Was ist CNC-Bearbeitung?

Was ist CNC-Bearbeitung?

CNC 101: Der Begriff CNC steht für „Computer Numerical Control“ und dasCNC-Bearbeitungsdefinition besteht darin, dass es sich um einen subtraktiven Herstellungsprozess handelt, bei dem in der Regel computergesteuerte Steuerungen und Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, um Materialschichten von einem Rohling oder Werkstück zu entfernen und ein maßgeschneidertes Teil herzustellen. Dieses Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von Materialien, darunter Metalle,Kunststoffe, Holz,Glas, Schaumstoff und Verbundwerkstoffe und findet Anwendung in einer Vielzahl von Branchen, wie zgroße CNC-Bearbeitung, Bearbeitung von Teilen und Prototypen für die Telekommunikation undCNC-Bearbeitung von Luft- und Raumfahrtteilen, die engere Toleranzen erfordern als andere Branchen. Beachten Sie, dass es einen Unterschied zwischen der CNC-Bearbeitungsdefinition und der CNC-Maschinendefinition gibt – die eine ist ein Prozess und die andere eine Maschine. Eine CNC-Maschine (manchmal fälschlicherweise als C- und C-Maschine bezeichnet) ist eine programmierbare Maschine, die in der Lage ist, die Vorgänge der CNC-Bearbeitung autonom durchzuführen.

Die CNC-Bearbeitung als Fertigungsverfahren und Dienstleistung ist weltweit verfügbar. Sie können es leicht findenCNC-Bearbeitungsdienstleistungen in Europasowie in Asien, Nordamerika und anderswo auf der Welt.

Subtraktive Fertigungsverfahren, wie zCNC-Bearbeitung, werden oft im Gegensatz zu dargestelltadditive FertigungsverfahrenB. 3D-Druck, oder formgebende Fertigungsverfahren wie zFlüssigkeitsspritzguss . Während subtraktive Prozesse Materialschichten vom Werkstück entfernen, um individuelle Formen und Designs zu erzeugen, fügen additive Prozesse Materialschichten zusammen, um die gewünschte Form zu erzeugen, und formative Prozesse verformen und verdrängen das Ausgangsmaterial in die gewünschte Form. Der automatisierte Charakter der CNC-Bearbeitung ermöglicht die Herstellung hoher Präzision und Genauigkeit, einfacher Teile und Kosteneffizienz bei der Erfüllung einmaliger und mittelgroßer Produktionsläufe. Obwohl die CNC-Bearbeitung bestimmte Vorteile gegenüber anderen Fertigungsverfahren aufweist, sind der erreichbare Grad an Komplexität und Komplexität bei der Teilekonstruktion und die Kosteneffizienz bei der Herstellung komplexer Teile begrenzt.

Obwohl jeder Herstellungsprozess seine Vor- und Nachteile hat, konzentriert sich dieser Artikel auf den CNC-Bearbeitungsprozess und beschreibt die Grundlagen des Prozesses sowie die verschiedenen Komponenten und Werkzeuge der CNC-Maschine. Darüber hinaus untersucht dieser Artikel verschiedene mechanische CNC-Bearbeitungsvorgänge und stellt Alternativen dazu vorCNC-Bearbeitungsprozess.

Überblick über den CNC-Bearbeitungsprozess

Weiterentwicklung des Bearbeitungsprozesses mit numerischer Steuerung (NC).Bei dem Lochstreifenkarten verwendet wurden, ist die CNC-Bearbeitung ein Herstellungsprozess, der verwendet wirdcomputergestützte Kontrollen Maschinen- und Schneidwerkzeuge zu bedienen und zu manipulieren, um Ausgangsmaterial – z. B. Metall, Kunststoff, Holz, Schaumstoff, Verbundwerkstoff usw. – in kundenspezifische Teile und Designs zu formen. Während der CNC-Bearbeitungsprozess verschiedene Möglichkeiten und Vorgänge bietet, bleiben die Grundprinzipien des Prozesses bei allen weitgehend gleich. Der grundlegende CNC-Bearbeitungsprozess umfasst die folgenden Phasen:

• Entwerfen des CAD-Modells
• Konvertieren der CAD-Datei in ein CNC-Programm
• Vorbereiten der CNC-Maschine
• Ausführen des Bearbeitungsvorgangs

• CAD-Modelldesign

  Der CNC-Bearbeitungsprozess beginnt mit der Erstellung eines 2D-Vektor- oder 3D-Volumenteil-CAD-Designs entweder intern oder durch einenCAD/CAM-Designdienstleistungsunternehmen.Software für computergestütztes Design (CAD).ermöglicht Designern und Herstellern die Erstellung eines Modells oder einer Darstellung ihrer Teile und Produkte zusammen mit den erforderlichen technischen Spezifikationen wie Abmessungen und Geometrien für die Herstellung des Teils oder Produkts.

  Entwürfe für CNC-bearbeitete Teile sind durch die Fähigkeiten (oder Unfähigkeiten) der CNC-Maschine und der CNC-Werkzeuge eingeschränkt. Beispielsweise sind die meisten CNC-Werkzeugmaschinen zylindrisch, daher sind die durch den CNC-Bearbeitungsprozess möglichen Teilegeometrien begrenzt, da die Werkzeuge gekrümmte Eckabschnitte erzeugen. Darüber hinaus schränken die Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials, die Werkzeugkonstruktion und die Spannmöglichkeiten der Maschine die Gestaltungsmöglichkeiten weiter ein, wie z. B. die minimale Teiledicke, die maximale Teilegröße sowie die Einbeziehung und Komplexität interner Hohlräume und Merkmale.

  Sobald der CAD-Entwurf fertiggestellt ist, exportiert der Designer ihn in ein CNC-kompatibles Dateiformat wie STEP oder IGES.

  CNC-Bearbeitungstoleranztabellen

  Bei der Spezifikation von Teilen für eine Maschinenwerkstatt ist es wichtig, alle erforderlichen Toleranzen einzubeziehen. Obwohl CNC-Maschinen sehr genau sind, weisen sie dennoch geringfügige Abweichungen zwischen Duplikaten desselben Teils auf, im Allgemeinen etwa + oder – 0,127 mm (0,005 Zoll), was ungefähr der doppelten Breite eines menschlichen Haares entspricht. Um Kosten zu sparen, sollten Käufer Toleranzen nur in Bereichen des Teils angeben, die besonders genau sein müssen, weil sie mit anderen Teilen in Kontakt kommen. Zwar gibt es Standardtoleranzen für verschiedene Bearbeitungsstufen (wie in den folgenden Tabellen gezeigt), aber nicht alle Toleranzen sind gleich. Wenn beispielsweise ein Teil absolut nicht größer als das Maß sein kann, kann es eine festgelegte Toleranz von +0,0/-0,5 haben, um anzuzeigen, dass es in diesem Bereich etwas kleiner, aber nicht größer sein kann.

  Tabelle 1: Lineare Toleranzen bei der CNC-Bearbeitung

  

Konvertierung von CAD-Dateien

Die formatierte CAD-Designdatei durchläuft ein Programm, in der Regel CAM-Software (Computer Aided Manufacturing), um die Teilegeometrie zu extrahieren und den digitalen Programmiercode zu generieren, der die CNC-Maschine steuert und die Werkzeuge manipuliert, um das kundenspezifische Teil herzustellen.

CNC-Maschinen verwendet mehrereProgrammiersprachen, einschließlichG-CodeUndM-Code . Die bekannteste CNC-Programmiersprache,allgemeinodergeometrischer Code, bezeichnet alsG-Code , steuert, wann, wo und wie sich die Werkzeugmaschinen über das Werkstück bewegen – z. B. wann ein- oder ausgeschaltet werden soll, wie schnell zu einem bestimmten Ort gefahren werden soll, welche Wege eingeschlagen werden sollen usw. Verschiedene Funktionscodes, sogenannte M-Codes, steuern die Hilfsfunktionen der Maschine, wie z. B. die Automatisierung des Entfernens und Ersetzens der Maschinenabdeckung zu Beginn bzw. am Ende der Produktion.

Sobald das CNC-Programm erstellt ist, lädt der Bediener es in die CNC-Maschine.

Maschineneinrichtung

Bevor der Bediener das CNC-Programm ausführt, muss er die CNC-Maschine für den Betrieb vorbereiten. Zu diesen Vorbereitungen gehört das Anbringen des Werkstücks direkt in der MaschineMaschinenspindeln, oder in die Maschinebis späteroder ähnliche Werkstückhaltevorrichtungen und das Anbringen der erforderlichen Werkzeuge, wie zBohrerund Schaftfräser bis hin zu den passenden Maschinenkomponenten.

Sobald die Maschine vollständig eingerichtet ist, kann der Bediener das CNC-Programm ausführen.

Ausführung von Bearbeitungsvorgängen

Das CNC-Programm fungiert als Anweisungen für die CNC-Maschine; Es sendet Maschinenbefehle, die die Aktionen und Bewegungen der Werkzeuge vorgeben, an den integrierten Computer der Maschine, der die Werkzeugmaschinen bedient und manipuliert. Durch das Starten des Programms wird die CNC-Maschine aufgefordert, den CNC-Bearbeitungsprozess zu starten, und das Programm führt die Maschine durch den gesamten Prozess, während sie die erforderlichen Maschinenvorgänge ausführt, um ein kundenspezifisches Teil oder Produkt herzustellen.

CNC-Bearbeitungsprozesse können intern durchgeführt werden – wenn das Unternehmen in die Anschaffung und Wartung eigener CNC-Ausrüstung investiert – oder an dedizierte Unternehmen ausgelagert werdenAnbieter von CNC-Bearbeitungsdienstleistungen.

Arten von CNC-Bearbeitungsvorgängen

Die CNC-Bearbeitung ist ein Herstellungsverfahren, das für eine Vielzahl von Branchen geeignet ist, darunter die Automobilindustrie,Luft- und Raumfahrt, Baugewerbe und Landwirtschaft und ist in der Lage, eine Reihe von Produkten wie Autorahmen, chirurgische Geräte, Flugzeugmotoren usw. herzustellen.Getriebe sowie Hand- und Gartengeräte. Der Prozess umfasst mehrere verschiedene computergesteuerte Bearbeitungsvorgänge – einschließlich mechanischer, chemischer, elektrischer und thermischer Prozesse –, die das erforderliche Material aus dem Werkstück entfernen, um ein maßgeschneidertes Teil oder Produkt herzustellen. Während chemische, elektrische und thermische Bearbeitungsprozesse in einem späteren Abschnitt behandelt werden, werden in diesem Abschnitt einige der häufigsten mechanischen CNC-Bearbeitungsvorgänge untersucht, darunter:

• Bohren
• Mahlen
• Drehen

CNC-Bohren

Bohren ist ein Bearbeitungsprozess, bei dem Mehrpunktbearbeitung zum Einsatz kommtBohrer um zylindrische Löcher im Werkstück zu erzeugen. InCNC-Bohren Typischerweise führt die CNC-Maschine den rotierenden Bohrer senkrecht zur Ebene der Werkstückoberfläche vor, wodurch vertikal ausgerichtete Löcher mit Durchmessern entstehen, die dem Durchmesser des für den Bohrvorgang verwendeten Bohrers entsprechen. Winkelbohrvorgänge können jedoch auch durch den Einsatz spezieller Maschinenkonfigurationen und Werkstückhaltevorrichtungen durchgeführt werden. Zu den betrieblichen Fähigkeiten des Bohrprozesses gehören:Gegenbohren, Senken, Reiben undklopfen.

CNC-Fräsen

Beim Fräsen handelt es sich um einen Bearbeitungsprozess, bei dem rotierende, mehrschneidige Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, um Material vom Werkstück abzutragen. InCNC-Fräsen Beim manuellen Fräsen führt die CNC-Maschine das Werkstück dem Schneidwerkzeug normalerweise in der gleichen Richtung wie die Drehung des Schneidwerkzeugs zu, während die Maschine beim manuellen Fräsen das Werkstück in der entgegengesetzten Richtung zur Drehung des Schneidwerkzeugs zuführt. Zu den Einsatzmöglichkeiten des Fräsprozesses gehören Planfräsen – das Schneiden flacher, flacher Oberflächen und Hohlräume mit flachem Boden in das Werkstück – und Umfangsfräsen – das Schneiden tiefer Hohlräume wie Schlitze und Gewinde in das Werkstück.

CNC-Drehen

CNC-Drehen und Mehrspindelbearbeitung – Bildquelle: Buell Automatics

Beim Drehen handelt es sich um einen Bearbeitungsprozess, bei dem einschneidende Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, um Material vom rotierenden Werkstück abzutragen. InCNC-Drehen, die Maschine – normalerweise aCNC-Drehmaschine – führt das Schneidwerkzeug in einer linearen Bewegung entlang der Oberfläche des rotierenden Werkstücks und entfernt dabei Material am Umfang, bis der gewünschte Durchmesser erreicht ist, um zylindrische Teile mit äußeren und inneren Merkmalen wie Schlitzen, Verjüngungen und Gewinden herzustellen. Zu den betrieblichen Fähigkeiten des Drehprozesses gehören:langweilig, Planen, Nuten undGewindeschneiden . Wenn es um eine CNC-Fräse oder eine Drehmaschine geht, eignet sich das Fräsen mit seinen rotierenden Schneidwerkzeugen besser für komplexere Teile. Drehmaschinen mit rotierenden Werkstücken und stationären Schneidwerkzeugen eignen sich jedoch am besten für eine schnellere und genauere Herstellung runder Teile.