Was ist CNC-Bearbeitung?
Die CNC-Bearbeitung ist ein automatisierter Bearbeitungsprozess , bei dem mithilfe von Computer Numerical Control (CNC) ein Objekt oder ein Bauteil so lange geformt wird, bis die gewünschte Form erreicht ist.
CNC steht für Computer Numerical Control (computergesteuerte numerische Steuerung). Es bedeutet, computergestützte Software zur Steuerung der Bewegung und des Betriebs einer Maschine einzusetzen.
Es funktioniert, indem es ein digitales Modell eines Bauteils in eine Folge von Computeranweisungen umwandelt, die die Aktionen der Bearbeitungswerkzeuge steuern, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
CNC-Bearbeitungsmaschinen bearbeiten eine Vielzahl von Werkstücken, darunter Metalle, Metalllegierungen, Holz, Stein und vieles mehr. Die Größe der Werkzeugmaschinen variiert je nach dem zu fertigenden Werkstück.
Da die CNC-Bearbeitung computergesteuert ist, bietet sie im Vergleich zu anderen gängigen Fertigungsmethoden ein Höchstmaß an Vielseitigkeit, Effizienz und Präzision. Dies macht sie zu einer beliebten Fertigungsmethode für eine Vielzahl von Branchen und Anwendungen.
Wer hat die CNC-Bearbeitung erfunden?
Das Abtragen von Material mithilfe von Fräswerkzeugen zur Formgebung von Objekten ist eine seit der Antike angewandte Praxis. In der modernen Geschichte der CNC-Bearbeitung hingegen wurde das Verfahren zur Steuerung von Werkzeugmaschinen durch numerische Steuerung erst 1949 von John Parsons am MIT erfunden.
Entwicklung der CNC-Bearbeitung
1949 führte das MIT im Auftrag der US-Luftwaffe ein Forschungsprojekt durch, um motorisierte Verfahren zur Herstellung von Hubschrauberrotorblättern, Flugzeugtriebwerken und -rahmen zu entwickeln. Dies war der Ursprung der CNC-Technologie.
Richard Kegg verbesserte 1952 das numerisch gesteuerte Bearbeitungsverfahren weiter, was zur Entwicklung von CNC-Fräsmaschinen führte.
Mangels Computern wurde die Automatisierung früher CNC-Bearbeitungsprozesse mithilfe von Lochstreifen ermöglicht. Mit dem Aufkommen der digitalen Datenverarbeitung in den 1960er Jahren wurden die Lochstreifen durch computergesteuerte Anlagen ersetzt.
Wie funktioniert die CNC-Bearbeitung?
Die CNC-Bearbeitung basiert auf Computerprogrammen, die das Layout des Bearbeitungsprozesses erstellen, in dem die Werkzeugmaschine arbeiten soll. Da die Benutzer nicht direkt mit den Werkzeugmaschinen kommunizieren können, wird CAD-Software (Computer-Aided Design) verwendet.
Mithilfe von CAD-Software werden die 2D- und 3D-Modelle für die benötigten CNC-gefrästen Teile erstellt. Anhand dieser Konstruktion weiß die Maschine, wie das fertige Teil aussehen soll.
Die computergesteuerte Regelung führt die Berechnungen durch, die für den Materialabtrag erforderlich sind, sodass das Werkstück dem im CAD-Programm erstellten Endprodukt entspricht.
Lassen Sie uns die einzelnen Prozesse, die bei der CNC-Bearbeitung auftreten, im Detail betrachten.
Die vier Phasen der CNC-Bearbeitung
Die CNC-Bearbeitung erfolgt in vier Schritten:
Phase 1: Erstellen des CAD-Modells
Vor Beginn der CNC-Bearbeitung wird das 2D- oder 3D-Modell des finalen Designs benötigt. Dieses Modell wird in einer CAD-Software erstellt. Zahlreiche CAD-Softwareprogramme sind online verfügbar, sowohl kostenlose als auch kostenpflichtige.
Das Erstellen von CAD-Modellen ist nicht schwierig und leicht zu erlernen. Für einige komplexe Bauteile sind jedoch mehr CAD-Kenntnisse erforderlich, weshalb man erfahrene Konstrukteure hinzuziehen kann.
Phase 2: Konvertierung des CAD-Modells in eine CNC-Datei
Keine CNC-Maschine versteht CAD-Sprache direkt. CNC-Maschinen erkennen Bewegungen ausschließlich anhand von Koordinaten. Daher muss das CAD-Modell in eine für CNC-Maschinen verständliche Datei, den sogenannten G-Code, umgewandelt werden.
Viele CAD-Softwareprogramme können die Ausgabedatei direkt im G-Code schreiben, indem sie vor dem Speichern der Datei die entsprechende Einstellung verwenden.
In anderen Fällen erfordert die Umwandlung der CAD-Konstruktion in G-Code eine spezielle Software namens Computer Aided Manufacturing (CAM). CAM-Software ist ein sehr funktionelles Werkzeug, wenn es um die Automatisierung von Maschinenprozessen geht.
Neben CAM-Software gibt es viele einfache, kostenlose Tools, die CAD-Konstruktionen per Knopfdruck in G-Code umwandeln können. Allerdings bieten sie nicht den umfangreichen Funktionsumfang von CAM-Software.
Phase 3: Konfigurieren der CNC-Maschine
Vor Beginn der Fertigungsprozesse muss die CNC-Maschine richtig eingestellt werden.
Stellen Sie sich das so vor wie die Konfiguration des Druckers vor dem Drucken. Sie müssen Papier einlegen und bestimmte Einstellungen überprüfen. CNC-Maschinen funktionieren ähnlich.
Vor Beginn der Bearbeitung müssen zahlreiche Einrichtungsvorgänge abgeschlossen werden. Beispielsweise muss sichergestellt werden, dass das Werkstück korrekt auf der Maschine positioniert ist. Auch die Werkzeuge und andere Positionseinstellungen müssen korrekt eingestellt werden.
Phase 4: Durchführung der Bearbeitungsvorgänge
Sobald die Konfiguration abgeschlossen ist, kann der Maschinenbetrieb beginnen. Dazu können Sie das Programm auf dem Display der CNC-Maschine ausführen.
Je nachdem, was Sie entwerfen, müssen Sie möglicherweise verschiedene Programmabfragen durchlaufen, um unterschiedliche Einstellungen und Optionen auszuwählen.
Sobald das CNC-Programm ausgeführt ist, läuft die Maschine bis zum Programmende durch. Sie stoppt nur, wenn sie vom Bediener ausgeschaltet wird oder im Falle eines unerwarteten Fehlers oder Stromausfalls.
Wichtige Terminologien in der CNC-Bearbeitung
In diesem Bereich ist es unerlässlich, mit der Terminologie der CNC-Bearbeitung vertraut zu sein. Zu den gängigen Begriffen im Zusammenhang mit CNC gehören:
Computergestütztes Design (CAD)
Computergestütztes Design (CAD) ist die Software, die die grafische Darstellung des benötigten Endprodukts in 2D oder 3D erstellt. Komplexe Bauteile werden in der Regel hergestellt, indem sie in kleine Teile zerlegt werden, von denen jedes sein eigenes CAD-Modell hat.
AutoCAD und FreeCAD sind zwei der beliebtesten CAD-Anwendungen, wobei letztere komplett kostenlos ist.
Computer Aided Manufacturing (CAM)
CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) generiert CNC-Programme, die von Maschinen verstanden werden können. Diese Programme helfen bei der Automatisierung verschiedener Maschinentypen, darunter auch CNC-Maschinen.
CAM-Software arbeitet mit CAD-Programmen zusammen, um Bearbeitungsvorgänge an einer CNC-Maschine durchzuführen. Die meisten hochwertigen CNC-Maschinen werden mit passender CAM-Software geliefert.
Verteilte numerische Steuerung (DNC)
In einer DNC-Anlage (Distributed Numerical Control) können mehrere Werkzeugmaschinen an einen zentralen Server angeschlossen werden. Der zentrale Server verarbeitet die Konstruktionsdateien und sendet die Befehle separat an jede Werkzeugmaschine.
DNC kommt zum Einsatz, wenn der Speicher einer einzelnen CNC-Maschine für die Softwareverarbeitung nicht ausreicht. Es kann auch verwendet werden, wenn mehrere numerisch gesteuerte Maschinen für schnellere Betriebsabläufe synchronisiert arbeiten müssen.
Fertigungsdatenerfassung (MDC)
Die Fertigungsdatenerfassung (Manufacturing Data Collection, MDC) ist genau das, wonach es klingt. MDC-Software sammelt Daten von Maschinen und Bedienern über die verschiedenen Fertigungsinformationen, die in Echtzeit generiert werden.
Diese Informationen helfen Herstellern, die bestehende Produktionslinie zu optimieren. Sie zeigen auch die Ursachen für Produktionsverzögerungen und -ausfälle auf.
Was sind G-Code und M-Code?
G-Code und M-Code sind Dateien, die eine CNC-Maschine zum Betrieb benötigt. Jede dieser Dateien hat ihre eigene Bedeutung, die wir nacheinander erläutern werden:
G-Code
Das „G“ in G-Code steht für Geometrie, wodurch G-Code zu einem geometrischen Code wird. G-Code ist ein alphanumerischer Befehl, der der CNC-Maschine die Bewegungsanweisungen gibt.
Die X- , Y- und Z -Referenzen im G-Code beziehen sich auf die Bewegungsachsen, wobei die Zahl den Wert auf der jeweiligen Achse angibt. N steht für die Zeilennummer.
Einige spezielle Codes beziehen sich auf bestimmte Betriebsfunktionen der Maschine, wie z. B. das Einstellen der Spindeldrehzahl oder das Ein- und Ausschalten der Spindel.
M-Code
M-Codes sind verschiedene Maschinencodes, die die nicht-schneidenden Aktionen der CNC-Maschine ausführen. Dazu gehören das Starten und Stoppen verschiedener Programme, die Steuerung des Kühlmittelflusses oder die Anpassung des Verhaltens von Bearbeitungswerkzeugen.
Welche verschiedenen Arten von CNC-Bearbeitungsverfahren gibt es?
Eine CNC-Maschine ist keine einzelne Maschine, sondern eine Gruppe verschiedener CNC-Maschinentypen, die unterschiedliche Bearbeitungsprozesse durchführen. Zu den gängigsten CNC-Bearbeitungsvorgängen gehören:
CNC Fräsen
CNC-Fräsen ist eines der beliebtesten CNC-Bearbeitungsverfahren. Tatsächlich verwenden viele professionelle Maschinenbaubetriebe die Begriffe CNC-Bearbeitung und CNC-Fräsen oft synonym. Planfräsen und Umfangsfräsen gehören zu den am häufigsten eingesetzten Anwendungen des CNC-Fräsens.
Bei einer CNC-Fräsmaschine bewegen sich rotierende Schneidwerkzeuge relativ zum Werkstück, um Material abzutragen.
Das Schneidwerkzeug (auch Fräswerkzeug genannt) ist auf einer drehbaren Spindel befestigt. Durch die Rotation und Bewegung der Spindel können CNC-Fräsmaschinen Fräsbearbeitungen mit drei oder mehr Achsen durchführen.
CNC-Drehen
CNC-Drehen ist ein grundlegendes CNC-Bearbeitungsverfahren, das hauptsächlich zur Herstellung zylindrischer oder runder Teile eingesetzt wird. In einer CNC-Drehmaschine (oft auch Drehbank oder Drehzentrum genannt) wird das Werkstück sicher eingespannt und mit hoher Geschwindigkeit gedreht, während sich ein stationäres Schneidwerkzeug entlang seiner Oberfläche bewegt. Durch diese präzise Bewegung des Schneidwerkzeugs wird Material abgetragen und das Werkstück schrittweise in den gewünschten Durchmesser und das gewünschte Profil geformt.
Das Drehen ist ein hocheffizientes Verfahren zur Herstellung symmetrischer Teile wie Wellen , Buchsen und Schrauben und ermöglicht sehr enge Toleranzen und glatte Oberflächen.
CNC Bohren
Das CNC-Bohren ist wesentlich einfacher als das Fräsen oder Drehen. Beim CNC-Bohren wird das Werkstück fixiert, während sich ein Bohrer darüber bewegt und Löcher erzeugt.
Der Zweck des Bohrens von Löchern kann darin bestehen, Schrauben anzubringen, ästhetische Anforderungen zu erfüllen oder einen anderen Zweck zu erfüllen.
CNC-Schleifen
CNC-Schleifmaschinen verwenden eine rotierende, flache Schleifscheibe, um Material von rauen Werkstückoberflächen abzutragen. Dieses Bearbeitungsverfahren wird üblicherweise angewendet, um ein glatt bearbeitetes Bauteil herzustellen. Die Schleifscheibe rotiert mit sehr hoher Geschwindigkeit.
CNC-Fräsen
CNC-Fräsmaschinen ähneln CNC-Fräsmaschinen sehr. Der Hauptunterschied besteht darin, dass bei einer CNC-Fräsmaschine das Werkstück stets stationär ist und sich das Schneidwerkzeug in X-, Y- und Z-Richtung bewegt. CNC-Fräsmaschinen ermöglichen schnellere Schnitte als Fräsmaschinen, ohne Kompromisse bei Genauigkeit und Konstruktionskomplexität einzugehen.
Andere Arten von CNC-Maschinen und CNC-Bearbeitungsvorgängen
Neben den oben genannten verschiedenen Typen gibt es auch andere CNC-Verfahren. Einige eigenständige Fertigungsmaschinen sind für die automatische Bewegung mit einer CNC-Steuerung integriert. Einige dieser zusätzlichen CNC-Maschinen sind:
Anstich
Beim Räumen werden mithilfe eines gezahnten Schneidkopfes Vertiefungen in ein Werkstück eingearbeitet. Die Räumschnitte sind sehr gleichmäßig und hochpräzise. Diese Maschinen können linear oder rotierend (mit einem rotierenden, gezahnten Schneidwerkzeug) arbeiten.
Sägen
Beim Sägen wird ein gezahntes Sägeblatt verwendet, um gerade, lineare Schnitte zu erzeugen. Die Schnitte entstehen durch Materialabtrag aufgrund der Reibung mit dem Sägeblatt. Bei der Bearbeitung mit einer CNC-Maschine wird dieses Verfahren üblicherweise zum automatisierten Schneiden von Materialien eingesetzt.
Honig
Honen ähnelt dem Schleifen insofern, als es im Allgemeinen zur Nachbearbeitung eines Materials eingesetzt wird. Beim Honen wird ein Schleifstein oder eine Schleifscheibe verwendet, um das Werkstück kontrolliert abzuschleifen und so die gewünschte Form, Größe oder Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen.
Läppen
Läppen ähnelt dem Schleifen. Beim Läppen wird jedoch anstelle einer Schleifscheibe eine Schleifpaste, ein Schleifpulver oder eine Schleifmischung verwendet, um eine glatte Oberfläche zu erzeugen. Die Schleifmischung wird zwischen zwei Materialien (eines davon ist das Werkstück) gegeben und aneinander gerieben.
CNC-Drehmaschinen
CNC-Drehmaschinen sind primäre Bearbeitungswerkzeuge für Metall und Holz. In einer Drehmaschine wird das Werkstück um eine zentrale Achse gedreht, während sich der Bearbeitungskopf linear entlang der Oberfläche bewegt. CNC-Drehmaschinen können verschiedene Funktionen ausführen, wie z. B. Schneiden, Bohren, Schleifen, Rändeln, Plandrehen und vieles mehr. Sie arbeiten deutlich effizienter als manuelle Drehmaschinen.
Plasmaschneider
Plasmaschneider sind eine Weiterentwicklung der Schneidtechnologie. Sie nutzen einen Hochtemperatur-Plasmastrahl zum Schneiden von Materialien. Das Plasma wird durch einen Lichtbogen erzeugt, daher eignet sich dieses Verfahren nur für leitfähige Materialien.
Laserschneider
Laserschneider nutzen einen Laserstrahl, um ein Material zu durchtrennen. Im Gegensatz zum Plasmaschneiden ist das Laserschneiden nicht auf elektrisch leitfähige Materialien beschränkt. Durch die Anpassung der Laserparameter kann ein Laserstrahl nahezu jedes Material durchtrennen.
Brennschneider
Beim Brennschneiden wird ein Sauerstoff-Acetylen-Gemisch (auch als Autogenschneiden bekannt) verwendet, um Metalle zu durchtrennen. Wenn der Sauerstoff-Brennstoff-Strahl verengt und entzündet wird, entsteht eine extrem heiße Flamme, die Metall mühelos durchtrennen kann.
Bremsen drücken
Abkantpressen dienen zum Biegen von Metallplatten und -blechen. Das Material wird zwischen eine V- oder U-förmige Matrize gelegt. Anschließend wird die Matrize zusammengepresst, wodurch die gewünschte Biegung entsteht.
Elektroerosionsmaschinen (EDM)
Funkenerosionsmaschinen (EDM) werden zum Schneiden leitfähiger Materialien eingesetzt. Beim EDM-Verfahren werden elektrische Impulse von einem Schneidkopf in der Nähe des Materials ausgesendet, wodurch ein Lichtbogen entsteht. Dieser Lichtbogen schmilzt das Material an der gewünschten Stelle und entfernt es, wodurch ein Schnitt entsteht.
Wasserstrahlschneider
Wasserstrahlschneidanlagen nutzen Wasser unter extrem hohem Druck zum Schneiden. Sie können nahezu jedes Material durchtrennen: Metall, Legierungen, Holz, Stein oder Glas. Der Wasserstrahl wird CNC-gesteuert und entsprechend der Software bewegt.
Die richtige CNC-Maschine für den jeweiligen Auftrag auswählen
Bei der Herstellung von CNC-gefrästen Teilen ist es wichtig herauszufinden, welcher Maschinentyp für die jeweiligen Teile am besten geeignet ist.
Jede Maschine hat ihre Vor- und Nachteile, aber es ist schwierig, alle Arten von CNC-Maschinen an einem Ort zu finden – außer vielleicht auf einer Maschinenbaumesse oder in einer CNC-Werkstatt, die bereit ist, viel Geld zu investieren.
Steht die am besten geeignete Maschine nicht zur Verfügung, müssen Sie eine Möglichkeit finden, die Teile mit den vorhandenen Maschinen herzustellen. Hier finden Sie einige Erläuterungen zu vertikalen und horizontalen Fräs- und Drehmaschinen.
Die beste Methode zum Beladen der Werkstücke herausfinden
Nachdem Sie die CNC-Maschine für die Fertigung Ihrer Teile ausgewählt haben, besteht der nächste Schritt – vor der Programmierung – darin, die optimale Werkstückspannung zu ermitteln, um ein bestmögliches Bearbeitungsergebnis zu erzielen. Meiner Meinung nach ist dieser Schritt wichtiger als die Erstellung der Werkzeugwege, doch meiner Erfahrung nach fällt er den meisten Zerspanungsmechanikern schwer und behindert ihren Arbeitsablauf.
Als Unternehmen für Prototypenfertigung suchen wir Mitarbeiter, die aufgeschlossen sind und in diesem Bereich lösungsorientiert arbeiten, da wir täglich mit unterschiedlichsten CNC-Teilen zu tun haben. (Manche kündigen natürlich schon nach zwei Wochen!) Informieren Sie sich über die verschiedenen Spannmethoden für CNC-Werkstücke.
Zu wissen, welches Schneidwerkzeug man verwenden sollte
Nach der Auswahl der Maschinen und der Entscheidung für das optimale Fertigungsverfahren trägt die Wahl der richtigen Schneidwerkzeuge zu engeren Toleranzen und einer besseren Oberflächengüte bei. Kurz gesagt: Geeignete Schneidwerkzeuge führen zu besseren Bauteilen.
Hier ein Beispiel: Das Fräsen von Rippen mit Entformungsschräge würde mit normalen Kugelschneidwerkzeugen Stunden dauern, mit einem Kegelfräser hingegen nur wenige Minuten.
Stellen Sie sich also vor, wie viel Zeit Sie beim Fräsen von 10 oder mehr Teilen sparen könnten. Informieren Sie sich über die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von CNC-Schneid- und Bearbeitungswerkzeugen.
Was sind die Vorteile der CNC-Bearbeitung?
CNC-Bearbeitungstechnologien haben die Fertigungsindustrie revolutioniert, indem sie manuelle Arbeit minimiert und ein beispielloses Maß an Konsistenz und Genauigkeit ermöglichen. Aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile gelten sie oft als ein Segen der Moderne.
Für einen Produktdesigner ist es von entscheidender Bedeutung zu wissen, ob man bei der CNC-Bearbeitung bleibt oder die Teile für ein anderes Fertigungsverfahren konstruiert.
Hier ein kurzer Überblick über einige der wichtigsten Vorteile:
Produktionsgeschwindigkeit
Die Produktionsgeschwindigkeit ist einer der Hauptgründe für die rasante und weite Verbreitung der CNC-Bearbeitung. Durch die CNC-Bearbeitung lässt sich die Produktion exponentiell steigern, da sie die Grenzen menschlicher Arbeitskraft aufhebt.
Konsistenz
Die computergesteuerte numerische Bearbeitung (CNC) gewährleistet, dass alle gefertigten Teile in Aussehen und Funktion identisch sind. Menschliche Fehler sind ausgeschlossen. Dies führt zur Herstellung von Präzisionsteilen, die ihren Zweck optimal erfüllen.
Reduzierung von Ablehnungen
Bei herkömmlichen Fertigungsprozessen mit manueller Arbeit traten viele menschliche Fehler auf, die zu Ausschuss bei der Qualitätskontrolle führten. Dies verschwendete viel Zeit und Ressourcen. Mit CNC-Bearbeitung ist der gesamte Prozess automatisiert, wodurch die Ausschussquote deutlich sinkt.
Kosteneinsparung
Zu den Lohnkosten gehören das an die Arbeitskräfte gezahlte Gehalt, die Ausfallzeiten während der Pausen und die zusätzlichen Sozialleistungen.
Die Präzision, Geschwindigkeit, Effizienz und Automatisierung der CNC-Bearbeitung senken die Fertigungskosten durch Minimierung von Produktionszeiten und Arbeitsstunden. Diese Einsparungen können an die Kunden weitergegeben werden, wodurch ein Wettbewerbsvorteil entsteht und die Möglichkeit für Reinvestitionen geschaffen wird.
Allerdings beeinflussen auch andere Faktoren die Kosten der CNC-Bearbeitung , wie z. B. die Stückzahl, die Materialauswahl und die Geometrie.
Material Vielseitigkeit
Die CNC-Bearbeitung kann an praktisch jedem Material mit ausreichender Härte durchgeführt werden.
Fertigungsdatenverfolgung
Eine CNC-Maschine liefert Fertigungsdaten, die es Herstellern ermöglichen, den gesamten Fertigungsprozess jedes einzelnen Teils nachzuverfolgen. Sie können genau nachvollziehen, welche Maschinen jedes Teil während der Produktion durchlaufen hat. Im Fehlerfall lässt sich die genaue Ursache sofort ermitteln.
Genauigkeit
Mit CNC-Bearbeitung lässt sich eine Genauigkeit im Mikrometerbereich erzielen. Hersteller können diese Grenze mit geeigneten Werkzeugen sogar noch erweitern. Eine solche Genauigkeit ist mit manuellen Bearbeitungsmethoden nicht möglich.
Lesen Sie unseren ausführlichen Artikel über die Vorteile der CNC-Bearbeitung, um tief in alle ihre Vorzüge einzutauchen.
Welche Materialien können mit CNC-Maschinen bearbeitet werden?
Die CNC-Bearbeitung ermöglicht die Bearbeitung einer Vielzahl von Materialien. Tatsächlich benötigt man für die CNC-Bearbeitung unterschiedlicher Materialien keine verschiedenen Maschinen. Die meisten CNC-Maschinen unterstützen mehrere Materialien und ermöglichen so die Fertigung verschiedener Maschinenteile durch einen einfachen Werkzeugwechsel.
Metallindustrie
Metall ist eines der am häufigsten bearbeiteten Materialien mittels CNC-Maschinen. Aufgrund seiner Härte ist die manuelle Bearbeitung langwierig, mühsam und unpräzise. CNC-Maschinen bieten die beste und schnellste Möglichkeit zur Bearbeitung von Metallteilen.
Zu den Metallen, die zur Herstellung von Teilen mit CNC-Maschinen verwendet werden, gehören:
- Aluminium: Aluminium ist nicht nur das häufigste Metall der Erde, sondern auch das am häufigsten verwendete in der CNC-Bearbeitung. Sein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis macht es ideal für leichte Bauteile, die dennoch eine ausreichende Festigkeit erfordern.
- Magnesium: Magnesium wird am häufigsten für die Herstellung des Gehäuses von Elektronikgeräten verwendet. Das liegt daran, dass Magnesium 33 % leichter als Aluminium ist und sich daher ideal eignet, um das Gewicht von Elektronikgeräten wie Laptops zu reduzieren.
- Titan: Titan zählt zu den härtesten Werkstoffen überhaupt. Es wird CNC-bearbeitet für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Militär und für alle anderen anspruchsvollen Anwendungen.
- Gusseisen: Die CNC-Bearbeitung von Gusseisenteilen ist sehr vorteilhaft, da man Teile doppelt so schnell wie Teile aus Stahl herstellen kann, und der Werkzeugverschleiß ist geringer.
- Kupfer: Kupfer wird aufgrund seiner hervorragenden elektrischen und thermischen Leitfähigkeit häufig verwendet. Seine Weichheit und Duktilität ermöglichen eine einfache Bearbeitung. Die CNC-Bearbeitung erlaubt die präzise Formgebung für Elektronikbauteile, Wärmetauscher und dekorative Komponenten.
- Zink: Zink ist ein Leichtmetall, das häufig für Druckgussteile und korrosionsbeständige Anwendungen eingesetzt wird. Mit CNC-Bearbeitung lassen sich komplexe, hochpräzise Formen für die Automobilindustrie, die Hardwarebranche und kleine mechanische Bauteile herstellen.
Metalllegierungen
CNC-Maschinen können Metalllegierungen genauso gut bearbeiten wie Metalle. Hier sind die gängigen Legierungen, die CNC-bearbeitet werden:
- Rostfreier Stahl: Edelstahl zählt zu den beliebtesten Stahlsorten. Aufgrund seiner Härte und anderer physikalischer Eigenschaften wird er stets mittels CNC-Bearbeitung geformt.
- Kohlenstoffstahl: Kohlenstoffstahl ist die weltweit am häufigsten verwendete Legierung. Er ist günstiger als Edelstahl und weist eine höhere Festigkeit auf. CNC-Maschinen können Kohlenstoffstahl mit hoher Präzision bearbeiten.
- Messing: Messing ist weich und korrosionsbeständig. Es gibt zahlreiche Messingsorten mit unterschiedlichen Zink- und Kupferanteilen. Alle diese Sorten lassen sich CNC-bearbeiten.
Kunststoff
Vielen ist es nicht bewusst, aber CNC-Bearbeitung kann auch zur Formgebung von Kunststoffteilen eingesetzt werden. Zu den gängigen Kunststoffen in der modernen Fertigung gehören:
- Kunststoffbälle: Nylon ist robust, flexibel und feuerbeständig. CNC-gefräste Nylonteile werden aufgrund ihrer guten Schmiereigenschaften mitunter als Ersatz für Metallteile eingesetzt.
- ABS: ABS-Kunststoffe werden aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften häufig für Anwendungen wie das Spritzgießen verwendet. Für die Herstellung von Prototypen ist die CNC-Bearbeitung von ABS jedoch die bessere Wahl.
- PMMAPMMA (Acrylglas) ist ein starker, transparenter Kunststoff. Er wird häufig als Ersatz für Glas in Anwendungen wie optischen Geräten und Lebensmittelbehältern verwendet.
- SPÄHEN: PEEK zählt zu den teuersten Kunststoffen und zeichnet sich durch außergewöhnliche Temperaturbeständigkeit und hervorragende physikalische Eigenschaften aus. Die CNC-Bearbeitung von PEEK findet Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik.
Andere Materialien
- Holz: Holz ist ein vielseitiger und nachwachsender Rohstoff. Mittels CNC-Bearbeitung lassen sich verschiedene Holzarten für Möbel, Architekturelemente und filigrane Designs formen.
- Glass: Glas ist bekannt für seine Transparenz und Härte. Spezielle CNC-Bearbeitungstechniken schneiden, bohren und gravieren Glas für Optiken, Bildschirme und Dekorationsgegenstände.
- Stein: Stein (Marmor, Granit, Sandstein) ist ein widerstandsfähiges Naturmaterial. Mittels CNC-Bearbeitung wird Stein für architektonische Elemente, Skulpturen und Arbeitsplatten geschnitten, geformt und graviert.
- Keramik: Keramik ist bekannt für ihre extreme Härte und Hitzebeständigkeit. Die CNC-Bearbeitung formt Hochleistungskeramiken präzise zu Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik und die Elektronik.
Was sind die Anwendungen der CNC-Bearbeitung?
Die CNC-Bearbeitung findet in allen Branchen Anwendung , von der Werkzeugherstellung bis zum fertigen Endprodukt.
Hier ein Überblick über einige Anwendungsfälle des CNC-Bearbeitungsprozesses:
- Fahrzeuge: Die CNC-Bearbeitung wird zur Herstellung von Rahmen, Motoren und anderen kleinen Bauteilen für alle Arten von Transportfahrzeugen eingesetzt, darunter Autos, Züge und Flugzeuge.
- Metallverarbeitung: Die Metallverarbeitungsindustrie ist bei allen Arten von Projekten auf CNC-Werkzeuge angewiesen.
- Elektronik: Auch die Elektronikindustrie nutzt CNC-Bearbeitung zur Herstellung von Gerätegehäusen.
- Forschung und Entwicklung: Da mit CNC-Bearbeitung alles auf Basis eines 2D- oder 3D-Digitalmodells hergestellt werden kann, ist sie die Methode der Wahl für die Prototypenherstellung.
- Verteidigung: Hochwertige CNC-Maschinen werden für anspruchsvolle Verteidigungsoperationen eingesetzt, beispielsweise zur Herstellung von Waffen, Flugzeugen und vielem mehr.
- Die Architektur: Die CNC-Bearbeitung wird auch zur Herstellung von Kunst- und Dekorationsgegenständen eingesetzt. So werden beispielsweise die kunstvollen Steinmetzarbeiten in Küchen mithilfe von CNC-gesteuerten Wasserstrahlschneidanlagen gefertigt.
- Robotik/AutomatisierungDie CNC-Bearbeitung ermöglicht die schnelle Prototypenerstellung mit der Möglichkeit, rasche und häufige Änderungen vorzunehmen, sowie die Herstellung komplexer Roboterteile, die für den Erfolg im schnell wachsenden und innovativen Bereich der Robotik unerlässlich sind.
- MedizintechnikDie CNC-Bearbeitung bietet dem schnelllebigen Medizintechniksektor zahlreiche Vorteile, da sie die schnelle Prototypenerstellung für Produkttests und -validierung ermöglicht. Sie liefert zudem hochwertige Endprodukte, die in verschiedensten Anwendungen von Orthesen bis hin zu MRT-Geräten zum Einsatz kommen.
Wie schneidet die CNC-Bearbeitung im Vergleich zu anderen Bearbeitungsverfahren ab?
Die einzige praktikable Alternative zur CNC-Bearbeitung ist die manuelle Bearbeitung. Natürlich ist die CNC-Bearbeitung jeder manuellen Methode um Längen voraus.
Folgende Punkte sollten beim Vergleich von CNC-Bearbeitung und manueller Bearbeitung berücksichtigt werden:
- Die Industrie wendet heutzutage Fertigungsprozesse an, die auf die Bedürfnisse großer Stückzahlen zugeschnitten sind. Mit CNC-Bearbeitung lässt sich dieser Bedarf effektiv decken. Manuelle Produktionsmethoden hingegen können die Teile nicht in der erforderlichen Stückzahl herstellen.
- Durch den Einsatz von CNC-Maschinen kann die körperliche Arbeit wichtigeren und intellektuelleren Aufgaben gewidmet werden.
- CNC-Maschinen eliminieren den menschlichen Fehlerfaktor, der bei der manuellen Bearbeitung auftritt. Dies führt zu einer besseren Ressourcennutzung durch die Verringerung der Anzahl fehlerhafter Teile.
- Es gibt viele Aufgaben, die die manuelle Bearbeitung aufgrund menschlicher körperlicher Grenzen nicht bewältigen kann, beispielsweise die Bearbeitung extrem harter Materialien. Die CNC-Bearbeitung kann solche Aufgaben problemlos erledigen.
- Dank CNC-Bearbeitung gibt es keine Ausfallzeiten durch Mittagspausen oder Schichtwechsel. Zudem kann die Produktion rund um die Uhr laufen, was die Produktivität enorm steigert.
Sind CNC-Maschinen schwer zu bedienen?
Jede CNC-Maschine hat ihre eigene Bedienungsanleitung. Im Allgemeinen sind CNC-Maschinen einfach zu bedienen und erfordern keine technische Ausbildung des Bedieners.
Tatsächlich lassen sich grundlegende Bauteile bereits nach wenigen Stunden anhand von Tutorial-Videos erstellen, von denen es online unzählige gibt.
Wer CNC-Bearbeitung professionell beherrschen möchte, sollte sich zunächst mit der Konstruktion von Bauteilen und der Erstellung von CAD-Zeichnungen vertraut machen. Sobald man technische Zeichnungen anfertigen und effizienten digitalen Programmcode schreiben kann, lässt sich der bestehende Fertigungsprozess einer CNC-Maschine optimieren.
Ist CNC eine gute Karriere?
Ja, CNC-Maschinen sind eine lohnende Karriere, nicht nur in Bezug auf die Bezahlung, sondern auch hinsichtlich der Arbeitszufriedenheit. CNC-Maschinenbediener setzen ihr Fachwissen ein, um durch die Lösung realer Probleme produktive und innovative Anlagen zu entwickeln.
Ist CNC sehr gefragt?
Da CNC-Maschinen in den meisten Branchen den Fertigungsprozess übernommen haben, sind CNC-Bediener heutzutage sehr gefragt.
Marktübersicht für CNC-Bearbeitung
Laut einem Bericht von Fortune wird der Markt für CNC-Bearbeitung bis 2028 voraussichtlich einen Wert von über 128 Milliarden US-Dollar erreichen . Haupttreiber dieses Wachstums sind die steigende Nachfrage nach Halbleitern, der Einsatz von CNC-Maschinen in der Medizintechnik und die zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen.
Herausforderungen in der CNC-Industrie
Die CNC-Industrie hat eine dominante Stellung erlangt, die in den nächsten Jahrzehnten nicht schwinden wird – es sei denn, eine neue technologische Revolution kommt. Dennoch gibt es in der Branche einige Herausforderungen, die problematisch werden könnten.
Zum einen ist die CNC-Bearbeitung nicht sehr anpassungsfähig. Zwar lassen sich Sonderanfertigungen herstellen, doch muss dafür der gesamte Prozess erneut durchlaufen werden. Selbst geringfügige Änderungen am Endprodukt erfordern Anpassungen der CAD-Dateien im ersten Schritt.
Eine weitere Herausforderung ergibt sich bei der Fertigung komplexer Bauteile. Zwar gibt es mittlerweile Maschinen mit den dafür benötigten zusätzlichen Achsen, doch viele Hersteller setzen weiterhin auf CNC-Maschinen mit eingeschränkter Bewegungsfreiheit.
Die schrittweise Ablösung der alten Maschinen durch neue, hochmoderne CNC-Maschinen mit besseren Funktionen könnte eine Herausforderung darstellen.
Welche Trends gibt es in der CNC-Bearbeitungsindustrie?
Die wichtigsten Trends in der CNC-Industrie sind:
- Entwicklung weiterer Achsen zur Erzeugung möglichst komplexer Geometrien
- Verstärkter Einsatz von Robotern zur Automatisierung des gesamten Prozesses
- Weiterentwicklung der CAD- und CAM-Programmiersprache zur Nutzung neuerer Funktionen
- Verbesserte Verarbeitbarkeit im Nanobereich für den Einsatz in Halbleiteranwendungen
Wichtige Erkenntnisse
Die CNC-Bearbeitungstechnologie ist das Fundament der modernen Fertigung. Der CNC-Bearbeitungsprozess beginnt mit einfachsten Rohmaterialien und formt daraus alles, was man sich vorstellen kann.
Die Technologie ist so leistungsstark, dass sie Metallbleche in Flugzeugrümpfe, Automobilkarosserien und Metallstangen in die Achsen verwandelt, auf denen diese Automobile fahren.
CNC-Werkzeugmaschinen sind die optimale Lösung, egal ob Sie Prototypen, Kleinserienmuster oder Großserien benötigen.
Das Beste daran ist, dass man nicht einmal CNC-Bearbeitungsmaschinen besitzen muss, um die Vorteile des Verfahrens zu nutzen.
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