Das Fräsen ist seit dem 1800. Jahrhundert das bevorzugte Fertigungsverfahren der Metallbearbeiter. Was sich wesentlich verändert hat, ist die Art und Weise, wie es durchgeführt wird.
Vor hundert Jahren erforderte das Fräsen viel Handarbeit. Heute übernehmen computergesteuerte numerische Steuerungen (CNC) den Großteil der Arbeit. Sobald die Werkzeuge eingerichtet sind, bietet die CNC-Bearbeitungstechnologie in den meisten Fällen eine vollständige Automatisierung und schließt menschliche Fehler weitgehend aus. Dies hat die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die Komplexität der bearbeiteten Teile erhöht.
Bei der Planung eines CNC-Bearbeitungsprojekts ist es wichtig, sich die Frage zu stellen: Wie viel kostet die CNC-Bearbeitung?
Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Faktoren, die die Kosten des CNC-Fräsens beeinflussen.
Was ist CNC-Fräsen?
Beim CNC-Fräsen (Computer Numerical Control) handelt es sich um eine subtraktive Fertigungstechnologie, bei der ein rotierender Fräser Material von einem Metallblock oder -stab abträgt, indem er sich in das Werkstück hineinbewegt.
Bei diesem subtraktiven Verfahren trägt das Schneidwerkzeug schrittweise Material ab, bis das Werkstück die gewünschte Form des Bauteils hat. Drehzahl, Anpressdruck und Drehrichtung des Fräsers lassen sich für unterschiedliche Effekte anpassen.
Der Begriff CNC-Fräsen wird oft synonym mit CNC-Bearbeitung verwendet. CNC-Bearbeitung umfasst jedoch viele weitere Verfahren, wie beispielsweise CNC-Bohren und EDM-Schneiden. Auch CNC-Drehmaschinen kommen zum Einsatz.
Da CNC-Bearbeitung und CNC-Fräsen ähnliche Kostenfaktoren aufweisen, verwenden wir beide Begriffe synonym.
Welche Faktoren beeinflussen die Kosten für CNC-Fräsen und -Bearbeiten?
Die verschiedenen Faktoren, die die Gesamtkosten des CNC-Fräsens beeinflussen, werden im Folgenden aufgeführt:
Maschinen-Größe
CNC-Maschinen gibt es in verschiedenen Größen für die Fertigung kleiner und großer Teile. Für die Herstellung größerer Teile/Komponenten werden komplexere CNC-Maschinen benötigt, und eine geeignete Maschine kostet mehr als eine für die CNC-Bearbeitung kleiner Komponenten.
Schnitttoleranzen
Engere Toleranzen führen zu höherer Genauigkeit im Endprodukt. Allerdings ist eine hochwertige Maschine, die im Rahmen des Fertigungsprozesses präzise mit engeren Toleranzen schneiden kann, teurer. Daher erhöhen enge Toleranzen die CNC-Bearbeitungskosten eines Projekts.
Anzahl der Achsen
Die Anzahl der Achsen bestimmt die Komplexität der Teile, die mit CNC-Bearbeitung hergestellt werden können. Obwohl die Mehrachsenbearbeitung mehr Fertigungsfreiheit und -möglichkeiten bietet, erhöhen 5- und 6-Achs-Maschinen die Projektkosten erheblich.
Mahlzeit
Maschinen, die Teile schneller fertigen, benötigen spezielle Roboter im CNC-Mechanismus. Daher sind die Anlaufkosten höher. Moderne CNC-Bearbeitung nutzt jedoch Hochgeschwindigkeitsroboter, die in kurzer Zeit große Stückzahlen produzieren können. Dadurch sinken die Gesamtkosten der CNC-Bearbeitung aufgrund der besseren Zeitausnutzung.
CNC-Maschinentyp/Fräsmaschine
Es gibt viele verschiedene CNC-Fräsmaschinen, z. B. Bett-, Kasten-, C- und Portalfräsmaschinen. Die Wahl der Fräsmaschine beeinflusst die Gesamtkosten der CNC-Bearbeitung. Eine einfache Konstruktion und Geometrie reduzieren die Kosten.
Teilegeometrie
Dies bezieht sich auf die Abmessungen eines Bauteils. Je größer ein Bauteil ist, desto mehr Material wird für seine Herstellung benötigt und desto teurer wird es. Komplexe und sehr detaillierte Bauteile erhöhen die Kosten ebenfalls erheblich. Dies liegt an den zahlreichen Bearbeitungsschritten, die im Vergleich zu einfacheren Bauteilen erforderlich sind.
Es ist sehr einfach, in der Konstruktionsphase einer Maschine unnötig teure Teile zu entwerfen. Daher empfiehlt es sich, zu diesem Zeitpunkt einen sachkundigen Hersteller zu konsultieren, damit Sie ein funktionales und gleichzeitig effizientes Teil für die Fertigung entwickeln können.
Anzahl der Teile
Die Anzahl der für eine Maschine bestellten Teile beeinflusst die Gesamtkosten. Denn große Bestellmengen sind teuer, je höher jedoch die Teileanzahl ist, desto geringer sind die Kosten pro zusätzlichem Teil.
Das bedeutet, dass größere Bestellmengen zwar die Gesamtkosten des Bauteils erhöhen, aber den Stückpreis senken. Auch die Lieferzeit ist ein wichtiger Kostenfaktor, da ein Bauteil, dessen Versand mehrere Wochen dauert, günstiger ist als eines, das innerhalb von zwei bis drei Tagen geliefert werden kann.
Produktionszyklen
Höhere Produktionsmengen führen zu geringeren Kosten pro gefertigtem Teil durch eine CNC-Maschine, da die Kosten für Ausrüstung und Werkzeuge auf eine große Anzahl von Teilen verteilt werden.
Arbeitskosten
Ziel der CNC-Bearbeitung ist es, die Arbeitskosten manueller Prozesse wie Drehen, Bewegen oder Bedienen der Fräser zu eliminieren. Dennoch fallen weiterhin Arbeitskosten für den Werkzeugwechsel, das Einrichten des Werkstücks und vor allem für den Lohn des Bedieners an.
Wenn ein Bauteil schwieriger und komplexer ist und das Fachwissen besser ausgebildeter Maschinenbediener erfordert, steigen die Produktionskosten.
Diese zusätzlichen Fähigkeiten und Erfahrungen haben ihren Preis, da sie hauptsächlich durch praktische Berufserfahrung und nicht durch formale Ausbildung erworben werden. Je arbeitsintensiver die Herstellung eines Bauteils ist, desto höher ist dessen Preis.
Werkzeugbau
Die Werkzeugkosten können einen erheblichen Teil der Kosten von CNC-Bearbeitungsprojekten ausmachen. Jede Änderung der Abmessungen oder Form der CNC-bearbeiteten Teile erfordert den Austausch der verwendeten Werkzeuge.
Während einige Werkzeuge, wie Matrizen und Klemmen, wiederholt verwendet werden können, gibt es auch Verbrauchsmaterialien, wie zum Beispiel Schneidwerkzeuge.
Vorlaufzeit
Ein Hersteller, der über alle notwendigen Werkzeuge und Rohstoffe für die Produktion verfügt, ist schneller und bietet kürzere Lieferzeiten. Wenn jedoch Teile bestellt oder Spezialwerkzeuge benötigt werden, können die Lieferzeiten deutlich länger sein.
Längere Lieferzeiten führen zu Ressourcenverschwendung und höheren Gesamtkosten, da der Hersteller die Arbeitskosten auch bei längeren oder kürzeren Lieferzeiten tragen muss.
Rohstoffkosten
Die Kosten für Rohmaterialien sind ein wesentlicher Faktor bei jedem CNC-Bearbeitungsprojekt. Zwar lassen sich diese Kosten nicht vollständig vermeiden, aber eine Optimierung ist möglich.
Eine optimierte CAD-Datei kann beispielsweise zu einer besseren Materialausnutzung und damit zu geringeren Materialkosten führen. Auch engere Toleranzen reduzieren Ausschuss, vermeiden erheblichen Abfall und senken die Materialkosten.
Neben der Menge ist auch die Art des Rohmaterials ein wichtiger Faktor, der die Rohmaterialkosten beeinflusst. Kunststoffe sind beispielsweise günstiger als Metalle.
Bei der CNC-Bearbeitung werden die Materialkosten anhand von Standardplattengrößen von 6″ x 6″ x 1″ verglichen. Hier ist ein Vergleich einiger gängiger Materialien pro Standardgröße:
- Edelstahl 304: 90 $
- Aluminium 7075: 80 $
- Aluminium 6061: 25 $
- Nylon 6: 30 $
- Delrin: 27 $
- ABS: 17 $
Tuning
CNC-Fräsmaschinen werden mit Strom betrieben, und der Stromverbrauch ist aufgrund der leistungsstarken Servomotoren in den Maschinen erheblich. Daher beeinflussen die Stromkosten auch die Kosten der CNC-Bearbeitung.
Kundenspezifische CNC-Bearbeitung
Die CNC-Bearbeitung von Sonderteilen erfordert häufig Spezialwerkzeuge, spezielle Materialien oder Abmessungen sowie spezielle CNC-Fräsmaschinen. Für solche Projekte können die Kosten deutlich höher ausfallen.
Was kostet es, etwas CNC-fräsen zu lassen?
Die Kosten für CNC-Bearbeitung und -Fräsen variieren aufgrund der bereits genannten Faktoren erheblich. Daher wird jedes Unternehmen bei der Angebotserstellung für ein CNC-Bearbeitungsprojekt nach Ihren Anforderungen, Spezifikationen, Materialien usw. fragen.
Beginnen wir mit der Beantwortung einer häufig gestellten Frage: Wie viel kostet CNC-Bearbeitung pro Stunde? Die durchschnittlichen Kosten pro Stunde für 3-Achs-CNC-Bearbeitung liegen bei etwa 40 US-Dollar. Das Gehalt eines CNC-Fräsmaschinenbedieners kann zwischen 30 und 50 US-Dollar pro Stunde liegen. Die Gesamtkosten für CNC-Dienstleistungen belaufen sich in diesem Fall somit auf etwa 80 US-Dollar pro Stunde.
Hochwertigere und komplexere CNC-Maschinen sind teurer. Beispielsweise ist ein Stundensatz von 200 US-Dollar für die 5-Achs-CNC-Bearbeitung üblich.
Tipps zur Reduzierung der Kosten für CNC-Fräsen (Bearbeitung)
Neben den Anschaffungskosten der CNC-Maschine müssen weitere Faktoren wie die Kosten für Rohmaterialien und Strom berücksichtigt werden. Es gibt jedoch einige Tipps, mit denen Sie die Gesamtkosten jedes CNC- Bearbeitungsprojekts reduzieren können.
Vermeiden Sie tiefe Taschen
Tiefe Taschen entstehen, wenn eine größere Werkzeugreichweite erforderlich ist, um tiefe Aussparungen im Werkstück zu erzeugen. Das Fräsen tiefer Taschen mit CNC-Maschinen führt zu verschiedenen Problemen wie Werkzeugbruch, erhöhtem Werkzeugverschleiß, Werkzeugschwingungen, Werkzeugdurchbiegung, Wandschwingungen, Problemen mit der Kühlmittelzufuhr und der Spanabfuhr.
All diese Probleme führen zu häufigerem Werkzeugwechsel und Werkstückbruch, was die Kosten erheblich beeinflusst. Daher ist es ratsam, hohe Ausgaben zu vermeiden, um Kosten zu senken.
Reduzieren Sie die Verwendung enger Toleranzen
Dies bezieht sich darauf, wie genau das physische Bauteil der eingereichten Konstruktionszeichnung entsprechen muss. Die Angabe erfolgt üblicherweise in Hundertstel- oder Tausendstelzoll.
Unnötig enge Toleranzen an einem Bauteil erhöhen aufgrund seiner Komplexität und der damit verbundenen Anforderungen die Gesamtkosten. Enge Toleranzen erfordern einen langsameren Fräsprozess. Darüber hinaus ist eine hochwertigere CNC-Maschine notwendig. Dies führt zu zusätzlichen Ausrüstungskosten und höheren Lohnkosten, da der Lohn des Bedieners aufgrund der längeren Arbeitszeiten höher ausfällt.
Erweitern Sie daher, sofern das Projekt es zulässt, den zulässigen Toleranzbereich für die Bearbeitung . Dies kann zu schnelleren Fräsprozessen führen und die Kosten für die CNC-Bearbeitung senken.
Die typische Toleranzgenauigkeit von 3erp liegt je nach Kundenwunsch zwischen +/-0.02 mm und 0.1 mm.
Vermeidung mehrerer Oberflächenbehandlungen
Eine hochwertige Nachbearbeitung erfordert von den CNC-Maschinen eine längere Bearbeitungszeit, um Kanten von hoher Qualität zu erzeugen. Dies führt zu höheren Maschinen- und Arbeitskosten sowie zu stärkerem Werkzeugverschleiß. Daher ist es ratsam, mehrere Nachbearbeitungsschritte zu vermeiden.
Viele Produkte durchlaufen Nachbearbeitungsprozesse, die zu zusätzlichen Kosten führen. Die Verwendung des fertig CNC-gefrästen Produkts als Endprodukt ist eine kostengünstigere Alternative.
Weitere Behandlungs- und Veredelungsverfahren umfassen Wärmebehandlungen, Spezialbeschichtungen, Anodisieren, Oberflächenveredelung und spezielle maschinelle Bearbeitungen. Diese Behandlungen sollten jedoch vor ihrer Durchführung auf Notwendigkeit und Nutzen geprüft werden.
Optimierung des Designs
CAM-Zeichnungen bilden die Grundlage für die Konstruktion der fertigen Produkte. CAM-Programmierzeichnungen werden anschließend in CAD-Konstruktionen umgewandelt, und die auf die Maschine hochgeladene Programmdatei gibt Anweisungen zum Zuschneiden der Teile.
Durch die Optimierung des Designs nehmen die Maschinen die kürzesten Wege und verbrauchen nur das Nötigste an Material, um das Endprodukt herzustellen. Dies führt zu einer besseren Ausnutzung von Zeit und Rohstoffen.
Ungenaue und unvollständige CAD-Zeichnungen können bei der Teilefertigung hohe Kosten verursachen. Denn fehlerhafte Informationen in den Modellen können dazu führen, dass ein Teil zweimal gefertigt werden muss, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, da die Zeichnungen die Anforderungen nicht ausreichend klar formuliert haben. Die Beratung durch einen erfahrenen Zerspanungsmechaniker oder Ingenieur in der Konstruktionsphase mag zwar die anfänglichen Projektkosten erhöhen, spart aber langfristig deutlich mehr.
Dies gilt insbesondere für große Produktionsserien. Um langfristig CNC-Bearbeitungskosten zu sparen, empfiehlt es sich, mehr in die Planung des Konstruktionsprozesses zu investieren.
Begrenzung der Gewindelänge
Manche Hersteller bevorzugen beim Fräsen von Schrauben und Bolzen längere Gewindegänge für mehr Festigkeit. In vielen Fällen ist die zusätzliche Länge jedoch unnötig, und ein kürzeres Gewinde genügt.
Längere Gewinde führen zu längeren CNC-Bearbeitungszeiten, höheren Materialkosten und Ressourcenverschwendung ohne zusätzlichen Nutzen. Beschränken Sie daher die Gewindelänge auf das für optimale Festigkeit notwendige Maß.
Reduzierung der Designkomplexität
Hohe Designkomplexität führt zu hohen Entwicklungskosten und höheren Kosten für die CNC-Bearbeitung. In den meisten Fällen erfordert ein komplexes Design CNC-Fräsmaschinen mit mehr Achsen, wodurch sich die Gesamtkosten verdoppeln oder verdreifachen können.
Komplexe Konstruktionen lassen sich in zwei oder mehrere einfachere Teile zerlegen und anschließend mit 3-Achs-CNC-Maschinen fräsen. Durch die Montage dieser Einzelteile entsteht ein komplexes Produkt. Dadurch lassen sich die CNC-Bearbeitungskosten deutlich reduzieren.
Steigerung des Produktionsvolumens
Eine der besten und einfachsten Möglichkeiten, die Kosten der CNC-Bearbeitung zu senken, ist die Steigerung des Produktionsvolumens. Mit steigendem Volumen verteilen sich die Fixkosten des Prozesses auf eine größere Anzahl CNC-bearbeiteter Teile. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Fertigungskosten pro Teil.
Einer der Hauptvorteile großer Produktionsserien liegt in den dadurch reduzierten Konstruktionskosten für CNC-gefertigte Teile. Ein einziger Konstruktionsplan wird für die Fertigung von 100, 1000 oder 10,000 Teilen verwendet. Dies führt zu geringeren Bearbeitungskosten pro Produkt.
Beseitigung scharfer Kanten
Scharfe Kanten und 90-Grad-Ecken sind für CNC-Fräsen zeitaufwändiger. Das liegt daran, dass die Fräse bis zur Kante fährt, anhält, sich um 90 Grad dreht und dann von vorne beginnt.
Eine effizientere Nutzung der CNC-Maschinenzeit besteht in der Verwendung abgerundeter Kanten und Ecken. Durch die Abrundung der Ecken kann die Maschine die Kante ohne Stillstand erzeugen.
Vermeidung dünner Wände
In den meisten Fällen ist es ratsam, das Fräsen dünner Wände zu vermeiden, da diese im CNC-Bearbeitungsprozess besondere Sorgfalt erfordern. Dünne Wände sind empfindlich und können durch die Kraft oder Vibration der CNC-Drehmaschine brechen.
Um dünne Wände zu fräsen, muss eine CNC-Maschine daher langsam arbeiten, was zu zusätzlichem Zeit- und Kostenaufwand führt. Selbst bei größter Sorgfalt besteht die Möglichkeit, dass die dünne Wand bricht, was die Ausschussquote erhöht.
Durch den Austausch einer dünnen Wand gegen eine dickere können die Materialkosten zwar geringfügig steigen, die Kosten für die CNC-Bearbeitung werden dadurch aber deutlich reduziert.
Verwendung billigerer Materialien
Wie wir der Materialkostenliste entnehmen konnten, kostet ein Block aus Edelstahl 304 90 US-Dollar, während ein Block aus ABS-Kunststoff nur 17 US-Dollar kostet. Das bedeutet, dass ein Edelstahlteil allein aufgrund der Materialwahl mindestens 73 US-Dollar teurer ist als sein Kunststoff-Pendant.
Daher empfiehlt es sich, nach Möglichkeit auf günstigere Kunststoffkomponenten für Ihre Produktion umzusteigen. Kunststoffe wie Delrin bieten in den meisten Fällen die erforderliche Festigkeit und somit ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis.
Lagern Sie die Produktion an einen vertrauenswürdigen Hersteller aus.
Bei CNC-Bearbeitungsunternehmen gibt es viele Möglichkeiten. Allerdings ist nicht jede Werkstatt gleich. Eine gute ist zwar nicht die günstigste, bietet aber das beste Preis-Leistungs-Verhältnis und liefert optimale Ergebnisse.
Viele Maschinenbaubetriebe bieten zwar niedrigere Fräskosten pro Teil an, gleichen dies aber durch eine geringere Bearbeitungsqualität aus. Daher mag das Angebot zunächst verlockend erscheinen, doch später kann es passieren, dass man es bereut, wenn die gelieferten Teile von ungenügender Qualität sind.
Um das Problem des Verhältnisses von Preis zu Qualität zu lösen, sollten Sie einen vertrauenswürdigen Hersteller finden, der Ihnen die benötigte Qualität zum gewünschten Preis liefern kann.
Die besten CNC-Fräsereien
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Fazit
Die CNC-Bearbeitung ist aufgrund der komplexen Anlagen und des Personals der Maschinenbediener teuer. Hat man den Prozess jedoch erst einmal verstanden, lässt sich die Kostenoptimierung recht einfach gestalten. Mit einem optimierten Prozess sind die Kosten und die Qualität der CNC-Bearbeitung unübertroffen.
Um Zeit und Ressourcen optimal zu nutzen, entscheiden sich die meisten Hersteller dafür, ihren CNC-Bearbeitungsprozess an ein Drittunternehmen wie 3ERP auszulagern, das bereits den größten Kostenaufwand trägt, indem es in hochmoderne Mehrachsenmaschinen investiert.
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Häufig gestellte Fragen
Welches Material eignet sich am besten für die CNC-Bearbeitung?
Es gibt kein Material, das sich pauschal für die CNC-Bearbeitung eignet, da die Materialwahl von der jeweiligen Anwendung abhängt. Kunststoffe sind kostengünstiger, während Metalle für Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen am besten geeignet sind.
