CNC-Bearbeitung steht für „Computer Numerical Control“-Bearbeitung. Es handelt sich um ein typisches subtraktives Fertigungsverfahren: Zunächst wird ein Rohling aus Metall, technischen Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen geformt; anschließend steuert ein CNC-System die Werkzeugmaschine, die Spindel und die Schneidwerkzeuge, um gemäß einer vorprogrammierten Abfolge schrittweise Material abzutragen, wodurch schließlich ein Bauteil entsteht, das die geforderten Abmessungen, Toleranzen, Oberflächenrauheiten und funktionalen Spezifikationen erfüllt.
Bei einem realen Fertigungsprojekt umfasst die CNC-Bearbeitung jedoch weit mehr als nur das “Importieren eines 3D-Modells in eine Werkzeugmaschine”. Ein zuverlässiges Ergebnis beruht auf einer lückenlosen Kette von Konstruktionsschritten: Konstruktionsprüfung, Materialauswahl, Referenzplanung der Bearbeitung, Abstimmung von Maschinen und Werkzeugen, Konstruktion der Spannvorrichtung, CAM-Programmierung, Nachbearbeitung, Programmsimulation, Erstmusterprüfung, Prozesssteuerung, Maßprüfung und Oberflächenbehandlung. CAD definiert die Produktgeometrie, CAM generiert Werkzeugwege, und der Postprozessor wandelt diese Werkzeugwege in NC-Code um, der von einer bestimmten Werkzeugmaschine ausgeführt werden kann; G-Code steuert in der Regel Bewegung und Positionierung, während M-Code Maschinenfunktionen wie Spindel, Kühlmittel und Werkzeugwechsel steuert.
Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für folgende Anforderungen: die Überprüfung der Funktionalität unter Verwendung echter Konstruktionswerkstoffe; die Fertigung hochpräziser Metall- oder Kunststoffteile; die schnelle Herstellung von Prototypen ohne Werkzeugbau; die Herstellung von kundenspezifischen Teilen in kleinen bis mittleren Stückzahlen; sowie die Bearbeitung von Spritzgusskomponenten, Vorrichtungen, Metalleinsätzen, Gehäusen, Buchsen, Steckverbindern, Kühlkörpern und beweglichen Strukturkomponenten.
Für Beschaffungs- und Produktmanager lautet die wichtigste Frage nicht: “Ist eine CNC-Bearbeitung möglich?”, sondern vielmehr: Ist das Bauteil für dieses Fertigungsverfahren geeignet? Sind die kritischen Toleranzen realistisch? Ist eine drei-, vier- oder fünfachsige Bearbeitung wirtschaftlicher? Wie wirken sich Material, Oberflächenbehandlung und Prüfanforderungen auf die Kosten aus? Kann der Lieferant die Konsistenz zwischen Prototypen, Vorserienfertigung und nachfolgenden Serien gewährleisten? In diesem Artikel werden diese Entscheidungsfaktoren nacheinander behandelt.
Wie funktioniert die CNC-Bearbeitung?
Der Kern der CNC-Bearbeitung besteht darin, die Konstruktionsvorgaben in Bewegungs- und Prozessparameter umzusetzen, die von der Werkzeugmaschine zuverlässig ausgeführt und durch Messungen überprüft werden können. Die Steuerungskette lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Produktmodell und technische Anforderungen → CAM-Werkzeugwege → Nachbearbeitetes NC-Programm → CNC-System → Bewegung der Servoachsen und der Spindel → Zerspanung → Messung und Rückmeldung.
1. CAD-Modell
Ingenieure arbeiten in der Regel zunächst mit 3D-Modellen in Formaten wie STEP, STP, IGES und Parasolid und prüfen gleichzeitig 2D-Zeichnungen im PDF-, DWG- oder DXF-Format. 3D-Modelle definieren die Geometrie, während 2D-Zeichnungen dazu dienen, Anforderungen zu spezifizieren, die durch die Modelle allein nicht vollständig vermittelt werden können – wie beispielsweise Maßtoleranzen, geometrische Toleranzen, Gewindenormen, Oberflächenrauheit, Wärmebehandlung, Beschichtungen, kritische Merkmale und Prüfverfahren.
Werden lediglich 3D-Modelle ohne Toleranzvorgaben bereitgestellt, können Lieferanten in der Regel nur auf der Grundlage allgemeiner Bearbeitungsmöglichkeiten ein Angebot erstellen; werden lediglich 2D-Screenshots ohne vollständige Geometrie bereitgestellt, kommt es häufig zu Missverständnissen hinsichtlich Versionen, Radien, Tiefen und Bezugspunkten. Daher sollten etablierte Projekte sowohl bearbeitbare 3D-Daten als auch versionierte 2D-Konstruktionszeichnungen bereitstellen.
2. CAM-System
CAM-Software generiert Werkzeugwege auf der Grundlage des Modells, des Werkstückrohlings, der Werkzeugmaschinenkonfiguration, der Spannvorrichtungen, der Schneidwerkzeuge und der Bearbeitungsstrategien. Programmierer müssen die Spindeldrehzahl, den Vorschub, die Schnitttiefe, die Schrittweite, die Ein- und Ausfahrverfahren, die Kühlmitteleinstellungen, das Bearbeitungsaufmaß und die Werkzeugwechselsequenz festlegen. Anschließend wandelt der Postprozessor die generischen Werkzeugwege in G-Code und M-Code um, die von der Zielwerkzeugmaschine und der Steuerung gelesen werden können.
Durch eine Programmsimulation lassen sich potenzielle Risiken im Voraus erkennen, wie beispielsweise Kollisionen, Überfräsungen, Unterfräsungen, Kollisionen mit dem Werkzeughalter, Überschreitungen der Verfahrgrenzen und fehlerhafte Werkzeugwechsel.
3. Das Koordinatensystem verbindet das digitale Programm mit dem tatsächlichen Werkstück
Eine Werkzeugmaschine muss wissen, “wo der Nullpunkt liegt”. Vor der Bearbeitung legt der Bediener das Maschinenkoordinatensystem, das Werkstückkoordinatensystem sowie die Werkzeuglängen- und Radiuskorrektur fest und bestimmt die Position des Rohlings mithilfe eines Kantensuchers, eines Messtasters, eines Kalibrierblocks oder eines Probeschnitts. Ganz gleich, wie genau das Programm selbst auch sein mag: Wenn der Werkstück-Nullpunkt, die Werkzeugkorrektur oder die Spannrichtung falsch eingestellt sind, wird das Werkstück insgesamt versetzt sein, die Maße liegen außerhalb der Toleranz, und es kann sogar zu Kollisionen kommen.
Gängige Linearachsen sind X, Y und Z, während Drehachsen in der Regel mit A, B und C bezeichnet werden. Bei der dreiachsigen Bearbeitung kommen in erster Linie die drei Linearachsen zum Einsatz; bei der vierachsigen Bearbeitung kommt eine Drehachse hinzu; und bei fünfachsigen Maschinen können sich das Werkzeug oder das Werkstück kontinuierlich oder positionsgesteuert in weiteren Richtungen bewegen.
Der Hauptvorteil der Mehrachsenfähigkeit liegt nicht darin, “automatisch eine höhere Präzision zu erzielen”, sondern vielmehr darin, wiederholte Rüstvorgänge zu reduzieren, Werkstücke in mehr Richtungen zu bearbeiten, den Werkzeugüberhang in tiefen Taschen zu verkürzen und kumulative Fehler durch wiederholte Ausrichtung zu minimieren. Werkzeugmaschinenhersteller wie Haas nennen zudem die Reduzierung der Rüstvorgänge und die Verbesserung der Fertigstellungsrate pro Rüstvorgang als wesentliche Vorteile der fünfachsigen Bearbeitung.
4. Schneidwerkzeuge entfernen Material auf kontrollierte Weise
Beim Fräsen dreht sich das Schneidwerkzeug, während das Werkstück in der Regel auf dem Arbeitstisch oder in einer Spannvorrichtung fixiert ist; beim Drehen dreht sich das Werkstück, während sich das Drehwerkzeug axial oder radial bewegt. Verfahren wie Bohren, Reiben, Ausbohren, Gewindeschneiden, Nutenfräsen und Schleifen erfüllen jeweils die Anforderungen an Lochdurchmesser, Position, Rundheit, Gewinde, Nuten und hochpräzise Oberflächen.
Ein schnellerer Materialabtrag ist nicht unbedingt besser. Übermäßig hohe Schnittgeschwindigkeiten können zu Überhitzung, Werkzeugverschleiß, Aufbauschneiden oder Kaltverfestigung des Werkstücks führen; umgekehrt können zu niedrige Vorschubgeschwindigkeiten eher zu Werkzeugreibung als zu einem effektiven Zerspanungsprozess führen. Dünnwandige Teile, lange Werkzeugüberhänge, tiefe Hohlräume, schwer zerspanbare Werkstoffe und unterbrochene Schnitte sind besonders anfällig für Vibrationen, Verformungen und Oberflächenwelligkeit.
Daher hängt das Ergebnis tatsächlich von einer Kombination aus der Steifigkeit der Werkzeugmaschine, dem Schneidwerkzeugsystem, der Stabilität der Spannvorrichtung, den Schnittparametern, der thermischen Regelung und den Messverfahren ab.
5. Das CNC-System läuft wiederholt ab, doch der Prozess erfordert weiterhin eine technische Steuerung.
Eine computergesteuerte Steuerung kann zwar die Wiederholgenauigkeit verbessern, kann jedoch Schwankungen aufgrund von Materialchargen, Werkzeugverschleiß, thermischer Drift, Verformung der Spannvorrichtung, ungleichmäßigen Aufmaßwerten oder Bedienungsfehlern nicht automatisch beseitigen. Eine stabile Produktion erfordert in der Regel eine Erststückprüfung, routinemäßige Prüfungen kritischer Maße, ein Werkzeugstandzeitmanagement, eine Messtasterkompensation, eine Temperaturregelung sowie die Rückverfolgbarkeit von Abweichungen.
Aus diesem Grund ist “Maschinengenauigkeit” nicht gleichbedeutend mit “langfristiger, stabiler Werkstückgenauigkeit”. Einkäufer sollten ihr Augenmerk darauf richten, ob Lieferanten über klare Benchmarking-Verfahren, Vorschriften zur Werkzeugstandzeit, Erststückberichte, Zwischenkontrollen und Endkontrollen verfügen, anstatt sich ausschließlich auf Werkzeugmaschinenmarken oder die beworbenen Mindesttoleranzen zu verlassen.
Leitfaden zum Arbeitsablauf bei der CNC-Bearbeitung
Im Folgenden wird ein Arbeitsablauf für die CNC-Bearbeitung beschrieben, der sich für die Prototypenfertigung, die Kleinserienfertigung und die Serienfertigung eignet. Dabei wird nicht nur erläutert, wie die Bearbeitung im Werk durchgeführt wird, sondern es wird den Kunden auch mitgeteilt, was sie in den einzelnen Schritten bereitstellen und überprüfen sollten und welche Probleme vor Beginn der Bearbeitung geklärt werden müssen.
Schritt 1: Legen Sie die Funktion des Bauteils und die Abnahmekriterien fest
Zu Beginn des Projekts sind folgende Unterlagen einzureichen:
- 3D-CAD-Modelle und kontrollierte Versionen von 2D-Zeichnungen;
- Werkstoffgüten, Bedingungen und Einschränkungen hinsichtlich Ersatzwerkstoffen;
- Geschätzte Mengen, Jahresverbrauch und Produktionspläne;
- Maßangaben, geometrische Toleranzen und deren Bezugsflächen;
- Oberflächenrauheit, Anforderungen an das Erscheinungsbild und zulässige Fehler;
- Wärmebehandlung, Eloxieren, Galvanisieren, Passivieren, Beschichten oder sonstige Nachbehandlungen;
- Baugruppenbeziehungen, Betriebsbelastungen, Temperaturen, korrosive Umgebungen und gesetzliche Vorschriften;
- Prüfberichte, Materialzertifikate, Erstmusterprüfberichte oder Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit.
“Vollmaßige, hochpräzise” Spezifikationen ohne klar definierte Funktionen können die Kosten erheblich in die Höhe treiben. Ein besserer Ansatz besteht darin, zwischen kritischen Merkmalen, Passmerkmalen, allgemeinen Maßen und nichtfunktionalen Geometrien zu unterscheiden, damit die Ressourcen für Bearbeitung und Prüfung auf Bereiche konzentriert werden können, die tatsächlich Einfluss auf die Montage und die Leistung haben.
Schritt 2: Durchführung von DFM- und Risikobewertungen
Bei CNC-DFM-Prüfungen sollten tiefe Hohlräume, schmale Schlitze, kleine Innenverrundungen, dünne Wände, Seitenverhältnisse, sich kreuzende Bohrungen, die Zugänglichkeit für Werkzeuge, Spannflächen, die Gratrichtung sowie die Zugänglichkeit für die Prüfung untersucht werden. Zu den gängigen Optimierungsmaßnahmen gehören:
- Passen Sie zu kleine Innenrundungen an den standardmäßigen bearbeitbaren Radius des Schneidwerkzeugs an;
- Vermeiden Sie unnötig tiefe Taschen und übermäßig lange Werkzeugüberhänge;
- Fügen Sie bei dünnwandigen Teilen temporäre Stützen, Bearbeitungszugaben oder eine sinnvolle Bearbeitungsreihenfolge hinzu;
- Anstatt alle Maße mit extrem engen Toleranzen festzulegen, sollten Sie diese als kritische Maße einstufen;
- Entwerfen Sie zuverlässige Bezugsebenen für die Sekundärspannung;
- Überprüfen Sie die Abmessungen von Gewinde-Vorbohrungen, Rückzugsnuten und Standard-Schneidwerkzeugen;
- Vor der Oberflächenbehandlung ist ein Maßausgleich vorzunehmen.
DIMUD führt vor der Angebotserstellung und Programmierung technische Prüfungen durch und kann auf der Grundlage des Produktdesigns, der Werkzeugausstattung und der Montageanforderungen Empfehlungen zur Fertigung geben. Für Projekte, bei denen Modell- oder Zeichnungsanpassungen erforderlich sind, beachten Sie bitte unsere Produktdesign und DFM-Unterstützung.
Schritt 3: Materialien und Vordrucke auswählen
Das Werkstoffmaterial wirkt sich nicht nur auf die Leistungsfähigkeit des Bauteils aus, sondern beeinflusst auch den Werkzeugverschleiß, die Schnittwärme, die Verformung, die Zykluszeit und die Oberflächengüte. Zu den gängigen Metallen zählen Aluminiumlegierungen, Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Werkzeugstahl, Kupfer, Messing, Titan und Magnesiumlegierungen; zu den gängigen technischen Kunststoffen gehören POM, PC, ABS, PA, PMMA und PEEK.
Eine einzelne Werkstoffbezeichnung kann mehrere Güteklassen und Zustände umfassen. So variieren beispielsweise die Festigkeit, das eloxierte Erscheinungsbild und die Zerspanbarkeit von Aluminiumlegierungen je nach Güteklasse und Wärmebehandlungszustand; Edelstahl kann eine Kaltverfestigung aufweisen; und hygroskopische Kunststoffe können während der Verarbeitung und im Einsatz Maßänderungen erfahren.
Die Materialauswahl muss auf einer umfassenden Bewertung von Belastung, Temperatur, Korrosionsbeständigkeit, elektrischen Eigenschaften, Gewicht, Optik, Zertifizierungen und Gesamtkosten basieren – und nicht allein auf einem Vergleich der Stückpreise der Rohstoffe.
Bei der Materialauswahl können Sie auf unsere Ressourcen unter folgendem Link zurückgreifen: Materialien für die Präzisionsfertigung und unsere ausführliche Leitfaden zur Auswahl von Werkstoffen für die CNC-Bearbeitung. DIMUD kann eine Vielzahl von Metallen und technischen Kunststoffen bearbeiten und unterstützt Sie bei der Beschaffung und Prozessbewertung von Sonderwerkstoffen.
Schritt 4: Planung des Prozessablaufs und der Ausrüstung
Verfahrenstechniker entscheiden, ob ein Bauteil durch Fräsen, Drehen, kombiniertes Drehen und Fräsen, Schleifen oder eine Kombination mehrerer Verfahren bearbeitet werden soll. Zu den typischen Grundsätzen gehören:
- Das Drehen ist das bevorzugte Verfahren für Wellen, Hülsen, Gewinde und konzentrische Strukturen, die in erster Linie einer Drehbewegung ausgesetzt sind;
- Gehäuse, Halterungen, Aussparungen, ebene Flächen und in verschiedene Richtungen verlaufende Lochmuster werden in der Regel durch Fräsen bearbeitet;
- Eine kombinierte Dreh-Fräs-Bearbeitung kann in Betracht gezogen werden, wenn an einem rotierenden Werkstück exzentrische Bohrungen, ebene Flächen, Nuten oder komplexe Seitenflächen gleichzeitig vorhanden sind;
- Bei Werkstoffen mit hoher Härte, Präzisionspassflächen oder extrem hohen Anforderungen an die Oberflächengüte kann nach der Wärmebehandlung ein Schleifvorgang erfolgen;
- Bei komplexen Werkstücken mit mehreren Oberflächen kann eine vier- oder fünfachsige Bearbeitung zum Einsatz kommen, um die Anzahl der Umrüstungen zu reduzieren.
Die Wahl des Bearbeitungsverfahrens sollte sich nach der Geometrie des Werkstücks und den Gesamtkosten richten und nicht einfach nur an der Anzahl der Maschinenachsen orientieren. Informationen zur Auswahllogik hinter diesen beiden Hauptverfahren finden Sie im Artikel über die Unterschiede zwischen CNC-Drehen und -Fräsen.
Schritt 5: Bezugspunkte, Spannvorrichtungen und Halterungen entwerfen
Das Werkstückspannsystem entscheidet darüber, ob das Werkstück unter den Schnittkräften stabil bleibt und ob eine wiederholgenaue Positionierung zwischen verschiedenen Bearbeitungsvorgängen möglich ist. Zu den gängigen Methoden zählen Schraubstöcke, Weichbacken, Spannfutter, Spannzangen, Saugnäpfe, Spannplatten, Spezialvorrichtungen und Nullpunkt-Positioniersysteme.
Ist die Spannkraft bei dünnwandigen Werkstücken zu hoch, können diese nach dem Lösen zurückfedern; ist die Auflagefläche bei weichen Werkstoffen zu klein, sind diese anfällig für Spannschäden; lange Wellen können einen Reitstock oder eine Zentrierauflage erfordern; und bei Werkstücken mit komplexen Geometrien müssen verdeckte Spannbereiche eingeplant werden.
Bei Serienfertigung erhöhen spezielle Vorrichtungen zwar die Anschaffungskosten, können jedoch die Rüstzeit verkürzen, die Positioniergenauigkeit verbessern und die Abhängigkeit von den Fähigkeiten des Bedieners verringern.
Schritt 6: Wählen Sie das Schneidwerkzeug aus und schließen Sie die CAM-Programmierung ab
Programmierer wählen je nach Werkstoff und Geometrie Planfräser, Schaftfräser, Kugelfräser, Bohrer, Reibahlen, Ausbohrwerkzeuge, Drehwerkzeuge, Nutenfräser und Gewindeschneidwerkzeuge aus und planen die Schrupp-, Vorschlicht- und Schlichtbearbeitung.
Das Ziel der Grobbearbeitung besteht darin, den Großteil des Materials auf stabile und effiziente Weise abzutragen; die Halbfertigbearbeitung dient dazu, das verbleibende Material zu glätten und die Belastung für nachfolgende Arbeitsschritte zu verringern; und bei der Fertigbearbeitung werden die endgültigen Maße, die Form und die Oberflächengüte festgelegt.
Der Versuch, alle Bearbeitungsvorgänge mit einem einzigen Werkzeug durchzuführen, führt oft zu einem Kompromiss zwischen Effizienz, Standzeit und Oberflächenqualität.
Schritt 7: Nachbearbeitung, Simulation und Code-Review
CAM-Werkzeugwege müssen mithilfe eines mit der Steuerung der Werkzeugmaschine kompatiblen Postprozessors in NC-Code umgewandelt werden. Bei der Programmprüfung sollten mindestens folgende Punkte überprüft werden:
- Ob das Koordinatensystem mit der Spannausrichtung übereinstimmt;
- Ob die Gefahr einer Kollision zwischen Schneidwerkzeug, Werkzeughalter, Spannvorrichtung und Spindel besteht;
- Ob die Rohteilabmessungen und die Sicherheitshöhe korrekt sind;
- Ob Werkzeugwechsel, Spindelausrichtung, Kühlmittelzufuhr und Pausenbefehle angemessen sind;
- Ob Maschinenverfahrwege, Spindeldrehzahl und Vorschubgeschwindigkeiten die Grenzwerte überschreiten;
- Ob es Bereiche mit Überbearbeitung, Restmaterial oder nicht bearbeitbare Bereiche gibt.
Insbesondere komplexe 5-Achs-Projekte mit tiefen Taschen und kombinierten Dreh-Fräs-Bearbeitungen erfordern eine umfassende Simulation des Maschinenmodells und nicht nur die Untersuchung der Werkzeugspitzenbahn.
Schritt 8: Maschineneinrichtung, Probeschnitt und Überprüfung des ersten Werkstücks
Die Bediener montieren die Halterung, den Rohling und die Schneidwerkzeuge, legen den Werkstück-Nullpunkt und die Werkzeugversätze fest und führen zunächst einen Probelauf, einen Einzelschnitt oder einen Testschnitt in sicherer Höhe durch. Nach Fertigstellung des ersten Werkstücks sollten die maßgeblichen Abmessungen, Positionen, geometrischen Merkmale und Oberflächenanforderungen gemäß den Zeichnungen geprüft werden.
Sollte der erste Teil die Prüfung nicht bestehen, muss das Team feststellen, ob das Problem auf das Programm, Werkzeugversätze, die Spannung, das Material, thermische Verformungen, Werkzeugverschleiß oder eine falsche Auslegung der Zeichnungen zurückzuführen ist. Erst nachdem die Ursache ermittelt und behoben wurde, kann die stabile Serienfertigung beginnen.
Bei Präzisionsteilen führt die bloße Änderung eines Ausgleichswerts ohne Ermittlung der eigentlichen Ursache häufig dazu, dass die Abweichung in nachfolgenden Chargen erneut auftritt.
Schritt 9: Prozesssteuerung und Stapelverarbeitung
Um eine stabile Produktion zu gewährleisten, sollten folgende Maßnahmen festgelegt werden: Erststückfreigabe, Prüfhäufigkeit, Kontrollpläne für kritische Maße, Schwellenwerte für den Werkzeugwechsel, Anlagenprüfungen, Fehlerisolierung und Rückverfolgbarkeit der Chargen. Bei der Bearbeitung mit langen Zykluszeiten können das Aufwärmen der Werkzeugmaschine, die Umgebungstemperatur und der Zustand des Kühlmittels die Maßgenauigkeit beeinflussen.
DIMUD integriert die CNC-Bearbeitung in seine Qualitätsprozesse IQC, IPQC und FQC und verfügt über eine Koordinatenmessmaschine (CMM), ein Höhenmessgerät, ein Industriemikroskop sowie optische Messgeräte.
Vor der Freigabe oder Vertragsunterzeichnung müssen spezifische Prüfstandards auf der Grundlage von Kundenzeichnungen, Stichprobenplänen und Branchenanforderungen in der Qualitätsvereinbarung dokumentiert werden; eine vage Verpflichtung zu “ISO-Qualität” allein reicht nicht aus. Informationen zu unseren bestehenden Systemen finden Sie im Abschnitt „Qualitäts- und Zertifizierungssystem“.
Schritt 10: Nachbearbeitung, Endkontrolle, Verpackung und Auslieferung
Nach der Bearbeitung müssen die Teile unter Umständen entgratet, gereinigt, wärmebehandelt, eloxiert, galvanisch beschichtet, chemisch vernickelt, passiviert, sandgestrahlt, poliert, gebürstet, beschichtet, lasermarkiert oder montiert werden.
Die Nachbearbeitung kann Abmessungen, Kanten, Farbe, Oberflächenrauheit und elektrische Leitfähigkeit verändern; daher müssen bereits während der Bearbeitung entsprechende Toleranzen berücksichtigt und die zu maskierenden Bereiche sowie die optischen Abnahmekriterien klar definiert werden.
Die Endkontrolle sollte mit für die Toleranzklasse geeigneten Geräten durchgeführt werden, und je nach Bedarf sind Maßprotokolle, Werkstoffzertifikate, Zertifikate zur Oberflächenbehandlung, Erstmusterprüfberichte oder Unterlagen zur Rückverfolgbarkeit der Charge vorzulegen.
DIMUD kann zudem bearbeitete Teile mit Kunststoffkomponenten, Befestigungselementen, elektronischen Bauteilen und PCBA zu Baugruppen oder Fertigprodukten zusammenfügen, um den Kunden die Kosten für die Koordination mehrerer Lieferanten zu ersparen. Weitere Informationen zu diesen Möglichkeiten finden Sie in unserem Lösungen für die Oberflächenbehandlung und Montage & Dienstleistungen im Bereich der Weiterverarbeitung.
Vorteile und gängige Anwendungsbereiche der CNC-Bearbeitung
Vorteil 1: Funktionsvalidierung unter Verwendung echter Konstruktionswerkstoffe
Im Gegensatz zu Konzeptmodellen, bei denen lediglich die äußere Form überprüft wird, können CNC-Prototypen direkt aus denselben Materialien gefertigt werden, die auch für die Serienproduktion vorgesehen sind – wie beispielsweise Aluminium, Edelstahl, Kupfer, POM und PEEK –, wodurch sie sich besser für Montage-, Belastungs-, Verschleißfestigkeits-, Wärmeleitfähigkeits-, Dichtheits- und Umweltprüfungen eignen.
DIMUDs CNC-Rapid-Prototyping-Service ermöglicht einen nahtlosen Übergang vom Proof-of-Concept über funktionsfähige Prototypen und die technische Validierung bis hin zur Testproduktion in kleinen Chargen.
Vorteil 2: Schnelle Inbetriebnahme ohne den Einsatz von Formen
Bei Einzelstücken, Prototypen, Ersatzteilen und Kleinserien erfordert die CNC-Bearbeitung keine vorherige Herstellung von Serienformen. Die Projektkosten setzen sich in erster Linie aus Programmierung, Rüstzeit, Bearbeitungszeit, Material, Schneidwerkzeugen, Prüfung und Nachbearbeitung zusammen; daher kann die Fertigung schneller beginnen, sobald die Konstruktion fertiggestellt ist.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die CNC-Bearbeitung bei größeren Stückzahlen immer die beste Wahl ist. Wenn die Konstruktion eines Kunststoffteils ausgereift ist, die Nachfrage ein hohes Volumen erreicht und die Struktur für den Spritzguss geeignet ist, bietet der Spritzguss in der Regel niedrigere Stückkosten; wenn ein Teil komplexe interne Angusskanäle aufweist, die mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen nicht erreichbar sind, ist die additive Fertigung möglicherweise besser geeignet.
Die Wahl des richtigen Verfahrens sollte auf einem Vergleich der Gesamtkosten über den gesamten Lebenszyklus basieren und nicht nur auf dem ursprünglichen Angebot.
Vorteil 3: Ausgewogenes Verhältnis zwischen Präzision, Wiederholgenauigkeit und komplexen Strukturen
Mit geeigneten Werkzeugmaschinen, Spannvorrichtungen und Prozesssteuerungen lassen sich Lochmuster mit engen Toleranzen, Passflächen, koaxiale Strukturen, Mehrlochmuster und komplexe gekrümmte Oberflächen herstellen.
Digitale Programme erleichtern zudem die Wiederverwendung in nachfolgenden Produktionsläufen, vorausgesetzt, dass Material, Ausrüstung, Spannvorrichtungen, Schneidwerkzeuge, Versätze und Prüfbedingungen unter Kontrolle bleiben.
Vorteil 4: Große Auswahl an Materialien und Oberflächenbehandlungen
Bei der CNC-Bearbeitung kann eine Vielzahl von Metallen und technischen Kunststoffen verarbeitet werden; zudem lässt sie sich mit Verfahren wie Eloxieren, Vernickeln, Passivieren, Sandstrahlen, Polieren, Pulverbeschichten und Lasermarkieren kombinieren.
Für Konstruktionsteams bedeutet dies, dass Struktur, Gewicht, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Optik und Kosten im Rahmen eines einzigen Projekts umfassend optimiert werden können.
Vorteil 5: Geeignet für eine flexible Fertigung, die von der Einzelfertigung bis zur stabilen Serienfertigung reicht
Universelle Spannvorrichtungen ermöglichen die schnelle Fertigung kleiner Prototypenserien; bei steigender Nachfrage lässt sich die Effizienz durch den Einsatz von weichen Greifern, Spezialspannvorrichtungen, Mehrstationsspannungen, automatischer Zuführung und Werkzeugstandzeitmanagement steigern.
Auf diese Weise kann ein einziger Lieferant die Prototypenentwicklung, die technische Validierung, die Pilotproduktion und die laufende Nachlieferung abdecken, wodurch das Risiko verringert wird, dass Prozesse bei einem Herstellerwechsel erneut validiert werden müssen.
Häufige Anwendungsbereiche
- Funktionsprototypen und Validierungsmuster für die technische Entwicklung;
- Halterungen, Sockel, Montageplatten und bewegliche Teile für Automatisierungsanlagen;
- Wellen, Hülsen, Flansche, Kupplungen, Ventilkörper und Gewindebauteile;
- Elektronikgehäuse, Kühlkörper, Abschirmkomponenten und Präzisionssteckverbinder;
- Bauteile für medizinische Geräte, Instrumententeile und Prüfvorrichtungen;
- Gehäuse, Halterungen, Buchsen und Werkzeuge für Sensoren in der Automobilindustrie;
- Robotergelenke, Komponenten für Untersetzungsgetriebe, Befestigungshalterungen und Teile für Endeffektoren;
- Spritzgusskerne, Kavitäten, Einsätze, Elektroden, Schieber und Prüfvorrichtungen.
Ein kurzer Vergleich zwischen CNC-Bearbeitung und 3D-Druck
Sowohl die CNC-Bearbeitung als auch der 3D-Druck werden häufig in der Produktentwicklung, bei der Funktionsprüfung und in der Kleinserienfertigung eingesetzt, basieren jedoch auf völlig unterschiedlichen Fertigungsprinzipien. Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem mit Schneidwerkzeugen Material von einem massiven Rohling abgetragen wird; der 3D-Druck ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem Bauteile durch schichtweises Auftragen von Material aufgebaut werden.
Keines der beiden Verfahren ist dem anderen von Natur aus überlegen; die richtige Wahl sollte auf einer umfassenden Bewertung des Werkstoffs, der strukturellen Komplexität, der Toleranzanforderungen, der mechanischen Eigenschaften, der Oberflächenqualität, des Produktionsvolumens und der Projektphase des Bauteils basieren.
| Vergleichsobjekte | CNC-Bearbeitung | 3D-Druck |
|---|---|---|
| Grundlagen der Fertigung | Entfernen von überschüssigem Material aus Metall- oder Kunststoffrohlingen | Formung von Bauteilen durch Schichtung von Materialien |
| Gängige Materialien | Echte Konstruktionswerkstoffe wie Aluminium, Edelstahl, Stahl, Kupfer, Messing, Titan, POM, PC, ABS, PA, PEEK usw. | Photopolymerharz, Nylonpulver, Kunststofffilament, Metallpulver und spezielle Druckmaterialien |
| Material Eigenschaften | In der Regel bleiben die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften des Blech-, Stab- oder Blockmaterials erhalten. | Die Leistungsfähigkeit wird durch die Druckausrichtung, die Haftung zwischen den Schichten, die Porosität und die Nachbearbeitung beeinflusst. |
| Maßgenauigkeit | Besonders geeignet für enge Toleranzen, Passflächen, Positionierbohrungen und kritische Montageabmessungen | Im Allgemeinen für die geometrische und konstruktive Überprüfung geeignet; bei hohen Präzisionsanforderungen ist in der Regel eine Nachbearbeitung erforderlich. |
| Oberflächenqualität | Es sorgt sofort für eine hochwertig bearbeitete Oberfläche und kann anschließend geschliffen, poliert oder oberflächenbehandelt werden | Diese Oberflächen weisen in der Regel Schichtlinien, Stützspuren oder Pulverrückstände auf und müssen geschliffen, besprüht oder maschinell bearbeitet werden. |
| Komplexer innerer Aufbau | Vorbehaltlich der Einschränkungen hinsichtlich Werkzeugdurchmesser, Werkzeuglänge und Bearbeitungsrichtung | Eignet sich besser für Innenkanäle, Gitterstrukturen und Bereiche, die mit herkömmlichen Werkzeugen nicht erreichbar sind |
| Dünnwandige und kleinskalige Strukturen | Zu dünne Bauteile können sich beim Einspannen und bei der Bearbeitung verformen. | Es lassen sich zwar einige komplexe dünnwandige Teile herstellen, allerdings besteht die Gefahr von Verformungen, Stützstrukturen und Problemen bei der Nachbearbeitung. |
| Vorbereitung der Inbetriebnahme | CAM-Programmierung, Werkzeugauswahl, Einrichtung und Maschinenvorbereitung sind erforderlich | Sobald Sie die Bearbeitung, Positionierung, Aufteilung und Gestaltung der Stützstrukturen für Ihr Modell abgeschlossen haben, können Sie mit dem Drucken beginnen. |
| Materialausnutzungsgrad | Bei diesem Verfahren entstehen Späne, und die Materialausnutzung ist relativ gering. | Da das Material bedarfsgerecht aufgetragen wird, ist die Materialausnutzung bei komplexen Bauteilen in der Regel hoch. |
| Fertigungsgeschwindigkeit bei Einzelstückfertigung | Einfache Teile und Standardwerkstoffe lassen sich schnell bearbeiten; bei komplexen Teilen hängt der Zeitaufwand vom jeweiligen Bearbeitungsverfahren ab. | Komplexe Formen können direkt hergestellt werden, allerdings hängt die Druckgeschwindigkeit von der Höhe und dem Volumen des Bauteils sowie von der Ausrüstung ab. |
| Wirtschaftsleistung | Geeignet für funktionsfähige Prototypen, Einzelteile, Kleinserienfertigung und bestimmte Teile in mittleren Stückzahlen | Eignet sich besser für Konzeptmodelle, komplexe Prototypen und Produkte in Kleinserien, für die keine Formen erforderlich sind |
| Chargenkonsistenz | Die Wiederholgenauigkeit ist gut, wenn das Programm, die Vorrichtungen, die Schneidwerkzeuge und die Prüfbedingungen unter Kontrolle sind. | Es ist erforderlich, den Gerätestatus, die Materialcharge, die Druckausrichtung und die Nachbearbeitungsbedingungen zu überprüfen. |
| Anforderungen an die Nachbearbeitung | Zu den gängigen Verfahren zählen Entgraten, Reinigen, Wärmebehandlung, Eloxieren, Galvanisieren oder Pulverbeschichten | Zu den gängigen Verfahren zählen das Entbindern, das Entfernen von Pulver, das Reinigen, das Aushärten, die Wärmebehandlung, das Schleifen oder das Spritzen. |
| Typische Anwendungen | Präzisionsmetallteile, technische Kunststoffteile, Buchsen, Gehäuse, Halterungen, Formkomponenten und Baugruppen | Designmodelle, Konzeptprototypen, komplexe Strömungswege, Leichtbaukonstruktionen und schnelle Designvalidierung |
Wann ist die CNC-Bearbeitung die beste Wahl?
Die CNC-Bearbeitung ist in der Regel in den folgenden Situationen die bevorzugte Option:
Die Teile müssen aus den vorgeschriebenen Metallen in Produktionsqualität oder technischen Kunststoffen gefertigt sein;
Die tatsächliche Festigkeit, Steifigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Verschleißfestigkeit oder Montageeigenschaften müssen überprüft werden;
Zu den Bauteilen gehören Lagerbohrungen, Dichtflächen, Passbohrungen, Gewinde und Maße für Präzisionspassungen;
Es gelten bestimmte Anforderungen hinsichtlich Ebenheit, Koaxialität, Rechtwinkligkeit oder Oberflächenrauheit;
Die Teile müssen eloxiert, galvanisiert, passiviert, sandgestrahlt oder einer anderen industriellen Oberflächenbehandlung unterzogen werden;
Das Projekt muss den Übergang von funktionsfähigen Prototypen zur stabilen Kleinserienfertigung vollziehen.
Wann ist der 3D-Druck die beste Wahl?
Der 3D-Druck ist in der Regel in den folgenden Situationen die bevorzugte Option:
Das Projekt befindet sich in der Proof-of-Concept-Phase bzw. in der Phase der Formbewertung;
Es besteht die Notwendigkeit, mehrere Entwurfsvarianten schnell miteinander zu vergleichen;
Das Bauteil weist komplexe innere Strömungskanäle, Gitterstrukturen oder Bereiche auf, die mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen nicht erreichbar sind;
Derzeit liegt der Schwerpunkt eher auf der Überprüfung des Aussehens, der räumlichen Beziehungen oder der grundlegenden Montage als auf den endgültigen Materialeigenschaften;
Die Produktionsmengen sind gering, und es ist noch nicht rentabel, in Formen oder komplexe Werkzeuge zu investieren.
CNC-Bearbeitung und 3D-Druck können auch kombiniert eingesetzt werden
In der tatsächlichen Produktentwicklung werden diese beiden Verfahren oft nicht als Ersatz füreinander, sondern vielmehr in Kombination miteinander eingesetzt. So kann beispielsweise zunächst der 3D-Druck eingesetzt werden, um Form, Ergonomie und Montageabstände eines Produkts schnell zu validieren, gefolgt von CNC-gefrästen Funktionsprototypen zur Überprüfung der Materialfestigkeit, der Maßhaltigkeit, der Wärmeableitung und der Langzeitleistung.
Bei Bauteilen mit komplexen inneren Strömungskanälen, die jedoch auch hochpräzise Montageflächen, Dichtflächen oder Gewinde erfordern, kann der Grundkörper zunächst mittels Metall-3D-Druck gefertigt und anschließend werden die kritischen Bereiche per CNC-Bearbeitung nachbearbeitet. Dieser hybride Fertigungsansatz nutzt sowohl die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks als auch die Maßgenauigkeit der CNC-Bearbeitung.
Daher sollte man bei der Auswahl eines Fertigungsverfahrens nicht lediglich die Kosten pro Einheit vergleichen, sondern vielmehr prüfen, ob das aktuelle Projekt eine Validierung der Geometrie, der Struktur oder der Werkstoffeigenschaften erfordert oder ob es für die endgültige Serienfertigung vorgesehen ist. Die richtige Kombination von Verfahren kann in der Regel die Kosten für Konstruktionsiterationen senken und verfrühte Investitionen in Produktionswerkzeuge für noch nicht validierte Konstruktionen verhindern.
Arten von Präzisions-CNC-Maschinen
Die Wahl der geeigneten Maschine sollte auf der Grundlage einer Kombination aus der Geometrie, den Abmessungen, dem Werkstoff, dem Produktionsvolumen, den Präzisionsanforderungen und den Spannrisiken des Bauteils erfolgen. Im Folgenden sind die gängigsten Arten von Werkzeugmaschinen aufgeführt, die bei der Fertigung von Präzisionsteilen zum Einsatz kommen.
Dreiachsiges CNC-Bearbeitungszentrum
Das Werkzeug bewegt sich entlang der X-, Y- und Z-Achse und eignet sich daher für die Bearbeitung von ebenen Flächen, Bohrungen, Taschen, Nuten, Stufen und 3D-Konturen, die aus einer einzigen Richtung zugänglich sind.
Die Programmierung und Einrichtung von dreiachsigen Maschinen ist relativ unkompliziert, was sie zu einer kostengünstigen Wahl für Platten, Halterungen, einfache Gehäuse und allgemeine mechanische Bauteile macht.
Vierachsiges CNC-Bearbeitungszentrum
Durch Hinzufügen einer Drehachse zum dreiachsigen Aufbau lassen sich Bohrungen, Nuten und ebene Flächen am Umfang eines Werkstücks bearbeiten, wodurch das manuelle Wenden des Werkstücks seltener erforderlich ist.
Es wird häufig für Merkmale entlang des Umfangs von Zylindern, für Strukturen mit mehreren Seiten sowie für Teile verwendet, bei denen Winkelverhältnisse beibehalten werden müssen.
Fünf-Achsen-CNC-Bearbeitungszentrum
Fünf-Achsen-Werkzeugmaschinen ermöglichen Relativbewegungen zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück in mehreren Richtungen und eignen sich daher für komplexe Oberflächen, Laufräder, tiefe Hohlräume, Bohrungen mit mehreren Winkeln, medizinische Bauteile und hochpräzise, facettenreiche Teile.
Ihre Vorteile ergeben sich in der Regel aus weniger Umrüstungen, kürzeren Schneidwerkzeugen und einer höheren Genauigkeit bei der Ausrichtung der Merkmale; allerdings sind die Kosten für Programmierung, Simulation, Spannvorrichtungen und Ausrüstung höher, sodass der Einsatz der fünfachsigen Bearbeitung bei einfachen Bauteilen nicht unbedingt kostengünstiger ist.
Die fünfachsige Bearbeitung wird weiter unterteilt in die 3+2-Positionierung und die fünfachsige Simultanbearbeitung. Bei der 3+2-Bearbeitung wird die Drehachse zunächst in einem bestimmten Winkel positioniert, gefolgt von der dreiachsigen Zerspanung; bei der fünfachsigen Simultanbearbeitung hingegen werden während des Zerspanungsvorgangs mehrere Achsen gleichzeitig gesteuert, wodurch sie sich besser für zusammenhängende, komplexe Oberflächen eignet.
CNC-Drehmaschinen und Drehzentren
Beim Drehen wird in erster Linie das Werkstück gedreht; dieses Verfahren eignet sich für Wellen, Hülsen, Scheiben, Flansche, Kupplungen, Gewinde und konzentrische Strukturen. Drehzentren können zudem mit angetriebenen Werkzeugen, einer Y-Achse oder einer Gegenspindel ausgestattet werden, um Bohr-, Nuten- und Bearbeitungsvorgänge an exzentrischen Merkmalen durchzuführen.
DIMUDs CNC-Drehdienstleistungen umfassen Verfahren wie Außendrehen, Innenbohren, Gewindeschneiden, Kegeldrehen, Nutenfräsen, Durchspindeldrehen und die kombinierte Dreh-Fräs-Bearbeitung.
CNC-Drehmaschine mit Durchgangsspindel
Eine CNC-Drehmaschine stützt das Stangenmaterial nahe der Schnittstelle mithilfe einer Führungshülse ab und eignet sich daher für schlanke Wellen, Teile mit kleinem Durchmesser sowie Präzisionsbauteile in Großserien, wie beispielsweise Mikroverbinder, Sensorwellen, kleine Teile für medizinische Geräte und Präzisionsbefestigungselemente.
Sein Vorteil liegt darin, dass es die Durchbiegung bei schlanken Werkstücken verringert und durch die automatische Stangenbeschickung die Effizienz der Serienfertigung verbessert.
Dreh-Fräs-Bearbeitungszentrum
Dreh-Fräs-Kombinationsmaschinen können in einer einzigen Aufspannung Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden ausführen und eignen sich daher besonders gut für rotationssymmetrische Teile mit ebenen Flächen, seitlichen Bohrungen, Nuten und komplexen Stirnflächenmerkmalen.
Eine einzige Aufspannung verringert den Bedarf an Prozessänderungen und Nachjustierungen, stellt jedoch höhere Anforderungen an die Prozessplanung und die Programmüberprüfung. Sandvik nennt zudem die Fertigstellung von Bauteilen in einer einzigen Aufspannung, die Verkürzung der Bearbeitungszeit und die Verbesserung der Genauigkeit als zentrale Ziele der Multitasking-Bearbeitung.
CNC-Präzisionsschleifmaschinen
Beim Schleifen wird mit Schleifwerkzeugen wie Schleifscheiben eine geringe Materialmenge abgetragen. Dieses Verfahren eignet sich für gehärtete Werkstoffe nach der Wärmebehandlung, Präzisionswellendurchmesser, ebene Flächen, Formteile sowie Passflächen, bei denen hohe Anforderungen an Rundheit, Ebenheit und Oberflächenrauheit gestellt werden.
Es ist in der Regel nicht die erste Wahl für die Grobbearbeitung, sondern dient vielmehr als Schlicht- oder Endbearbeitungsvorgang. DIMUDs CNC-Schleifkapazitäten kann in Fräs-, Dreh- und Wärmebehandlungsprozesse integriert werden.
So wählen Sie eine Werkzeugmaschine aus
| Funktionen des Teils | Priorisieren Sie | Hauptgrund |
|---|---|---|
| Plattenförmige Bauteile oder Halterungen, die nur einseitig bearbeitet werden müssen oder nur minimal gewendet werden müssen. | 3-Achsen-Bearbeitungszentrum | Hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis und hohe Programmier-Effizienz |
| Umfangslöcher, Schlitze und mehrseitige Merkmale | 4-Achsen-Bearbeitungszentrum | Manuelles Indizieren und Blättern reduzieren |
| Mehrwinklige gekrümmte Oberflächen, tiefe Vertiefungen und hochpräzise Beziehungen zwischen mehreren Flächen. | 5-Achsen-Bearbeitungszentrum | Rüstzeiten reduzieren und die Zugänglichkeit der Werkzeuge verbessern |
| Wellen, Hülsen, Flansche und Rotationskörper mit Gewinde | CNC-Drehmaschine | Die Drehkonstruktion bietet einen hohen Wirkungsgrad, und die Rundlaufgenauigkeit lässt sich leicht kontrollieren. |
| Schlanke Teile mit kleinem Durchmesser | Drehmaschine nach Schweizer Art | Abstützung in der Nähe der Schnittstelle; geeignet für die kontinuierliche Stangenfertigung |
| Der Rotationskörper weist seitliche Löcher, Schlitze und ebene Flächen auf. | Drehen-Fräsen (oder Fräsen-Drehen) | Mehrere Bearbeitungsvorgänge in einer einzigen Aufspannung durchführen |
| Gehärtete Präzisionspassfläche | CNC-Schleifmaschine | Geeignet für die Präzisionsbearbeitung mit minimalem Materialabtrag und hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität |
Welche Schneidwerkzeuge werden bei der CNC-Bearbeitung üblicherweise verwendet?
Die Wahl der Schneidwerkzeuge wirkt sich unmittelbar auf die Bearbeitungszeit, die Maßhaltigkeit, die Oberflächenqualität, die Gratbildung und die Stückkosten aus. Gängige CNC-Schneidwerkzeuge sollten nicht allein anhand ihrer Bezeichnungen ausgewählt werden; vielmehr sollten bei der Auswahl das Werkstückmaterial, die Abmessungen der Merkmale, die Leistung der Werkzeugmaschine, die Spindelschnittstelle, der Werkzeugüberhang, die Kühlbedingungen und die Losgröße berücksichtigt werden.
1. Planfräser
Planfräser werden zur schnellen Bearbeitung großer ebener Flächen und zur Festlegung von Bezugsebenen eingesetzt. Planfräser mit Wendeplatten eignen sich für größere Flächen und hohe Zerspanungsleistungen, während Fräser mit kleinerem Durchmesser eine größere Flexibilität bei Anwendungen mit begrenzter Steifigkeit oder in engen Bereichen bieten.
Faktoren wie die Anzahl der Schneideinsätze, der Anstellwinkel und der Fräserdurchmesser beeinflussen die Schnittkräfte, die Ebenheit und die Oberflächenstruktur. In der Dokumentation zu den Fräswerkzeugen von Sandvik werden Anwendungsbereiche – darunter ebene Flächen, Schultern, Nuten, Zahnräder und komplexe 3D-Formen – entsprechend den jeweils verwendeten Fräsertypen kategorisiert.
2. Flachboden-Schaftfräser
Flachbodenfräser werden zur Bearbeitung von Seitenwänden, Nuten, Taschen, Stufen und Konturen eingesetzt. Bei Schruppwerkzeugen stehen Spanabfuhr und Zerspanungsleistung im Vordergrund, während bei Schlichtwerkzeugen die Schneidkantenqualität und die Maßhaltigkeit im Vordergrund stehen.
Kleinere Werkzeugdurchmesser ermöglichen die Bearbeitung engerer Eckenradien und schmalerer Nuten, führen jedoch zu einer geringeren Steifigkeit und längeren Bearbeitungszeiten.
3. Kugelkopffräser und Rundkopffräser
Kugelfräser werden häufig für die Endbearbeitung von Formoberflächen, Freiformflächen und 3D-Konturen eingesetzt; Fräser mit abgerundeter Stirnfläche (oder Eckenradiusfräser) bieten ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Fähigkeit zur Bearbeitung flacher Böden und der Festigkeit der Schneidkante.
Die Bearbeitung komplexer Oberflächen erfordert oft kleinere Schrittweiten, um Restrillen zu minimieren, was jedoch die Bearbeitungszeit verlängert. Die Profilwerkzeuge von Sandvik umfassen Lösungen mit Kugelkopf- und Rund-Wendeschneidplatten, die für das Kopierfräsen und die 3D-Oberflächenbearbeitung ausgelegt sind.
4. Bohrer
Bohrer dienen dazu, schnell Löcher zu bohren; zu den gängigen Typen zählen Spiralbohrer, Zentrierbohrer, Wechselbohrer und Vollhartmetallbohrer. Die Lochtiefe, der Durchmesser, das Material und die Spanabfuhrbedingungen bestimmen, ob Stufenbohren, Innenkühlung oder spezielle Tieflochbohrverfahren erforderlich sind.
Das Bohren gewährleistet in der Regel nur eine grundlegende Genauigkeit der Bohrung; wenn höhere Anforderungen an Durchmesser, Rundheit und Oberflächengüte gestellt werden, ist zusätzlich das Reiben oder Ausbohren erforderlich.
5. Reibahlen und Bohrwerkzeuge
Reibahlen dienen zur Endbearbeitung von Bohrungsdurchmessern und -oberflächen mit geringem Bearbeitungsaufmaß und eignen sich daher für Präzisionsbohrungen in der stabilen Serienfertigung; Bohrwerkzeuge hingegen können Bohrungslage, -durchmesser und -koaxialität korrigieren und ermöglichen gleichzeitig eine Maßkontrolle durch Werkzeugverstellung.
Bei hochpräzisen Lagerbohrungen oder Passbohrungen ist eine Bearbeitungsfolge wie Bohren–Grobbohren–Feinbohren oder Bohren–Reiben in der Regel zuverlässiger als das direkte Bohren auf das Endmaß.
6. Gewindebohrer und Gewindefräser
Gewindebohrer dienen zur Herstellung von Innengewinden durch Umformung oder Schneiden. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz aus und eignen sich daher für Standardbohrungsdurchmesser sowie für Serienfertigung.
Gewindefräser erzeugen Gewinde durch spiralförmige Interpolation, wodurch sie verschiedene Durchmesser innerhalb des Leistungsbereichs desselben Werkzeugs abdecken können und das Risiko verringern, dass ein ganzer Gewindebohrer bei der Bearbeitung von Sacklöchern, schwer zerspanbaren Werkstoffen oder hochwertigen Bauteilen im Loch abbricht. Sandvik setzt Gewindebohrer für eine Vielzahl von Gewindeformen sowie für die Bearbeitung von Durchgangs- und Sacklöchern ein.
7. Drehplatten und Bohrstangen
Dreh-Wendeschneidplatten werden zur Bearbeitung von zylindrischen Außenflächen, Stirnflächen, Innenbohrungen, Konturen und Gewinden eingesetzt. Die Geometrie der Wendeschneidplatte, der Spitzenradius, die Spanbrechernuten und die Werkstoffsorte beeinflussen die Schnittkräfte, den Spanbruch, die Oberflächengüte und die Standzeit des Werkzeugs.
Beim Innenbohren mit großen Auskragungen kommt es leicht zu Schwingungen; daher sollte vorrangig darauf geachtet werden, die Steifigkeit des Bohrschafts zu erhöhen, den Überhang zu verringern und die Schnittparameter zu optimieren.
8. Nutenfräser und Abstechfräser
Diese Werkzeuge werden zum Schneiden von O-Ring-Nuten, Sicherungsring-Nuten, schmalen Nuten und Stangenmaterial verwendet.
Nutbreite, Nuttiefe, Haltekraft der Schneideinsätze und Spanabfuhr sind die wichtigsten begrenzenden Faktoren; bei tiefen, schmalen Nuten muss besonders auf die seitlichen Kräfte auf die Schneideinsätze und die Kühlung geachtet werden.
9. Fasenfräser, Senkfräser und Entgratfräser
Sie dienen zum Anfasen von Kanten, zum Senken von Bohrlöchern, zum Glätten scharfer Kanten und als Montagehilfe.
In den Zeichnungen sollten die Abmessungen der Fasen und die zulässigen Kantenzustände eindeutig angegeben werden; “vollständige Entgrätung” bedeutet nicht, dass kritische Kanten nach Belieben verändert werden dürfen.
10. Schleifscheiben und Schleifwerkzeuge
Schleifscheiben werden beim Flachschleifen, Außenschleifen, Innenschleifen und Profilsleifen eingesetzt. Die Art des Schleifmittels, die Korngröße, das Bindemittel und der Abrichtzustand beeinflussen die Abtragsrate, die Gefahr des Durchschleifens und die Oberflächenrauheit.
Vor dem Schleifen sollten auch die durch die Wärmebehandlung verursachten Verformungen und die Schleifzugabe berücksichtigt werden.
Gängige Werkstoffarten für Werkzeuge
- Hartmetall: Mit seinem breiten Anwendungsspektrum, seiner hohen Steifigkeit, seiner Verschleißfestigkeit und seiner hohen Produktionseffizienz ist es das Rückgrat der modernen Zerspanung;
- Schnellarbeitsstahl: Aufgrund seiner guten Zähigkeit und der relativ geringen Kosten wird er häufig für Gewindebohrer, Bohrer und speziell geformte Schneidwerkzeuge verwendet;
- PCD (polykristalliner Diamant): Geeignet für die hochwertige Bearbeitung von Aluminiumlegierungen, Kupfer und bestimmten nichtmetallischen Werkstoffen; nicht geeignet für die Bearbeitung von Allzweckstählen;
- CBN (kubisches Bornitrid): Wird üblicherweise für die Schlichtbearbeitung von gehärtetem Stahl und hochharten Werkstoffen verwendet;
- Keramische Schneidwerkzeuge: Können für bestimmte Hochtemperaturlegierungen, Gusseisen oder Anwendungen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden, erfordern jedoch eine hohe Betriebsstabilität.
Aus Sicht des Käufers ist es nicht erforderlich, die Marke jedes einzelnen Schneidwerkzeugs anzugeben; der Lieferant sollte jedoch verpflichtet werden, den Bearbeitungsprozess hinsichtlich der wichtigsten Merkmale, der Werkzeugverfügbarkeit und der Maßnahmen zur Gratvermeidung zu beschreiben. Bei hochwertigen Bauteilen sollten zudem Methoden zur Erkennung von Werkzeugbruch und zur Isolierung von Anomalien festgelegt werden.
Wichtigste Anwendungsbereiche und Branchen für CNC-Präzisionsteile
Kraftfahrzeuge und Transportausrüstung
Zu den gängigen CNC-Teilen in Automobilprojekten zählen Buchsen, Halterungen, Sensorgehäuse, Befestigungselemente, Werkzeugvorrichtungen, Prüfvorrichtungen, Formkomponenten und Prototypen von Strukturteilen.
Zu den wichtigsten technischen Aspekten zählen in der Regel Maßhaltigkeit, Ermüdung, Schwingungen, Temperatur, Korrosionsbeständigkeit und Rückverfolgbarkeit. In der Phase der Neuproduktentwicklung wird häufig CNC-Prototyping eingesetzt, um die Montage und Funktionalität zu überprüfen, bevor mit der Formenherstellung oder der Serienfertigung begonnen wird.
DIMUDs Lösungen für die Fertigung von Automobilteilen CNC-Bearbeitung, Werkzeugbau, Spritzguss, Elektronik und Montage in einen einzigen Projektablauf integrieren.
Medizinische und Gesundheitsgeräte
Bearbeitete Teile in Medizinprodukten können in Instrumentenkonstruktionen, Komponenten chirurgischer Instrumente, Prüfvorrichtungen, Verbindungsstücken, Gehäusen und Fluidsteuerungsbaugruppen zum Einsatz kommen.
Neben den Abmessungen kann sich das Projekt auch auf biokompatible Werkstoffe, Reinigung, Passivierung, Oberflächenfehler, Chargenprotokolle und die behördliche Validierung konzentrieren. Die spezifischen Anforderungen müssen auf der Grundlage des Verwendungszwecks des Produkts und der geltenden Vorschriften festgelegt werden; es kann nicht automatisch davon ausgegangen werden, dass Bauteile die medizinischen Konformitätsstandards erfüllen, nur weil ein Lieferant über eine allgemeine Qualitätszertifizierung verfügt.
Elektronik und Halbleiterausrüstung
Zu den gängigen Komponenten zählen Kühlkörper, Abschirmabdeckungen, Präzisionssteckverbinder, Prüfvorrichtungen, Gerätegestelle, Zubehör für Vakuumkammern und Gerätegehäuse.
Bei dieser Art von Projekten wird häufig auf Abmessungen, Ebenheit, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Sauberkeit, Optik und Oberflächenbehandlung geachtet. Aluminiumlegierungen werden häufig für leichte und wärmeableitende Konstruktionen verwendet, während Kupfer für Bauteile zum Einsatz kommt, die eine hohe elektrische oder thermische Leitfähigkeit erfordern; die konkreten Werkstoffe und Oberflächenbehandlungen müssen jedoch weiterhin auf der Grundlage der jeweiligen Betriebsumgebung festgelegt werden.
Roboter und Energiespeichersysteme
Robotergelenke, Befestigungshalterungen, Rahmenkonstruktionen, Komponenten von Untersetzungsgetrieben, Sensorhalterungen und Endeffektoren zeichnen sich in der Regel durch komplexe Geometrien, montagebedingte Maßtoleranzen und Anforderungen an eine leichte Bauweise aus.
Auch bei Energiespeicher- und Stromversorgungsanlagen können Wärmeableitung, Isolierung, Korrosionsbeständigkeit und zuverlässige Verbindungen erforderlich sein. Durch vier- und fünfachsige Bearbeitung sowie Dreh-Fräs-Bearbeitung lässt sich die Anzahl der Spannvorgänge bei komplexen Strukturen reduzieren; bei Konstruktionen für die Serienfertigung sollten jedoch weiterhin Standard-Schneidwerkzeuge, Montagetoleranzen und Wartungskosten berücksichtigt werden.
Industrielle Automatisierung und Allzweckgeräte
Für Automatisierungsanlagen wird eine große Anzahl maßgefertigter Bauteile benötigt, darunter Positionierplatten, Führungsschienenhalterungen, Zylinderhalterungen, Greifer, Vorrichtungen, Wellen, Flansche und Schutzvorrichtungen.
Die eigentliche Herausforderung bei solchen Projekten liegt oft nicht in den Abmessungen der einzelnen Teile, sondern vielmehr in der Parallelität, Rechtwinkligkeit, Koaxialität und Laufruhe, sobald mehrere Teile zusammengebaut sind. Daher sollten Zulieferer das Referenzsystem der Baugruppe verstehen, anstatt Teile isoliert zu bearbeiten.
Luft- und Raumfahrt sowie Hochleistungsausrüstung
In der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Hochleistungsausrüstungsindustrie kommen häufig hochfeste Aluminium- und Titanlegierungen, Edelstahl und Superlegierungen zum Einsatz, wobei der Schwerpunkt auf Gewicht, Ermüdungsverhalten, Werkstoffzertifikaten, Rückverfolgbarkeit der Prozesse und strengen Prüfverfahren liegt.
Titan und Superlegierungen erzeugen eine hohe Schnittwärme und führen zu schnellem Werkzeugverschleiß, sodass die Kosten in der Regel deutlich höher sind als bei Standard-Aluminiumteilen. Solche Projekte müssen von Fall zu Fall unter Berücksichtigung der Kundenanforderungen, spezieller Verfahren und der Qualifikationen der Lieferanten geprüft werden.
Formen, Werkzeuge und Prüfvorrichtungen
Die CNC-Bearbeitung ist eines der grundlegenden Verfahren im Formenbau und wird zur Bearbeitung von Formunterteilen, Kernen, Kavitäten, Schiebern, Einsätzen, Elektroden und Kühlstrukturen eingesetzt.
Für Bereiche, in denen eine hohe Härte oder eine hohe Oberflächengüte erforderlich ist, kommen zudem Verfahren wie Elektroerosion (EDM), Drahtschneiden, Schleifen und Polieren zum Einsatz. DIMUD verfügt über integrierte Kompetenzen in den Bereichen Formenbau, CNC-Bearbeitung, Spritzguss und Prüfung; daher können wir nicht nur einzelne Bearbeitungsschritte ausführen, sondern auch beurteilen, ob ein Bauteil bearbeitbar ist und ob es für den Formenbau, die Montage und die stabile Serienfertigung geeignet ist.
Wie bewertet man einen Anbieter für CNC-Bearbeitung?
Vergleichen Sie nicht nur die “geringste erreichbare Toleranz”
Fordern Sie den Lieferanten auf, Folgendes anzugeben: den Bereich der Abmessungen, Werkstoffe, Merkmale und Losgrößen, für die diese Toleranz gilt; die verwendeten Anlagen und Prüfverfahren; ob eine Temperaturregelung, ein Schleifvorgang oder mehrere Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind; sowie die daraus resultierende Kostensteigerung.
±0,005 mm mag für bestimmte kritische Merkmale angemessen sein, sollte jedoch nicht als Standardwert für alle Maße in der gesamten Zeichnung festgelegt werden.
Prüfen Sie, ob die Projektprüfung konkret ist
Ein qualitativ hochwertiges Feedback befasst sich mit der Zugänglichkeit der Werkzeuge, Innenradien, der Verformung dünner Wände, Bezugspunkten, der Einspannung, Graten, Toleranzen bei der Oberflächenbehandlung und Prüfverfahren – anstatt lediglich zu antworten: “Das ist machbar.”
Wenn ein Lieferant es versäumt, potenzielle Risiken vor der Angebotsabgabe zu erkennen, kommt es in der Regel nach der Bearbeitung zu Problemen in Form von Verzögerungen, Nacharbeiten oder zusätzlichen Kosten.
Prüfverfahren von der Prototypenvalidierung bis zur Serienfertigung
Erkundigen Sie sich, ob die Bezugsquellen für Werkzeugmaschinen, Vorrichtungen, Programme, Schneidwerkzeuge und Materialien sowie die Prüfpläne von Charge zu Charge einheitlich bleiben; wie technische Änderungen kontrolliert werden; wie ältere Versionen von Programmen und Zeichnungen isoliert werden; und wie die Standzeit der Werkzeuge und die Prozesskompensation verwaltet werden.
Erst wenn diese Bedingungen unter Kontrolle sind, können Nachbestellungen wirklich als wiederholbar angesehen werden.
Überprüfung der Testkapazitäten und Berichtsformate
Messschieber eignen sich nicht zur Überprüfung aller engen Toleranzen sowie aller geometrischen und Lageanforderungen. Je nach Merkmal sollte ein Mikrometer, eine Höhenmesslehre, ein Profilometer, ein Rauheitsmessgerät, ein bildgebendes Messverfahren oder ein Koordinatenmessgerät (CMM) ausgewählt werden, und die Anzahl der Berichte, die Stichprobenquote sowie die Abnahmekriterien sollten vor der Einreichung eines Angebots klar festgelegt werden.
DIMUD verfügt über Prüfgeräte wie Koordinatenmessgeräte (CMMs) von Hexagon und kann entsprechend den Projektanforderungen die entsprechenden Qualitätsprotokolle bereitstellen. Die Ausrüstungsliste kann unter Seite „Produktionsstätten“.
Bewertung der umfassenden Lieferkapazitäten
Viele Teile müssen nach Abschluss der Bearbeitung noch einer Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung, Bedruckung, Montage und Verpackung unterzogen werden. Werden diese Schritte von mehreren Lieferanten separat abgewickelt, wird es schwieriger, Maßtoleranzen, optische Standards, Transportschäden und Haftungsgrenzen zu kontrollieren.
Der Mehrwert von DIMUD liegt nicht nur in der Lieferung maßgeschneiderter CNC-bearbeiteter Teile, sondern auch in der Integration von CNC-Bearbeitung mit Werkzeugbau, Spritzguss, elektronischen Bauteilen, PCBA, Weiterverarbeitung, Montage und globaler Logistik unter einem einheitlichen Projektmanagement-Rahmen.
Eine praktische Checkliste vor der Einholung eines Angebots für ein CNC-Projekt
Bevor Sie eine Angebotsanfrage versenden, überprüfen Sie bitte zumindest die folgenden Angaben:
- Stammen die 3D-Modelle und die 2D-Zeichnungen aus derselben Version?
- Sind die jeweiligen Werkstoffgüten und -bedingungen eindeutig festgelegt?
- Welche Maße wirken sich tatsächlich auf die Funktionalität und die Montage aus?
- Gibt es klare Bezugspunkte für geometrische Toleranzen?
- Wird die Oberflächenrauheit nur für die erforderlichen Bereiche festgelegt?
- Wie werden die Endmaße nach der Oberflächenbehandlung überprüft?
- Sind sichtbare Flächen, verdeckte Flächen und Stellen, an denen Vertiefungen nicht zulässig sind, gekennzeichnet?
- Bezieht sich die Menge auf einen einmaligen Prototyp, eine Pilotproduktion oder eine laufende Serienproduktion?
- Sind Werkstoffzertifikate, Erstmusterprüfberichte, Maßprotokolle oder die Rückverfolgbarkeit von Chargen erforderlich?
- Gibt es bestimmte Anforderungen an Kunststoffteile, elektronische Bauteile, Befestigungselemente oder die Montage?
Je vollständiger die Angaben sind, desto genauer entspricht der Kostenvoranschlag den tatsächlichen Kosten, und desto weniger technische Abklärungen und Änderungen am Lieferplan sind nach Beginn der Arbeiten erforderlich.
FAQ
Wir können eine vorläufige Einschätzung vornehmen, doch für einen genauen Kostenvoranschlag benötigen wir in der Regel ein bearbeitbares 3D-Modell sowie 2D-Zeichnungen, in denen die wesentlichen Anforderungen festgelegt sind. Liegt lediglich ein physisches Muster oder eine Skizze vor, können wir zunächst einen Scan, ein Reverse Engineering oder eine technische Konstruktion durchführen.
Ja. Die Schichtdicke, die Oberflächenvorbereitung und die Abdeckverfahren können sich alle auf die endgültigen Maße oder die Oberflächenbeschaffenheit auswirken. Kritische Passflächen sollten in den Zeichnungen angegeben werden, und bei der Bearbeitung sollten entsprechende Toleranzen berücksichtigt werden.
Nein. Eine Freigabe eines Prototyps belegt lediglich, dass dieser unter den damaligen Bedingungen hergestellt werden kann; die Konsistenz der Serienfertigung hängt zudem von Vorrichtungen, Programmen, Materialien, der Standzeit der Werkzeuge, der Prozesskontrolle und der Änderungskontrolle ab.
Ja, aber die Anforderungen hinsichtlich Entgraten, Reinigung, Oberflächenbehandlung, Gewindeprüfung, Passungstoleranzen und Verpackung sollten im Voraus festgelegt werden. Andernfalls bedeutet “bearbeitet” nicht zwangsläufig “montagefertig”.”
Geben Sie in der Angebotsanfrage die zu prüfenden kritischen Maße, die Stichprobengröße, die Prüfgeräte, das Berichtsformat und die Abnahmekriterien an. Bei hohen Präzisionsanforderungen sollten Sie außerdem sicherstellen, dass die Messumgebung und die Messunsicherheit angemessen sind.
Es müssen eindeutige Zeichnungsnummern, Versionsnummern und Ausstellungsdaten verwendet werden, und die Lieferanten sind verpflichtet, entsprechende Änderungen an Verfahren, Prozesskarten, Prüfunterlagen und Lagerbeständen vorzunehmen; alte Versionen müssen isoliert oder entsorgt werden.
Wenn Zeichnungen, Produktentwürfe, technische Spezifikationen oder Marketingpläne der Geheimhaltungspflicht unterliegen, wird empfohlen, vor der Übermittlung der vollständigen Unterlagen eine Geheimhaltungsvereinbarung zu unterzeichnen und die Regeln für den Zugriff auf die Informationen, deren Aufbewahrung sowie deren Weitergabe an Dritte klar festzulegen.
Schlussfolgerung
Die CNC-Bearbeitung ist ein entscheidendes Fertigungsverfahren, um digitale Entwürfe in reale Präzisionsteile umzusetzen, doch der automatisierte Betrieb von Werkzeugmaschinen ist dabei nur ein Aspekt.
Was den Erfolg eines Projekts wirklich ausmacht, sind: klare technische Anforderungen, angemessene Toleranzen, die richtigen Werkstoffe und Fertigungsverfahren, stabile Spann- und Werkzeugstrategien, validierte Programme sowie auf funktionale Risiken zugeschnittene Maßnahmen zur Qualitätssicherung.
Für Forschungs- und Entwicklungsteams ermöglicht es eine schnelle Designvalidierung unter Verwendung realer Materialien; für Beschaffungsteams bietet es flexiblen Zugang zu Sonderanfertigungen, ohne dass Formen erforderlich sind; und für Serienfertigungsprojekte können damit auch Formkomponenten, Vorrichtungen, Metallbaugruppen und Montagezubehör hergestellt werden.
Gleichzeitig können mangelhafte Konstruktion, zu große Toleranzen, eine falsche Materialauswahl oder unklare Prüfvorgaben die Kosten und Durchlaufzeiten rapide in die Höhe treiben.
DIMUD betrachtet die CNC-Bearbeitung nicht als isolierten Prozess des “Schneidens nach Zeichnungen”. Unsere Teams für Produktdesign, DFM, Werkzeugbau, CNC, Spritzguss, Qualität, Oberflächenbehandlung, Elektronik und Montage arbeiten innerhalb eines einheitlichen Projektrahmens zusammen, wodurch wir Risiken bei der Montage, der Serienfertigung und der Lieferkette auf der Grundlage der Herstellbarkeit der Bauteile bewerten können.
Wenn Sie einen Prototyp, ein Präzisionsmetallteil, ein technisches Kunststoffteil, eine Formkomponente oder ein komplettes Produktprojekt prüfen möchten, können Sie Reichen Sie Ihre Zeichnungen ein und beantragen Sie eine technische Prüfung, indem Sie uns 3D-Modelle, 2D-Zeichnungen, Materialangaben, Mengenangaben und wesentliche Anforderungen zur Verfügung stellen. Unser Team wird daraufhin den Fertigungsprozess, die Risiken und den Lieferplan bestätigen, bevor es Ihnen ein Angebot unterbreitet.
