Die CNC-Bearbeitung hat in den letzten Jahren die Fertigungsindustrie schnell erobert, weil sie so präzise ist und immer wieder verwendet werden kann. Es gibt viele verschiedene Arten von CNC-Technologie Heutzutage sind viele verschiedene Werkzeuge erhältlich, daher ist es hilfreich, die Grundlagen der CNC-Bearbeitung zu verstehen, um sie voneinander zu unterscheiden. CNC-Drehen ist eines dieser neuen Werkzeuge.
Beim CNC-Drehen wird ein nicht rotierendes Schneidwerkzeug auf einem Drehzentrum oder einer Drehmaschine eingesetzt, um Material von einem rotierenden, starren Werkstück abzutragen. Je nach Art des Drehvorgangs lassen sich mit CNC-Drehen Teile unterschiedlicher Größen und Formen herstellen.
Das Konzept mag einfach erscheinen, doch hochwertiges CNC-Drehen ist komplex. Sie möchten wissen, was dieser Produktionsprozess ist und wie Sie die besten Ergebnisse erzielen. Dieser Leitfaden erklärt Ihnen alles, was Sie über CNC-Drehen wissen müssen.
Was ist CNC-Drehen?
Ähnlich wie eine Drehmaschine ist CNC-Drehen eine sehr präzise und schnelle Methode zum Materialabtrag von einem Werkstück. Dabei wird ein Schneidwerkzeug gegen ein rotierendes Werkstück gedrückt, um Material abzutragen und es wie gewünscht zu bearbeiten.
Das Drehzentrum (auch Drehbank genannt) bleibt stationär, während sich das Rohmaterial schnell dreht. Eine CNC-Doppeldrehmaschine bewegt das Werkstück entlang zweier Achsen, und ein Einpunkt-Schneidwerkzeug hilft bei der Formgebung. Ein Computerprogramm steuert die Drehbank bzw. das Drehzentrum und gewährleistet so die Fertigung hochpräziser Teile.
Viele verwechseln CNC-Drehen mit Fräsen, doch es handelt sich um zwei unterschiedliche Verfahren. Beim CNC-Fräsen und den meisten anderen subtraktiven Bearbeitungsverfahren wird das Werkstück üblicherweise auf dem Maschinentisch eingespannt, während ein Werkzeug es abträgt. Beim CNC-Drehen hingegen funktioniert es umgekehrt: Das Werkstück rotiert, während die Schneide stationär bleibt.
Welche Teileformen erfordern CNC-Drehen?
Durch CNC-Drehen können, je nach Art des verwendeten Drehverfahrens, zahlreiche Formen erzeugt werden. Drehmaschinen und Drehzentren verfügen über zahlreiche Funktionen. Beispiele hierfür sind Geraddrehen, Kegeldrehen, Außennutdrehen, Gewindedrehen, Rändeldrehen, Ausbohren und Bohren.
Drehmaschinen können hauptsächlich einfache Dreharbeiten ausführen. Beispiele hierfür sind Längsdrehen, Außendrehen, Gewindeschneiden und Bohren. Drehzentren hingegen, die über einen Revolver verfügen, können alle Aufgaben einer Drehmaschine übernehmen. Darüber hinaus ermöglicht das Drehen auch komplexere Bearbeitungen wie das Ausbohren rotierender Wellen.
CNC-Drehen ermöglicht die Bearbeitung vieler rotationssymmetrischer Formen. Beispiele hierfür sind Kegel, Zylinder, Scheiben oder eine Mischung dieser Formen. Einige Drehzentren ermöglichen sogar Polygondrehungen, d. h. sie können mit speziellen Drehwerkzeugen Formen wie Sechsecke entlang einer Rotationslinie erzeugen.
Was ist der Unterschied zwischen CNC-Drehen und CNC-Fräsen?
Wenn Sie wollen den richtigen CNC-Bearbeitungsprozess auswählen Für Ihr Projekt ist es wichtig, den Unterschied zwischen CNC-Drehen und CNC-Fräsen zu verstehen. Beide Verfahren haben ihre jeweiligen Stärken und Möglichkeiten, die das Endergebnis eines bearbeiteten Teils maßgeblich beeinflussen können.
Werfen wir einen Blick auf die Hauptunterschiede zwischen CNC-Drehen und CNC-Fräsen und geben Ihnen eine Faustregel an die Hand. Dies kann Ihnen bei der Wahl des richtigen Bearbeitungsverfahrens helfen.
Werkstückbewegung: Der wesentliche Unterschied
Der Hauptunterschied zwischen CNC-Drehen und CNC-Fräsen liegt in der Bewegung des Werkstücks. Beim CNC-Drehen bleibt das Schneidwerkzeug bewegungslos, während sich das Werkstück dreht. Mit diesem Verfahren lassen sich axial ausgerichtete Teile mit hoher Präzision und glatten Oberflächen bearbeiten.
Beim CNC-Fräsen bleibt das Werkstück bewegungslos, während sich das Schneidwerkzeug in mehrere Richtungen bewegt. Mit dieser Methode können Teile mit komplexen Formen und feinen Details bearbeitet werden. Und dies wird zu einem Prozess, der nicht realisierbar ist.
Es gibt eine Vielzahl von Optionen für die Teilegeometrie
CNC-Drehen und CNC-Fräsen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Flexibilität, insbesondere hinsichtlich der Teileform. Beim CNC-Fräsen lassen sich mehr Formen bearbeiten als beim CNC-Drehen. CNC-Drehen hingegen eignet sich am besten für die Bearbeitung rotationssymmetrischer Teile wie Zylinder, Kegel und Scheiben.
CNC-Fräsen ist die beste Methode zur Herstellung von Teilen mit komplexen Mustern. Denn damit lassen sich Teile mit komplexen Formen, Rillen, Schlitzen und dreidimensionalen Merkmalen herstellen.
So erzielen Sie eine perfekte Oberflächenbeschaffenheit
Sowohl CNC-Drehen als auch CNC-Fräsen ermöglichen eine perfekte Oberflächengüte, die jedoch nicht immer gleich ist. Beim CNC-Drehen wird das Werkstück zudem ständig bearbeitet. Dies führt in der Regel zu einer glatteren, polierteren Oberfläche des Werkstücks.
Um Ihnen bei der Beurteilung der Oberflächenqualität zu helfen, bieten wir eine Oberflächengütediagramm um Ihnen die Überprüfung und Auswahl verschiedener Ausführungen zu erleichtern und sicherzustellen, dass das fertige Produkt Ihren Anforderungen entspricht.
Beim CNC-Fräsen hingegen können Frässpuren am Werkstück zurückbleiben, was in der Regel vom Schneidwerkzeug und der Frästechnik abhängt. Mit den richtigen Werkzeugen und Einstellungen kann jedoch auch beim CNC-Fräsen eine gute Oberflächengüte erzielt werden.
Werkzeuge und Einstellungen: Zu berücksichtigende Kosten- und Zeitfaktoren
CNC-Drehen ist in den meisten Fällen hinsichtlich Werkzeugausstattung und Einrichtung überlegen. Die Einrichtung dauert in der Regel weniger Zeit und ist einfacher, da nur wenige Werkzeuge benötigt werden. Beim CNC-Fräsen hingegen kann mehr als ein Werkzeug erforderlich sein, um die erforderlichen komplexen Formen zu erzeugen. Dies kann die Einrichtungszeit verlängern und höhere Kosten verursachen.
Dies ist ein wichtiger Aspekt, der bei der Suche nach der besten und kostengünstigsten Methode zur Herstellung von Teilen berücksichtigt werden muss.
Vorteile des CNC-Drehens
Das CNC-Drehen bietet viele Vorteile, beispielsweise die folgenden:
Genauigkeit
CNC-Drehmaschinen ermöglichen mithilfe von CAD- oder CAM-Dateien präzise Messungen und vermeiden so menschliche Fehler. Ob Prototypen oder komplette Produktionszyklen – Experten erreichen mit modernsten Maschinen ein Höchstmaß an Genauigkeit. Jeder Schnitt ist präzise, da die Maschine dafür konzipiert ist. Mit anderen Worten: Der letzte Schnitt ist identisch mit dem ersten.
Flexibilität
Drehzentren gibt es in verschiedenen Größen und sie eignen sich daher für vielfältige Aufgaben. Die Bearbeitung an dieser Maschine ist bereits voreingestellt und lässt sich daher sehr einfach anpassen. Der Bediener muss lediglich die notwendigen Änderungen an der Programmierung in der CAM-Software vornehmen, um die Bearbeitung des Werkstücks abzuschließen oder ganz andere Teile herzustellen. Benötigen Sie also eine große Anzahl unterschiedlicher Teile, können Sie sich auf denselben Anbieter für präzise CNC-Bearbeitung verlassen.
Sicherheit
Um die Sicherheit aller zu gewährleisten, befolgen Fertigungsunternehmen strenge Sicherheitsvorschriften und -gesetze. Automatische Drehmaschinen reduzieren den Arbeitsaufwand, da der Bediener lediglich die Maschine im Auge behalten muss. Der Drehmaschinenkörper verfügt über vollständig oder teilweise geschlossene Sicherheitsvorrichtungen, die das Herausspritzen von Partikeln aus den zu bearbeitenden Werkstücken und Verletzungen des Personals verhindern.
Höhere Geschwindigkeiten
Bei CNC-Drehmaschinen und Drehzentren ist die Fehlerwahrscheinlichkeit geringer, wenn die Arbeit nach einem Programm ausgeführt wird. Dieser Maschinentyp ermöglicht eine schnellere Produktion, ohne das Endergebnis zu beeinträchtigen. Schließlich erhalten Sie die benötigten Teile im Vergleich zu anderen Optionen schneller.
Wie funktioniert CNC-Drehen?
Die Funktionsweise des CNC-Drehens ist oft schwer zu verstehen. Wir vereinfachen den Prozess und führen Sie Schritt für Schritt durch den gesamten Prozess – von der Planung bis zur Produktion.
Hier sind die Hauptschritte des CNC-Drehens:
Schritt 1: Konvertieren von CAD-Dateien in CNC-Programme
Der erste Schritt besteht darin, die CAD-Datei in die CNC-Maschinensprache zu konvertieren. Hierfür ist kein komplexer Code erforderlich. Sie sollten bereits über einige 2D-Zeichnungen Ihrer Idee verfügen. Diese Zeichnungen müssen Sie anschließend mit Software wie AutoCAD oder SolidWorks elektronisch dokumentieren.
Es ist möglich, elektronische Zeichnungen vom CAD-Dateiformat in das CAM-Dateiformat zu konvertieren. Mithilfe der oben genannten Softwaretools können Sie Zeichnungen im CAM-Format auch versenden. Der Fertigungsingenieur kann dann mithilfe dieser Tools prüfen, ob das Teil gefertigt werden kann.
Schritt 2: Bereiten Sie die CNC-Maschine vor
Der nächste Schritt ist die Einrichtung der Maschine. Obwohl die meiste Arbeit durch die Maschinenautomatisierung erledigt wird, wird dennoch ein Bediener benötigt. Um die CNC-Drehmaschine vorzubereiten, sollten Sie Folgendes tun:
- Stellen Sie sicher, dass das Gerät ausgeschaltet istDie Verwendung einer CNC-Maschine kann sehr gefährlich sein. Daher ist besondere Vorsicht geboten und der Netzschalter muss vor dem Betrieb überprüft werden.
- Befestigen Sie das Werkstück am BlockDank des Spannfutters bleibt das Werkstück während der Maschinendrehung an Ort und Stelle. Eine falsche Beladung kann gefährlich sein und das Werkstück hat möglicherweise nicht die richtige Größe.
- Beladen des WerkzeugrevolversBeim Drehen werden unterschiedliche Werkzeuge verwendet. Achten Sie daher darauf, das richtige Werkzeug für die gewünschte Bearbeitung auszuwählen. Ein Revolverkopf ermöglicht Ihnen, während der Arbeit möglichst viele Werkzeuge gleichzeitig zu halten.
- Stellen Sie eine ordnungsgemäße Kalibrierung sicherUm die Arbeit richtig auszuführen, müssen Sie das Werkzeug und das Werkstück richtig einrichten.
- Hochladen des CNC-Programms. Das Eingeben des CNC-Codes in die Maschine ist das Letzte, was Sie tun müssen, bevor die Arbeit beginnt.
An dieser Stelle müssen Sie zwei Dinge beachten. Erstens die Drehgeschwindigkeit, also die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkstück dreht. Zweitens der Vorschub, also die Geschwindigkeit des Schneidwerkzeugs, während es sich am rotierenden Werkstück entlangbewegt.
Diese Werte müssen von einem Fertigungsfachmann ermittelt werden, da falsche Schätzungen das Endergebnis verändern können. Darüber hinaus können falsche Schätzungen bei bestimmten Materialien zu unebenen Oberflächen oder nicht reparierbaren Schäden führen.
Um eine Form grob auszuarbeiten, können Sie niedrige Drehgeschwindigkeiten und hohe Vorschubgeschwindigkeiten beibehalten. Hohe Drehgeschwindigkeiten und niedrige Vorschubgeschwindigkeiten eignen sich hingegen am besten für Teile, die eine glatte Oberfläche mit sehr engen Toleranzen erfordern.
Schritt 3: Machen Sie das CNC-Drehteil
Im letzten Schritt fertigen Sie das gewünschte Teil an. Sie können wählen verschiedene Drehverfahren Das hängt davon ab, was Sie erreichen möchten. Die Anzahl der Umdrehungen ist auch von der Komplexität des Bauteils abhängig. Der Zykluszeitrechner zeigt Ihnen die gesamte Bearbeitungszeit an, was für die Kostenberechnung wichtig ist.
In den meisten Fällen umfasst die Zykluszeit der Variation:
- LadezeitDies ist Teil der Einrichtung, ein Zyklus kann jedoch eine andere Möglichkeit erfordern, das Teil auf die Maschine zu legen.
- SchnittzeitDies ist die Zeit, die zum Schneiden des Werkstücks benötigt wird. Die Schneidzeit wird durch Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe beeinflusst.
- LeerlaufzeitAls Leerlaufarbeit bezeichnet man alle Arbeiten, die nicht mit Schneiden verbunden sind. Dazu gehören beispielsweise Änderungen in der Werkzeugbewegung, der Einrichtung des Drehzentrums usw.
Der durch die Herstellungsmethode erzielte Effekt hängt vom verwendeten Rohmaterial ab. Metallteile haben eine glattere Oberfläche und wirken anders als Kunststoffteile.
Arten der CNC-Drehbearbeitung
Beim CNC-Drehen gibt es verschiedene Arten von Drehwerkzeugen. Dadurch lassen sich folgende Bearbeitungen durchführen: Vielfalt der CNC-Drehbearbeitungen an einem einzelnen Werkstück. Es gibt zwei Arten von Bearbeitungen: Innen- und Außenbearbeitungen. Außenbearbeitungen können den Außendurchmesser des Werkstücks verändern. Innenbearbeitungen hingegen können die Innenbreite verändern.
Jeder Vorgang ist einzigartig, da das Schneidwerkzeug und der Weg zum Materialabtrag unterschiedlich sind. Schauen wir uns an, wie sie funktionieren.
Drehspezifische Operationen (extern)
Drehen
In diesem Schritt bewegt sich ein Einpunkt-Drehmeißel entlang der Werkstückseite, um Material abzutragen und verschiedene Formen zu bearbeiten. Er kann Formen wie Kegel, Fasen, Stufen und Konturen bearbeiten. Diese Merkmale werden üblicherweise mit geringer radialer Schnitttiefe bearbeitet und mehrmals bearbeitet, um die endgültige Breite zu erreichen.
Durch schrittweises Verringern oder Erhöhen der Breite eines zylindrischen Werkstücks kann beim Kegeldrehen eine Oberfläche bearbeitet werden, die einer Verjüngung ähnelt.
Hartdrehen
Materialien mit einer Rockwell-C-Härte über 45 können mit diesem Verfahren gedreht werden. Es ist wichtig, das Werkstück vor Beginn dieses Prozesses einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Ziel des Hartdrehens ist es, den Schleifbedarf zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Beim Entfernen von Rohlingen ist es genauso effektiv wie das Grobschleifen. Bei Aufgaben, bei denen Größe und Form entscheidend sind, ist das Hartdrehen jedoch möglicherweise nicht so effektiv.
Verkleidung
In diesem Schritt wird ein einschneidiger Drehmeißel entlang des Werkstückendes nach außen bewegt. Dadurch werden dünne Materialschichten abgetragen, wodurch eine ebene, glatte Oberfläche entsteht. Die Oberflächentiefe ist in der Regel sehr gering und kann in nur einem Durchgang bearbeitet werden.
Einstechen
Bei diesem Verfahren bewegt sich der Einschneidstahl ebenfalls radial zur Seite des Werkstücks. Dadurch entsteht eine Nut, die die gleiche Breite wie das Schneidwerkzeug hat. Sie können auch mehrere Schnitte ausführen, um eine Linie zu erzeugen, die breiter als das Werkzeug ist. Darüber hinaus verwenden einige Hersteller spezielle Werkzeuge, um Nuten unterschiedlicher Form zu erzeugen.
Trennung
Das Schneidwerkzeug schneidet radial in die Seite des Werkstücks, ähnlich einer Nut. Ein Einpunktwerkzeug schneidet bis zur Mitte bzw. zum inneren Rand des Werkstücks. Es schneidet also ein Stück Rohmaterial.
Unspezifische Vorgänge (intern)
Bohrwerkzeuge
Bohrwerkzeuge werden in das zu bearbeitende Werkstück eingeführt und schneiden entlang der Innenfläche, um Formen wie Stufen, Kurven, Verjüngungen und Fasen zu erzeugen. Der Bohrkopf ist verstellbar, und Sie können das Werkzeug auf die gewünschte Schnittbreite einstellen.
Nach dem Bohren von Löchern in das Werkstück kann es hilfreich sein, einige Bohrarbeiten durchzuführen. Dies trägt dazu bei, genauere Abmessungen zu erhalten.
Bohren
Beim Bohren wird mit einem herkömmlichen Bohrer Material aus dem Inneren des Werkstücks entfernt. Der Revolver oder Reitstock des Drehzentrums hält diese Bohrer an ihrem Platz.
Einfädeln
Für diese Arbeit wird ein einschneidiges Gewindeschneidwerkzeug mit einem 60-Grad-Winkel an der Spitze verwendet. Dieses Werkzeug bewegt sich axial entlang der Werkstückseite und schneidet Gewinde an der Außenseite des Werkstücks. Der Mechaniker kann Gewinde auf eine bestimmte Länge schneiden, manche Gewinde erfordern jedoch mehrere Schnitte.
Rändelung
Bei diesem Verfahren wird mit einem speziellen Rändelwerkzeug ein gezacktes Muster in die Oberfläche des Werkstücks geschnitten. Dieses Muster kann zur optischen Verschönerung oder als Griff verwendet werden.
Reiben
Beim Kalibrieren wird eine kleine Menge Metall aus einem gestanzten Loch entfernt. Es kann hilfreich sein, Löcher gleicher Größe im Inneren zu bohren. Beispielsweise lässt sich die genaue Größe leicht ablesen, wenn man mit einem 5,98-mm-Bohrer ein 6-mm-Loch bohrt.
Arten von CNC-Drehmaschinen
Es gibt vier Haupt Arten von CNC-Drehmaschinen Sie können diese für Ihr Projekt verwenden. Dazu gehören:
Horizontale Drehzentren
Diese Maschinengruppe ist zum Bohren und Fräsen abgedichtet. Bei Drehzentren befindet sich das Schneidwerkzeug über dem rotierenden Werkstück und die Spindel ist horizontal angeordnet. Wie bei der Zerspanung schneidet das Schneidwerkzeug in das Material, und die Späne fallen zu Boden. Die Späne versinken im Bett und können so leicht entfernt werden.
Vertikale Drehzentren
Horizontale Drehzentren und CNC-Fräsmaschinen sind Teil eines vertikalen Drehzentrums. Konstruktionsbedingt liegt das Drehfutter flach auf dem Boden. Dadurch können große Werkstücke bei geringerer Drehzahl bearbeitet werden. Der Werkzeugträger ist in diesem Fall seitlich zugänglich. Es gibt auch vertikale Drehzentren, die auf dem Kopf stehen, wodurch Spindel und Spannfutter nicht in der richtigen Position sind.
Horizontaldrehmaschinen
Horizontaldrehmaschinen sind in jeder Hinsicht identisch mit herkömmlichen Drehmaschinen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass sie von einem Computerprogramm gesteuert werden. Darüber hinaus sind ihre Hauptfunktionen Drehen und Bohren.
Vertikaldrehmaschine
Vertikale Drehmaschinen halten das Werkstück vor dem Drehen von unten, während horizontale Drehmaschinen das Werkstück von oben halten. Dies ist eine gute Wahl für Werkstätten mit begrenztem Platzangebot. Darüber hinaus sind vertikale Drehmaschinen die beste Wahl für die Bearbeitung großer Werkstücke.
Abschluss
Das CNC-Drehen spielt eine entscheidende Rolle in der Fertigung und bietet Präzision und Anpassungsfähigkeit für die Herstellung einer breiten Palette hochwertiger Teile in Serie. Seine einzigartigen Vorteile machen es zu einem unverzichtbaren Verfahren für verschiedene Branchen.
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