Einführung in die CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung wird häufig für subtraktive Fertigungsverfahren eingesetzt. Bei der CNC-Bearbeitung werden Rohmaterialien durch verschiedene Schneidwerkzeuge aus festen Materialbeständen entfernt, um Endteile mit entworfenen Geometrien in CAD-Dateien zu erstellen. Diese CNC-Materialien umfassen sowohl Metalle als auch Kunststoffe. Die CNC-Bearbeitung kann Endteile mit hoher Toleranz und hervorragenden Eigenschaften herstellen, die sich besonders für den einmaligen Gebrauch und die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen mit hoher Wiederholbarkeit eignen. Im Vergleich zum 3D-Druck weist die CNC-Bearbeitung aufgrund ihrer subtraktiven Methode immer noch einige natürliche Einschränkungen auf.

CNC-Bearbeitungsverfahren

Es gibt zwei Hauptmethoden der CNC-Bearbeitung, CNC-Fräsen und CNC-Drehen. Jede Methode hat Vorteile für unterschiedliche Fertigungsgeometrien mit einzigartigen Eigenschaften. Andere Bearbeitungsmethoden wie 5-Achsen-Bearbeitung, 3-Achsen-Bearbeitung können als Kombinationen dieser grundlegenden Methoden definiert werden.

CNC-Fräsverfahren

CNC-Fräsen als die beliebteste CNC-Maschinenarchitektur, sind normalerweise gleichbedeutend mit dem Begriff der CNC-Bearbeitung. Beim CNC-Fräsen werden Rohmetallblöcke auf dem CNC-Maschinenbett montiert und rotierende Schneidwerkzeuge entfernen nicht benötigte Materialien für die endgültigen Geometrien. Grundlegender CNC-Fräsprozess wie folgt:

1. Der Bediener von CNC-Maschinen überträgt technische Zeichnungen von CAD-Modellen in eine Reihe von Befehlen, die von CNC-Maschinen (G-Code) interpretiert werden können.
2. Materialblöcke oder Werkstücke werden auf die Plattform gelegt und in die gewünschte Größe geschnitten. Präzise Positionierung und Ausrichtung sind der Schlüssel zur genauen Fertigung von CNC-Teilen. Um diesen Zweck zu erreichen, benötigen wir spezielle Messwerkzeuge wie Tastprüfer.
3. Spezialisierte Schneidwerkzeuge mit hoher Geschwindigkeit von Tausenden von U/min entfernen Materialien in gewünschte Geometrien. Normalerweise benötigen wir mehrere Durchgänge, um das konstruierte Teil zu erstellen, zuerst schnelles Entfernen von Blockmaterialien aus Blöcken, um Geometrien mit geringerer Genauigkeit anzunähern, dann einen oder mehrere Endbearbeitungsdurchgänge, um die endgültigen Teile herzustellen.
4. Einmal Modelle mit komplexen Merkmalen, die mit Schneidwerkzeugen in nur einem einzigen Setup schwer zu erreichen sind, wie z. B. Schlitze auf der Rückseite, müssen wir Teile umdrehen und den obigen Schritt wiederholen, bis die endgültigen Teile wie erforderlich erstellt sind.

Nach dem Fräsvorgang ist für die Endbearbeitung der Teile ein Entgraten erforderlich. Entgraten ist ein manueller Prozess, bei dem kleine Defekte an scharfen Kanten entfernt werden. Wenn in der technischen Zeichnung eine höhere Toleranz angegeben ist, müssen wir auch die kritischen Maße prüfen. Schließlich werden die Teile für den Einsatz oder die Nachbearbeitung vorbereitet.

Die meisten CNC-Frässysteme haben normalerweise 3 lineare Grad, X-, Y- und Z-Achse. Das fortschrittliche 5-Grad-System fügt dem Bett oder dem Werkzeugkopf mehr Rotation als die A- und B-Achse hinzu. Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung ist in der Lage, komplexe geometrische Teile ohne mehrere Maschineneinstellungen herzustellen.

CNC-Drehverfahren

CNC-Drehen ist ein Prozess, bei dem stationäre Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, um Materialien von Blöcken auf rotierenden Spannfuttern zu entfernen. Endlich Teile mit Symmetrie entlang der Mittelachse herstellen. Drehteile sind in der Regel schneller als Frästeile kostengünstiger herstellbar. Die Hauptschritte des CNC-Drehens wie folgt:

1. Der G-Code wird aus dem entworfenen CAD-Modell generiert, dann wählen Sie Zylindermaterialien mit geeignetem Durchmesser aus und laden sie in die CNC-Maschine.
2. Materialvorräte drehen sich mit hoher Geschwindigkeit, und stationäre Schneidwerkzeuge verfolgen seine Linie, entfernen Materialien nach und nach bis zur endgültigen Designgeometrie. Lochmerkmale auf der Mittelachse können durch Zentrierbohrer und Innenschneidwerkzeuge hergestellt werden.
3. Wenn komplexe Teile gewendet oder bewegt werden müssen, wiederholen Sie den Schneidvorgang, um die endgültigen erforderlichen Geometrien zu erstellen. Andernfalls können bearbeitete Teile zur Verwendung oder Nachbearbeitung aus dem Vorrat geschnitten werden.

CNC-Drehsystem, auch Drehmaschine genannt, das für die Herstellung zylindrischer Teile verwendet wird. Darüber hinaus können nicht-zylindrische Teile auch mit CNC-modernen mehrachsigen CNC-Drehzentren hergestellt werden, die mit CNC-Fräswerkzeugen ausgestattet werden können. Diese Systeme kombinieren CNC-Drehen mit hoher Produktivität mit CNC-Fräsfunktionen, um eine große Auswahl an Geometrien mit lockerer Rotationssymmetrie zu erstellen, wie z. B. Nockenwellen und Kompressorlaufräder.

Da CNC-Fräs- und Drehsysteme verschwommen sind, konzentrieren wir uns auf das CNC-Fräsen, da es sich um einen häufigeren Herstellungsprozess handelt.

CNC-Maschinenparameter

Bediener von CNC-Maschinen bestimmen Bearbeitungsparameter im G-Code-Generierungsprozess. Welche normal sind die Baugröße und Genauigkeit.

CNC-Maschinen haben eine große Baugröße, das CNC-Frässystem kann Abmessungen bis zu 2000 × 800 × 100 mm herstellen, das CNC-Drehsystem kann Durchmesser bis zu 500 mm herstellen.

Die CNC-Bearbeitung kann bearbeitete Teile mit hoher Genauigkeit und engen Toleranzen liefern. Unsere Standardtoleranz ist eine Genauigkeit von ± 0,125 mm, enge Toleranzen können eine Genauigkeit von ± 0,025 mm erreichen.

CNC-Maschinenparameter

Bediener von CNC-Maschinen bestimmen Bearbeitungsparameter im G-Code-Generierungsprozess. Welche normal sind die Baugröße und Genauigkeit.

CNC-Maschinen haben eine große Baugröße, das CNC-Frässystem kann Abmessungen bis zu 2000 × 800 × 100 mm herstellen, das CNC-Drehsystem kann Durchmesser bis zu 500 mm herstellen.

Die CNC-Bearbeitung kann bearbeitete Teile mit hoher Genauigkeit und engen Toleranzen liefern. Unsere Standardtoleranz ist eine Genauigkeit von ± 0,125 mm, enge Toleranzen können eine Genauigkeit von ± 0,025 mm erreichen.

CNC-Schneidwerkzeuge

CNC-Maschinen verwenden verschiedene Schneidwerkzeuge, um unterschiedliche Geometrien zu erstellen. Wir werden das gebräuchlichste Bearbeitungswerkzeug in CNC vorstellen:

Fräswerkzeuge einschließlich normaler 3 Typen: Flachkopf, Stierkopf und Kugelkopf. Diese verschiedenen Schaftfräser werden für die Herstellung von Schlitzen, Nuten, Hohlräumen und anderen vertikalen Wänden mit unterschiedlichen Merkmalsdetails eingesetzt. Kugelkopfwerkzeuge werden auch häufig in der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung verwendet, um Oberflächen mit Krümmungs- und Freiheitsgeometrien zu erzeugen.

Bohrer werden häufig zur Herstellung von Löchern verwendet, für nicht standardmäßige Durchmesser kann ein Einstech-Flachkopf-Schaftfräser auf einer spiralförmigen Bahn angewendet werden.

Schlitzschneider einen kleineren Schaftdurchmesser als seine Schneidkante haben, ermöglicht dies Schlitzschneidern, T-Nuten und andere Hinterschnitte beim Entfernen von Materialien von vertikalen Wandseiten zu erzeugen.

Hähne werden für die Herstellung von Gewindelöchern verwendet, die eine präzise Steuerung der Rotations- und Lineargeschwindigkeit erfordern. Manuelles Gewindebohren ist in einigen Bearbeitungszentren immer noch weit verbreitet.

Stirnfräser sind hochwirksame Werkzeuge zum Materialabtrag von großen ebenen Flächen. Sie können größere Flächen mit weniger Durchgängen und weniger Zeit bearbeiten, da sie einen größeren Durchmesser als normale Werkzeuge haben. Das Stirnfräsen befindet sich häufig im frühen Bearbeitungszyklus, um Blockabmessungen vorzubereiten.

Geometrische Komplexität und Designbeschränkungen

Obwohl die CNC-Bearbeitung im Gegensatz zum 3D-Druck mehr Designfreiheit bietet, gibt es immer noch einige Einschränkungen, Teile mit hoher Komplexität erhöhen die Fertigungsschritte und die Endkosten.

Die Hauptbeschränkung in CNC ist die Verbindung zu Geometrie von Schneidwerkzeugen. Solche Innenkanten von Schlitzen sind abgerundet, weil die Schneidwerkzeuge ein zylindrisches Profil haben.

Werkzeugzugriff ist eine weitere große CNC-Bearbeitungseinschränkung, Blockmaterialien können nur im Bereich der Werkzeugreichweite entfernt werden. Wie bei einem 3-Achsen-CNC-Maschinensystem müssen alle Funktionen so ausgelegt sein, dass sie direkt aus der obigen Richtung zugänglich sind. 5-Achsen-CNC-Maschinensysteme können kompliziertere Teile herstellen, da die Winkel zwischen Teilen und Werkzeugen angepasst werden können, um in schwer zugängliche Bereiche zu gelangen.

Dünne Wände oder feine Merkmale lassen sich nur schwer mit CNC-Maschinen herstellen. Dünne Wände neigen dazu, aufgrund von Vibrationen und Schnittkräften im Bearbeitungsprozess zu brechen. Wir empfehlen eine Mindestwandstärke von 0,8 mm für Metall und 1,5 mm für Kunststoff.

Eigenschaften der CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung ist in der Lage, Teile mit hervorragenden Materialeigenschaften in einem breiten Materialbereich herzustellen, einschließlich aller technischen Materialien. Im Gegensatz zum 3D-Druck haben CNC-bearbeitete Teile als Schüttgut vollständig isotrope physikalische Eigenschaften. Die CNC-Bearbeitung wird häufig bei Metallen im Prototypenbau und in der Massenproduktion eingesetzt. Kunststoffe sind aufgrund ihrer geringen Steifigkeit und Schmelztemperatur schwieriger herzustellen.

CNC-Bearbeitungsmaterialien

CNC-Bearbeitungsmaterialien Die Kosten variieren stark, bei Metallmaterialien ist Aluminium 6061 die wirtschaftlichste Option, bei Kunststoffen hat ABS den niedrigsten Preis. Darüber hinaus wirken sich die physikalischen Eigenschaften des Materials auch auf die CNC-Gesamtkosten aus, da Hartmetall-Edelstahl viel schwieriger zu bearbeiten ist als Aluminium.

Materialien	Eigenschaften
Aluminium 6061	Gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht Gute Bearbeitbarkeit Geringe Härte
Edelstahl 304	Hervorragende mechanische Eigenschaften Gute Korrosionsbeständigkeit Relative Bearbeitungsschwierigkeiten
Messing C360	Hohe Duktilität Hervorragende Bearbeitbarkeit Gute Korrosionsbeständigkeit
Abs	Gute Schlagfestigkeit Gute mechanische Eigenschaften Anfällig für Lösungsmittel
Nylon	Gute mechanische Eigenschaften Hohe Zähigkeit Schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit
POM	Hohe Steifigkeit Ausgezeichnete thermische, elektrische Eigenschaften Relativ spröde

Nachbearbeitung und Oberflächenveredelung

CNC-bearbeitete Teile hinterlassen immer sichtbare Werkzeugspuren. Die Nachbearbeitung ist eine effektive Methode zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit, zur Verbesserung der Verschleiß-, Korrosions- oder Chemikalienbeständigkeit und zur Optimierung des Erscheinungsbildes. Zu unseren wichtigsten Nachbearbeitungsmethoden gehören Eloxieren, Perlstrahlen und Pulverbeschichten.

Vorteil der CNC-Bearbeitung

1. Die CNC-Bearbeitung bietet eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit, was ideal für High-End-Anwendungen ist.
2. CNC-Materialien haben vollständig isotrope physikalische Eigenschaften, die für technische Anwendungen geeignet sind.
3. Die CNC-Bearbeitung ist die effektivste Fertigungsmethode für die Teileproduktion in kleinen bis mittleren Stückzahlen.

Einschränkung der CNC-Bearbeitung

1. Aufgrund des subtraktiven Verfahrens ist die CNC-Bearbeitung für die Herstellung bestimmter Geometrien teuer oder unmöglich.
2. Die CNC-Bearbeitung hat höhere Anlaufkosten als der 3D-Druck, insbesondere für kostengünstiges Prototyping in Kunststoffmaterialien.
3. Für den Betrieb von CNC-Maschinen ist Expertenwissen erforderlich, sie haben eine längere Vorlaufzeit (10 Tage) als 3D-Druck (2-5 Tage).