CNC-Drehen 101: Grundlegende Informationen, die für Sie lesenswert sind
In der Zerspanung gibt es viele Verfahren, die zur Ausführung bestimmter Arbeiten eingesetzt werden. Jedes Verfahren hat seine eigenen Richtlinien und Spezifikationen. In diesem Artikel werden wir uns mit dem CNC-Drehen beschäftigen. Dies ist ein vielseitiges und kosteneffizientes Fertigungsverfahren, mit dem große Mengen von Teilen aus einer Vielzahl verschiedener Materialien hergestellt werden können.
CNC-Drehen wird in einer Vielzahl von Branchen und für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt. In diesem Artikel gehen wir näher darauf ein, was genau CNC-Drehen ist, wie es funktioniert, welche Vor- und Nachteile es hat und vergleichen das Drehen mit anderen Fertigungsverfahren wie Fräsen oder Schleifen.
1. Was ist CNC-Drehen?
Um diesen Prozess besser zu verstehen, können wir den Begriff in zwei Teile aufteilen: "CNC" und "Drehen".
Numerische Computersteuerung (CNC) bezieht sich auf zu computerisierte Systeme, die die Kontrolle über die Funktionen und Bewegungen einer Maschine übernehmen. Dies geschieht mit Hilfe eines Programms, das digital kodierte Daten enthält. Dieser Code steuert Funktionen wie Werkzeugbewegungen, Geschwindigkeiten und Vorschübe, die Schnitttiefe sowie andere Funktionen wie das Ein- und Ausschalten der Spindel und Kühlmittelanwendungen.
Drehen" ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Rohmaterial abgetragen wird, um das gewünschte Teil herzustellen. Der Begriff "Drehen" bezieht sich auf die Herstellung dieser Teile durch Rotation des Rohmaterials mit einer hohen Geschwindigkeit, während das Schneidwerkzeug der Oberfläche des Materials zugeführt wird. Durch das Drehen wird der Durchmesser eines Werkstücks auf ein bestimmtes Maß reduziert und eine glatte Oberfläche erzeugt.
2. Wozu dient das CNC-Drehen?
In einer Maschinenwerkstatt werden durch CNC-Drehen vor allem zylindrische Teile, aber auch andere Formen hergestellt. Einige Beispiele für fertige Produkte können Wellen, Hohlrohre, konische Formen, Gewindestangen oder Buchsen sein. Die gedrehten Teile haben in der Regel eine sehr glatte Oberfläche mit einer sehr genauen Präzisionstoleranz. Beim CNC-Drehen können Teile mit einer Toleranz von ± 0,0002" hergestellt werden.
3. Die Vorteile des CNC-Drehens
Insgesamt hat das CNC-Drehverfahren zahlreiche Vorteile. Einige wichtige Vorteile sind Konsistenz, Präzision und Redundanz. Ein weiterer großer Vorteil ist der kontinuierliche Einsatz, d. h. im Gegensatz zu manueller Arbeit können CNC-Drehmaschinen über einen längeren Zeitraum ohne Unterbrechung arbeiten. Dies erhöht die Produktivität und Effizienz. Außerdem kann eine Person mehrere Maschinen beaufsichtigen und bestücken, wodurch der Personalbedarf sinkt.
Einige weitere Vorteile sind zu berücksichtigen:
- Gleichbleibende Qualität der fertigen Teile mit hoher Genauigkeit und Präzision
- Steigerung der Produktion und Verringerung der Ausschussrate
- Zuverlässiger Betrieb und minimaler menschlicher Aufwand nach der Einrichtung
4. Die Nachteile des CNC-Drehens
Neben den Vorteilen sind auch einige negative Aspekte des CNC-Drehens zu berücksichtigen. Im Allgemeinen sind die anfänglichen Kosten für die Einrichtung teuer und erfordern eine höhere Anfangsinvestition als beim manuellen Drehen.
Einige weitere Nachteile sind zu beachten:
- Kostspielige Einrichtung, die hochqualifiziertes Personal erfordert.
- Programmierkenntnisse sind für den Einstieg erforderlich
- Der Drehprozess ist nur auf rotierende oder radiale Teile beschränkt.
- Ersatzwerkzeuge können teuer sein
- Wenn eine Wartung erforderlich ist, kann es schwierig sein, sie sofort zu beheben.
Beim Abwägen des Nutzens des CNC-Drehens überwiegen die Vorteile bei weitem die Nachteile. Es ist wichtig, sowohl die Vor- als auch die Nachteile des Verfahrens zu kennen.
5. Wie funktioniert das CNC-Drehen?
Während das Schneiden selbst ziemlich einfach ist, werden wir den gesamten Ablauf von der Planung bis zum Betrieb aufschlüsseln. Dies kann in zwei Teile vereinfacht werden, die jeweils eine Reihe von Schritten enthalten.
Teil 1: CAD/CAM-Konstruktion
Der wichtigste Satz ist der erste, nämlich die Verwendung von CAD-Software zur Erstellung einer digitalen Darstellung des gewünschten Teils und des für die Bearbeitung des Teils erforderlichen G-Codes. Dies geschieht in der Regel mit Computersoftware wie z. B. MasterCAM von AutoCAD Fusion. Die Programme ermöglichen es uns, den Drehprozess zu zeichnen und zu simulieren, und wir können den Weg vom Rohmaterial bis zum Endprodukt visualisieren.
Teil 2: Drehvorgang
Als nächstes kommt der Fertigungsaspekt. Obwohl dieser Teil größtenteils automatisiert ist, spielt der Bediener eine wichtige Rolle. In diesem Teil beginnen wir zunächst mit dem Einrichten und Beladen des Werkzeugrevolvers. Der Revolver kann viele Werkzeuge auf einmal aufnehmen, um einen kontinuierlichen Betrieb von Anfang bis Ende zu gewährleisten. Zu diesem Zeitpunkt können wir das Rohmaterial in die Maschine einlegen. Das Spannfutter hält das Rohmaterial in Position. Bevor der Drehzyklus beginnt, muss alles kalibriert werden. Dann beginnt der Schnittvorgang, der als Zykluslaufzeit bezeichnet wird. Danach folgt die Leerlaufzeit, d. h. die Entnahme des fertigen Teils und das Einlegen des neuen Rohmaterials für einen weiteren Zyklus.
6. CNC-Drehbearbeitungstypen
Der Drehprozess besteht aus vielen verschiedenen Bearbeitungsarten. Diese Operationen erzeugen verschiedene Formen wie gerade Kanten, konische, gekrümmte oder genutete Werkstücke. Im Allgemeinen werden beim Drehen einfache einschneidige Werkzeuge verwendet. Für jede Gruppe von Bearbeitungsarten gibt es einen optimalen Satz von Werkzeugwinkeln.
Gegenüber
Beim Plandrehen bewegt sich ein Ein-Punkt-Drehmeißel radial entlang des Werkstücks und trägt eine dünne Materialschicht ab, um eine glatte, ebene Oberfläche zu erhalten. Die Tiefe der Planfläche, die in der Regel sehr gering ist, kann in einem einzigen Durchgang bearbeitet werden oder durch Bearbeitung mit einer geringeren axialen Schnitttiefe und mehrere Durchgänge erreicht werden.
Kegeldrehen
Dieser Prozess ist die schrittweise Verringerung des Durchmessers von einem Teil eines Werkstücks zu einem anderen Teil.
Konturendrehen
Beim Konturieren wird ein abgerundetes, gekrümmtes oder geglättetes Formteil nachbearbeitet. Das Konturieren erzeugt eine kontinuierliche Kurve unterschiedlichen Grades.
Bildung von
Bei der Umformung wird ein Schneidwerkzeug verwendet, das mit der Form oder Geometrie der gewünschten Form geschliffen ist. Dieses Umformwerkzeug wird senkrecht zur Achse des Werkstücks bewegt, um seine Form auf dem Werkstück abzubilden.
Anfasen
Bei einer Fase handelt es sich in der Regel um einen 45-Grad-Winkel, der eine scharfe 90-Grad-Kante beseitigt. Fasen werden verwendet, um scharfe Kanten zu entschärfen, um Schäden an der Kante des Teils zu vermeiden und um die Sicherheit der Bediener zu gewährleisten. Eine abgeschrägte Kante ist viel widerstandsfähiger gegen Beschädigungen als eine eckige Kante.
Cutoff
Abstechen bezeichnet das Abstechen des Werkstücks durch Schneiden einer durchgehenden Nut mit einem speziellen Abstechwerkzeug.
Einfädeln
Beim Einpunktgewindeschneiden wird eine schraubenförmige Rille in ein Bohrloch geschnitten, die den einheitlichen Gewindespezifikationen der Schraube entspricht.
Bohren
Bei diesem Verfahren wird ein vorhandenes Loch im Lagermaterial vergrößert oder geglättet oder ein durch Bohren erzeugtes Loch vergrößert.
Bohren
Bohren dient dazu, ein Loch zu erzeugen und Material aus dem Inneren eines Werkstücks zu entfernen. Bei diesem Verfahren werden spezielle Bohrer verwendet, die stationär gehalten werden, und durch die Rotation des Ausgangsmaterials wird das Loch erzeugt.
Rändeln
Hierbei handelt es sich um das Schneiden eines gezackten Musters auf die Oberfläche eines Teils. Rändelungen können verwendet werden, um die Griffigkeit des Werkstücks zu erhöhen und bei bestimmten Anwendungen auch zur optischen Aufwertung.
7. Welche Materialien können beim CNC-Drehen verwendet werden?
Abhängig von der Anwendung Ihres Designs gibt es eine große Auswahl an Materialien, die mit CNC-Drehen kompatibel sind. Die Verwendung und Auswahl des richtigen Materials für Ihre Anforderungen ist entscheidend für den Erfolg des Werkstücks. Im Folgenden stellen wir Ihnen einige der in der Branche am häufigsten verwendeten Werkstoffe vor und erläutern, für welche Anwendungen sich die einzelnen Werkstoffe am besten eignen.
7.1 Metalle
Eine der am häufigsten verwendeten Materialarten für das CNC-Drehen sind Metalle. Es gibt eine große Auswahl an Metallen, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften und Anwendungsarten hat.
Aluminium
Aluminium ist eine gute Wahl und lässt sich aufgrund seiner Weichheit im Vergleich zu härteren Metallen relativ schnell drehen. Aluminium ist auch extrem korrosionsbeständig, wenn es der Umwelt ausgesetzt ist, was zu einer höheren Festigkeit und Haltbarkeit führt. CNC-gedrehtes Aluminium ist ideal für den Einsatz in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie in der Gesundheitsindustrie. Zu den spezifischen Anwendungen gehören Armaturen, elektronische Gehäuse und medizinische Geräte.
Stahl
In den meisten Fällen wird Stahl für Teile verwendet, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, und für Teile, die später zusammengeschweißt werden sollen. Einige Anwendungen, die hohen Belastungen ausgesetzt sind, sind Zahnräder und Wellen. Die ständige Reibung erfordert eine extreme Haltbarkeit.
Rostfreier Stahl
Ein großer Vorteil der Verwendung von rostfreiem Stahl ist, dass er wärmebehandelt werden kann, um zusätzliche Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Die Anwendungsmöglichkeiten für dieses Material sind vielfältig und reichen von der Automobilindustrie bis zur Unterhaltungselektronik. Edelstahllegierungen werden auch häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie und in chirurgischen Geräten verwendet, wo die Fehlerquote minimal ist.
Titan
Titan bietet eine Festigkeit, die es für Anwendungen wie medizinische Implantate, Flugzeuge und sogar Schmuck geeignet macht. Titan zeichnet sich durch seinen hohen Schmelzpunkt aus, der es zu einem praktischen Werkstoff für viele Anwendungen macht. Außerdem gilt es als korrosionsbeständig.
Messing
Messing ist eine gute Wahl für Drehteile, die häufig in der Sanitär- und Dampfarmaturenindustrie verwendet werden. Messing hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Korrosionsbeständigkeit, was es ideal für Rohrverbindungen macht.
7.2 Kunststoffe
Neben den oben genannten Metallen spielen auch Kunststoffe eine wichtige Rolle im CNC-Drehprozess. Die Auswahl an Kunststoffen ist noch nicht so weit fortgeschritten, aber es gibt immer noch viele Möglichkeiten, die alle ihre eigenen Eigenschaften und Anwendungsarten haben. Kunststoffe können sowohl zu fertigen Teilen gedreht als auch in der Entwicklungs- und Prototypenphase der Produktion verwendet werden.
PVC
PVC wird in fast allen Drehanwendungen verwendet, von Spielzeugprodukten bis hin zu Wasser- und Gasarmaturen. Es ist kostengünstiger, PVC zu kaufen und zu drehen, da es ein weniger kostspieliges Material ist und die Werkzeuge, die zum Drehen von PVC benötigt werden, nicht so schnell verschleißen. PVC verfügt über äußerst wünschenswerte Eigenschaften, darunter Beständigkeit gegen Chemikalien und Korrosion in der Umwelt.
Nylon
Dies ist ein vielseitiger, preiswerter Kunststoff, der in der Regel für Teile verwendet wird, die eine hohe Druckfestigkeit erfordern und sich mit sehr engen Toleranzen drehen lassen. In einigen Anwendungen kann er anstelle von Metall verwendet werden, was zu einer längeren Lebensdauer der Teile führt, die seltener ersetzt werden müssen. Nylon verfügt über thermische, chemische und abriebfeste Eigenschaften.
Fiberglas
Es handelt sich um ein leichtes und extrem starkes Kunststoffmaterial. Seine Strapazierfähigkeit und Festigkeit beruhen auf feinen Glasfasern, die in das Material eingewebt sind. Verschiedene Glastypen und -muster können dem Material eine Reihe von Festigkeit und Flexibilität verleihen. Sein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht macht es ideal für die Verwendung in Flugzeugteilen.
7.3 Hölzer
Neben den gebräuchlichsten Materialien wie Metall und Kunststoff kann auch Holz im CNC-Drehprozess verwendet werden. Massivhölzer wie Eiche können zu Geländern für Häuser und zu Pfosten für andere Anwendungen verarbeitet werden. Hölzer werden vor allem für die Möbel- und Wohnungsindustrie gedreht, wo ein ästhetisch ansprechendes Material erforderlich ist.
8. Welche Branchen benötigen CNC-Drehteile?
Heutzutage ist das CNC-Drehen in fast allen Industriezweigen zu finden, von kleinen Betrieben bis hin zu großen komplexen Unternehmen. CNC-Drehen wird in der Berufswelt eingesetzt, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Medizin, vom Prototyping bis zur Produktion. Sie ist nicht auf einen bestimmten Sektor beschränkt. Die maschinelle Bearbeitung wird praktisch überall eingesetzt und hilft bei der Herstellung von Teilen für Flugzeuge bis hin zu chirurgischen Werkzeugen. Die Anwendungen der CNC-Bearbeitung können in verschiedene Branchen eingeteilt werden. Die nachstehende Tabelle enthält diese Informationen.
Luft- und Raumfahrt
Flugzeugteile aus Metall können mit hoher Präzision gedreht werden, was für Sicherheitsanwendungen entscheidend ist. Die Bandbreite der Metalle, die mit CNC-Drehen kompatibel sind, bietet den Ingenieuren in der Luft- und Raumfahrt eine Vielzahl von Möglichkeiten. Einige typische Bauteile für die Luft- und Raumfahrt sind Triebwerkshalterungen, Kraftstoffflussmechanismen und Fahrwerkskomponenten.
Automobilindustrie
In der Automobilindustrie wird die spanende Bearbeitung häufig für die Herstellung von Prototypen oder die Produktion eingesetzt. Metall kann zu Zylinderblöcken, Getrieben, Ventilen und vielen anderen für Fahrzeuge benötigten Komponenten verarbeitet werden. Kunststoffe hingegen können zu Bauteilen wie Buchsen und Stangen verarbeitet werden.
Militär & Verteidigung
Die Herstellung von robusten und zuverlässigen Teilen ist von entscheidender Bedeutung, damit sie bei minimaler Wartung einem hohen Verschleiß standhalten. Viele dieser Drehteile ähneln denen anderer Branchen wie der Luft- und Raumfahrt oder der Elektronik. Die Fähigkeit des Militärs, seine eigenen Ersatzteile nach geheimen Spezifikationen zu fertigen, ist jedoch besonders wertvoll in einer Branche, die ständige Innovation und Sicherheit verlangt.
Konsumgüter
In der Elektronikindustrie wird das Drehen zur Herstellung von zylindrischen Kunststoffgehäusen, Schablonen und Vorrichtungen verwendet.
Medizinische
Die meisten medizinischen Geräte werden aus Titan hergestellt. In der medizinischen Industrie sind fast alle Geräte hochspezialisiert und werden mit extrem engen Toleranzen gefertigt. Die von Ärzten benötigten Instrumente und Werkzeuge sind für die Durchführung chirurgischer Eingriffe und Implantate unerlässlich.
Öl und Gas
Der Öl- und Gassektor ist eine weitere Branche, in der enge Toleranzen für sicherheitskritische Anwendungen erforderlich sind. CNC-Drehteile für präzise, zuverlässige Kolben, Zylinder, Stangen, Stifte und Ventile sind für den täglichen Betrieb unerlässlich. Diese Teile werden häufig in Pipelines und Raffinerien eingesetzt. In der Öl- und Gasindustrie werden häufig Metalle benötigt, die korrosionsbeständig sind.
9. Was ist der Unterschied zwischen CNC-Drehen und CNC-Fräsen?
Bei der CNC-Bearbeitung gibt es einige verschiedene Verfahren. Die beiden, die wir hier vergleichen werden, sind Drehen und Fräsen. Beides sind CNC-Bearbeitungsmethoden, aber sie sind nicht dasselbe. Der Materialabtrag erfolgt durch CNC-Fräsen Beim Fräsen wird ein rotierendes Werkzeug verwendet, während beim CNC-Drehen ein rotierendes Teil zum Schneiden verwendet wird. Beim Fräsen wird ein Werkzeug mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht, während beim Drehen das Rohmaterial mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht wird. Beim Fräsen bleibt das Rohmaterial stationär an der Maschine befestigt, während beim Drehen die Werkzeuge stationär an der Maschine befestigt bleiben.
Beide nutzen unterschiedliche Techniken zur Herstellung eines Teils. Fräsmaschinen stellen komplexe Teile aus Materialblöcken her, während das Drehen vor allem für zylindrische Teile wie Wellen verwendet wird. Obwohl diese beiden Verfahren oft unter demselben Begriff zusammengefasst werden, sind sie nicht identisch. Sie ergänzen sich im Fertigungsprozess, um Teile aller Formen und Größen mit hoher Präzision herzustellen. Zum Beispiel kann das Drehen einer Welle später das Fräsen von Merkmalen wie gebohrten Taschen oder das Plandrehen von Flachmaterial erfordern.
10. Was ist der Unterschied zwischen CNC-Drehen und Schleifen?
Der Hauptunterschied zwischen CNC-Drehen und -Schleifen besteht darin, dass die Maschine eine rotierende Schleifscheibe verwendet, um Material auf dem Werkstück zu entfernen. Beim Drehen ist das Werkzeug ein scharfkantiges Schneidewerkzeug, beim Schleifen hingegen ist die Schleifscheibe das eigentliche Werkzeug. Die Schleifscheiben werden gegen das Werkstück geschleudert, und das Schleifkorn trägt das Material ab. Schleifmaschinen werden in der Regel für die Feinbearbeitung von Teilen eingesetzt. Das Oberflächenfinish beim CNC-Schleifen erzeugt eine hochwertige, glatt polierte Oberfläche. In vielen CNC-Anwendungen findet man das CNC-Schleifen nach dem CNC-Drehen als Endbearbeitungsverfahren.
Schlussfolgerung
Damit ist das Thema CNC-Drehen abgeschlossen. Wir haben die Hauptaspekte des Verfahrens erforscht und einige der Vor- und Nachteile angesprochen. Wir haben auch die wichtigsten Bearbeitungsarten wie das Geraddrehen und das Gewindeschneiden behandelt. Darüber hinaus sprachen wir über die gängigen Materialarten, die in diesem Verfahren verwendet werden, und über die vielen Branchen, die sich stark auf das CNC-Drehen verlassen.
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