CNC-Drehen erklärt: Prozess, Anwendungen und Vorteile

Wenn Sie Teile in einer CNC-Bearbeitungswerkstatt fertigen lassen möchten, aber unsicher sind, welches Verfahren das richtige ist, kann das zu Verwirrung führen – besonders wenn Sie mit CNC-Bearbeitungsdienstleistungen nicht vertraut sind.

Zunächst: Fachleute nutzen bestimmte Automatisierungstechniken zur Teilefertigung. Die gängigsten sind CNC-Fräsen und CNC-Drehen. Beide haben ihren spezifischen Zweck, es gibt keinen Wettbewerb zwischen ihnen. Das bedeutet: CNC-Drehen zu verstehen ist genauso wichtig wie CNC-Fräsen zu verstehen.

Da dieser Artikel sich auf CNC-Drehen konzentriert, schauen wir uns an, was es für die Fertigung so unverzichtbar macht.

Was ist CNC-Drehen?

CNC-Drehen (Computer Numerical Control Turning) ist ein Präzisionsbearbeitungsverfahren, bei dem eine CNC-Drehmaschine ein Werkstück linear schneidet, während es rotiert oder „gedreht“ wird, um ein zylindrisches Teil zu formen.

Der Prozess wird auf einer mechanischen Drehmaschine durchgeführt, die im Wesentlichen den Durchmesser des Werkstücks auf eine bestimmte Form gemäß vorgegebenen Maßen zuschneidet und so ein poliertes Fertigteil erzeugt. Obwohl das Ausgangsmaterial meist rund ist, kann es auch andere Formen haben, z. B. quadratisch oder sechseckig.

Wie funktioniert CNC-Drehen?

Der Drehprozess findet in einer dedizierten CNC-Drehwerkstatt statt. Ob die verwendete Drehmaschine horizontal oder vertikal ist, hängt vom Gewicht und Toleranzbereich des zu bearbeitenden Werkstücks ab.

Beim CNC-Drehen wird das Werkstück (zu bearbeitendes Material) auf einem „Spannfutter“ platziert, das mit einer vorgegebenen Drehzahl rotiert. Gleichzeitig wird das Werkzeug in das Werkstück geführt, um Material abzutragen und die gewünschte Form zu erzeugen. Der mit Werkzeugen bestückte Revolver wird programmiert, um zum Stangenmaterial zu fahren und Material abzutragen, um das programmierte Ergebnis zu erzielen. Da es sich um Materialabtrag handelt – im Gegensatz zu „3D-Druck“ (additiv) – wird es auch „subtraktive Fertigung“ genannt. Verfügt das Zentrum über Dreh- und Fräsfunktionen, kann die Stangenrotation gestoppt und weitere Funktionen wie Bohren, Nutenfräsen und Flächenfräsen hinzugefügt werden.

Die Werkzeuge der CNC-Drehmaschine oder des Drehzentrums sind an einem computergesteuerten Revolver montiert. Je mehr Werkzeuge der Revolver aufnehmen kann, desto komplexer können die Teile sein.

Es gibt viele verschiedene Typen von CNC-Drehzentren mit verschiedenen Werkzeugoptionen, Spindeloptionen, Außendurchmessergrenzen sowie Leistungs- und Geschwindigkeitsfunktionen, die alle den Preis der Drehteile beeinflussen.

Der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen

Im Allgemeinen werden Drehen und Fräsen oft als „CNC-Bearbeitung“ bezeichnet – unsere Kunden fordern oft CNC-Bearbeitung an, statt spezifisch Drehen oder Fräsen zu benennen. Natürlich ist es unsere Aufgabe, sicherzustellen, dass jedes Mal der geeignetste Prozess verwendet wird.

Kurz gesagt: Der Unterschied liegt darin, wer sich bewegt – generally das Werkstück oder die Maschine.

Beim CNC-Drehen wird das Metallwerkstück in die Drehmaschine eingespannt und mit hoher Drehzahl rotiert, während ein einschneidiges Werkzeug Material abträgt, um die gewünschte Form zu erzeugen. Beim Fräsen bleibt das Werkstück meist stationär, und das mehrschneidige Werkzeug rotiert um es herum. (Verwandter Beitrag: Was ist der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen?)

Welche Arten von CNC-Drehen gibt es?

Es gibt eine Vielzahl von Drehoperationen, um unterschiedliche Werkstückformen zu schneiden – gerade, gekrümmt oder genutet.

1. Konisches Drehen (Taper Turning)

Beim konischen Drehen wird eine konische Fläche erzeugt, indem der Gesamtdurchmesser des Werkstücks von einem Abschnitt zum anderen allmählich verringert oder erhöht wird. Konische Elemente werden 주로 für mechanische Strukturen verwendet und können innen oder außen sein.

2. Hartdrehen (Hard Turning)

Im Wesentlichen bezeichnet Hartdrehen einen Prozess, bei dem die Härte des Werkstücks 45 HRC (Rockwell C) übersteigt. Hauptsächlich nach der Wärmebehandlung von Teilen eingesetzt, ersetzt Hartdrehen oft das Schleifen.

3. Plandrehen (Facing)

Beim Plandrehen wird Material abgetragen, indem das Schneidwerkzeug in einem geeigneten Winkel zur rotierenden Werkstückachse angeordnet wird, um eine ebene Fläche zu erzeugen. Mit einem Vierbackenfutter lassen sich beim Plandrehen auch verschiedene nicht-zylindrische Formen erzeugen.

4. Kugeldrehen (Spherical Turning)

Beim Kugeldrehen wird durch allmähliche Materialreduzierung eine kugelige oder kugelförmige Oberfläche auf dem Werkstück erzeugt. Hauptsächlich geeignet für Zahnräder, Spritzguss- und Hydraulikkomponenten.

5. Ausbohren (Boring)

Ausbohren ist im Wesentlichen das Vergrößern einer Bohrung im Werkstück durch Materialabtrag mit einer einschneidigen Schneidspitze. Hauptsächlich zum Schneiden von Bohrungen mit präzisen Abmessungen und konischen Bohrungen in Materialien wie Zylindern oder Rohren verwendet.

6. Abstechen (Parting)

Wie der Name sagt: Abstechen entfernt einen Teil bestimmter Länge, indem ein messerförmiges Schneidwerkzeug in den Rohling geführt wird.

7. Nuten (Grooving)

Ähnlich wie Abstechen kann Nuten einen Rohling auf eine bestimmte Tiefe schneiden, ohne ihn vollständig zu durchtrennen. Es kann im inneren und äußeren Bereich des Werkstücks durchgeführt werden.

8. Bohren (Drilling)

Bohren ist der Prozess, eine runde Bohrung im Werkstück zu erzeugen, indem Material entfernt wird. Der Bohrvorgang wird durch festes Einspannen eines Standardbohrers im Revolver der Drehmaschine und direktes Führen in das Werkstück abgeschlossen.

9. Rändeln (Knurling)

Rändeln ist ein spezieller Drehprozess, bei dem ein gerades oder Rautenmuster auf die Werkstückoberfläche gepresst wird, um bessere Optik und Griffigkeit zu erzielen. Dies geschieht mit speziellen Werkzeugen.

Für sich genommen sind diese Operationen nicht spektakulär. Doch wenn man sie alle mischt und die Präzision der Computerprogrammierung einbezieht, entstehen unglaublich hochwertige Teile.

Wie man CNC-Drehen verbessert

Keine Werkstatt möchte sehen, dass ihre Teile am Ende des CNC-Drehens zerstört oder verschrottet werden. Obwohl die richtige Technologie und die richtigen Werkzeuge die Arbeit termingerecht erledigen können, sollten vor dem Finishing-Schritt weitere Variablen berücksichtigt werden. Folgende Maßnahmen helfen, das beste Oberflächenfinish zu erzielen:

Schnittgeschwindigkeit erhöhen

Dies gilt besonders beim Einsatz von Hartmetallwerkzeugen. Eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit (SFM) sorgt dafür, dass das Material kürzer mit der Werkzeugspitze in Kontakt steht und reduziert die Aufbauschneidenbildung am Werkzeug, die zu schlechter Oberflächenqualität führt.

Vorschub reduzieren

Eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit verbessert die Oberflächenqualität. Dies reduziert auch den Flankenverschleiß und verlängert die Schneidenstandzeit. Zudem hilft die Verdopplung des Eckenradius, die Oberflächenqualität zu verbessern. Für Schruppanwendungen eignet sich ein Werkzeug mit hohem Vorschub zum schnellen Materialabtrag. Für das Finishing sollte der Vorschub reduziert und der Schneidewinkel verringert werden.

Spanbrecher verwenden

Schlechte Spanbruch, Stillstandszeiten zum Späneentfernen und erhöhte Schneidentemperatur können ebenfalls zu schlechter Oberflächenqualität führen. Der Spanbrecher erzeugt kleinere Späne, die schnell aus dem Schneidbereich entfernt werden. Da Späne nicht mehr manuell entfernt werden müssen, steigt die Sicherheit.

Wenn der Spanbrecher die Späne auf ausreichende Länge schneidet, wird Vibration minimiert; Späne wickeln sich nicht um das Werkstück und beschädigen das Werkzeug nicht. Der Spanbrecher reduziert auch den Schneidwiderstand und vermeidet Ausbrüche oder Schäden an der Schneide. Geringerer Schneidwiderstand reduziert Wärme und verzögert Werkzeugverschleiß.

Richtige Technik anwenden

Ziel ist es, Späne von dünn nach dünn zu erzeugen. Ihre Technik ist entscheidend für ein glattes Oberflächenfinish. Wählen Sie ein Werkzeug, das kleiner als der Eckenradius ist, und programmieren Sie es für einen sanften Übergang von Bahn zu Bahn.

Beim letzten Schnitt nicht nur das Werkstück prüfen, sondern sich voll einsetzen. Sie sollten auch Ihre Späne „lesen“. Die Spänecharakteristik gibt Aufschluss darüber, welche Bearbeitungseinstellungen oder Werkzeugeinstellungen angepasst werden müssen.

Unterschiedliche Werkzeuge für Schruppen und Finishing verwenden

Man könnte sagen, dieselbe Schneidplatte könne für Schruppen und Finishing genutzt werden. Besser ist es, separate Platten zu verwenden: eine fürs Schruppen, eine fürs Finishing. Beim Schruppen kann ein Querzahnfräser mit großem Eckenradius, großem Spanwinkel und hohem Vorschub eingesetzt werden. Fürs Finishing eignen sich Feinzahn-Finishwerkzeuge mit passendem Freiwinkel und Wischergeometrie für bessere Oberflächenqualität.

Späne beseitigen

Ob Kühlschmierstoff bei Fräsen eingesetzt werden soll, ist umstritten. Es kommt auf die Art der Arbeit an: Tiefe Kavitätenfräsen, Werkstofftyp, verwendete Schneidplatte. In manchen Fällen sollte Kühlschmierstoff vermieden werden – er kann Heißrisse verursachen, die Standzeit verkürzen und die Oberflächenqualität negativ beeinflussen. Bei Aluminium, Baustahl oder Nickelbasislegierungen verhindert Kühlschmierstoff jedoch das Anhaften des Werkzeugs am Werkstück.

Werkzeuge und Werkstückspannung prüfen

Es ist ratsam, den Zustand des Werkzeughalters zu prüfen. Alte, abgenutzte Halter können die Schneidplatte bewegen. Dies verursacht Rattern und beeinträchtigt die Oberflächenqualität negativ. Sie benötigen auch eine stabile, starre Spannvorrichtung, besonders bei hoher Spanabtragsrate.