CNC-Bearbeitung - entdecken sie die moderne zerspanungstechnik?

Die CNC-Bearbeitung ist heute eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung von Teilen für größere und kleinere Geräte. Die Präzision, die Wiederholbarkeit des Prozesses oder die hohe Arbeitseffizienz machen diese Produktionstechnologie ideal für die Bedürfnisse vieler Industrien geeignet. Obwohl sie als modern gilt, handelt es sich um eine in den 1950er Jahren geschaffene Technologie, deren Entwicklung Hand in Hand mit den neuen Informationstechnologien und den Fortschritten in der Werkstoffkunde geht. Was ist die CNC-Bearbeitung, welche Werkstoffe können mit ihr bearbeitet werden und welche Bearbeitungstechniken umfasst sie schließlich?

Was ist CNC-Bearbeitung: Grundlegende Informationen und kurze Geschichte

Die CNC-Bearbeitung (von Computerized Numerical Control) ist eine automatisierte Technologie zur Formgebung von Teilen. Der Betrieb einer bestimmten CNC-Maschine wird von einer speziellen Steuerung verwaltet, die ein voreingestelltes Programm ausführt, das (über Motoren und Aktuatoren) in Bewegungsabläufe des Werkzeugs übersetzt wird, das den Materialblock formt: der Fräser in einer Frässpindel, das Drehmaschinenblatt oder die Stößel in einer hydraulischen Presse. Obwohl die CNC-Bearbeitung meist mit der Bearbeitungsmethode (Hohlraumbearbeitung, bei der überschüssiges Material entfernt wird) in Verbindung gebracht wird, können numerische Steuerungen den Betrieb einer Vielzahl von Geräten im Maschinenpark eines Fertigungsunternehmens steuern - auch für die Kunststoffbearbeitung (wie die oben erwähnten CNC-Hydraulikpressen) oder die inkrementelle Bearbeitung (wie beim 3D-Druck).

Der Bearbeitungsprozess selbst basiert auf der Umsetzung eines Programms, das die Parameter des Maschinenbetriebs festlegt - z.B. die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung, die Reihenfolge der ausgeführten Bewegungen und viele andere, je nach Art des zu bearbeitenden Materials (einschließlich seiner Anfälligkeit für die Formgebung mit einem bestimmten Verfahren), der verwendeten Werkzeuge (z.B. Fräsertypen, Gewicht der Schleifscheibe) oder des erwarteten Ergebnisses (z.B. die Notwendigkeit, eine qualitativ hochwertige Oberfläche zu erhalten). Die Abläufe werden mit Hilfe von G-Code formuliert, standardisierten Markern, die von modernen CNC-Anlagen verstanden werden. Ein solches Programm wird auf der Grundlage einer vom Kunden gelieferten CAD-Datei mit einem Werkstückentwurf oder einer technischen Zeichnung erstellt, die der Spezialist zunächst in eine CAD-Software überträgt und dann in für die Maschinensteuerung verständliche Arbeitsabläufe umsetzt.

Durch den Einsatz numerischer (computergestützter) Steuerungen ist es möglich, eine große Anzahl wiederholbarer Teile in viel kürzerer Zeit herzustellen als mit herkömmlichen Bearbeitungsmaschinen.

Die heute am häufigsten verwendeten numerischen Bearbeitungsmethoden sind:

• CNC-Fräsen - ermöglicht die Herstellung von Teilen mit nahezu beliebiger Form - ein Materialklumpen wird durch einen Fräser auf einer Spindel geformt,,
• CNC-Drehen - ermöglicht die automatisierte Herstellung von zylindrischen Teilen bei der Bearbeitung von rotierenden Werkstücken”,
• CNC-Schleifen - wird bei der Endbearbeitung eingesetzt, um die höchstmögliche Oberflächenqualität zu erreichen,
• CNC-Abkantpressen - für die plastische Formung von größeren und kleineren Teilen.

Kurz gesagt: Die meisten automatischen Maschinen (Drehbänke, Fräsmaschinen, Schleifmaschinen usw.), die seit Jahrhunderten in Fertigungsbetrieben eingesetzt werden, haben ein numerisch gesteuertes Gegenstück.

Heutzutage ist es möglich, mit CNC-Maschinen Teile aus einer Vielzahl von Materialien herzustellen:

• Metalle - von Eisenlegierungen (Stahl) über verschiedene Aluminium- und Titanserien bis hin zu Kupfer oder Bronze,
• Kunststoffe - sowohl Acrylglas als auch Hochleistungspolymere mit mechanischen Parametern, die denen von Leichtmetalllegierungen ähneln,
• Holz - die CNC-Bearbeitung ist einer der Eckpfeiler der heutigen Möbelindustrie,
• Glas,
• und vielen, viele andere Materialien.

Die CNC-Bearbeitung selbst ist mit der Entwicklung der militärischen Luftfahrt verbunden - diese Technologie wurde in den 1950er Jahren für die US-Luftwaffe entwickelt. Der Hauptgrund für die Beauftragung der Entwicklung dieser Bearbeitungsform war die Notwendigkeit, reproduzierbare Triebwerksteile herzustellen, die perfekt ausgewuchtet sein sollten. Die bis dahin verwendeten Bearbeitungstechnologien, selbst solche, die auf Präzisionsschablonen basierten, konnten den Anforderungen der schnell wachsenden Militärluftfahrt nicht gerecht werden. Die Luftfahrt benötigte eine Technologie, die Präzisionsbearbeitung mit Produktionsgeschwindigkeit verbindet. 

Dies war der Ursprung der ersten numerisch gesteuerten (NC) Zerspanungsmaschinen, die über Lochkarten gegebene Befehle umsetzten (ebenfalls: in den 1950er Jahren sehr fortschrittlich). Die Entwicklung der Informationstechnologie und die Miniaturisierung der Computer ermöglichten einen verstärkten Einsatz von Mikroprozessoren in der Bearbeitung - dies führte in den 1970er Jahren zu den ersten computergesteuerten NC-Maschinen. Sie brauchten keine Lochkarten mehr - die nachfolgenden Befehle wurden auf der Grundlage eines in den Computer eingegebenen Programms ausgeführt.

Wie der CNC-Bearbeitungsprozess vorbereitet wird

Die oben erwähnte Umwandlung des Werkstückentwurfs in für die CNC-Maschinensteuerung verständliche G-Code-Tags - d. h. die Vorbereitung des CNC-Bearbeitungsprozesses - besteht in der Regel aus mehreren Schritten:

1. Erstellung eines Modells des Werkstücks in einem Computerprogramm, in der Regel CAD. Ein solches digitales Modell ermöglicht die Visualisierung aller Aspekte des Werkstücks und bildet die Grundlage für die Erstellung des CNC-Maschinenablaufs.
2. Übersetzung des CAD-Entwurfs durch CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) in eine Sprache, die von der CNC-Werkzeugmaschine verstanden wird (G-Code). CAM-Programme - basierend auf 2D-Zeichnungen oder 3D-Objekten - ermöglichen die Erstellung von Steuerungsprogrammen für die Fräsmaschine oder CNC-Drehmaschine.
3. CNC-Bearbeitung. Dies ist die letzte Phase, in der die CNC-Maschine die Zerspanung gemäß dem geladenen CAM-Programm durchführt. Die Korrektheit des Programms wird zunächst in der Diagnosesoftware und dann auch an einem Mustermaterial getestet. Nach erfolgreicher Prüfung beginnt die automatisierte Produktion auf der Grundlage des geprüften Entwurfs. Je nach den verwendeten Werkzeugmaschinen sind die Bediener an der Montage und Demontage der bearbeiteten Teile beteiligt (dies ist bei Zuführungsmaschinen nicht der Fall) und kontrollieren die Korrektheit der Betriebsparameter - in der Regel von mehr als einem CNC-Bearbeitungszentrum.

Was sind die wichtigsten Vorteile der CNC-Bearbeitung?

Die Möglichkeiten, die die CNC-Bearbeitung der modernen Industrie bietet, können nicht hoch genug eingeschätzt werden. Mit dieser Technologie wird die moderne Fertigung effizienter und präziser, was zu einer höheren Qualität der hergestellten Produkte und niedrigeren Kosten pro Produktionseinheit führt.

Zu den wichtigsten Vorteilen der CNC-Bearbeitungstechnologie gehören:

1. Wiederholbarkeit der gefertigten Teile - einer der wichtigsten Vorteile von CNC-Fräsmaschinen und anderen numerisch gesteuerten Maschinen ist die Möglichkeit, eine große Menge nahezu identischer Teile herzustellen. Die Einhaltung von Mindesttoleranzen erleichtert die Herstellung von Teilen mit wiederholbaren Abmessungen. In der Praxis war dies einer der Hauptgründe, die zur Entwicklung der numerischen Steuerungstechnik führten.
2. die Möglichkeit der Serienfertigung - die CNC-Technologie ermöglicht eine deutliche Verkürzung der Produktionsprozesse, selbst bei Teilen mit komplexen Formen. Darüber hinaus kann ein einziger Bediener den Betrieb mehrerer Werkzeugmaschinen überwachen, die - mit Hilfe automatischer Zuführungen - rund um die Uhr und praktisch ohne menschliches Eingreifen arbeiten können. Dies macht es selbst dem effizientesten Bediener einer automatischen Werkzeugmaschine unmöglich, das von einer CNC-Maschine gebotene Produktionstempo zu halten.
3. die Flexibilität der Produktion und die Möglichkeit, aufeinanderfolgende Chargen von Teilen fast sofort herzustellen - dies wird durch standardisierte CAM-Dateien ermöglicht, die es erlauben, mit der Arbeit zu beginnen, sobald das bewährte Fertigungsprogramm auf ein entsprechend kalibriertes CNC-Bearbeitungszentrum hochgeladen und ein Materialblock mit den entsprechenden Parametern in den Arbeitsbereich eingebracht wurde.
4. Niedrigere Stückkosten bei der Teileherstellung - dies ist ein äußerst wichtiger Vorteil dieser Technologie. Trotz der längeren und arbeitsintensiveren Produktionsvorbereitung ist die Herstellung des Teils selbst schnell und ermöglicht daher erhebliche Einsparungen, insbesondere bei großen Stückzahlen. Andererseits ist die Herstellung einer kleinen Anzahl von Teilen mit CNC-Maschinen (bei RADMOT ab 100 Stück pro Los) möglicherweise nicht rentabel. Darüber hinaus verringert die Präzision der numerisch gesteuerten Anlagen den Ausschuss bei der Qualitätskontrolle, was sich ebenfalls in geringeren Kosten niederschlägt.
5. Qualität der gefertigten Teile, Einhaltung der Spezifikationen und vollständige Kompatibilität der Abmessungen: Die Präzision der CNC-Zerspanung bedeutet auch eine höhere Qualität der gefertigten Teile. Dank der Computersteuerung werden Fehler, die auf menschliche Unachtsamkeit oder Ermüdung zurückzuführen sind, auf ein Minimum reduziert. Die Präzision verlängert auch die Lebensdauer des Produkts und erleichtert den Austausch von Teilen, die auf verschiedenen CNC-Zentren hergestellt wurden.
6. Sicherheit des Bedieners - Die CNC-Bearbeitung erfordert keinen direkten Kontakt zwischen Mensch und Maschine. Der Bediener, der für die Steuerung der numerischen Maschine verantwortlich ist (oder genauer gesagt: ihren Betrieb überwacht), überwacht den Zustand der Maschine über eine Schnittstelle. Dadurch wird das Verletzungsrisiko verringert.

CNC-Bearbeitung - die Herausforderungen der Industrie 4.0

Die CNC-Technologie bringt - neben ihren vielen Vorteilen - auch viele Herausforderungen für die Industrie mit sich. Zu den wichtigsten gehören gegenwärtig:

1. der hohe Preis von numerisch gesteuerten Maschinen (CNC-Zentren). Sie sind in der Anschaffung wesentlich teurer als automatische (manuell gesteuerte) Werkzeugmaschinen.
2. die hohe Qualifikation der Bediener. Die Arbeit mit CNC-Werkzeugmaschinen erfordert Kompetenzen in den Bereichen Programmierung, Werkstoffkunde, Konstruktion und ein breites Spektrum an ingenieurtechnischem und technischem Wissen. Dies macht es wahrscheinlich, dass sowohl der Erwerb der erforderlichen Kompetenzen als auch die Einarbeitung eines Mitarbeiters in einem bestimmten Fertigungsunternehmen länger dauern kann.
3. Zusammenspiel mehrerer Produktionsabteilungen. Die moderne Fertigung, insbesondere in der Industrie 4.0, ist viel komplexer und erfordert die koordinierte Arbeit vieler Spezialisten und die Ausführung mehrerer Prozesse in der richtigen Reihenfolge. Es geht nicht nur darum, mit einem Fräser Schicht für Schicht Material abzutragen - CNC-basierte Fertigungsunternehmen bieten, um wettbewerbsfähig zu bleiben, viele zusätzliche Dienstleistungen im Rahmen des Teilefertigungsprozesses an. Teilewaschen, Galvanisieren, Lackieren oder nicht zuletzt die logistische Abwicklung einer Teilecharge - das sind nur einige der Zusatzleistungen, mit denen sich Unternehmen wie RADMOT von der Konkurrenz abheben. Darüber hinaus bedeutet die von Industrie 4.0 geforderte Präzision, dass die Produktion selbst in einen Prozess eingebettet sein sollte, der Fragen wie die folgenden berücksichtigt
4. Strenge Qualitätskontrollen,
5. Qualitätsmessungen an den für die Verarbeitung verwendeten Materialien,
6. Wartung und Einsatz von Methoden zur Fehlervermeidung,
7. kontinuierliche Aufrechterhaltung der bestmöglichen Kalibrierung der CNC-Bearbeitungsmaschinen,
8. Bereitstellung der bestmöglichen Fachkräfte für die Produktion.

Dies sind nur einige der Herausforderungen, denen sich CNC-Bearbeitungsunternehmen heute stellen müssen. Viele davon werden durch technologische Innovationen wie künstliche Intelligenz gelöst, die auf numerisch gesteuerte Prozesse angewandt wird. Diese ermöglichen eine Optimierung der Fertigungsprozesse und damit eine Senkung der Stückkosten bei der Herstellung von Teilen.

Was beeinflusst den Preis der CNC-Bearbeitung?

Durch die CNC-Bearbeitung können Sie dank der Automatisierung des Prozesses die Produktionskosten, insbesondere bei großen Teileserien, drastisch senken. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, was die Kosten beeinflusst und wann die Bestellung einer numerisch gesteuerten Bearbeitung rentabel ist.

Zu den wesentlichen Einflussfaktoren gehören:

• Art des verarbeiteten Materials,
• Abmessungen des Teils (z. B. ob es in den verfügbaren Arbeitsbereich Ihrer CNC-Zentren passt),
• der Grad der Komplexität des Projekts (handelt es sich um einfaches Fräsen oder ist eine 5-Achsen-Bearbeitung erforderlich),
• Vollständigkeit der technischen Dokumentation zum Auftrag (z. B. ob der Kunde CAD-Dateien mit der Teilekonstruktion bereitstellt),
• Zusatzleistungen (z. B. galvanische Behandlung),
• Größe des Loses in der Bestellung (dies hat einen großen Einfluss auf den Endpreis der Bestellung),
• Auftragsabschlussdatum – je kürzer es ist, desto höher wird der Preis sein.

Jedes dieser Elemente schlägt sich im Endpreis der Produktion einer Teilecharge nieder. Aufgrund der oben erwähnten Komplexität des Vorbereitungsprozesses ist es am teuersten, mit der Produktion zu beginnen und die erste Teilecharge zu produzieren. Das bedeutet, dass die CNC-Bearbeitung unter bestimmten Bedingungen unrentabel für den Kunden sein kann, insbesondere bei kleinen Chargen (z. B. weniger als 100 Teile pro Charge oder weniger als 1.000 Teile pro Jahr), im Vergleich zu herkömmlichen Zerspanungsverfahren wie automatischen Fräsmaschinen.

Andererseits wird jeder an RADMOT gesendete CNC-Bearbeitungsauftrag einzeln betrachtet. Daher geben wir den endgültigen Preis für die CNC-Bearbeitung erst bekannt, nachdem wir mit dem Kunden vereinbart haben, wie seine Bestellung aussehen soll. Wir erklären immer, woher die Bewertung kommt und aus welchen Elementen sie besteht. Wenn wir die Möglichkeit zur Kostenoptimierung erkenne (z. B. Verwendung anderer Legierungen mit ähnlichen Parametern oder die Möglichkeit, auf bestimmte zusätzliche Prozesse zu verzichten), informieren wir den Kunden darüber. Wenn Sie sich daher mit der Bitte um ein CNC-Bearbeitungsangebot an RADMOT wenden, können Sie sicher sein, dass dieses von Fachleuten gründlich analysiert wird.

CNC Bearbeitung - setzen Sie sich mit uns in Verbindung

Bei RADMOT bieten wir sowohl CNC Fräsen, CNC Drehen, als auch andere Dienstleistungen an – Waschen, Eloxieren von Aluminium, Lasermarkierung und Montage.

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