Eines der wichtigsten Produktionsverfahren zur Herstellung von Metall- und Kunststoffteilen ist die CNC-Bearbeitung. In diesem Artikel werden die Grundlagen der CNC-Bearbeitung sowie einige ihrer Vor- und Nachteile behandelt.
Was ist Zerspanung?
In seiner weitesten Definition bezieht sich Zerspanung auf jedes Produktionsverfahren, bei dem Material aus einem massiven Block geschnitten wird. Da Material entfernt statt hinzugefügt wird, wird die maschinelle Bearbeitung als "subtraktiver" Herstellungsprozess bezeichnet. (Verfahren, die Materialien einbringen, werden als „additive Fertigungsverfahren“ bezeichnet, wie z. B. 3D-Druck.)
Während des Bearbeitungsprozesses kann Metall, Kunststoff oder ein anderes Material verwendet werden, und die Maschinen und Werkzeuge können in unterschiedlichen Konfigurationen vorliegen. Um Material von einem Block zu entfernen, gibt es eine Reihe von Techniken, darunter Bohren, Drehen und Fräsen (oft als "Werkstück" bezeichnet).
Seit dem 19. Jahrhundert wird diese Definition der Bearbeitung verwendet. Auch wenn sich die Art und Weise der Steuerung schneidender Instrumente stark verändert hat, ist sie bis heute aktuell.
Was istCNC?
Eine kontrollierte Bewegung des Schneidwerkzeugs ist eine Notwendigkeit für alle Bearbeitungsvorgänge. Aber der Hauptunterschied zwischen modernen, anspruchsvolleren Technologien und konventionellen Bearbeitungstechniken ist die Art der Steuerung.
Alle Messer in den Anfängen der Zerspanung wurden zum Teil von Hand bedient. Unter Verwendung von Hebeln oder Rädern stellen Maschinisten ihre Fräser und Drehmaschinen manuell ein, um die scharfe Kante des Schneidwerkzeugs auf den richtigen Bereich des Werkstücks zu richten. Diese Methode der Bearbeitung von Materialien mit äußerster Genauigkeit durch erfahrene Maschinisten ist auch heute noch weit verbreitet. Um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu erhöhen, können Sie auch Tracer und Muster verwenden.
Mittlerweile gibt es jedoch Alternativen zur manuellen Bearbeitung, wobei die CNC-Bearbeitung – auch bekannt als CNC-Bearbeitung – die bedeutendste davon ist. Die CNC-Bearbeitung wurde erstmals in den 1940er und 1950er Jahren entwickelt.
Bei der CNC-Bearbeitung werden die Schneidwerkzeuge der Maschine von einem Computer gesteuert. Digitale Anweisungen lenken die Maschine auf exakte Koordinaten, die es ihr ermöglichen, unabhängig zu arbeiten, anstatt dass ein menschlicher Maschinist das Schneidwerkzeug an verschiedene Stellen auf dem Werkstück bewegen muss.
Wie funktioniert der CNC-Bearbeitungsprozess?
Ein computerisiertes 3D-Design der Komponente wird unter Verwendung von CAD-Software (Computer Aided Design) erstellt, bevor die CNC-Fertigung beginnen kann. Ingenieure können mithilfe von CAD-Software visuelle Darstellungen von Teilen erstellen. 3D-Formen lassen sich am Bildschirm beliebig verändern, gelegentlich simuliert das Programm, wie gut gestaltete Produkte in der Praxis funktionieren.
Sobald ein CAD-Design fertig ist, wird es mithilfe von Computer Aided Manufacturing (CAM)-Software in „G-Code“ umgewandelt, der praktisch eine Reihe von Anweisungen für eine CNC-Maschine ist. Die Maschine selbst kann dreidimensionale (3D) Formen nicht auf die gleiche Weise verstehen wie eine Person, aber sie kann eine Reihe einfacher Anweisungen verstehen, die, wenn sie ausgeführt werden, schließlich zur Entwicklung einer 3D-Form führen.
G-Code gibt Anweisungen, wann, wo und wie schnell Maschinenmotoren laufen sollen. Diese Motoren lenken die Maschine so, dass sie Material von den richtigen Abschnitten entfernen kann, wie vom G-Code vorgegeben. Artefakt.
Wenn alle Anweisungen befolgt wurden, entsteht ein vollständiges Teil, das dem im CAD-Programm erstellten Originaldesign entspricht. Das Bauteil kann dann verbessert, für seine beabsichtigte Funktion verwendet oder wiederholt hergestellt werden.
Ingenieur erstellt Komponente mit CAD-Software G-Code wird verwendet, um das Design umzuwandeln. G-Code spezifiziert das Werkzeug Werkstückmaterial wird durch das Werkzeug abgetragen > Arbeit wird teilweise erledigt.
Vorteile der CNC-Bearbeitung
Die CNC-Bearbeitung ist ein Herstellungsverfahren, das für Prototypen und Produktionsteile weit verbreitet ist. Dies ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter Kosten, Zeit und der spezifische mechanische Vorteil des bearbeiteten Teils.
PWiderruf
Da CNC-Maschinen Computeranweisungen folgen, sind sie äußerst präzise – präziser als selbst der erfahrenste menschliche Ingenieur. Die meisten CNC-Maschinen haben eine Genauigkeit von etwa 0,02 mm, was bedeutet, dass komplexe Teile mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden können.
Die Eliminierung von Fehlern hat für Hersteller höchste Priorität, und CNC-Maschinen reduzieren die Möglichkeit von Fehlern erheblich.
Wiederholbarkeit
Eines der großartigen Dinge beim Erstellen von Teilen aus Computeranweisungen ist, dass diese Anweisungen wiederholt werden können, ohne etwas zu ändern. Solange die Ausrüstung selbst gut gewartet wird, kann eine CNC-Maschine dieselben Teile immer wieder replizieren.
Mit manuellen Techniken ist es viel schwieriger: Selbst die besten Mechaniker haben Mühe, jedes Mal eine perfekte Replik zu erstellen.
Skalierbarkeit
Die Wiederholbarkeit hat auch positive Auswirkungen auf die Skalierung der Produktion. Da Bearbeitungsvorgänge mehrmals wiederholt werden können (und bei Bedarf auf mehreren Maschinen), können Unternehmen aus einem einzigen Prototyp schnell hunderttausend identische Teile machen.
Hersteller können bearbeitete Teile unbegrenzt replizieren, solange die digitalen Dateien sicher bleiben.
Lniedrige Arbeitskosten
Obwohl es bei allen automatisierten Arbeiten ethische Überlegungen gibt, kann der Einsatz von CNC-Maschinen die Produktionskosten im Vergleich zur herkömmlichen Bearbeitung senken. Sobald der G-Code erstellt und an die Maschine gesendet wurde, kann er unbeaufsichtigt bleiben.
Natürlich führt die Verringerung der Verarbeitungsarbeit nicht zwangsläufig zu einem Mehr an Arbeit. Stattdessen konzentrieren sich diese Maschinisten möglicherweise darauf, dem Teil ein hervorragendes Finish zu verleihen, sobald es die CNC-Maschine verlässt.
Vielseitigkeit
CNC-Maschinen sind in der Lage, eine Vielzahl von Materialien zu verarbeiten und eine Reihe komplexer Formen zu erzeugen. Als solche werden sie in einer Vielzahl unterschiedlicher Komponenten eingesetzt, von Automobilteilen bis hin zu Lebensmittelbehältern.
EAusdauer
Die meisten CNC-Maschinen können mit relativ einfacher Wartung rund um die Uhr arbeiten. Solange die Schneidwerkzeuge gewartet und bei Bedarf ausgetauscht werden, können CNC-Maschinen eine beeindruckende Ausdauer aufweisen, die eine schnelle Massenproduktion ermöglicht.
Nachteile der CNC-Bearbeitung
Obwohl die CNC-Bearbeitung für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet wird, ist sie nicht für alle Fertigungsaufgaben geeignet. Seine Einschränkungen reichen von geometrischen Einschränkungen bis hin zu Kostenfaktoren.
COst
CNC-Maschinen sind viel teurere Geräte als manuelle Maschinen, was sich im Preis der CNC-bearbeiteten Teile widerspiegelt. Mit zunehmender Verbreitung von CNC wird dieser Preisunterschied jedoch geringer.
Auch der Kostenfaktor ist stark volumenabhängig. Für Einzelstücke kann der 3D-Druck eine billigere Alternative zur CNC-Bearbeitung sein; Für Hunderttausende von Teilen kann ein groß angelegter Herstellungsprozess wie das Spritzgießen kostengünstiger sein.
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