Im Allgemeinen handelt es sich bei der CNC-Bearbeitung (Computerized Numerical Control) um eine Fertigungstechnik, bei der Fertigteile durch das Abtragen von Schichten aus festen Blöcken, sogenannten Rohlingen, hergestellt werden.CNC-Fräsen, eine der Hauptarten der CNC-Bearbeitung. Dabei werden Schneidwerkzeuge mit mehreren tausend Umdrehungen pro Minute eingesetzt, um Material präzise abzutragen, bis eine einheitliche Form erreicht ist. Neben dem Fräsen können bei der CNC-Bearbeitung auch Drehmaschinen und Bohrmaschinen zur Herstellung von Teilen oder Funktionen eingesetzt werden.
Als computergesteuerter Fertigungsprozess werden bei der CNC-Bearbeitung Teile auf Grundlage eines CAD-Modells (Computer-Aided Design) hergestellt, das über eine CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) an die CNC-Werkzeugmaschine gesendet wird.
CNC-Werkzeugmaschinen arbeiten mit einer variablen Anzahl von Achsen. Die traditionelle dreiachsige CNC-Maschine Mit dem Werkzeug können die Betriebs- und Arbeitsteile der drei linearen Achsen X, Y und Z geändert werden. Diese Technik ist am effektivsten für relativ einfache, flache Teile. Eine Fünf-Achsen-Maschine Das Werkzeug kann sowohl mit drei linearen Achsen als auch mit zwei Drehachsen arbeiten. Dadurch sind komplexere und tiefere Schnitte möglich, die das Gestaltungspotenzial des Teils erweitern.
Aufgrund ihrer hohen Präzision, Geschwindigkeit und ihres hohen Automatisierungsgrades ist die CNC-Bearbeitung zu einem der am weitesten verbreiteten subtraktiven Fertigungsverfahren geworden. Eine der häufigsten Anwendungen dieser Technologie ist die Herstellung von Metallprototypen, denn dies ist derzeit eine der effektivsten Methoden zur Herstellung von Kleinserien oder Einzelstücken Metallteile. Die CNC-Bearbeitung ist zudem hochgradig skalierbar, d. h. sie kann sowohl für die Einzelstückfertigung und Prototypen als auch für die Klein- und Großserienproduktion eingesetzt werden.
Die CNC-Bearbeitung bietet Herstellern viele Vorteile, darunter einen hohen Automatisierungsgrad, bemerkenswerte Zuverlässigkeit, Wiederholgenauigkeit und hohe geometrische Genauigkeit. Das Verfahren sorgt zudem für eine hervorragende Oberflächengüte der Teile und eine hohe Stabilität.
Glücklicherweise können Produktionszeit und -kosten reduziert und der Herstellungsprozess optimiert werden, wenn diese Einschränkungen im Designprozess berücksichtigt werden.
CNC-Bearbeitung ist ein beliebtes Fertigungsverfahren, da damit eine große Vielfalt an Teilen – von einfachen Formen bis hin zu komplexen Strukturen – hergestellt werden kann. Wie bei jeder Fertigungstechnologie gibt es jedoch auch bei der CNC-Bearbeitung einige Designbeschränkungen. Wir erläutern diese wie folgt, um sicherzustellen, dass Ihre Produkte optimal auf unsere CNC-Bearbeitungsmöglichkeiten abgestimmt sind.
Bei der Einreichung eines Produktionsdesigns ist es sinnvoll, einen akzeptablen Toleranzbereich für die Abmessungen jedes Teils anzugeben. Die Toleranzen müssen bestätigt werden, um die funktionalen Anforderungen eines bestimmten Teils zu erfüllen.
Obwohl durch CNC-Bearbeitung sehr enge Toleranzen erreicht werden können, ist es wichtig zu bedenken, dass engere Toleranzen als unsere Servicestandards oft zu längeren Produktionszeiten und höheren Kosten führen.
Wenn im Produktdesign keine spezifische Toleranz angegeben ist, hält Rapid direct eine Standardtoleranz von +/- -.005 für Metallteile und +/- .010 für Kunststoffteile. Engere Toleranzen sind möglich, die Umsetzung kann jedoch mehr Zeit in Anspruch nehmen, da die Drehzahl reduziert werden muss, um die höhere Genauigkeit zu berücksichtigen.
Beim CNC-Fräsen ist es wichtig zu wissen, dass alle inneren vertikalen Kanten oder Wände einen Radius und keinen rechten Winkel aufweisen. Dies liegt daran, dass die beim CNC-Fräsen verwendeten Werkzeuge zylindrisch sind und daher keine geraden Kanten erzeugen können. Diese Art von Ecke wird als Inneneckenrundung bezeichnet.
Bei der Teilekonstruktion kann die Berücksichtigung von Inneneckenrundungen den Produktionsprozess effizienter gestalten. Beispielsweise empfiehlt es sich, einen nicht standardmäßigen Radius festzulegen, damit das Werkzeug frei schneiden und drehen kann, ohne anhalten und neu positionieren zu müssen. Darüber hinaus ist das Fräsen von Ecken mit größerem Radius schneller und kostengünstiger als das Fräsen mit kleinerem Radius.
CNC-Bearbeitung ist wie andere Fertigungsverfahren wichtig, um sicherzustellen, dass Ihr Teiledesign die Mindestwandstärke einhält. Generell wird empfohlen, die größtmögliche Wandstärke zu wählen und sehr dünne oder unregelmäßige Wände zu vermeiden. Denn dünne oder unregelmäßige Wandstärken von CNC-Werkzeugen verursachen leicht Vibrationen, die zu Unterbrechungen oder Schäden führen können.
Die standardmäßige Mindestwandstärke für CNC-bearbeitete Metalle beträgt 0,030 Zoll (~0,76 mm) und für Kunststoffe 0,060 Zoll (~1,5 mm).
Wenn ein Teil auf die gewünschte Größe und Form bearbeitet wurde, können Gewinde mithilfe von Schneid-, Form- oder Gewindefräsern eingearbeitet werden. Bei der Konstruktion Ihrer Teile ist es sinnvoll, die größtmögliche Gewindegröße zu wählen, da bei kleineren Gewinden während des Produktionsprozesses ein höheres Rissrisiko besteht.
Vermeiden Sie nach Möglichkeit auch tiefe Gewinde, da tiefe Löcher zu höheren Produktionskosten führen (wenn Sonderwerkzeuge erforderlich sind). Ebenso kann die Verwendung individueller Gewindegrößen bei der Teilekonstruktion Kosten und Produktionszeit reduzieren.
In unserer Kurzanleitung bieten wir eine Reihe von CNC-Bearbeitungsservices an, darunter eines der gängigsten CNC-Verfahren: CNC-Fräsen. Beim CNC-Fräsen wird ein Rohling in die Werkzeugmaschine eingesetzt, wo ein Schneidwerkzeug (z. B. ein Schaftfräser) rotiert, um das Rohmaterial zu schneiden. Diese Werkzeuge rotieren mit extrem hoher Geschwindigkeit, Tausenden von Umdrehungen pro Minute (U/min), um Material vom fertigen Teil zu entfernen.
Bestehen Sie auf abgerundete Innenwinkel: Es ist unmöglich, einen spitzen Innenwinkel zu erzeugen, da beim CNC-Fräsen runde rotierende Werkzeuge verwendet werden.
Verwenden Sie den größtmöglichen Radius: Je größer das verwendete Werkzeug, desto schneller kann das Material entfernt werden. Achten Sie darauf, dass der größtmögliche Innenradius in die Konstruktion integriert ist, um den Fräsvorgang zu erleichtern.
Ein Materialrohling wird während der CNC-DrehverfahrenWenn das feste Werkzeug arbeitet, bewegt das Spannfutter das Teil. CNC-Drehmaschinen eignen sich sehr gut zur Herstellung symmetrischer Teile entlang der Mittelachse. Sie sind in der Regel schneller und günstiger als CNC-Fräsprodukte.
Vermeiden Sie scharfe Innenwinkel: Ähnlich wie beim CNC-Fräsen können auch beim CNC-Drehen Außen- und Innenrundungen bearbeitet werden.
Symmetrisch, aber nicht zu dünn oder zu lang: Wenn ein Teil zu lang oder zu dünn konstruiert ist, wird die Rotation während des Produktionsprozesses instabil, was zu Fertigungsproblemen führt.
Als subtraktives Fertigungsverfahren produziert die CNC-Bearbeitung Teile aus einem Stück Rohmaterial (Metall oder Kunststoff). Dieser Block wird als Rohling bezeichnet. Unabhängig vom verwendeten Material ist die Wahl der richtigen Rohlinggröße ein entscheidender Produktionsschritt. Generell ist es ratsam, einen Rohling zu wählen, dessen Größe mindestens 0,125 Zoll (~0,3 cm) größer ist als die endgültigen Teileabmessungen, um die Inkonsistenz der Rohmaterialien auszugleichen. Vermeiden Sie außerdem zu große Rohlinge, um Materialabfall zu minimieren.
Generell lassen sich Metalle mit hoher Zähigkeit leichter bearbeiten, da CNC-Fräsmaschinen sie leichter schneiden und höhere Geschwindigkeiten erreichen können. Messing beispielsweise ist aufgrund seiner guten Duktilität eines der am einfachsten zu bearbeitenden Metalle. Aluminiumlegierungen eignen sich aufgrund ihrer kurzen Produktionszeiten ebenfalls sehr gut für die CNC-Bearbeitung.
Obwohl die Verarbeitung von Thermoplasten möglich ist, stellen die Materialeigenschaften von Polymeren die CNC-Bearbeitung immer noch vor Herausforderungen. Aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit schmelzen oder verbiegen sich viele Thermoplaste beim Kontakt mit CNC-Fräsmaschinen oder Bohrern. Für Teile, die keine Anforderungen an die Festigkeit und Härte von Metall stellen, können Thermoplaste jedoch eine kostengünstigere Alternative darstellen.
Die Nachbearbeitung ist der letzte Schritt im CNC-Bearbeitungsprozess. In der Kurzanleitung bieten wir eine Vielzahl von Oberflächenbehandlungen an, um Ihre Endteile fertigzustellen und sie Ihren spezifischen Anforderungen anzupassen. Beachten Sie, dass die Nachbearbeitung bei der CNC-Bearbeitung optional ist, da die Qualität der bearbeiteten Teile bereits sehr hoch ist (siehe Rohteil).
Eloxieren sorgt für hervorragende Korrosionsbeständigkeit mechanischer Teile, erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit der Oberfläche und leitet Wärme ab. Eloxieren ist die gängigste Oberflächenlackierung und Grundierung, da es eine hochwertige Oberflächenbehandlung bietet. Die Kurzanleitung bietet zwei Arten der Eloxierung: Typ II ist korrosionsbeständig; Typ III ist dicker und erhöht die Verschleißfestigkeit. Beide Eloxierungsverfahren ermöglichen eine breite Palette an Farbausführungen.
Als Schleif- und Polierverfahren ermöglicht es die schnellste Bearbeitung von Teilen und erfordert keine Nachbearbeitung. Die Oberflächengüte der geschliffenen Teile entspricht 125 µin Ra, wobei die Anforderung auf 63, 32 oder 16 µin Ra erhöht werden kann. Die leichten Werkzeugspuren können auf dem fertigen Teil noch sichtbar sein.
Die Pulverbeschichtung wird im Pulversprühverfahren direkt auf die zu bearbeitenden Teile aufgesprüht. Anschließend wird das beschichtete Teil im Ofen eingebrannt, um eine langlebige, verschleißfeste und korrosionsbeständige Schicht zu bilden. Bei der Pulverbeschichtung ist eine große Farbauswahl möglich.
Beim Glasperlenstrahlen werden kleine Glasperlen kontrolliert auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Teils geblasen. Das Ergebnis dieser Technik ist eine glatte Oberfläche mit matter Textur. Beim Glasperlenstrahlen werden verschiedene Materialien – wie Sand, Granat, Walnussschalen und Metallperlen – aufgetragen, um Teile zu reinigen oder für die anschließende Oberflächenbehandlung vorzubereiten.
Eine Vereinfachung des Produktdesigns führt in der Regel zu schnelleren Produktionszeiten und niedrigeren Kosten. Der Grund dafür ist, dass bei der Erstellung komplexer Strukturen und Oberflächen viele kleine Schnitte verwendet werden, die eine längere Ausführungszeit erfordern als einfachere und größere Schnitte auf einer ebenen Fläche.
Basierend auf den Tipps kann die Vereinfachung des Designs und die Sicherstellung einheitlicher Inneneckenradien und Bohrungsgrößen die Bearbeitungszeit drastisch reduzieren. Anders ausgedrückt: Wenn möglich, reduziert die Verwendung gleicher Größen die Anzahl der Werkzeugwechsel, und jeder Werkzeugwechsel verursacht zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand.
Wie bereits erwähnt, kann die Materialwahl die Produktionszeit und die Kosten der CNC-Bearbeitung erheblich beeinflussen. Wählen Sie nach Möglichkeit gut verarbeitbare Materialien wie Messing oder Aluminium. Bei Anwendungen, bei denen die Härte und Festigkeit von Metall nicht erforderlich sind, kann die CNC-Bearbeitung von Kunststoffen ebenfalls zur Kostensenkung beitragen, da die Rohlinge günstiger sind.
Höhere Toleranzen und dünnere Wandstärken verursachen bei der CNC-Bearbeitung oft höhere Kosten, da präzisere Schnitte zeitaufwändiger sind. Wenn Ihr Produkt oder Bauteil einen zulässigen Toleranzbereich aufweist, wählen Sie bitte eine niedrigere Toleranz, um Produktionszeit und -kosten zu reduzieren. Gleiches gilt für die Wandstärke: Wählen Sie nach Möglichkeit eine größere Wandstärkenzugabe.
Die Oberflächenbearbeitung ist in der Regel der letzte Schritt der CNC-Bearbeitung und kann sich auch auf die Kosten Ihres gesamten Projekts auswirken. Die Wahl einer einzigen Oberfläche für Ihr Teil oder Produkt kann Zeit- und Kosteneffizienz steigern. Auch wenn mehrere Oberflächenbehandlungen erforderlich sind, trägt dies dazu bei, die Anzahl der erforderlichen Oberflächenbehandlungen zu reduzieren.
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