Wie 3-Achs- und 5-Achs-CNC-Fräsen Produktionskosten senkt

CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem Schneidwerkzeuge Material von einem Rohling oder Vorprodukt abtragen. Moderne Bearbeitungszentren nutzen oft 5-Achs-Maschinen, die Durchlaufzeiten drastisch verkürzen, indem sie Zwischenaufspannungen eliminieren und Unterschnitte sowie schräg orientierte Features in einer Aufspannung realisieren.

Von einfachen Platten bis zu hochkomplexen Freiformflächen – die Wahl des richtigen CNC-Werkzeugmaschinentyps ist entscheidend. Verschiedene Maschinentypen (CNC-Drehmaschine, 3-Achs-Fräszentrum, 5-Achs-Bearbeitungszentrum) eignen sich für unterschiedliche Bauteile. Die Wahl hängt ab von Komplexität, Geometrie, Größe, Toleranz, Endverwendungszweck und Werkstoff.

CNC-Bearbeitungswerkstoffe

Der Werkstoff ist oft der zweitwichtigste Kostenfaktor. Das optimum aus Materialkosten und Zerspanbarkeit ergibt die kosteneffizienteste Fertigung. Je besser die Zerspanbarkeit, desto schneller die Teilefertigung und desto niedriger die Dienstleistungskosten. Kunststoffe und weiche Legierungen lassen sich generell leichter bearbeiten. Zur Beurteilung der inhärenten Zerspanbarkeit dienen Werkstoffkennwerte in CNC-Übersichtstabellen.

CNC-Bearbeitungszeit & Personaleinsatz

Bei der CNC-Fertigung ist die Bearbeitungszeit meist der größte Kostentreiber. Komplexe, große Teile benötigen mehr Zeit und erhöhen den Gesamtpreis.

Mehrachsige Geometrien verlängern die Bearbeitungszeit; komplexe Aufbauten erfordern oft manuelle Nacharbeit. Enthält jede Seite des Teils unterschiedliche Features, ist meist manuelles Umspannen nötig. Manchmal sind neue Spannvorrichtungen für einzelne Features erforderlich. Je mehr Prozessschritte das Design erfordert, desto teurer das Teil.

Die Stückkosten sinken signifikant mit steigender Losgröße. In frühen Projektphasen kann die Kalkulation mit Großserienpreis vorteilhaft sein.

CNC-Teiledesign

Optimiertes Design ermöglicht schnelle Aluminiumfertigung, fast ohne manuelles Umspannen – das senkt die Teilekosten erheblich. Wichtige Designmerkmale:

• Länge-Durchmesser-Verhältnis < 4 ist ideal. Kleinere Features erfordern mehr Werkzeugwege, neigen zu Schwingungen, verlängern Bearbeitungszeit und mindern Genauigkeit.
• Taschentiefe optimal bis 2–3 × Werkzeugdurchmesser. Wenn möglich < 4 × Durchmesser.
• Wandstärke 0,8–1,5 mm. Dünnere Wände erfordern Mehrfachbearbeitung mit geringem Schnitttiefen, neigen zu Schwingungen, erschweren Präzisionsbearbeitung und verlängern die Zeit.
• Bohrungen in Standardbohrergrößen sind schnell gefertigt; Nicht-Standardgrößen erfordern Schaftfräser – höhere Kosten und Zeit.
• Gewinde: Mindestlänge 1,5 × Nenndurchmesser, max. 3 × Nenndurchmesser.
• Länge-Durchmesser-Verhältnis ≤ 3:1 bei Innenradien vermeidet Werkzeugwechsel und verkürzt Gesamtbearbeitungszeit.

Um CNC-Kosten zu senken, gilt: Balance zwischen günstigem Material, guter Zerspanbarkeit und optimiertem, standardisiertem Design. Alle Designfunktionen auf das Wesentliche reduzieren vereinfacht den Gesamtumfang. Je komplexer die Anforderungen an den Zerspaner, desto geringer die Effizienz.

Fazit

Komplexe Bauteile erfordern aufgrund Design, Abmessungen und Toleranzen mehr Überlegungen während der Bearbeitung. Konstruktiveure sollten stets einfache, leicht herstellbare Teile anstreben. Einfacheres Design = einfachere Fertigung = geringere indirekte Kosten.

Maschinenbau-Designer streben nach Designs mit weniger Komponenten bei maximaler Performance – das senkt Kosten bei gleichbleibender Effizienz und höheren Ausbeuten. CNC-Bearbeitung ist effektiv für Teilefertigung und Prototyping. Fehlt die Balance zwischen Design-Details und Fertigungsmöglichkeiten, geht Kosteneffizienz verloren.