Grundlagen des CNC-Drehens
CNC-Drehen ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem Material von einem rotierenden Werkstück entfernt wird. Im Gegensatz zu manuellen Drehmaschinen werden beim CNC-Drehen die Schneidwerkzeuge mithilfe von Computerprogrammen hochpräzise gesteuert.
Bei diesem Verfahren wird ein Stück Rohmaterial in einem Spannfutter gehalten und mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Während sich das Material dreht, bewegen sich Schneidwerkzeuge in das Werkstück, um unerwünschtes Material abzuschneiden.
Der Computer steuert die genaue Position, Geschwindigkeit und den Weg dieser Schneidwerkzeuge. Dies ermöglicht die Herstellung komplexer zylindrischer Formen mit engen Toleranzen.
Die meisten CNC-Dreharbeiten erfolgen auf Drehmaschinen. Moderne CNC-Drehmaschinen können mehrere Arbeitsschritte in einer einzigen Aufspannung ausführen, darunter Drehen, Bohren, Bohren und Gewindeschneiden.
Unterschiede zwischen CNC-Drehen und -Fräsen
CNC-Drehen und -Fräsen sind beides subtraktive Fertigungsverfahren, funktionieren aber unterschiedlich. Beim Drehen rotiert das Werkstück, während die Schneidwerkzeuge relativ stationär bleiben. Beim Fräsen rotiert das Schneidwerkzeug, während das Werkstück fixiert bleibt.
Drehen eignet sich ideal zum Erstellen zylindrischer Teile mit Symmetrie um eine Mittelachse. Fräsen eignet sich besser für flache Oberflächen, Schlitze und Konturen.
Beim Drehen lassen sich zylindrische Teile in der Regel schneller fertigen als beim Fräsen. Bei komplexen, nicht symmetrischen geometrischen Formen bietet das Fräsen jedoch mehr Flexibilität.
Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass beim Drehen nur Material geschnitten werden kann, das vom Außendurchmesser, Innendurchmesser oder der Stirnseite des rotierenden Teils aus zugänglich ist. Beim Fräsen kann das Material aus mehreren Winkeln zugänglich gemacht werden.
Gängige Materialien für das CNC-Drehen
CNC-Drehen bearbeitet eine breite Palette von Materialien, um unterschiedliche Anwendungsanforderungen zu erfüllen:
Metalle:
- Aluminium (leicht zu bearbeiten, geringes Gewicht)
- Stahl (verschiedene Güten für Festigkeit und Haltbarkeit)
- Edelstahl (korrosionsbeständig)
- Messing (gute elektrische Leitfähigkeit)
- Titan (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht)
Kunststoffe:
- Delrin/Acetal (Verschleißfestigkeit)
- Nylon (Zähigkeit und Flexibilität)
- PEEK (Hochtemperaturanwendungen)
- Polycarbonat (Schlagfestigkeit)
Die Materialauswahl hängt von den Anforderungen Ihres Bauteils hinsichtlich Festigkeit, Gewicht, Kosten und Umweltfaktoren ab. Weichere Materialien wie Aluminium und Kunststoff lassen sich in der Regel schneller bearbeiten und verursachen weniger Werkzeugverschleiß als härtere Materialien wie Edelstahl oder Titan.
Die Härte, Duktilität und thermischen Eigenschaften des von Ihnen gewählten Materials wirken sich auf die Schnittgeschwindigkeit, die Werkzeugauswahl und den Kühlbedarf während des Drehvorgangs aus.
CNC-Drehbearbeitungen
CNC-Drehmaschinen führen viele verschiedene Bearbeitungen zur Formgebung von Metallteilen durch. Jede Bearbeitung nutzt spezifische Werkzeuge und Techniken, um Merkmale wie Gewinde, Löcher und Oberflächen zu erzeugen.
Plandrehen, Gewindeschneiden und Ausbohren
Durch Plandrehen entsteht eine ebene Oberfläche am Ende Ihres Werkstücks. Wenn Sie ein perfekt rechtwinkliges Ende an Ihrem zylindrischen Teil benötigen, bewegt sich das Plandrehwerkzeug über das rotierende Material, um eine dünne Schicht abzutragen. Dieser Vorgang stellt sicher, dass Teile in Baugruppen korrekt zusammenpassen.
Beim Gewindeschneiden werden spiralförmige Nuten in Ihr Werkstück geschnitten, um Schrauben oder Gewindelöcher zu erzeugen. Sie können verschiedene Gewindearten wie metrische, imperiale oder individuelle Ausführungen herstellen. Das Gewindeschneidwerkzeug bewegt sich mit präzisem Vorschub, während sich das Werkstück dreht, um gleichmäßige Gewinde zu erzeugen.
Durch Bohren werden vorhandene Löcher in Ihrem Werkstück vergrößert und bearbeitet. Dieser Vorgang verbessert die Genauigkeit der Lochdurchmesser und erzeugt glatte Innenflächen. Bohrwerkzeuge dringen in Hohlräume ein, um Material mit hoher Präzision zu entfernen und erreichen oft Toleranzen von 0,001 Zoll oder besser.
Rändeln und Bohren
Rändelwerkzeuge erzeugen erhabene Muster auf der Werkstückoberfläche und verbessern so die Griffigkeit. Für einen rutschfesten Griff oder ein Rändelrad drücken Rändelwerkzeuge gegen das rotierende Material und erzeugen so Rauten- oder geradlinige Muster. Bei diesem Vorgang wird Material verdrängt, anstatt es abzutragen.
Beim Bohren werden mit rotierenden Bohrern Löcher in Ihr Werkstück gebohrt. CNC-Drehmaschinen ermöglichen perfekt zentrierte Löcher, da sich das Werkstück dreht, während sich der stationäre Bohrer vorwärts bewegt. Durch den Wechsel der Bohrer können Sie Lochgrößen unterschiedlicher Größe erzeugen.
Die CNC-Maschine passt Geschwindigkeit und Vorschub automatisch an Materialart und Lochdurchmesser an. Für bessere Ergebnisse verwendet die Maschine häufig das sogenannte Tieflochbohren – eine Technik, bei der der Bohrer periodisch zurückgezogen wird, um Späne zu entfernen und eine Überhitzung zu vermeiden.
Abstechen und Einstechen
Beim Abstechen werden fertige Teile Ihres Werkstücks abgetrennt. Das Abstechwerkzeug bewegt sich während der Materialrotation nach innen zur Mittelachse und erzeugt so einen schmalen Kanal, bis sich das Werkstück ablöst. Dieser Vorgang schließt eine Drehbearbeitung oft mit dem Entfernen des fertigen Teils ab.
Durch Nuten werden Kanäle, Vertiefungen oder Schlitze in Ihr Werkstück eingebracht. Sie benötigen Nuten beispielsweise für O-Ringe, Sicherungsringe oder dekorative Elemente. Nutwerkzeuge sind in verschiedenen Breiten und Formen erhältlich, um Ihren spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.
Bei beiden Vorgängen ist eine sorgfältige Beachtung der Schnittgeschwindigkeit und der Kühlung erforderlich. Zu viel Hitze kann Werkzeuge und Teile beschädigen.
Ihr CNC-Programm verlangsamt während dieser Vorgänge normalerweise die Rotationsgeschwindigkeit und erhöht den Kühlmittelfluss, um die Qualität aufrechtzuerhalten und die Lebensdauer des Werkzeugs zu verlängern.
CNC-Drehmaschinen
CNC-Drehmaschinen, auch CNC-Drehmaschinen genannt, sind Spezialgeräte, die den Drehvorgang computergesteuert durchführen. Diese Maschinen halten und drehen Werkstücke, während Schneidwerkzeuge Material abtragen, um die gewünschte Form zu erzeugen.
Arten von CNC-Drehmaschinen
Horizontaldrehmaschinen sind die gebräuchlichste Art. Sie halten das Werkstück horizontal und eignen sich daher ideal für lange, zylindrische Teile. Sie sind in vielen Werkstätten zu finden, wo täglich Dreharbeiten durchgeführt werden.
Vertikaldrehmaschinen Positionieren Sie das Werkstück vertikal. Diese eignen sich für große, schwere Teile, die horizontal nur schwer zu stützen sind. Sie eignen sich hervorragend für Teile mit großem Durchmesser.
Langdrehmaschinen sind für kleine, präzise Komponenten konzipiert. Sie werden ihre Fähigkeit zu schätzen wissen, winzige Teile mit höchster Präzision zu bearbeiten, was sie ideal für medizinische Geräte und Uhrenkomponenten macht.
Mehrachsen-Drehmaschinen bieten Bewegung in 4 oder 5 Achsen. Dadurch können Sie komplexe Geometrien in einem einzigen Setup erstellen, was die Bearbeitungszeit reduziert und die Genauigkeit verbessert.
Hauptmerkmale von CNC-Drehzentren
Turmsysteme Halten Sie mehrere Schneidwerkzeuge bereit, die schnell in Position gedreht werden können. Sie können Werkzeugwechsel so programmieren, dass sie automatisch erfolgen, was Zeit zwischen den Arbeitsgängen spart.
Angetriebene Werkzeuge Ermöglicht die Bearbeitung des Werkstücks mit rotierenden Werkzeugen wie Bohrern und Fräsern, während es montiert ist. Diese Funktion ermöglicht Ihnen die Fertigstellung komplexer Teile, ohne auf eine andere Maschine umsteigen zu müssen.
Teilefänger Sammeln Sie die fertigen Teile, sobald sie abgeschnitten sind. Ihre Produktionseffizienz verbessert sich, da die Maschine ohne Bedienereingriff kontinuierlich laufen kann.
Steuerungssysteme variieren in Komplexität und Leistungsfähigkeit. Moderne Steuerungen bieten intuitive Benutzeroberflächen, Simulationsmöglichkeiten und Netzwerkkonnektivität, sodass Sie die Produktion aus der Ferne überwachen können.
Automatische Stangenzuführungen Nachschub nach Bedarf. Dank dieser Automatisierung können Sie die Maschine über längere Zeiträume laufen lassen, in manchen Fällen sogar unbeaufsichtigt über Nacht.
Programmierung für CNC-Drehen
Die Programmierung ist das Herzstück der CNC-Drehbearbeitung. Sie gibt der Maschine genau vor, wie sie sich bewegen muss, um Ihr Werkstück zu fertigen, und steuert alles von der Schnittgeschwindigkeit bis zur Werkzeugauswahl.
G-Code verstehen
G-Code ist die Sprache, die CNC-Drehmaschinen verstehen. Es handelt sich um eine Reihe von Anweisungen, die der Maschine mitteilen, was sie tun und wie sie sich bewegen soll. Jede Codezeile stellt eine bestimmte Aktion oder Bewegung dar.
Zu den gängigen G-Codes zum Drehen gehören:
- G00: Schnelle Positionierung
- G01: Lineare Interpolation (geradliniges Schneiden)
- G02/G03: Zirkularinterpolation (Erstellen von Bögen)
- G70: Endzyklus
- G71: Schruppdrehzyklus
- G73: Musterwiederholungszyklus
Wenn Sie G-Code schreiben, erstellen Sie im Wesentlichen eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Maschine. Jeder Befehl enthält Koordinaten, die dem Werkzeug mitteilen, wohin es sich bewegen soll.
Sie müssen sich nicht alle G-Codes merken. Moderne Maschinen verfügen über hilfreiche Schnittstellen, die das Programmieren erleichtern.
CAM-Software beim CNC-Drehen
Computergestützte Fertigung (CAM) hat die CNC-Drehprogrammierung revolutioniert. Anstatt G-Code manuell zu schreiben, können Sie ihn mithilfe von CAM-Software automatisch generieren.
Der Vorgang funktioniert folgendermaßen:
- Importieren Sie Ihr 3D-Modell in die CAM-Software
- Wählen Sie die Operationen aus, die Sie durchführen möchten
- Wählen Sie Werkzeuge und Schnittparameter
- Die Software generiert den G-Code für Sie
Beliebte CAM-Software zum Drehen sind Mastercam, Fusion 360 und ESPRIT. Diese Programme simulieren den Schneidvorgang, bevor Sie den Code an Ihre Maschine senden.
Diese Simulation ist entscheidend. Sie ermöglicht es Ihnen, potenzielle Probleme zu erkennen, bevor der eigentliche Schneidvorgang beginnt. Das spart Zeit und Material. Sie sehen genau, wie sich das Werkzeug bewegt, und können bei Bedarf Anpassungen vornehmen.
Anwendungen des CNC-Drehens
CNC-Drehen fertigt präzise zylindrische Komponenten für viele Branchen. Das Verfahren eignet sich hervorragend für die Herstellung von Teilen, die hohe Genauigkeit und gleichbleibende Qualität für kritische Anwendungen erfordern.
Luft- und Raumfahrt- und Automobilteile
In der Luft- und Raumfahrt werden durch CNC-Drehen Triebwerkskomponenten, Wellen und Befestigungselemente hergestellt, die strengen Sicherheitsstandards entsprechen müssen. Diese Teile benötigen perfekte Balance und Präzision, um extremen Bedingungen standzuhalten. CNC-gedrehte Komponenten finden sich in Düsentriebwerken, Fahrwerken und Steuerungssystemen.
Für den Automobilbau werden durch CNC-Drehen wichtige Teile wie Antriebswellen, Kolben und Bremskomponenten hergestellt. Das Verfahren stellt sicher, dass diese Teile die exakten Abmessungen haben, die für den ordnungsgemäßen Fahrzeugbetrieb erforderlich sind.
Zu den Vorteilen für diese Branchen gehören:
- Konsistenz über Tausende identischer Teile
- Haltbarkeit durch präzise Materialauswahl
- Gewichtsreduktion durch Entfernen von unnötigem Material
Automobilhersteller verlassen sich sowohl bei der Prototypenentwicklung als auch bei der Massenproduktion von Teilen, die enge Toleranzen erfordern, auf CNC-Drehen.
Medizinische Geräte und Ausrüstung
CNC-Drehen ist entscheidend für die Herstellung medizinischer Geräte, bei denen Präzision lebensrettend sein kann. CNC-gedrehte Komponenten finden sich in chirurgischen Instrumenten, Implantaten und Diagnosegeräten.
Zu den gängigen medizinischen Anwendungen gehören:
- Knochenschrauben und Zahnimplantate
- Komponenten für MRT- und CT-Scan-Geräte
- Chirurgische Instrumente mit komplexen Funktionen
- Präzisionsteile für medizinische Pumpen und Monitore
Die beim CNC-Drehen im medizinischen Bereich verwendeten biokompatiblen Materialien wie Titan und medizinischer Edelstahl gewährleisten, dass die Teile für den Einsatz im menschlichen Körper sicher sind.
CNC-Drehen ermöglicht eine konsistente Qualitätskontrolle in der medizinischen Fertigung, wo selbst kleinste Abweichungen die Behandlungsergebnisse beeinträchtigen können. Dank ihrer Präzision eignen sich moderne CNC-Drehmaschinen ideal für die Herstellung glatter, polierter Oberflächen, die für implantierbare Geräte benötigt werden.
Qualitätskontrolle beim CNC-Drehen
Qualitätskontrolle ist beim CNC-Drehen unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Teile den Spezifikationen entsprechen und wie vorgesehen funktionieren. Richtige Qualitätsmaßnahmen helfen, kostspielige Fehler zu vermeiden und die Kundenzufriedenheit zu gewährleisten.
Toleranzen und Oberflächenbeschaffenheit
Beim CNC-Drehen bezeichnen Toleranzen die zulässige Abweichung der Abmessungen des fertigen Teils. Typische Drehtoleranzen reichen von ±0,005 Zoll für Standardarbeiten bis ±0,0005 Zoll für Präzisionsanwendungen.
Die Oberflächengüte wird in Ra-Werten (Durchschnittsrauheit) gemessen. Je niedriger der Ra-Wert, desto glatter die Oberfläche. CNC-Drehen ermöglicht Oberflächengüten von 32 Ra für Schruppschnitte bis zu 8 Ra oder besser für Schlichtschnitte.
Ihre Spezifikationen sollten die erforderlichen Toleranzen und Oberflächengüten klar angeben. Dadurch wird sichergestellt, dass der Maschinist die CNC-Drehmaschine korrekt für Ihre Anforderungen programmiert.
Moderne CNC-Drehzentren können während der gesamten Produktion enge Toleranzen einhalten. Diese Konsistenz ist ein entscheidender Vorteil gegenüber manuellen Drehverfahren.
Inspektions- und Qualitätssicherungsmethoden
Ihre Drehteile werden verschiedenen Prüfverfahren zur Qualitätssicherung unterzogen. Zu den gängigen Werkzeugen gehören:
- Mikrometer und Messschieber für Maßprüfungen
- Oberflächenrauheitsmessgeräte zur Zielüberprüfung
- Koordinatenmessgeräte (KMGs) zur Validierung komplexer Geometrien
Die Erstmusterprüfung ist Standardpraxis. Dabei wird das erste Teil vor Produktionsbeginn gründlich geprüft. So werden potenzielle Probleme frühzeitig erkannt.
Statistische Prozesskontrolle (SPC) hilft bei der Überwachung der laufenden Produktionsqualität. Messungen von Musterteilen werden verfolgt, um Trends zu erkennen, bevor sie zu Problemen führen.
Messsysteme für Werkzeugmaschinen können während der Bearbeitung Messungen durchführen. Dies automatisiert Qualitätsprüfungen und ermöglicht Anpassungen in Echtzeit.
Ihre Qualitätsanforderungen sollten der Maschinenwerkstatt klar mitgeteilt werden, um sicherzustellen, dass sie geeignete Inspektionsmethoden anwendet.