Der Protolis-Leitfaden zur CNC-Bearbeitung

Die Grundlagen der CNC-Bearbeitung

Wir werden die historische Entwicklung der CNC-Bearbeitung, ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und die Vorteile, die sie bietet, untersuchen. Wir werden auch ihre Einschränkungen untersuchen und Einblicke in Designüberlegungen und Kostenfaktoren geben. Machen Sie sich bereit für eine informative Reise, die Ihre Neugier wecken und Ihr Wissen über CNC-Bearbeitung erweitern wird. 

Was ist CNC?

CNC, oder computergestützte numerische Steuerung, stellt einen subtraktiven Bearbeitungsprozess dar. Es funktioniert, indem es Material präzise von einem Werkstück entfernt, das durch Computerprogrammierung gesteuert wird. Diese Methode verwendet Schneidwerkzeuge, um Materialien mit außergewöhnlicher Genauigkeit in komplexe Teile zu formen. Seine Präzision und Effizienz machen es in der modernen Fertigung unverzichtbar. Wir konzentrieren uns hier auf die Anwendungen von CNC-Schneidwerkzeugen und zeigen die entscheidende Rolle bei der Herstellung komplexer Komponenten mit bemerkenswerter Präzision.

Arten der CNC-Bearbeitung: 3-Achsen bis 5-Achsen

CNC-Bearbeitung variiert erheblich je nach Anzahl der Achsen, wobei jede für spezifische Fertigungsanforderungen geeignet ist. 3-Achsen CNC arbeitet in drei Richtungen, ideal für 2D- und 2,5D-Geometrien, jedoch begrenzt bei der Erstellung von schrägen Merkmalen. Im Gegensatz dazu fügt​ 4-Achsen CNC eine zusätzliche Rotationsachse hinzu, die die Möglichkeit verbessert, komplexe Teile zu bearbeiten, ohne Vorrichtungsänderungen vorzunehmen.

Unterdessen bringt die 5-Achsen CNC -Bearbeitung zwei weitere Rotationsachsen, die gleichzeitig eine Bearbeitung von fünf Seiten ermöglichen. Es bietet zwei Modi: ​‚Indexierung und ​​‚kontinuierlich‘. Diese fortschrittliche Fähigkeit ist entscheidend für komplexe, hochwertige Oberflächen bei komplexen Komponenten und wird in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie weit genutzt, um komplexe Designmöglichkeiten mit effizienter Produktion in Einklang zu bringen. 

CNC-Bearbeitungsoperationen

CNC-Bearbeitungsoperationen umfassen verschiedene Prozesse, die jeweils auf spezifische Fertigungsergebnisse zugeschnitten sind. 

Während diese Operationen zu den am häufigsten in der CNC-Bearbeitung verwendeten gehören, gibt es mehrere andere Techniken mit einzigartigen Fähigkeiten und Anwendungen. Dazu gehören CNC-Routing, Schleifen, Honen, Läppen, Abrichten, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und EDM (Funkenentladungsbearbeitung).

Hauptschritte des CNC-Bearbeitungsprozesses​

Der CNC-Bearbeitungsprozess ist systematisch und gewährleistet Präzision und Effizienz in jeder Phase. 

Phase 1: Entwurfserstellung

Zunächst entwerfen Fachleute wie Designer und Ingenieure Entwürfe. Diese Entwürfe skizzieren die Merkmale und Anwendungen des Teils und dienen als grundlegende Anleitung für die nächsten Phasen. 

Phase 2: CAD-Modellierung

Der Entwurf wird unter Verwendung von CAD-Software (Computer-Aided Design) in ein digitales Modell umgewandelt. Dieses Modell bietet eine detaillierte Darstellung, einschließlich Abmessungen, Wandstärken und Tiefen von Hohlräumen.

Phase 3: CAD-zu-CAM-Umwandlung

CNC-Maschinen benötigen ein spezielles Format, um Entwürfe zu interpretieren. Daher werden CAD-Modelle in ein computerunterstütztes Fertigungsformat (CAM) umgewandelt, das von CNC-Maschinen gelesen werden kann. Verschiedene Mastercam, PowerMILL, und CAMWorks erleichtern diese Umwandlung.

Phase 4: Maschinenaufbau

Vor der eigentlichen Bearbeitung muss die Maschine sorgfältig konfiguriert werden. Dies beinhaltet das Übertragen der CAM-Datei auf die Maschine, das Anpassen der Einstellungen und das sichere Montieren des Objekts auf dem Arbeitstisch. Diese Phase ist entscheidend für die Gewährleistung von Genauigkeit und Sicherheit.  

Phase 5: Ausführung des Programms

Der Bediener startet dann das Programm, um die Maschine zu präzisen Werkzeugbewegungen anzutreiben. Das Programm läuft bis zum Abschluss oder wird im Falle von Fehlern oder Notfällen gestoppt.

Phase 6: Nachbearbeitungsschritte

Schließlich wird das bearbeitete Teil zur Inspektion entfernt. Qualitätsprüfungen werden durchgeführt, und das Teil kann für sekundäre Prozesse wie das Finishing weitergeleitet werden, falls erforderlich.

Jede Phase im CNC-Bearbeitungsprozess spielt eine wichtige Rolle dabei, sicherzustellen, dass das Endprodukt sowohl Design- als auch Qualitätsstandards erfüllt. 

Geschichte der CNC

Die Geschichte der CNC reicht bis in die späten 1940er Jahre zurück, als John T. Parsons die erste numerische Steuerung (NC)-Maschine entwickelte, die über Lochkarten betrieben wurde. Dieser Durchbruch legte den Grundstein für die CNC-Technologie. 1952 stellte ein Team am MIT, einschließlich J.F. Reintjes, den Prototyp der ersten CNC-Fräsmaschine vor. In Zusammenarbeit mit MIT spielte Richard Kregg eine entscheidende Rolle bei der Kommerzialisierung dieser Technologie mit der Cincinnati Milacron Hydrotel-Fräsmaschine, die einen bedeutenden Meilenstein in der CNC-Fertigung markierte.  

Wo wurde es entwickelt?

Die bahnbrechende Entwicklung von CNC-Maschinen stammt aus den Vereinigten Staaten, hauptsächlich vom MIT. Die Zusammenarbeit zwischen MIT und Unternehmen in Cincinnati ermöglichte die Geburt der ersten kommerziellen CNC-Maschinen und revolutionierte die Fertigungsprozesse. 

Entwicklung der CNC-Bearbeitung

Die Entwicklung der CNC-Bearbeitung ist eine Geschichte technologischen Fortschritts und Innovationen, die von den Bedürfnissen der Zeit geprägt sind. 

1952 – 1958: Der Beginn der CNC-Bearbeitung

Als Reaktion auf die Anforderungen der Kalten Krieges an eine effizientere Produktion wurde 1952 die erste CNC-Fräsmaschine, die Cincinnati Milacron Hydrotel, entwickelt. Dies war eine gemeinsame Anstrengung von Richard Kegg und MIT. 1958 wurde diese Innovation durch Keggs Patent für ein motorisch gesteuertes Gerät zur Positionierung von Maschinenwerkzeugen gefestigt, was einen entscheidenden Moment in der Geschichte der CNC markierte.

1967 – 1972: Globale Anerkennung und Fortschritte 

Als die 1970er Jahre nahmen, erlangte die CNC-Bearbeitung weltweit Anerkennung, unterstützt durch die Entwicklung von computergestütztem Design (CAD) und computergestützter Fertigung (CAM) im Jahr 1972. Diese Periode markierte einen bedeutenden Sprung in der CNC-Technologie, indem digitale Design- und Fertigungsprozesse integriert wurden, obwohl sie noch nicht der Standard in der Fertigung waren.

1976 – 1989: Standardisierung und 3D-Fähigkeiten

Bedeutende Fortschritte prägten die späten 1970er und 1980er Jahre. 1976 wurden 3D CAD und CAM in die CNC-Bearbeitung eingeführt, was ihre Fähigkeiten verbesserte. Bis 1989 waren diese Technologien zum Industriestandard geworden, was den CNC-Bearbeitungsprozess revolutionierte und den Weg für komplexere und präzisere Fertigungstechniken ebnete.

Moderne CNC: Vielseitigkeit und neue Methoden  

Die heutigen CNC-Maschinen verkörpern elektronische Steuerung und Vielseitigkeit und bearbeiten verschiedene Materialien mit vorhersehbaren Ergebnissen. In dieser Ära sind auch neue Bearbeitungsmethoden wie Elektronenstrahlschneiden (EBM), Funkenerosionsbearbeitung (EDM) und Plasmabearbeitung aufgekommen, die je nach Materialeigenschaften und Produktionsbedürfnissen gewählt werden. 

Was sind die Vorteile von CNC?

Die CNC-Bearbeitung zeichnet sich durch ihre Kombination aus Effizienz, Präzision und Vielseitigkeit aus und ist eine bevorzugte Wahl in der modernen Fertigung. Einige ihrer bedeutenden Vorteile sind wie folgt: 

Genauigkeit und Präzision

CNC-Maschinen sind bekannt für ihre außergewöhnliche Genauigkeit. Sie folgen sorgfältig digitalen Designs und stellen sicher, dass Teile mit hoher Präzision produziert werden, was für komplexe und detaillierte Komponenten entscheidend ist.

Schnell und effizient

Geschwindigkeit ist ein Markenzeichen der CNC-Bearbeitung. Sie übersetzt digitale Designs schnell in physische Teile und reduziert die Produktionszeit im Vergleich zu traditionellen Methoden erheblich.

Kosteneffizienz

Eine der Stärken der CNC ist ihre Fähigkeit, alles von einem Einzelstück bis hin zu Hunderten mit gleichbleibender Qualität zu produzieren. Diese Wiederholbarkeit macht es zu einer kostengünstigen Lösung, besonders für Produktionsläufe im mittleren Maßstab.

Größere Fähigkeiten

Diese technologischen Maschinen zeichnen sich darin aus, komplexe Formen zu erstellen, die mit manuellen Prozessen schwer oder unmöglich zu erreichen wären, und bieten eine größere Designflexibilität.

Breites Spektrum an kompatiblen Materialien

Ein weiterer Vorteil ist die Vielseitigkeit in der Materialkompatibilität. CNC-Maschinen bearbeiten geschickt verschiedene Materialien, darunter Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und Holz, und erweitern so ihre Anwendung in verschiedenen Branchen. Diese Anpassungsfähigkeit stellt sicher, dass die CNC-Bearbeitung ein entscheidendes Werkzeug im Fertigungsarsenal bleibt.

Was sind die Einschränkungen der CNC?

Während die CNC-Bearbeitung ein wertvolles Gut in der Fertigung ist, ist es wichtig, ihre Einschränkungen zu erkennen. 

Kostenfaktoren

Die Kosten der CNC-Bearbeitung können mit zunehmender Qualität und Komplexität steigen. Fortgeschrittene Projekte, die hohe Präzision und komplexe Designs erfordern, können die Ausgaben erheblich erhöhen.

Materialabfälle

Die subtraktive Natur der CNC führt oft zu Materialverschwendung. Der Prozess beinhaltet das Entfernen von Material, um das Endprodukt zu formen, was zu überschüssigem Abfall führt, insbesondere bei komplexeren Designs.

Design-Einschränkungen

Die CNC-Bearbeitung stößt auf Einschränkungen, wenn Designs nicht an ihre Fähigkeiten angepasst sind. Herausforderungen entstehen bei Überhängen oder Anforderungen an die 5-Achsen-Bearbeitung, die die Designflexibilität einschränken.

Effizienz der Massenproduktion

Es fehlt auch an Skaleneffekten für die Massenproduktion. Es ist weniger kosteneffizient als andere Methoden bei der Herstellung großer Mengen, da der Zeit- und Ressourcenaufwand pro Einheit konstant bleibt.

Größenbeschränkungen

Die Größe ist ein kritischer Faktor bei der Entwicklung von CNC-bearbeiteten Teilen. Größere Teile müssen möglicherweise in kleinere Segmente unterteilt werden, was den Montageprozess beeinflusst. Umgekehrt stellen sehr kleine oder empfindliche Teile Herausforderungen in der Bearbeitung dar, ohne beschädigt zu werden. Alternative Fertigungstechnologien könnten in diesen Fällen besser geeignet sein.

Geeignete Materialien für die CNC-Bearbeitung

Die CNC-Bearbeitung umfasst eine breite Palette von Materialien, die Sie je nach den spezifischen Anforderungen Ihres Projekts auswählen können. Metalle und Kunststoffe sind die am häufigsten verwendeten CNC-bearbeiteten Materialien. Beide Materialien bieten einzigartige Eigenschaften und Vorteile.

Metalle

Metalle werden für Anwendungen bevorzugt, die hohe Festigkeit, Härte und Wärmebeständigkeit erfordern. 

• Aluminium ist aufgrund seiner Vielseitigkeit, Leichtigkeit und ausgezeichneten Bearbeitbarkeit beliebt. Aluminium 6061 wird hauptsächlich für allgemeine Anwendungen verwendet, während Aluminium 7075 für Luftfahrtanwendungen geeignet ist, bei denen Gewichtsreduzierung entscheidend ist.
• Edelstahl, einschließlich Legierungen wie 304 und 316, wird für seine Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit geschätzt. Seine hohe Festigkeit macht es für verschiedene Anwendungen in der Automobil-, Militär- und Motorentechnologie geeignet.
• Messing ist ein weiteres häufig verwendetes CNC-Material, das für seine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und guten mechanischen Eigenschaften geschätzt wird. Dieses Material eignet sich ideal für die Herstellung funktionaler Teile.

Kunststoffe

Kunststoffe sind leicht und werden oft wegen ihrer chemischen Beständigkeit und elektrischen Isolierfähigkeit gewählt.

• ABS ist ein häufig verwendeter Kunststoff in der CNC-Bearbeitung aufgrund seiner unvergleichlichen mechanischen Eigenschaften und Schlagfestigkeit. Es ist ideal für die Entwicklung von Prototypen und leichten Teilen.
• Nylon, hauptsächlich Nylon 6 und Nylon 66, wird aufgrund seiner ausgezeichneten Beständigkeit gegen Chemikalien und Abrieb für technische Anwendungen verwendet.
• Polycarbonate (PC) bietet hohe Zähigkeit und Schlagfestigkeit, wodurch es für Anwendungen wie fluidische Geräte oder Automobilverglasung geeignet ist. POM (Delrin) wird für Teile bevorzugt, die hohe Präzision, Steifigkeit und geringe Reibung erfordern​​​. POM (Delrin) wird für Teile bevorzugt, die hohe Präzision, Steifigkeit und geringe Reibung erfordern. 
• PTFE (Teflon) ist bekannt für seine außergewöhnliche chemische und thermische Beständigkeit und wird oft in Hochtemperaturanwendungen oder als elektrischer Isolator verwendet.

Andere Materialien

Neben Metallen und Kunststoffen arbeitet die CNC-Bearbeitung auch mit Materialien wie Holz und Verbundwerkstoffen. Sie bieten Vielseitigkeit für ästhetische und strukturelle Anwendungen in verschiedenen Branchen.

Materialverfügbarkeit prüfen

Wenn Sie sich eingehend über die verschiedenen Materialien informieren möchten, die für die CNC-Bearbeitung geeignet sind, besuchen Sie bitte unsere ​​Seite zur Materialverfügbarkeit. Dort finden Sie detaillierte Einblicke in die Eigenschaften der einzelnen Materialien, die Ihnen helfen, fundierte Entscheidungen für Ihre spezifischen CNC-Anforderungen zu treffen. 

Wie man das am besten geeignete Material für die CNC-Bearbeitung auswählt

Die Auswahl des geeigneten Materials ist entscheidend, um die Funktionalität und Kosteneffizienz des Endprodukts sicherzustellen. Hier sind einige wichtige Faktoren, die zu berücksichtigen sind:

Bearbeitungsumgebung

Verschiedene Materialien reagieren unterschiedlich auf verschiedene Bearbeitungsbedingungen wie Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugmaterial und Kühlmittel. Die Umgebung umfasst Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und das Vorhandensein von Verunreinigungen. Wählen Sie Materialien, die mit diesen Bedingungen kompatibel sind, um die Produktivität zu steigern und die Qualität zu erhalten.

Gewicht und Kosten des Teils

Schwere Teile erfordern mehr Material und leistungsstärkere CNC-Maschinen, was die Kosten und Produktionszeit erhöht. Die Wahl von Materialien wie Aluminium oder Magnesium kann das Gewicht verringern und die Kosten senken. Das Gewicht beeinflusst auch die Leistung des Endprodukts, insbesondere in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie.

Hitzebeständigkeit

Materialien müssen hohen Temperaturen standhalten, ohne dass es zu erheblichen Verformungen oder Schäden kommt. Gute Hitzebeständigkeit ermöglicht schnellere Schnittgeschwindigkeiten und tiefere Schnitte, wodurch die Bearbeitungszeiten verkürzt und der Werkzeugverschleiß verringert werden. Materialien wie Aluminium und Kupfer eignen sich für Kühlkörper, während Edelstahl und Titan ideal für Hochtemperaturanwendungen sind.

Elektrische Leitfähigkeit und magnetische Anforderungen

Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Kupfer und Aluminium, leiten Wärme effektiv ab und verhindern Verzug oder Verformung. Nicht-magnetische Materialien wie Titan und Edelstahl erzeugen sauberere Schnitte, da magnetische Felder sie nicht beeinflussen.

Härte

Die Härte des Materials beeinflusst die Bearbeitbarkeit, den Werkzeugverschleiß und die Oberflächenbeschaffenheit. Zu harte Materialien können schwer zu schneiden sein, was zu schlechter Maßgenauigkeit führt, während zu weiche Materialien unter Schneidkräften verformt werden können.

Oberflächenfinish und Ästhetik

Das Oberflächenfinish beeinflusst die Leistung und das Aussehen des Teils. Ein glattes Oberflächenfinish reduziert die Reibung und verbessert die Leistung und Lebensdauer. Das Material sollte auch optisch ansprechend sein und in der Lage sein, poliert oder lackiert zu werden, wenn die Ästhetik ein wichtiger Faktor ist, insbesondere im hochwertigen Einzelhandel oder in der Luxusautomobil- und Luftfahrtindustrie.

Umgebung des Endteils

Überlegen Sie, ob das Teil drinnen oder draußen verwendet wird. Materialien wie Aluminium und Kunststoffe sind in feuchten Umgebungen vorzuziehen, um Rostbildung zu verhindern. Entwurfsspezifikationen wie Belastung, Toleranzen und Arten der Befestigung sollten ebenfalls die Materialwahl beeinflussen.

Budget

Material- und Bearbeitungskosten sind wichtige Überlegungen. Hochwertige Metalle können teuer sein, während Kunststoffe oder Verbundstoffe erschwinglicher sein können. Die Wahl des geeigneten Materials für Ihr Projekt, das kostengünstig bearbeitet werden kann, hilft, die Gesamtherstellungskosten zu senken, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass das fertige Produkt langlebig und von hoher Qualität ist.

Bewertung von CNC-Werkstoffen

Materialtyp	Bearbeitungsumgebung	Teilegewicht	Hitzebeständigkeit	Elektrische Leitfähigkeit	Härte	Oberflächengüte
Metalle
Aluminium	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet
Edelstahl	Gut	Gut	Ausgezeichnet	Schwach	Ausgezeichnet	Gut
Messing	Gut	Gut	Gut	Gut	Gut	Ausgezeichnet
Titan	Gut	Schwach	Ausgezeichnet	Schwach	Ausgezeichnet	Gut
Kunststoffe
ABS	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Gut
Nylon	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Gut
Polycarbonat	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Gut	Gut
POM (Delrin)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Gut	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet
PTFE (Teflon)	Gut	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Schwach	Gut	Gut

Hinweis: Die Bewertungen in dieser Tabelle sind verallgemeinert und basieren auf den typischen Eigenschaften und Anwendungen dieser Materialien. Bestimmte Anwendungen können zu unterschiedlichen Leistungsstufen führen. ​​Konsultieren Sie unsere Experten für eine präzise Materialauswahl.

Oberflächenbehandlungen für CNC-bearbeitete Teile

Die Wahl des richtigen Finishs für CNC-bearbeitete Teile gewährleistet die gewünschte Ästhetik, Funktionalität und Haltbarkeit. Hier ist eine Übersicht der gängigsten Oberflächenbehandlungen:

Wie bearbeitet

Ein „wie bearbeitetes“ Finish hinterlässt sichtbare Werkzeugspuren und eine raue Textur, typischerweise mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 3,2 μm. Es bietet enge Maßtoleranzen zu einem erschwinglichen Preis aufgrund des Fehlens von Nachbearbeitung. Ideal für Projekte, bei denen die Maßgenauigkeit wichtiger ist als die Ästhetik, bietet dieses Finish keinen hohen Schutz gegen Kratzer und Abnutzung.

Verschiedene Arten der Politur

Polieren, insbesondere Elektropolieren, wird auf Stahl oder Edelstahl angewendet, um ein super feines oder Spiegel-Finish zu erzielen. Es verwendet einen elektrischen Strom und ein chemisches Bad, um eine kontrollierte Schicht des Basismaterials aufzulösen. Parameter wie die Zusammensetzung des Elektrolyten und die Temperatur können für verschiedene Poliergrade angepasst werden. Es ist eine kostengünstige und schnellere Alternative zum manuellen Polieren.

Eloxieren

Das Anodisieren trägt eine schützende Oxidschicht auf Aluminiumteile auf, die Korrosions-, Verschleiß- und Kratzfestigkeit verbessert. Dabei wird das Teil in eine Elektrolytlösung eingetaucht und durch elektrischen Strom eine Oxidschicht erzeugt.

Dieser Prozess verbessert nicht nur die Korrosions- und Verschleißfestigkeit, sondern verleiht dem Metall auch eine raue, körnige Oberflächenstruktur. Er ist besonders effektiv, um Farbstoffe in der Oxidschicht einzuschließen und eine nahezu permanente Farbe zu erzeugen. Es gibt verschiedene Arten des Anodisierens:

• Typ I: Verwendet Chromsäure und erzeugt eine dünnere Schicht, die für Anwendungen geeignet ist, bei denen Maßänderungen eine Rolle spielen.
• Typ II: Auch als dekoratives Anodisieren bekannt, verwendet Schwefelsäure, um eine dickere Schicht (bis zu 25μm) zu erzeugen, die in verschiedenen Farben erhältlich ist.
• Typ III: Auch als Harteloxieren bekannt, bildet die dickste Oxidschicht (25 bis 150μm) mit höherer Spannung und kontrollierter Temperatur und ist ideal für Hochleistungsanwendungen.

Jede Art des Anodisierens bietet spezifische Vorteile und wird basierend auf den individuellen Anforderungen der CNC-gefrästen Teile ausgewählt.

 

Schwarze Oxidbeschichtung

Diese Beschichtung eignet sich für Stahl und Edelstahl und bietet Korrosions- und Abriebfestigkeit sowie verbesserte Schmierfähigkeit. Die Beschichtung wird durch ein chemisches Bad bei hoher Temperatur aufgebracht und bietet ein glattes, mattes Finish, ohne die Dimensionen signifikant zu verändern. Sie ist jedoch weniger geeignet für hochbelastete Anwendungen aufgrund der Anfälligkeit für Abrieb.

Perlenstrahlen

Beim Perlenstrahlen werden unter Druck stehende Glas- oder Keramikperlen verwendet, um eine gleichmäßige, matte Oberfläche auf Metalloberflächen zu erzeugen. Es entfernt effektiv Unvollkommenheiten und reinigt die Oberfläche für nachfolgende Prozesse. Obwohl es ein einheitliches Aussehen bietet, kann das Perlenstrahlen die Maßgenauigkeit beeinträchtigen und wird aufgrund der Kosten typischerweise für höherwertige Projekte verwendet.

Pulverbeschichtung

Pulverbeschichtung, die häufig auf Stahl, Edelstahl und Aluminium verwendet wird, beinhaltet die elektrostatische Aufbringung von Pulverfarbe und deren Aushärtung bei hohen Temperaturen. Sie bietet eine langlebige, dicke, gleichmäßige Beschichtung in verschiedenen Farben und Glanzgraden. Sie verändert jedoch die Abmessungen des Teils und hat eine geringe elektrische Leitfähigkeit, was eine sorgfältige Berücksichtigung von Toleranzen und Rauheit erfordert.

Jede dieser Oberflächenbehandlungen bietet einzigartige Vorteile und Eignung, je nach den spezifischen Anforderungen Ihrer CNC-bearbeiteten Teile. Die Auswahl sollte basierend auf Faktoren wie Materialtyp, beabsichtigtem Einsatz, Umwelteinflüssen und ästhetischen Vorlieben getroffen werden.

Verfügbarkeit von Oberflächenbehandlungen prüfen

Besuchen Sie unsere ​​Seite zur Verfügbarkeit von Oberflächenbehandlungen, um einen umfassenden Überblick über die von uns angebotenen Oberflächenbehandlungen für CNC-bearbeitete Teile zu erhalten.

Hauptanwendungen von CNC-Teilen

CNC-Bearbeitung, eine entscheidende Technologie in der modernen Fertigung, zeichnet sich durch die präzise und komplexe Herstellung von Bauteilen für verschiedene Branchen aus.

Diese Anwendungen veranschaulichen die Vielseitigkeit und Bedeutung der CNC-Bearbeitung in verschiedenen Branchen und unterstreichen ihre Rolle bei der Weiterentwicklung von Technologie und Fertigungsprozessen.
 

Beste Designpraktiken für die CNC-Bearbeitung

Entdecken Sie die wichtigsten Designprinzipien der CNC-Bearbeitung, um eine effiziente, kostengünstige Produktion und gleichbleibend hochwertige Komponenten zu ermöglichen. Optimieren Sie Ihre Designs für eine bessere Herstellbarkeit.

Berücksichtigung des Werkzeugzugangs für Ihr Bauteil

Dies ist unsere erste Empfehlung, da der Werkzeugzugang eine der Hauptbeschränkungen beim CNC-Design darstellt. Um alle Oberflächen des Bauteils zu erreichen, muss das Werkstück möglicherweise mehrfach gedreht werden.

Jedes Mal, wenn das Werkstück gedreht wird, muss die Maschine neu kalibriert und ein neues Koordinatensystem eingerichtet werden, was die Kosten erhöht und die Genauigkeit verringert. Während eine 5-Achsen-Maschine helfen kann, Genauigkeitsprobleme zu minimieren, ist sie teurer als eine 3-Achsen-CNC-Maschine.

Daher ist es wichtig, die Anzahl der erforderlichen Maschineneinrichtungen für die Bearbeitung Ihres Bauteils sorgfältig zu bedenken. Zudem sollten Sie berücksichtigen, dass Oberflächen, die das Schneidwerkzeug nicht erreichen kann, nicht per CNC bearbeitet werden können. Dies begrenzt die Möglichkeit, Teile mit verborgenen Innengeometrien herzustellen, und schränkt auch die maximale Tiefe von Hinterschneidungen ein.

Optimierung von Radien und Kantenmerkmalen

Die meisten CNC-Fräs- und Schneidwerkzeuge sind zylindrisch geformt, wodurch in den Ecken einer Tasche beim Schneiden automatisch ein Radius entsteht. Da diese Werkzeuge keine scharfen rechtwinkligen Kanten erzeugen können, ist es wichtig, bereits in der Designphase einen Radius in Innenkanten zu integrieren. Um den Werkzeugverschleiß zu reduzieren und die Leistung zu optimieren, empfehlen wir, einen Radius von 130 % des Fräswerkzeugradius hinzuzufügen. Dies verringert nicht nur die Belastung des Werkzeugs, sondern ermöglicht auch höhere Schnittgeschwindigkeiten. Darüber hinaus kann die Verwendung eines einheitlichen Radius für alle Innenkanten den Bedarf an Werkzeugwechseln eliminieren, was den Prozess vereinfacht und die Effizienz steigert. 

Kleinere Radien können zwar mit Werkzeugen mit geringerem Durchmesser erreicht werden, aber scharfe Ecken können nicht vollständig entfernt werden. Diese kleineren Werkzeuge benötigen mehrere Durchgänge bei langsameren Geschwindigkeiten, da sie weniger effizient Material entfernen als größere Werkzeuge. Dies führt zu längeren Bearbeitungszeiten und höheren Kosten.

Unsere Empfehlungen für das Radius-Design:

• Innenradius: Streben Sie den größtmöglichen Innenradius für Taschenformen an. Dies vereinfacht die Fertigung, erhöht die strukturelle Festigkeit und senkt die Kosten.

• Kein Innenradius: Wenn das Design scharfe Innenkanten für Montagezwecke erfordert, werden Metallteile mittels EDM-Bearbeitung hergestellt, während Kunststoffteile manuell bearbeitet werden, um die gewünschte Form zu erreichen.  

• Außenradius: Außenkanten mit einem Radius können leicht mit Standard-CNC-Werkzeugen bearbeitet werden.

Taschen und Hohlräume

Tiefe Taschen und Hohlräume können zu Fertigungsproblemen führen, wie Werkzeugverlagerung, Schwierigkeiten bei der Spanentfernung und Werkzeugbruch, was die Bearbeitungszeit und -kosten erheblich erhöhen kann.

Um diese Probleme zu minimieren, empfehlen wir:

• Die Tiefe der Hohlräume auf maximal das Vierfache der Breite zu begrenzen.
• Die Tiefe der Hohlräume auf das Zwei- bis Dreifache des Werkzeugdurchmessers zu begrenzen.

Falls ein tieferer Hohlraum erforderlich ist, ermöglicht eine Vergrößerung der Eckenradien einem größeren Werkzeug, einem kreisförmigen Pfad anstelle eines 90-Grad-Winkels zu folgen. Dies verringert die Werkzeugbelastung, verbessert die Oberflächenqualität und kann die Zykluszeiten leicht reduzieren.

Kleinere Radien können durch den Einsatz kleinerer Fräswerkzeuge erreicht werden, entweder im gesamten Programm oder als sekundärer Werkzeugdurchgang nach dem Schruppen. Dies erhöht jedoch sowohl die Zeit als auch die Kosten.

Unzureichende Wandstärke

Ein häufiges Konstruktionsproblem ist eine unzureichende Wandstärke, die die Materialsteifigkeit und Präzision beeinträchtigen und Bauteile anfälliger für Vibrationen während der Bearbeitung machen kann. Um dies zu beheben, geben wir folgende Empfehlungen:

• Metallteile: Dünnwandige Strukturen sollten eine Dicke zwischen 0,5-0,8 mm (0,020-0,031 Zoll) haben. 

• Kunststoffteile: Dünnwandige Strukturen sollten eine Dicke zwischen 0,8-1,2 mm (0,031-0,047 Zoll) haben.

• Höhe dünner Wände: Die Höhe dünner Wände so gering wie möglich halten, idealerweise nicht höher als das Fünffache der Wandstärke.

Löcher mit Standardgrößen entwerfen und fertigen

Löcher sind häufige Merkmale in CNC-gefertigten Teilen, und Konstrukteure sollten Folgendes beachten:

• Standarddurchmesser: Löcher werden in der Regel mit einem Bohrer bearbeitet, wenn möglich, um die beste Genauigkeit für Durchmesser unter 20 mm zu erreichen. Die Bohrergrößen folgen üblicherweise konventionellen Bruchteilen eines Zolls (z. B. 1/8″, 1/4″) oder Schritten von 0,1 mm für Löcher mit einem Durchmesser von bis zu 10 mm und Schritten von 0,5 mm für größere Löcher. Nicht standardisierte Durchmesser erfordern die Bearbeitung mit einem Fräswerkzeug und sollten wie Kavitäten behandelt werden (siehe vorherige Richtlinie).
• Lochtiefe: Mit zunehmender Tiefe eines Lochs steigt die Fertigungskomplexität. Wir empfehlen ein Durchmesser-Tiefen-Verhältnis von 1:4 bis maximal 1:10 für optimale Herstellbarkeit.
• Mindestlochdurchmesser: Die meisten CNC-Dienstleister können einen Mindestdurchmesser von 2,5 mm (0,100 Zoll) erreichen. Kleinere Durchmesser gelten als Mikro-Bearbeitung und sollten vermieden werden, sofern nicht unbedingt erforderlich.

Innengewinde

Es gibt verschiedene Methoden zur Erstellung von Gewinden in einem Bauteil, wie Schneidgewindebohrer, Umformgewindebohrer oder Gewindefräser. Jede Methode ist effektiv, aber Konstrukteure sollten folgende Richtlinien beachten:

• CAD-Modellvorbereitung: Entfernen Sie die eigentlichen Gewinde aus Ihrem CAD-Modell und belassen Sie nur den Führungsdurchmesser. Stellen Sie eine detaillierte 2D-Technikzeichnung zusammen mit Ihrem 3D-Modell bereit, die das Gewindemerkmals klar definiert. Dies sollte den Gewindetyp, die Bohrungsgröße und -tiefe sowie zusätzliche Details wie Senkungen oder Oberflächenbehandlungen umfassen.
• Gewindelänge: Gewinde nur auf die notwendige Länge schneiden. Bei Metallen ist das Gewindeschneiden über das Doppelte des Bohrungsdurchmessers hinaus in der Regel unnötig und kann aufgrund des spezialisierten Werkzeugbedarfs für tiefe Gewinde die Kosten erhöhen.
• Gewindegrößenauswahl: Verwenden Sie die größtmögliche Gewindegröße, die das Design zulässt, um die Fertigung zu vereinfachen. Kleinere Gewindebohrer sind anfälliger für Bruch, daher empfehlen wir M6 als Standard. Gewinde kleiner als M2 bergen ein höheres Risiko für Werkzeugversagen.
• Blindbohrungen: Lassen Sie eine ungewindete Länge von mindestens der Hälfte des Bohrungsdurchmessers über dem Gewinde für den Gewindebohreransatz und die Späneentsorgung frei. Eine Bohrungsentlastung muss nicht im 3D-Modell enthalten sein, sollte jedoch in der Technikzeichnung als zulässig vermerkt werden.

Standardangaben: Vermeiden Sie ungewöhnliche oder kundenspezifische Gewindespezifikationen, da diese teure oder spezialisierte Werkzeuge erfordern können. Wir empfehlen, Rechtsgewinde nach UNC- und UNF-Standards (#2 bis 1/2 Zoll) oder metrische Gewinde von M2 bis M12 zu wählen, um die Fertigung zu erleichtern.

Außengewinde

Außengewinde können entweder durch Fräsen oder Drehen hergestellt werden. Wenn die Teile die Bedingungen für das Drehen erfüllen, bevorzugen wir in der Regel diese Methode. Beim Drehen können Außengewinde über die Länge des Teils verlaufen, und wir verwenden oft maßgeschneiderte Gewindewerkzeuge, um die Gewindegröße, -tiefe und -position basierend auf der Geometrie des Teils zu definieren.

Gefräste Außengewinde, Obwohl weniger verbreitet als Innengewinde, können sie dennoch effektiv hergestellt werden. Diese Gewinde werden durch die Bearbeitung einer Hälfte des Durchmessers erzeugt, gefolgt von einer 180-Grad-Drehung des Teils, um die gegenüberliegenden Gewinde auf die gleiche Weise zu bearbeiten. Diese Methode eignet sich besonders gut für größere oder grobe Gewinde, und wir können hochwertige Gewinde bis zu ½ Zoll herstellen.

Wie bei Innengewinden, Die Gewinde müssen aus dem CAD-Modell entfernt werden, und die Spezifikationen sollten in einem technischen Dokument bereitgestellt werden.

Bei der Konstruktion von Außengewinden: Vermeiden Sie, die Gewinde an einem großen Durchmesser in der Nähe oder angrenzend zu einer Schulter enden zu lassen. Dies hilft, die Gewindeintegrität zu erhalten und eine ordnungsgemäße Bearbeitung zu gewährleisten.

Bearbeitete Text

Das Einfügen von Text und Beschriftungen in Bauteildesigns ist in der Regel nicht erforderlich, da es die Bearbeitungszeit und die Kosten erhöht. Falls Text und Beschriftungen für Ihr Projekt jedoch unerlässlich sind, beachten Sie bitte die folgenden Richtlinien:

• Für große Logos und Markierungen: Sowohl konkave (gravierte) als auch konvexe (erhabene) Formen sind auf der Oberfläche akzeptabel.
• Für kleine Logos und Markierungen: Ein konkaves (graviertes) Design wird bevorzugt. Stellen Sie sicher, dass die Tiefe 0,2 mm nicht überschreitet.

• Schriftempfehlung: Wenn Ihre Designsoftware keine benutzerdefinierte Schriftart bietet, verwenden Sie eine Sans-Serif-Schriftart mit einer Größe von 20 Punkten. Diese Option ist kostengünstig und weit verbreitet, da viele CNC-Maschinen vorgefertigte Routinen für Sans-Serif-Schriftarten haben.

Hinterschneidungen

Hinterschneidungen sind Merkmale, die nicht mit Standardwerkzeugen bearbeitet werden können, unabhängig von der Ausrichtung des Teils, da die Schneidwerkzeuge nicht alle Oberflächen erreichen können. Diese Merkmale sind schwierig zu bearbeiten und erfordern oft spezialisierte Werkzeuge oder mehrere Aufbauten, wie z. B. eine 5-Achsen-Maschine oder ein EDM-Verfahren. Die Optimierung bestimmter Hinterschneidungsclips oder -nuten zur Beseitigung von Hinterschneidungsmerkmalen kann dazu beitragen, die Kosten zu senken und präzisere Abmessungen zu erreichen.

Wenn Hinterschneidungen unvermeidbar sind, sollten Sie die folgenden Empfehlungen beachten:

• Konstruktionsrichtlinien: Verwenden Sie Breiten in ganzen Millimeter-Schritten oder Standard-Zoll-Brüchen. Gängige Konstruktionen umfassen T-Nuten-Hinterschneidungen und Schwalbenschwanz-Hinterschneidungen.
• Werkzeugeinschränkungen: Für nicht standardmäßige Abmessungen müssen maßgeschneiderte Schneidwerkzeuge hergestellt werden. Standardwerkzeuge haben in der Regel eine Schnitttiefe von etwa dem 2-fachen ihrer Breite, was die erreichbare Tiefe begrenzt.

Wählen Sie die richtigen Toleranzen

Wenn in Ihrem Design keine Toleranzen angegeben sind, verwenden wir Standardtoleranzen, die für die meisten nicht kritischen Abmessungen ausreichend sind. Dieser Ansatz hilft, Zeit und Geld zu sparen. Beachten Sie, dass engere Toleranzen die Kosten erheblich erhöhen, da sie zusätzliche Zeit für Aufbau, Bearbeitung, Inspektion und andere Produktionsschritte erfordern. Geben Sie enge Toleranzen nur an, wenn sie unbedingt erforderlich sind, und streben Sie Konsistenz in Ihrem Design an, um die Bearbeitungszeit zu reduzieren.

Unsere Empfehlungen: 

• Stellen Sie detaillierte 2D-Zeichnungen bereit: Fügen Sie von Anfang an Toleranzen hinzu, um genaue Angebote zu ermöglichen und die Qualität der Komponenten sicherzustellen.
• Minimieren Sie präzise Abmessungen: Vermeiden Sie unnötig präzise Abmessungen mit engen Toleranzen, da diese schwieriger zu erreichen sind und zusätzliche Kosten verursachen. Berücksichtigen Sie die Montagefunktion, um den Bedarf an solchen Abmessungen zu reduzieren.
• Verwenden Sie Standardabmessungen: Verwenden Sie für nicht kritische Merkmale oder Größen normale Abmessungen ohne Toleranzen, um den Prozess zu vereinfachen und die Kosten zu senken.

Wählen Sie die richtigen Freiräume und vermeiden Sie Fehler

Ein einfacher, aber wesentlicher Hinweis, da wir häufig Fehler in Baugruppen feststellen. Im Allgemeinen sind Teile so konzipiert, dass sie zusammenpassen oder mit anderen Komponenten verbunden werden. Daher empfehlen wir dringend, alle relevanten Informationen zur Baugruppe von Anfang an bereitzustellen. Unsere technische Abteilung analysiert die Freiräume und potenziellen Interferenzen der montierten Teile basierend auf den bereitgestellten Daten und der gewünschten Funktionalität. Falls erforderlich, schlagen wir geeignete Optimierungen unter Berücksichtigung der Einschränkungen des CNC-Bearbeitungsprozesses vor.

Kostenoptimierungen für die CNC-Bearbeitung

Die Kenntnis der Faktoren, die die Kosten der CNC-Bearbeitung beeinflussen, ist entscheidend für die Kostensenkung. Dieser Abschnitt untersucht die Faktoren, die die Preise der CNC-Bearbeitung beeinflussen, und bietet strategische Einblicke in die Reduzierung der Kosten für CNC-gefertigte Teile. 

Was beeinflusst die Kosten der CNC-Bearbeitung, und wie können sie reduziert werden?

Bei der Betrachtung der Kostenaspekte der CNC-Bearbeitung spielen mehrere Schlüsselfaktoren eine entscheidende Rolle: 

Ausrüstung und Maschinen

Verschiedene CNC-Maschinen verursachen unterschiedliche Betriebskosten, wobei einige Prozesse von Natur aus kostengünstiger sind als andere. Zum Beispiel ist Laserschneiden in der Regel am kosteneffizientesten, gefolgt von CNC-Drehen, 3-Achsen-Fräsen, Dreh-Fräsen und dann 5-Achsen-Fräsen, wobei jeder Schritt in der Komplexität sich in den Kosten widerspiegelt. Intelligente Hersteller und Konstrukteure streben danach, Maschinen zu nutzen, die die beste Stundenrate bieten, ohne die Integrität des Teils zu beeinträchtigen. Durch die Auswahl des geeigneten Bearbeitungsprozesses kann man das Gleichgewicht zwischen Kosten und der benötigten Komplexität der Teile optimieren.

Materialauswahl

Die Art des Rohmaterials hat erheblichen Einfluss auf die Bearbeitungskosten. Unterschiedliche Materialien variieren in Preis, Verfügbarkeit und Bearbeitungseigenschaften. Zum Beispiel können Hochleistungslegierungen teurer sein als gängige Metalle, und die Verfügbarkeit bestimmter Materialien kann ebenfalls deren Kosten beeinflussen.

Konstruktionskomplexität

Die Komplexität des Teils oder der Komponente ist entscheidend für die Kostenbestimmung. Komplexe Konstruktionen mit detaillierten Merkmalen, engen Toleranzen und anspruchsvollen Geometrien erfordern oft spezialisierte Werkzeuge und längere Bearbeitungszeiten, was die Gesamtkosten erhöht.

Bearbeitungszeit

Die Dauer der Bearbeitung eines Teils wirkt sich direkt auf die Kosten aus. Dazu gehören die Zykluszeit (tatsächliche Schneidzeit), die Rüstzeit (Vorbereitung und Werkzeugwechsel) und die gesamte Produktionseffizienz. Die Reduzierung der Zykluszeit und die Verbesserung der Rüsteffizienz können die Kosten erheblich senken.

Maschinenwerkzeuge

Die Auswahl und Verwaltung von Maschinenwerkzeugen sind wichtige Kostentreiber. Dies umfasst die Kosten für den Kauf, die Wartung und den Austausch von Schneidwerkzeugen. Die Lebensdauer dieser Werkzeuge und die Zeit, die für Werkzeugwechsel benötigt wird, beeinflussen ebenfalls die Produktionseffizienz und die Kosten.

Menge und Losgröße

Die Größe der Produktionsaufträge beeinflusst die Kosten, wobei Skaleneffekte eine Rolle spielen. Größere Stückzahlen führen in der Regel zu niedrigeren Kosten pro Teil aufgrund reduzierter Rüstzeiten und erhöhter Produktionseffizienz. Kleinere Losgrößen können jedoch aufgrund erhöhter Rüstzeiten zu höheren Kosten pro Teil führen.

Arbeitskosten

Die Kosten für CNC-Bearbeitungsingenieure und -bediener tragen erheblich zu den Gesamtkosten bei. Dazu gehören Löhne für qualifiziertes Personal, das in CNC-Programmierung, Einrichtung und Betrieb erfahren ist. Arbeitsintensive Operationen oder komplexe Teileanforderungen können zu höheren Arbeitskosten führen.

Gemeinkosten

Gemeinkosten im Zusammenhang mit der CNC-Bearbeitung, wie Anlagenkosten, Nebenkosten, Verwaltungskosten, Qualitätskontrolle und Inspektion, fließen ebenfalls in die Gesamtkostenberechnung ein. Die Optimierung dieser Gemeinkosten ist entscheidend, um die Wettbewerbsfähigkeit in der CNC-Bearbeitung zu erhalten.

Ausschuss- und Nachbearbeitungskosten

Kosten im Zusammenhang mit Materialabfall und Nacharbeit aufgrund von Fehlern oder Spezifikationsabweichungen sind entscheidend. Die Minimierung von Ausschuss durch Qualitätskontrolle, präzise Bearbeitungstechniken und gründliche Inspektionsprozesse kann diese Kosten erheblich reduzieren und die gesamten Bearbeitungskosten senken.

Durch das Verständnis und die sorgfältige Steuerung dieser Faktoren ist es möglich, CNC-Bearbeitungsprozesse kosteneffizient zu optimieren, ohne die Qualität der gefertigten Teile zu beeinträchtigen.

Fazit

Dieser Leitfaden hat die Grundlagen der CNC-Bearbeitung behandelt, von den grundlegenden Prinzipien bis hin zu den Feinheiten des Designs und den Kostenüberlegungen. Wir haben untersucht, wie eine Kombination aus Technologie und Innovation die moderne Fertigung untermauert, die Bedeutung der Designoptimierung und Strategien zur Kostensenkung ohne Qualitätseinbußen. 

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