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Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2022-01-15 Herkunft:Powered
CNC-Bearbeitung steht für Computer Numerical Control und bedeutet im Grunde, dass eine Maschine durch eine Reihe von Befehlen von einer Steuerung gesteuert wird.Dieser Code liegt normalerweise in Form einer Koordinatenliste vor, die als G-Code bekannt ist.Jede durch diesen Code gesteuerte Maschine kann als CNC-Maschine bezeichnet werden, sei es eine Fräsmaschine, eine Drehmaschine oder sogar ein Plasmaschneider.In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf verschiedene Arten von CNC-Fräsmaschinen, Drehmaschinen und deren Kombination.Die Bewegung von CNC-Maschinen kann durch ihre Achsen definiert werden;Dies sind X, Y und Z mit A-, B- und C-Achsen für fortschrittlichere Maschinen.Die X-, Y- und Z-Achsen beziehen sich auf die wichtigsten kartesischen Vektoren und die A-, B- und C-Achsen beziehen sich auf die Drehung um diese Achsen.CNC-Maschinen arbeiten typischerweise in bis zu 5 Achsen.Typische CNC-Maschinen sind unten aufgeführt.
CNC-Drehmaschine – Bei einer Drehmaschine wird das Material im Spannfutter der Drehmaschine gedreht.Anschließend wird ein Werkzeug in 2 Achsen in das Werkstück bewegt, um zylindrische Teile auszuschneiden.Eine CNC-Drehmaschine kann gekrümmte Oberflächen erzeugen, die auf einer manuellen Drehmaschine schwierig, wenn nicht gar unmöglich wären.Das Werkzeug ist in der Regel nicht rotierend, kann sich aber wie bei angetriebenen Werkzeugen auch bewegen.
CNC-Fräse – Eine CNC-Fräse wird typischerweise zur Herstellung flacher Teile verwendet, jedoch können komplexere Maschinen mit mehr Freiheitsgraden komplexe Formen erzeugen.Das Material wird stationär gehalten und die Spindel dreht sich mit dem Werkzeug, das entlang von drei Achsen bewegt wird, um in das Material zu schneiden.In manchen Fällen steht die Spindel still und das Material bewegt sich hinein.
CNC-Bohrmaschine – Diese Maschinen ähneln CNC-Fräsmaschinen, sind jedoch speziell dafür konzipiert, nur entlang einer Achse zu schneiden, d. h. der Bohrer bewegt sich nur entlang der Z-Achse in das Material und schneidet niemals entlang der X- und Y-Achse.
CNC-Schleifmaschinen – Diese Maschinen bewegen eine Schleifscheibe in das Material, um hochwertige Oberflächen zu erzeugen.Sie dienen zum Abtragen kleiner Materialmengen von gehärteten Metallen;Sie werden daher als Endbearbeitungsvorgang eingesetzt.
Bei der CNC-Bearbeitung entstehen Teile durch subtraktive Fertigung.Hierbei handelt es sich im Grunde um den Prozess, bei dem Material von einem massiven Barren entfernt wird, um schließlich die gewünschte Form zu erhalten.Dies kann mit allen zuvor genannten Methoden wie Fräsen, Drehen, Schleifen oder Bohren erfolgen.Die additive Fertigung ist der umgekehrte Prozess, bei dem Material aus dem Nichts hinzugefügt wird, um das Teil zu erstellen, beispielsweise mit 3D-Druckern.
Das Werkzeug übernimmt die gesamte Schneidarbeit.Werkzeuge werden normalerweise in einem Werkzeughalter montiert und bei Bedarf in die Spindel geladen.Für die Herstellung eines kompletten Teils werden viele verschiedene Arten von Werkzeugen benötigt – es gibt keinen „Einheitsansatz“, der für alle passt.Die am häufigsten in einer typischen Bearbeitungsanordnung verwendeten Werkzeuge sind unten aufgeführt.
Schaftfräser – Ein Schaftfräser ist die gebräuchlichste Werkzeugart und kann typischerweise in drei Richtungen schneiden.Sie sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, z. B. flach, Eckenradius, Schruppen, Kugel und Kegel, um nur einige zu nennen.Sie zeichnen sich durch die Anzahl der Nuten, den Spiralwinkel, das Grundmaterial und das Beschichtungsmaterial aus.
Planfräser – Ein Planfräser ist für das Schneiden einer großen Fläche, also Planfräsen, konzipiert.Seine Schneidkanten befinden sich normalerweise an der Kante des Werkzeugs und die Zähne sind normalerweise Hartmetalleinsätze.
Gewindemühle – Ein Gewindefräser dient zum Erstellen von Gewinden. Er dreht sich spiralförmig um den Schaft und schneidet so die Gewindeform.
Schlitzfräser – Diese Fräsertypen werden zum Erstellen von T-Nuten entlang der Länge eines Teils verwendet.Das Werkzeug muss aufgrund seiner Geometrie an einer offenen Seite des Materials ein- und austreten.
Die CNC-Bearbeitung hat die Fertigungsindustrie langsam erobert, da sie einfach effizienter ist als der Einsatz manuell bedienter Maschinen.Nachfolgend sind einige Vor- und Nachteile von CNC-Maschinen aufgeführt.
Außendrehung – Wie der Name schon sagt, ist dieses Werkzeug zum Schneiden am Außendurchmesser des Teils konzipiert.Dabei kann es sich entweder um massive Werkzeuge handeln, die auf die gewünschte Form geschliffen werden, oder um Hartmetalleinsätze.
Innenstechen und Gewindeschneiden – Diese Werkzeuge sind in der Regel schlank, damit sie in das Innere des Teils greifen, um nach dem Bohren den Innendurchmesser auszubohren und das Innere mit einem Gewinde zu versehen.
Abschied – Mit einem Trennwerkzeug wird das Teil als letzte Operation abgetrennt, nachdem alle anderen Operationen abgeschlossen sind.
Bohren – Diese werden zum Bohren von Löchern in Längsrichtung des Teils verwendet. Die Löcher müssen noch aufgebohrt oder aufgebohrt werden, um die endgültigen Toleranzen zu erreichen.
Die verschiedenen Werkzeugtypen lassen sich nach Materialien unterteilen.Die typischerweise für Werkzeuge verwendeten Materialien sind unten aufgeführt:
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt – Hierbei handelt es sich um die kostengünstigste Art von Werkzeugmaschinen, die jedoch keine lange Standzeit haben.Außerdem verlieren sie bei etwa 200° ihre Härte.
Schnellarbeitsstahl (HSS) – Diese sind häufiger anzutreffen als Werkzeuge aus Kohlenstoffstahl, da sie eine längere Standzeit haben und ihre Härte erst bei 600 °C verlieren, was bedeutet, dass sie mit höheren Geschwindigkeiten schneiden können.
Hartmetalleinsätze – Werkzeuge aus Hartmetall sind härter als HSS, aber weniger zäh und können bei unsachgemäßer Handhabung brechen.Sie halten Temperaturen von bis zu 900° stand.
Keramik – Diese Schneidwerkzeuge sind extrem hart und werden normalerweise zum Schneiden harter Materialien bei sehr hohen Temperaturen verwendet.Es gibt zwei gängige Varianten, nämlich Aluminiumoxid und Siliziumnitrid.
Kubisches Bornitrid – Diese Werkzeuge sind ideal für gehärtete Stähle und Superlegierungen und verfügen über eine hervorragende Abrieb- und Wärmebeständigkeit.
Die CNC-Bearbeitung hat die Fertigungsindustrie langsam erobert, da sie einfach effizienter ist als der Einsatz manuell bedienter Maschinen.Nachfolgend sind einige Vor- und Nachteile von CNC-Maschinen aufgeführt.
Vorteile | Nachteile |
Schneller als manuell | Teuer |
Kein Mensch kann mit der Geschwindigkeit, Präzision und Genauigkeit einer CNC-Maschine mithalten.In Umgebungen mit hoher Produktion führt der Einsatz einer manuellen Maschine lediglich zu finanziellen Verlusten. | Eine CNC-Maschine ist ein äußerst fortschrittliches Gerät.Es wird mit sehr hohen Toleranzen und Steifigkeit gefertigt.Dies soll es ermöglichen, Millionen von Teilen herzustellen und dennoch ein qualitativ hochwertiges Ergebnis zu erzielen.Diese Qualität schlägt sich direkt in den Kosten nieder;Je fortschrittlicher die Maschine ist, desto höher sind ihre Kosten. |
Reduzierte Produktionskosten | Höherqualifizierte Bediener |
Eine CNC-Maschine kann im Wesentlichen ununterbrochen laufen, wenn das Be- und Entladen von Materialien und Teilen weiter automatisiert wird. Das bedeutet, dass die Maschine über Nacht ohne Aufsicht laufen kann.Außerdem kann ein Bediener mehrere Maschinen bedienen, wodurch höhere Arbeitskosten ausgeglichen werden. | Obwohl weniger Bediener benötigt werden, erfordert eine CNC-Maschine hochqualifizierte Bediener, was zu höheren Arbeitskosten führt. |
Höhere Effizienz | Höhere Wartungskosten |
Eine CNC-Maschine kann im Bruchteil einer Sekunde von einem Arbeitsgang zum nächsten wechseln.Werkzeugwechsel können sehr schnell erfolgen, da einige Maschinen über einen Revolver mit vielen vormontierten Werkzeugen oder eine Werkzeugbibliothek verfügen, die bei Bedarf ein neues Werkzeug in die Spindel lädt. | Aufgrund der Komplexität von CNC-Maschinen sind die Wartungskosten im Vergleich zu manuellen Maschinen viel höher. |
Erhöhte Sicherheit
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Vertikales Bearbeitungszentrum (VMC) – Die Spindel in einem VMC bleibt in einer Position und der Tisch bewegt sich darunter.In einigen Fällen bewegt sich der Tisch nach oben, um auf die Spindel zu treffen, oder die Spindel kann sich auf der Z-Achse auf und ab bewegen.Diese Maschinen sind sehr steif und können daher hochpräzise Bauteile herstellen.Sie haben den Nachteil eines relativ kleinen Arbeitsbereichs.VMCs können 3 Achsen (X, Y, Z), 4 Achsen (X, Y, Z und A) oder sogar 5 Achsen (X, Y, Z, A und B) haben.
Horizontales Bearbeitungszentrum (HMC) – Eine HMC ist eine Maschine, deren Spindel horizontal statt vertikal ausgerichtet ist.Diese Maschinentypen sind ideal für lange Produktionsläufe, da sie bis zu dreimal so viel bearbeiten können wie eine VMC, vorausgesetzt, es gibt genügend Arbeit, um die Maschine zu beschäftigen.Ein HMC ist auch viel teurer als ein VMC.Ein Materialblock kann auf dem Maschinenbett befestigt werden, während ein anderes Teil hergestellt wird.Dadurch ist eine kontinuierliche Produktion möglich, da die Spindel problemlos zum nächsten bereitstehenden Materialblock wechseln kann und der Wechsel sehr schnell erfolgt.
Eine CNC-Drehmaschine ist in der Lage, mit nur einem Spannfutter lediglich in zwei Achsen zu bearbeiten.Es gibt verschiedene Arten von CNC-Drehmaschinen, wie unten aufgeführt:
Motordrehmaschine – Dies ist im Grunde eine Standarddrehmaschine, die relativ vielseitig ist.Der „Motor“ im Namen ist ein Relikt aus der Zeit, als Drehmaschinen über Riemenscheiben von einem Motor angetrieben wurden, der sich nicht in der Maschine befand.Eine Motordrehmaschine wäre dann eine Drehmaschine mit dem Motor auf der Drehmaschine.
Revolverdrehmaschine – Eine Revolverdrehmaschine ermöglicht viel schnellere Produktionszeiten, da alle erforderlichen Werkzeuge vor der Fertigung in den Revolver geladen werden.Wenn ein neues Werkzeug benötigt wird, wird es einfach in die richtige Position gedreht.
Werkzeugdrehmaschine – Eine Werkzeugdrehmaschine wird für hochpräzise Arbeiten in kleinen Stückzahlen verwendet.Wie der Name schon sagt, werden diese Drehmaschinentypen zur Herstellung von Werkzeugen und Matrizen verwendet.Darüber hinaus ist es äußerst vielseitig einsetzbar.
Schnelldrehmaschine – Dieser Drehmaschinentyp wird hauptsächlich für leichte Arbeiten verwendet und verfügt über einen einfachen Aufbau mit Spindelstock, Reitstock und Werkzeughalter.
CNC-Drehzentren – Diese Arten von Drehmaschinen sind sehr fortschrittlich und verfügen über eine breite Palette von Funktionen, darunter Fräsen, Revolver-Werkzeughalter und sogar eine zweite Spindel.Darüber hinaus gibt es sowohl vertikale als auch horizontale Drehzentren.Bei einer horizontalen Drehmaschine fallen alle Späne vom Teil weg und in den Späneförderer, und bei einer vertikalen Drehmaschine unterstützt die Schwerkraft das Einsetzen eines Teils in das Spannfutter.Horizontaldrehmaschinen sind einfacher zu automatisieren.Es ist die Anwendung, die bestimmt, welcher Stil besser geeignet ist.
CNC-Maschinen können eine breite Palette von Materialien verarbeiten, von Aluminium bis hin zu Superlegierungen wie Inconel.Jedes Material hat seine eigenen Herausforderungen und erfordert spezielle Werkzeuge, Geschwindigkeiten und Vorschübe.
Da Aluminium ein sehr weiches Material ist, besteht die Gefahr, dass das Aluminium das Schneidwerkzeug verklebt.Dies liegt an der niedrigen Schmelztemperatur von Aluminium.Zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit können härtere Aluminiumgüten verwendet werden.
Aufgrund der großen Anzahl an Stahlsorten gibt es viele Faktoren, die zur allgemeinen Bearbeitbarkeit des Materials beitragen.Zu diesen Faktoren können gehören:Kaltumformung, chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur.Im Allgemeinen können Elemente wie Blei und Zinn aufgrund ihrer Schmierwirkung die Schnittgeschwindigkeit verbessern, und Schwefel verringert die Kaltverfestigung des Spans.
Titan verfügt über eine große Auswahl an Legierungen, von denen jede ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringt.Idealerweise muss das Werkzeug im Kontakt mit dem Material bleiben, da das Anhalten in einem bestimmten Bereich zu Reibung, Wärmestau, Kaltverfestigung und Werkzeugverschleiß führt.Reines Titan verhält sich ähnlich wie Aluminium und kann außerdem das Schneidwerkzeug verkleben, wohingegen seine Legierungen normalerweise viel härter sind und zu Hitzestau und Werkzeugverschleiß führen können.Niedrigere Drehzahlen und eine höhere Spanlast können aufgrund niedrigerer Temperaturen zu einer besseren Standzeit des Werkzeugs führen.
Superlegierungen sind auf eine sehr hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen ausgelegt und daher sehr schwer zu bearbeiten.Für die Bearbeitung dieser Materialien sind auch Maschinen mit höherer Leistung erforderlich.Superlegierungen neigen dazu, sehr schnell kalt zu werden, was künftige Bearbeitungsvorgänge schwieriger macht.Normalerweise werden niedrigere Schnittgeschwindigkeiten empfohlen.
Kupfer ist bekanntermaßen ein schwer zu bearbeitendes Material, da es formbar ist und dazu neigt, um Werkzeuge herum zu fließen statt zu schneiden.Es wird hauptsächlich für elektrische Komponenten und Wärmetauscherkomponenten verwendet, die eine hohe Leitfähigkeit und einen hohen Wärmeübergangskoeffizienten erfordern.Hohe Geschwindigkeiten und Vorschübe funktionieren in der Regel gut mit reinem Kupfer.Kupferlegierungen lassen sich viel einfacher bearbeiten als reines Kupfer.
Kunststoff hat tausende verschiedene Formen, von duroplastischen Kunststoffen bis hin zu normalen Thermoplasten.Darüber hinaus gibt es eine unglaublich große Bandbreite an Härten und mechanischen Eigenschaften.Nur starre Kunststoffe lassen sich gut bearbeiten und können innerhalb der Toleranz gehalten werden, während weichere Kunststoffe dazu neigen, sich über das Schneidwerkzeug hinaus zu verformen und zu Teilen zu führen, deren Abmessungen nicht den Spezifikationen entsprechen.Da Kunststoff ein Isolator ist, kann es an der Schneidkante zu einem Hitzestau kommen, und wenn man nicht aufpasst, schmilzt der Kunststoff.
Trotz der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und Funktionalitäten von CNC-Maschinen bestehen Risiken.Nachfolgend sind einige der häufigsten Fehler aufgeführt, die bei der CNC-Bearbeitung gemacht werden.
CNC-Abstürze – CNC-Maschinen sind gedankenlos;Sie tun nur, was ihnen gesagt wird.Bei falscher Programmierung kann die Maschine ein Schneidwerkzeug in einer Millisekunde in sich hineintreiben.Normalerweise erkennen Maschinen einen Unfall und halten an, der Schaden wäre jedoch bereits angerichtet.Es gibt verschiedene Softwaretools, die dieses Risiko mindern können.Werkzeugwege können simuliert werden, bevor der Code auf die Maschine hochgeladen wird.Komplexere 5-Achsen-Maschinen lassen sich mit Standardsoftware für die computergestützte Fertigung (CAM) nur sehr schwer simulieren und erfordern zusätzliche Software zwischen der CAM-Codierung und dem Laden des Codes auf die Maschine.
Falsche Geschwindigkeiten und Vorschübe – Geschwindigkeiten und Vorschübe sind entscheidend für die Herstellung hochwertiger bearbeiteter Komponenten.Wenn die falschen Einstellungen verwendet werden, kommt es zu beschleunigtem Werkzeugverschleiß und mangelhaften Oberflächenbeschaffenheiten und Toleranzen.Dies ist ein komplexes Thema, da jedes Material und seine Legierungen unterschiedliche Einstellungen für den idealen Schnitt haben.Oft sind einige Iterationen erforderlich, um das perfekte Setup zu erreichen.
Mangelnde Wartung – Wie bei jedem komplexen Maschinenteil kann mangelnde Wartung schnell zur Zerstörung führen.Die Maschinen müssen sauber gehalten werden und der OEM-Wartungsplan muss strikt eingehalten werden.
Jede Branche, die die Herstellung von Komponenten erfordert, ist direkt oder indirekt von der CNC-Bearbeitung betroffen.Nachfolgend sind einige der Schlüsselindustrien und deren Einsatzbereiche der CNC-Bearbeitung aufgeführt.
Luft- und Raumfahrt – Die Luft- und Raumfahrtindustrie benötigt Komponenten mit einem sehr hohen Maß an Präzision und Wiederholbarkeit. Dazu können Turbinenschaufeln im Triebwerk, Werkzeuge zur Herstellung anderer Komponenten und sogar Brennkammern für Raketentriebwerke gehören.
Automobil- und Maschinenbau – Die Automobilindustrie erfordert die Herstellung hochpräziser Formen für den Guss von Teilen wie Motorblöcken oder die Bearbeitung von Teilen mit hohen Toleranzen wie Kolben.In größerem Maßstab können Portalmaschinen Tonformen herstellen, die in der Designphase eines Autos verwendet werden.
Militär – Das Militär verwendet hochpräzise Komponenten mit sehr hohen Toleranzen, von Raketenkomponenten bis hin zu Kanonenrohren.Alle bearbeiteten Teile im Militärbereich können von der Genauigkeit und Geschwindigkeit von CNC-Maschinen profitieren.
Medizinisch – Medizinische Implantate haben oft sehr organische Formen und müssen aus fortschrittlichen Legierungen hergestellt werden.Daher sind CNC-Maschinen ein Muss, da keine manuelle Maschine diese Formen erstellen kann.
Energie – Die Energiebranche deckt alle Bereiche der Technik ab, von Dampfturbinen bis hin zu exotischeren Technologien wie Fusion.Dampfturbinen erfordern hochpräzise Schaufeln, um das Gleichgewicht in der Turbine aufrechtzuerhalten, und die F&E-Plasmakammern in der Fusion weisen hochkomplexe Formen aus fortschrittlichen Materialien auf, die CNC-Maschinen erfordern.
Angesichts der Beschleunigung der technologischen Entwicklung in den letzten Jahren besteht die Auffassung, dass die additive Fertigung die CNC-Bearbeitung überholen wird. Das wahrscheinlichere Szenario ist jedoch die Entstehung von immer mehr Fertigungszentren, die mehrere Technologien in einer Maschine kombinieren.Diese können die Stärken sowohl subtraktiver als auch additiver Maschinen nutzen, um eine Maschine zu schaffen, deren Fähigkeiten größer sind als die Summe ihrer Teile.Einige frühe Iterationen dieser Maschinen sind bereits zu finden.
Darüber hinaus wird der unaufhaltsame Vormarsch der Automatisierung durch die vierte industrielle Revolution zu stärker automatisierten Systemen führen, die eine Selbstdiagnose durchführen, sich selbst optimieren und mit minimalem menschlichen Eingriff arbeiten können.Produkte können auf der Grundlage der persönlichen Anforderungen einzelner Verbraucher hergestellt werden, und dies ist aufgrund der Flexibilität möglich, die CNC-Maschinen bieten.
