser → verschleißfester, höhere Standzeit. Schärfe beeinflusst Schnittkraft: schärfer → geringere Kraft, ruhigerer Schnitt, bessere Oberfläche, aber geringere Standzeit. Unterschiedliche Schärfe für unterschiedliche Werkstoffe. Weiche, klebrige Werkstoffe → schärferes Werkzeug. Harte Werkstoffe → Schärfe reduzieren für Standzeit, aber nicht zu stumpf (sonst zu hohe Schnittkraft). Schlüsselfaktor beim Schleifen: Kornzahl des Feinschleifscheibs.

• Hochfeine Schleifscheibe (hohe Kornzahl) → feinere Schneide → höhere Standzeit.
• Hochfeine Schleifscheibe → glattere Freifläche → bessere Schnittflächenqualität.

11. Werkzeugstandzeitformel

Hauptsächlich für Stahlbearbeitung. Empirische Formel: T = CT / (Vc^a × f^b × P^c) (T = Standzeit, CT = Lebensparameter, Vc = Schnittgeschwindigkeit, f = Vorschub/Umdrehung, P = Schnitttiefe). Größter Einfluss: Schnittgeschwindigkeit. Weitere Einflüsse: Radiallauf, Schleifqualität, Werkstoff & Beschichtung, KSS.

12. Gravurmaschine während der Bearbeitung schützen

1. Werkzeugmessgerät vor übermäßigem Öl schützen.
2. Spänkontrolle beachten – Späne sehr schädlich: In Schaltschrank → Kurzschluss; In Führungen → Spindel-/Führungslebensdauer sinkt. Maschine Hauptbereiche gut abdichten.
3. Lampe nicht am Schirm ziehen – Schirm beschädigt leicht.
4. Während Bearbeitung nicht in Schneidbereich schauen → Fliegende Späne verletzen Augen. Bei laufender Spindel keine Bedienung am Arbeitstisch.
5. Maschinentüren nicht ruckartig öffnen/schließen. Beim Schlichten verursachen Erschütterungen Schneidspuren.
6. Spindeldrehzahl vor Start einstellen, dann bearbeiten. Sonst startet Bearbeitung vor Erreichen der Soll-Drehzahl → Motor „würgt“.
7. Keine Werkzeuge/Werkstücke auf Maschinenbalken ablegen.
8. Keine magnetischen Werkzeuge (Magnetschraubstöcke, Messuhrenhalter) auf Schaltschrank – Display wird beschädigt.