Alles, was Sie wissen müssen über CNC-Drehmaschine
Eine CNC-Drehmaschine, auch CNC-Drehmaschine genannt, ist ein Präzisionsbearbeitungswerkzeug, das ein Werkstück um seine Achse dreht, während es mit festen Schneidwerkzeugen geschnitten oder geformt wird.
CNC steht für Computer Numeric Controlled - das bedeutet, dass ein Bediener über den Computer Befehle in die Maschine eingibt, die dann automatisch ausgeführt werden.
Manuelle Fräsmaschinen und Drehbänke gibt es zwar schon seit den alten Ägyptern, aber sie können nicht das Präzisionsniveau erreichen, das mit modernen CNC-Drehmaschinen möglich ist.
Wie funktioniert eine CNC-Drehmaschine?
CNC-Drehen ist ein subtraktives Bearbeitungsverfahren, das die Prinzipien einer Drehmaschine nutzt, um zylindrische Teile zu formen.
Hier ist ein grundlegender Überblick über die Funktionsweise einer CNC-Drehmaschine:
Gestaltung und Programmierung
Zunächst wird das Design des Teils mit CAD-Software (Computer-Aided Design) erstellt.
Der CAD-Entwurf wird dann mit Hilfe von CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) in ein CNC-Programm übersetzt.
Das CNC-Programm enthält Anweisungen für die Maschine, wie die Schneidwerkzeuge zu bewegen und zu bedienen sind.
Einrichten des Werkstücks
Das Rohmaterial, das so genannte Werkstück, wird auf ein Spindelfutter montiert. Das Futter hält das Werkstück sicher fest und lässt es rotieren.
Werkzeug einrichten
Die Schneidwerkzeuge werden entsprechend den Konstruktionsanforderungen ausgewählt und auf dem Werkzeugrevolver montiert.
Der Werkzeugrevolver kann mehrere Werkzeuge aufnehmen, so dass verschiedene Arbeitsgänge ohne manuellen Werkzeugwechsel möglich sind.
Initialisierung der Maschine
Der Bediener lädt das CNC-Programm in den Computer der Maschine.
Das Programm enthält Informationen über Werkzeugwege, Schnittgeschwindigkeiten, Vorschubraten und andere Parameter.
Drehung des Werkstücks
Die Spindel dreht das Werkstück mit einer kontrollierten Geschwindigkeit. Die Drehung ist mit der Bewegung des Schneidwerkzeugs synchronisiert.
Werkzeug-Bewegung
Die CNC-Steuerung sendet Signale an die Motoren, die die Bewegung des Werkzeugs entlang der programmierten Werkzeugwege steuern. Das Werkzeug kann sich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung bewegen.
Schneidevorgang
Während sich das Werkstück dreht, greift das Schneidewerkzeug in das Material ein und entfernt überschüssiges Material, um das Teil entsprechend dem programmierten Entwurf zu formen.
Kühlmittel und Schmierung
Kühlmittel wird häufig verwendet, um den Schneidbereich zu kühlen und Späne vom Werkstück zu entfernen. Das Schneidwerkzeug kann auch geschmiert werden, um Reibung und Hitze zu verringern.
Überwachung und Qualitätskontrolle
Sensoren und Überwachungssysteme können eingesetzt werden, um die Abmessungen und die Qualität des bearbeiteten Teils während des Prozesses zu überprüfen.
Werden Abweichungen festgestellt, können automatisch Anpassungen vorgenommen werden.
Veredelungsarbeiten
Je nach Konstruktion und Anforderungen kann die CNC-Drehmaschine zusätzliche Bearbeitungen wie Gewindeschneiden, Plandrehen, Einstechen oder andere Nachbearbeitungen durchführen.
Entladen des fertigen Teils
Nach Abschluss des Bearbeitungsprozesses wird das fertige Teil aus der Maschine genommen.
Was sind die Hauptkomponenten einer CNC-Drehmaschine?
Eine CNC-Drehmaschine besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zu ihrer Präzision und Leistung beitragen, darunter wichtige Maschinen wie Spindelstock, Reitstock, Spindelfutter, Bettschlitten, Schneidwerkzeuge und Werkzeugrevolver.
Spindelstock
Der Spindelstock einer CNC-Drehmaschine ist wie der Motor, der für die sichere Drehung des Werkstücks verantwortlich ist.
Sie umfasst wesentliche Komponenten wie die Spindel, Getriebe, Wellen, Lager und Steuermechanismen.
Dieses Teil erleichtert Drehbearbeitungen wie Gewindeschneiden, Bohren und Anfasen. Der Spindelstock nimmt auch Schneidwerkzeuge auf und sichert sie, was genaue und wiederholbare komplexe Schnitte auf zylindrischen Oberflächen ermöglicht.
Reitstock
Der Reitstock bietet den Werkstücken beim Drehen Halt und Stabilität. Er ist mit dem Maschinenbett verbunden und hält das Werkstück stabil und parallel zur Maschinenachse.
Dieses wichtige Werkzeug verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit durch die Reitstockpinole und das Spannfutter und sorgt für einen stabilen Kontakt zwischen Werkzeug und Material.
Spindel
Die Spindel wendet Drehmoment, Geschwindigkeit und Genauigkeit an, um Rotationsvorgänge bei hohen Geschwindigkeiten zu erreichen. Der Spindelantrieb sorgt bei jeder Drehung für Konsistenz und Stabilität beim Materialabtrag.
Bei der Auswahl einer CNC-Drehmaschine ist es wichtig, die Eignung der Spindel für bestimmte Anforderungen zu berücksichtigen, wie z. B. die Art des Lagers (Rollen- oder Kugellager), die Drehzahl, die Leistungsabgabe und die Betriebsfunktionen für verschiedene Projekte.
Spannfutter
Spannfutter sind automatische Vorrichtungen, die auf CNC-Drehmaschinen zur Aufnahme von Werkstücken verwendet werden. Sie werden am Spindelstock befestigt, sind aber nicht in diesen integriert.
Verschiedene Futtertypen, einschließlich Dreibacken-Universalfutter, können je nach Bearbeitungsbedarf, Teileform und erforderlicher Spannkraft eingesetzt werden.
Die meisten Drehmaschinen verfügen über ein Standard-Werkstückhaltesystem mit einem Dreibacken-Kraftspannfutter und einem hydraulischen Betätigungssystem.
Bett
Das Bett dient als Fundament für die Maschine. Es ermöglicht die reibungslose Bewegung von Schlitten und Reitstock entlang der Spindelachse.
Betten werden in der Regel aus Materialien wie Gusseisen, Baustahl, duktilem Gusseisen oder einer Art Granitan hergestellt, das für seine schwingungsdämpfenden Eigenschaften bekannt ist.
Diese robuste Konstruktion erhöht die Stabilität und bietet einen stabilen Halt für Komponenten wie den Werkzeugrevolver, insbesondere bei hohen Belastungen durch die Bearbeitung.
Kutschen
CNC-Drehmaschinen verwenden Schlitten, um die Bewegungen der Schneidwerkzeuge mit programmierter Präzision zu steuern.
Der Schlitten, bestehend aus einem Sattel und einer Schürze, ermöglicht eine lineare Bewegung entlang der X-Achse oder der Z-Achse. Diese Synchronisation sorgt für maßgenaue Ergebnisse bei der Teilefertigung und reduziert gleichzeitig den Werkzeugverschleiß.
Die Schlitten tragen auch schwere Werkzeuge und minimieren den Verschleiß im Vergleich zu älteren manuellen Drehmaschinen. Sie steigern die Produktivität, indem sie einen schnellen Wechsel zwischen den modularen Einheiten ermöglichen, Stillstandszeiten vermeiden und die Einbindung des Bedieners in bestimmte Vorgänge reduzieren.
Schneidewerkzeuge
CNC-Drehmaschinen verwenden Schneidwerkzeuge, die auf verschiedenen Teilen der Drehmaschine wie dem Spindelstock, dem Schlitten und dem Werkzeugrevolver montiert sind.
Diese Werkzeuge, darunter Bohrer, Schaftfräser, Planfräser, Reibahlen, Gewindewerkzeuge und Rändelwerkzeuge, gibt es in verschiedenen Formen und Größen für spezifische Bearbeitungsaufgaben.
Bedienfeld
Das Bedienfeld ist die zentrale Komponente einer CNC-Maschine. Die Bediener müssen seine Funktionen verstehen, wenn sie mit der Maschine interagieren.
Es verfügt über einen Bildschirm und eine Tastatur für Programmierbefehle. Mit den Knöpfen, Reglern und Tasten auf dem Bedienfeld kann der Benutzer verschiedene Aspekte der Bearbeitung steuern, z. B. die Bewegungsrichtung, den Materialvorschub und die Drehzahl.
Das Design umfasst Monitore zur Programmanzeige, einen Controller-Chip mit Daten über den Maschinenbetrieb und Fußpedale für manuelle Eingaben, falls erforderlich.
Werkzeugrevolver
Werkzeugrevolver ermöglichen die einfache Positionierung verschiedener Schneidwerkzeuge für den Einsatz. Diese rotierenden Werkzeughalter können mehrere Werkzeuge in einem rotierenden Revolver oder einem stationären Halter aufnehmen.
Beide Konfigurationen verkürzen die Rüstzeiten zwischen den einzelnen Arbeitsgängen, was zu kürzeren Zykluszeiten und höherer Präzision bei der Herstellung hochwertiger Produkte führt.
Fußpedale
Fußpedale werden in der Regel eingesetzt, um die Bediener beim Be- und Entladen von Materialien zu unterstützen und Funktionen wie das Öffnen und Schließen des Futters zu steuern.
Diese Pedale bieten eine präzise Steuerung und verbessern die Effizienz, Sicherheit und Genauigkeit von Bearbeitungsvorgängen. Trotz ihrer scheinbar einfachen Beschaffenheit bieten Fußpedale eine raffinierte Steuerung komplexer Prozesse und ermöglichen einen einfachen Zugriff bei Wartungsarbeiten oder anderen Aktivitäten.
Acht Haupttypen von CNC-Drehmaschinen
Es gibt verschiedene Arten von CNC-Drehmaschinen, die jeweils für bestimmte Anwendungen und Bearbeitungsanforderungen konzipiert sind. Hier sind acht Haupttypen:
Horizontal-Drehzentren
Horizontale Drehzentren ermöglichen die Materialzufuhr von der linken Seite und die Bearbeitung von beiden Seiten im Einpunktschnittverfahren mit rotierenden Werkzeugen.
Auf diese Weise lassen sich komplizierte Teile mit präzisen Details in großen Mengen effizient herstellen, was sie zu einer beliebten Wahl für die Massenproduktion macht.
Sie verfügen über leistungsstarke Spindeln, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen und mehrere Fräser auf demselben Werkzeughalter steuern. Dadurch können Vorgänge wie Plandrehen, Einstechen, Bohren und Gewindeschneiden nahtlos und ohne manuelle Werkzeugeinstellungen durchgeführt werden.
Der Spindelstock ist mit einem automatischen Werkzeugwechsler ausgestattet, der schnelle Einstellungen ermöglicht und so die Stillstandszeiten bei der Produktion großer Stückzahlen reduziert.
Vertikale Drehzentren
Vertikale Drehzentren sind CNC-Maschinen, mit denen Werkstücke während der Bearbeitung gedreht werden. Dieser Prozess, der unter Rotation erfolgt, ermöglicht präzise Zerspanungsarbeiten wie Bohren und Gewindeschneiden.
Diese Maschinen nutzen häufig die Schwerkraft zur Unterstützung des Schneidwerkzeugs und ermöglichen tiefere Schnitte als horizontale Drehmaschinen. Einige Konfigurationen haben ein umgekehrtes Design für eine bessere Zugänglichkeit für den Bediener.
Vertikale Drehzentren bieten den Vorteil, dass sie die Schwerkraft auf rauen Oberflächen ausnutzen und so Präzision gewährleisten.
Horizontale Drehbänke
Horizontale CNC-Drehmaschinen sind die gängigste Art von Drehmaschinen. Sie verwenden einen horizontalen Dorn mit verschiedenen Köpfen, die unterschiedliche Formen und Größen bearbeiten können.
Diese Vielseitigkeit verbessert die Genauigkeit bei Aufgaben wie Bohren und Gewindeschneiden. Seitlich montierte Werkzeugträger ermöglichen komplexe Orientierungstechniken.
Im Vergleich zu Vertikaldrehmaschinen sind sie jedoch aufgrund der Schwerkraft weniger flexibel, da nur eine Seite nach unten zeigt.
Trotzdem macht die Möglichkeit, mehrere Werkzeuge gleichzeitig zu montieren, die Horizontaldrehmaschine für Metallbearbeiter sehr begehrt, da sie im Vergleich zu herkömmlichen Methoden Zeit spart.
Vertikale Drehbänke
Vertikaldrehmaschinen verfügen über eine vertikal montierte Drehspindel zur Bearbeitung von zylindrischen Werkstücken unterschiedlicher Größe.
Die Konfigurationen können variieren, wobei einige Konstruktionen zwei horizontal oder diagonal angeordnete Spannfutter zum schnellen Be- und Entladen des Materials verwenden.
Außerdem können Vertikaldrehmaschinen mit mehreren Werkzeugrevolvern ausgestattet sein, um die Produktion zu steigern. Diese Maschinen arbeiten mit automatisch angetriebenen Schlitten und Schneidwerkzeugen, die programmierten Anweisungen von einem Bedienfeld oder einer CNC-System-Software-Schnittstelle folgen.
2-Achsen-CNC-Drehmaschinen
2-Achsen-CNC-Drehmaschinen sind computergesteuerte Maschinen, die den Werkzeugkopf in zwei Richtungen (X und Z) bewegen. Sie sind für das Drehen von Metallteilen durch Nuten, Abstechen, Profilieren und Gewindeschneiden konzipiert.
Diese Drehbänke haben eine horizontale Spindel mit einem Spannfutter an jedem Ende, wodurch sie sich für große zylindrische Teile eignen.
Sie zeichnen sich durch eine hohe Präzision bei kleineren Teilen wie Buchsen oder Wellendichtungen aus, sind aber auf Bewegungen in zwei Ebenen - X und Z - beschränkt.
Sie sind zwar nicht so komplex wie mehrachsige Drehbänke, aber sie sind effizient für eine schnelle und genaue Bearbeitung, vor allem bei kleineren Teilen, und erfordern nur eine minimale Nachbearbeitung.
Mehrachsige CNC-Drehmaschinen
Mehrachsige CNC-Drehmaschinen sind fortschrittliche Maschinen, die für Präzisionsbearbeitungsaufgaben wie Bohren, Fräsen und Schneiden entwickelt wurden. Sie übertreffen ältere 3-Achsen-Modelle und manuelle Maschinen in Bezug auf Geschwindigkeit und Flexibilität.
Diese Drehmaschinen haben 3, 4 oder 5 Achsen, so dass sie komplizierte Teile in einer einzigen Aufspannung herstellen können. Die Maschinen bewegen sich in mehrere Richtungen und eignen sich daher für verschiedene Anwendungen wie Gewindeschneiden, Konturieren und Bohren auf beiden Seiten des Teils.
CNC-Drehmaschinen schweizerischer Bauart
Schweizer CNC-Drehmaschinen verwenden eine spezielle Spannzange an der Rückseite der Führungsbuchse, die ein präzises Arbeiten an kleinen Bauteilen ermöglicht, einschließlich komplizierter Vorgänge wie Querbohrungen.
Die Technologie der Führungsbuchsen verhindert Interferenzen zwischen den beweglichen Teilen, so dass sich diese Drehmaschinen ideal für Aufgaben eignen, die eine detaillierte Bearbeitung in kurzer Zeit erfordern.
Langdrehautomaten verfügen häufig über Merkmale wie mehrere Spindeln, drehbare Werkzeugrevolver und spezielle Schneidwerkzeuge für Miniaturanwendungen wie Mikroröhren und Zahnimplantate.
Schrägbett- und Flachbett-Drehmaschinen
Schrägbett- und Flachbett-Drehmaschinen sind zwei Arten von CNC-Drehmaschinen, die je nach Bearbeitungsbedarf und Komplexität der Teile für bestimmte Anwendungen entwickelt wurden.
Schrägbett-Drehmaschinen haben eine um 30 Grad geneigte Konstruktion, die es ihnen ermöglicht, große Teile zu halten und eine größere Genauigkeit bei der Abbildung zu erreichen.
Flachbett-Drehmaschinen eignen sich dagegen für die Schwerzerspanung und bieten mit ihrem längeren Schnittbereich Stabilität für größere Teile.
Beide Typen bieten hohe Präzision mit Spindeldrehzahlen von 500 bis 5500 Umdrehungen pro Minute und ermöglichen hervorragende Ergebnisse bei Prozessen wie Gewindeschneiden, Bohren, Ausbohren und Plandrehen.
Vorteile von CNC-Drehmaschinen
CNC-Drehmaschinen sind von unschätzbarem Wert für die Herstellung von Präzisionsteilen und bieten eine höhere Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Automatisierung. Diese hochentwickelte Technologie bietet dem Industriesektor eine Vielzahl von Vorteilen.
Präzision und Genauigkeit
Das CNC-Drehen gewährleistet eine unvergleichliche Präzision, da die Schneidwerkzeuge mit Hilfe der numerischen Computersteuerung (CNC) gesteuert werden. Dies führt zu glatten Oberflächen und engen Toleranzen, reduziert den Ausschuss und ermöglicht eine effiziente Produktion.
Effizienz und Produktivität
CNC-Maschinen übertreffen manuelle Arbeitsgänge an Effizienz und Produktivität. Sie arbeiten autonom und produzieren hochwertige Komponenten ohne ständige menschliche Eingriffe.
Die iterative Optimierung maximiert den Output und spart Ressourcen und Geld durch höhere Produktionsläufe.
Vielseitigkeit bei Bearbeitungsvorgängen
CNC-Drehmaschinen bieten Vielseitigkeit bei der Bearbeitung von Teilen unterschiedlicher Größe und Komplexität.
Sie eignen sich für verschiedene industrielle Anwendungen, einschließlich der Luft- und Raumfahrt, Automobilund die Herstellung medizinischer Geräte. Automatisierte Kontrollsysteme sorgen für Präzision und Wiederholbarkeit der Chargen.
Automatisierung und Reduzierung der manuellen Arbeit
Die CNC-Technologie ermöglicht einen autonomen Betrieb und reduziert den Bedarf an manueller Arbeit. Dies führt zu einer höheren Produktivität und rationalisierten Fertigungsprozessen.
Die automatisierte Werkzeugbestückung verbessert die Effizienz noch weiter und macht CNC-Drehmaschinen ideal für Branchen, die präzise Ausgangsmaße benötigen.
Anwendungen von CNC-Drehmaschinen
CNC-Drehmaschinen können für verschiedene Zwecke in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Medizintechnik.
Informieren Sie sich hier über die zahlreichen Anwendungen und sehen Sie, wie sie Ihrer Branche zugute kommen können!
Luft- und Raumfahrtindustrie
- Gehäuse für Avioniksysteme
- Triebwerksturbinenschaufeln und -leitschaufeln
- Kardanische Aufhängungen für Düsen
- Verschiedene Arten von Schleifmechanismen
- Strukturelle Komponenten
- Legierungen für die thermische Isolierung von Raumfahrzeugen
- Beschichtungen auf Oberflächen von Raumfahrzeugen
Autoindustrie
- Teile der Aufhängung
- Verbrennungsmotoren
- Beleuchtungs- und Auspuffkomponenten
Medizinische Industrie
- Gelenkimplantate
- Maschinelle Instrumente für die Chirurgie
- Komponenten für die Gesundheitselektronik
- Mikrobearbeitungsaufgaben
- Prototypen von neuen Medizinprodukten
Elektronik und Technologie
- Elektronische Bauteile und Komponenten
- Mikrochips
- Leiterplatten
Allgemeine Maschinen und Komponenten
- Kundenspezifische Kunststoffteile
- Ruten
- Schrauben
Wie wartet und pflegt man seine CNC-Maschine?
- Überprüfen Sie den Schmiermittelstand und füllen Sie ihn bei Bedarf täglich auf, um den reibungslosen Betrieb der CNC-Maschine zu gewährleisten.
- Fetten Sie Teile, die trocken aussehen, um Reibung und Verschleiß an den Maschinenkomponenten zu vermeiden.
- Prüfen Sie regelmäßig die Kühlmittelkonzentration und den Füllstand, um die richtigen Arbeitsbedingungen für die CNC-Maschine aufrechtzuerhalten.
- Führen Sie gründliche Wartungsprotokolle und sorgen Sie für eine angemessene Schulung der Mitarbeiter, um die Wartung der CNC-Maschinen effektiv zu verwalten.
- Eine sorgfältige Zeitplanung, aufmerksame Techniker, verfügbare Ersatzteile und eine umfassende Dokumentation können Ihnen helfen, den Überblick über die Wartung von CNC-Maschinen zu behalten.
- Bei der jährlichen Wartung von CNC-Drehmaschinen liegt der Schwerpunkt auf den bearbeiteten Betten, Hydrauliksystemen, Spindeln, Spannfuttern und Werkzeughaltern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
- Reinigen Sie alle Oberflächen regelmäßig mit einem fusselfreien Tuch oder mit Druckluft; verwenden Sie bei Bedarf stets geeignete Schmiermittel gemäß den Empfehlungen des Maschinenherstellers (siehe Handbuch).
- Schmieren Sie die Lager, wie z. B. die Spindelköpfe oder jeden beweglichen Achsantrieb, separat nach den Anweisungen des Herstellers (siehe Handbuch).
- Schärfen Sie regelmäßig die Schneiden der Schneidwerkzeuge, um die Torsionskraft beim Schneiden von Metall zu verringern. Dies verhindert die Beschädigung von Einstemmnutenprofilen, die durch erhöhte Erhitzung bei hohem Schneiddruck aufgrund von Rostschichten, die die beiden Materialien verbinden, verursacht werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Schrauben an den Gewinderädern fest angezogen sind, um plötzliche Rucke während der Lebensdauer des Werkzeugs zu vermeiden.
Schlussfolgerung
CNC-Drehmaschinen haben den Fertigungsprozess revolutioniert und sind nach wie vor ein unverzichtbares Werkzeug für viele Branchen.
Sie ermöglichen eine höhere Präzision, Genauigkeit, Effizienz, Produktivität und Vielseitigkeit bei der Herstellung komplexer Formen als manuelle Dreh- oder Fräsmaschinen.
Durch die Automatisierung des Prozesses des subtraktiven Materialabtrags von einem Werkstück mit fortschrittlicher numerischer Computersteuerungstechnologie können CNC-Drehzentren unglaublich präzise Teile herstellen, die viel weniger Arbeit erfordern als herkömmliche Bearbeitungstechniken.
Das CNC-Drehen bietet ein großes technologisches und wirtschaftliches Potenzial, da es sich im Laufe der Zeit immer weiter entwickelt.
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