Metallfräsen mit numerisch gesteuerten (CNC) Maschinen ist heute ein Standardverfahren zur Herstellung von Teilen für Unternehmen in vielen Branchen, die hohe Präzision und Wiederholbarkeit verlangen. Bei dieser Form der Bearbeitung wird das traditionelle Fräsen mit der numerischen Computersteuerungstechnologie kombiniert, um praktisch identische Teile in sehr kurzer Zeit herzustellen.
Das CNC-Fräsen von Metall und anderen Werkstoffen ermöglicht die Herstellung komplexer Teile aus einem einzigen Materialblock, einschließlich der Herstellung von Nuten, Gewinden oder Zahnrädern. Was ist CNC-Fräsen und wie hat es fast alle Bereiche der Fertigung revolutioniert?
Was ist CNC Fräsen?
CNC-Fräsen (Computerized Numerical Control) ist eine Art der Bearbeitung, die es ermöglicht, flache und geformte Metalloberflächen schnell zu formen. Es handelt sich um ein Produktionsverfahren, das die traditionellen Metallbearbeitungsmethoden (Abtragen von überschüssigem Material mit einem manuell geführten Fräser - Fräsen ist ein Hohlraumverfahren) mit der numerischen Steuerungstechnologie kombiniert, dank derer der gesamte Prozess automatisiert wird.
Wie sieht das CNC-Fräsen selbst aus?
Ein in einer Spindel (die Teil eines Fräszentrums ist) montierter Fräser trägt nach und nach die obere Schicht des Rohlings (überschüssiges Material) ab, um die gewünschte Größe und Form zu erhalten. Die Bewegungen des Fräskopfes werden von einer CNC-Steuerung gesteuert, die eine voreingestellte Abfolge von Bewegungen in einer oder mehreren Ebenen ausführt, wobei die Parameter (z. B. Schnitttiefe, Drehgeschwindigkeit oder Vorschub) im Programm festgelegt und an die Parameter des zu bearbeitenden Materials und die erwartete Oberflächenqualität angepasst sind.
Dank des Einsatzes von Computersteuerung (die Bewegungen des Fräsers werden in vielen Ebenen durch Aktuatoren und Relais gesteuert) und der Möglichkeit, den Prozess des Einsetzens und Entnehmens der bearbeiteten Werkstücke in den Arbeitsraum der CNC-Fräsmaschine zu automatisieren, ist es möglich:
- eine sehr schnelle und wiederholbare Produktion großer Mengen von Teilen (insbesondere im Vergleich zu traditionellen Fertigungsmethoden),
- niedrigere Stückkosten für die Herstellung von Teilen - besonders spürbar bei größeren Projekten,
- die Einhaltung geringer Toleranzen zwischen den in einer einzigen Charge gefertigten Teilen und sogar zwischen den einzelnen Chargen,
- verbesserte Arbeitssicherheit,
- Verringerung des Risikos menschlicher Fehler und der Anzahl der Teile, die bei der Qualitätskontrolle zurückgewiesen werden,
- Optimierung des Personaleinsatzes - ein Mitarbeiter kann die Arbeit mehrerer CNC-Maschinen überwachen (bei herkömmlichen Fräsmaschinen kann eine Person innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens an einer Maschine arbeiten).
Diese Eigenschaften machen die CNC-Fräsbearbeitung unentbehrlich für Anwendungen, bei denen eine sehr hohe Produktionsqualität erforderlich ist und bei denen es außerdem wichtig ist, die reproduzierbaren Abmessungen der hergestellten Teile einzuhalten. Wichtig ist, dass diese Form der Zerspanung für verschiedene Arten von Materialien geeignet ist, darunter:
- CNC-Fräsen von Metall (z. B. Blöcke aus Stahl, Aluminium, Messing, Bronze oder Titan),
- CNC-Fräsen von Kunststoffen (z. B. Blöcke aus verschiedenen Polymeren),
- CNC-Fräsen von Holz,
- und viele andere.
In der Praxis kann ein Werkstoff, der sich für die Bearbeitung mit einer herkömmlichen Fräsmaschine eignet (er ist "zerspanbar"), auch mit einer CNC-Fräsmaschine bearbeitet werden. Natürlich erfordert jeder dieser Werkstoffe andere Fräsparameter, den Einsatz anderer Werkzeuge (z. B. Fräser) oder eine andere Bearbeitungstechnologie (z. B. zusätzliche Temperaturableitung), aber diese Fragen liegen in der Verantwortung der Fachleute, die an der Erstellung eines Angebots oder der Durchführung von CNC-Fräsprojekten beteiligt sind
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CNC-Fräsen - wie sieht der Bearbeitungsprozess aus?
Das CNC-Fräsen ist eine Kombination aus traditioneller Bearbeitung (Abtragen von überschüssigem Material mit Hilfe von Fräsern) und Computersteuerung. Kurz gesagt, das CNC-Fräsen erfolgt in mehreren Schritten:
- Der Entwurf des Teils muss in Form eines dreidimensionalen Modells (in CAD-Software) erstellt werden - entweder von Grund auf oder auf der Grundlage einer herkömmlichen technischen Zeichnung. Dies ist die Grundlage für die weitere Arbeit und ein sehr wichtiger Teil des CNC-Bearbeitungsauftrags,
- Auf der Grundlage der CAD-Datei erstellt der CNC-Bearbeitungsspezialist ein Programm (Entwurf) in einer für die Zerspanungsmaschine (in diesem Fall eine CNC-Fräsmaschine) verständlichen Form - eine entsprechend formatierte CAM-Datei (Computer Aided Manufacturing). Dazu verwendet er eine Software, die mit dem verwendeten Gerät kompatibel ist (G-Code),
- die so vorbereitete Datei wird in die Steuerung der Fräsmaschine oder einer anderen CNC-Anlage geladen, getestet und - wenn sichergestellt ist, dass sie den gesamten Prozess korrekt umsetzt - wird der Betrieb der Maschinen gestartet, d.h. die Ausführung des Auftrags begonnen.
CNC-Fräsen ist ein automatisiertes Verfahren, das keine direkte menschliche Beteiligung an der manuellen Bearbeitung von Werkstücken und Teilen erfordert. Der CNC-Bediener bedient die Maschine über eine Softwareschnittstelle - er gibt die erforderlichen Daten ein, verfolgt die Fräsmaschine und bearbeitet die eingegebenen Parameter, falls erforderlich. Es ist erwähnenswert, dass die Teile nach Abschluss der CNC-Fräsbearbeitung an den Auftragnehmer übergeben oder zusätzlichen Prozessen unterzogen werden können, die sich auf Folgendes konzentrieren können:
- Verbesserung der Glätte der erhaltenen Oberfläche (z.B. CNC-Schleifen oder Elektropolieren),
- Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Oberfläche (Galvanisieren im weitesten Sinne, z. B. Eloxieren von Aluminium oder Galvanisieren),
- Verbesserung des optischen Erscheinungsbildes oder der Beständigkeit gegen äußere Einflüsse (z. B. Pulverbeschichtung),
- Vorbereitung für die Weiterverarbeitung - in Fällen, in denen das CNC-Fräsen nur einer der Produktionsschritte ist (z. B. EDM).
Die CNC-Bearbeitung selbst kann in mehreren Ebenen durchgeführt werden, die als "Achsen" bezeichnet werden. Die typische Produktion auf CNC-Fräsmaschinen erfolgt in 3 Achsen (horizontal, vertikal, Tiefe), aber viele Branchen erfordern komplexere Verfahren (z. B. die Automobilindustrie), bei denen mehrachsige CNC-Fräsmaschinen (z. B. 5-Achsen) eingesetzt werden.
Ursprünge und Entwicklung des CNC-Fräsens
Die Technologie des CNC-Fräsens und der numerischen Steuerung hat ihren Ursprung in den 1950er Jahren. Sie wurde als Reaktion auf den Bedarf der US-Militärluftfahrt für die Entwicklung von Düsenflugzeugen und die Notwendigkeit entwickelt, Halbfertigprodukte mit identischen Eigenschaften herzustellen. Die Produktion sollte massenhaft, schnell und ohne menschliches Eingreifen erfolgen, um das Risiko von Fehlern zu minimieren.
Die erste numerisch gesteuerte Maschine wurde vom Massachusetts Institute of Technology entwickelt, einer renommierten technischen Universität in den USA. Die erste NC-Fräsmaschine (numerisch gesteuert) führte Programme aus, die mit Hilfe von Lochkarten in den Computer eingegeben wurden. Im Laufe der Zeit beschleunigte sich die Entwicklung von Mikrocomputern, die auch in Werkzeugmaschinen mit numerischer Steuerung (CNC) eingesetzt wurden. Heute werden CNC-Fräsmaschinen in der Praxis in allen Fertigungsbereichen eingesetzt.
Arten des CNC-Fräsens
Es gibt verschiedene Arten des CNC-Fräsens, die sich aus dem Typ der Fräsmaschine und der Anordnung der Messer ergeben.
In Bezug auf die Anordnung der Messer unterscheiden wir zwischen:
- zylindrisches (umlaufendes) Fräsen, bei dem 2 Ebenen gleichzeitig bearbeitet werden,
- frontalem Fräsen, bei dem die Werkzeugachse senkrecht zur bearbeiteten Fläche steht,
- Schrägfräsen, bei dem die Achse des Fräsers einen anderen Winkel zur bearbeiteten Oberfläche bildet, von 0-90°.
In Bezug auf den Aufbau der Fräsmaschine unterscheiden wir zwischen:
- Komplettfräsen (dreiseitig) - es werden bis zu 3 bearbeitete Flächen hergestellt,
- unvollständiges Fräsen (zweiseitig) - es werden 2 Arbeitsflächen hergestellt, und
- Freifräsen (einseitig) - es wird 1 bearbeitete Fläche hergestellt.
In Bezug auf die Bewegung der Fräsmaschine unterscheiden wir zwischen:
- Gleichlauffräsen, bei dem die Schneide mit dem Vorschub des Materials vorrückt,
- Gegenläufiges Fräsen, bei dem sich die Schneide gegen den Materialvorschub bewegt.
Was sind die Vorteile des CNC-Fräsens?
Die computergesteuerte Frästechnik ist heute aus der Metallbearbeitung nicht mehr wegzudenken. Die wichtigsten Vorteile der CNC-Frästechnik sind:
Hohe Produktionswiederholgenauigkeit
Richtig kalibrierte CNC-Werkzeugmaschinen ermöglichen die Herstellung von Teilen mit nahezu identischen Abmessungen unter Einhaltung sehr enger Toleranzen (weniger als 0,05 mm), so dass die mit dieser Technologie hergestellten Teile problemlos ausgetauscht oder zu größeren Baugruppen zusammengefügt werden können und zudem der Ausschuss in der Qualitätskontrolle (bei entsprechender Kalibrierung der Werkzeugmaschine) deutlich geringer ausfällt.
Präzision und Haltbarkeit der Produkte
Das CNC-Fräsen ermöglicht die Herstellung präziser Nuten, auch bei Teilen mit komplexen Oberflächen. In Verbindung mit der Wiederholbarkeit dieser Produktion führt dies zu einer höheren Produktzuverlässigkeit und einer längeren Produktlebensdauer.
Fertigungsgeschwindigkeit
Das CNC-Fräsen ist ein vollautomatischer Prozess, was zu einer deutlich schnelleren Produktion größerer Stückzahlen führt. Es ist jedoch zu bedenken, dass die Vorbereitung des CNC-Bearbeitungsprozesses zeitaufwändiger ist als die Erstellung von Schablonen für die Verwendung mit herkömmlichen Fräsmaschinen - daher eignet sich diese Technologie besser für die Produktion von großen Stückzahlen.
Sicherheit für die Arbeiter
Die Automatisierung des Fräsens macht die menschliche Arbeit nicht nur leichter, sondern vor allem auch sicherer. CNC-Fräsmaschinen erfordern keine ständige Überwachung, so dass ein einziger Fachmann in der Lage ist, die gleichzeitig auf mehreren Fräszentren durchgeführten Prozesse zu überwachen.
Niedrigere Produktionskosten
Aufgrund des automatisierten Charakters der Arbeit und (in der Praxis) der Möglichkeit, rund um die Uhr zu produzieren, ist die CNC-Bearbeitung rentabler, vor allem bei größeren Serien von Teilen. Diese Einsparungen sind jedoch nur bei der Produktion größerer Stückzahlen zu verzeichnen - die CNC-Technologie wurde für diese Produktion entwickelt.
Welche Herausforderungen bringt das CNC-Fräsen mit sich?
Neben den unbestreitbaren Vorteilen stellt das CNC-Fräsen auch neue Herausforderungen für die Dienstleistungsbranche dar. Heutzutage erfordert die Metallbearbeitung hochspezialisiertes Wissen, und der Produktionsprozess selbst ist das Ergebnis einer koordinierten Zusammenarbeit zwischen vielen Abteilungen, wie z. B.:
- Qualitätskontrolle,
- moderne Messsysteme,
- Instandhaltung und Anwendung von Methoden zur Fehlervermeidung,
- Technologie zur Gestaltung des Produktionsprozesses.
Gleichzeitig steigen die Kundenerwartungen an metallverarbeitende Dienstleistungen.
Dies erfordert die ständige Weiterentwicklung des Maschinenparks von Unternehmen, die sich mit der numerisch gesteuerten Fertigung befassen (wie RADMOT). Darüber hinaus eröffnet die Einführung künstlicher Intelligenz in der CNC-Bearbeitungsindustrie neue Möglichkeiten, Produktionsprozesse zu optimieren, Kosten zu senken oder eine noch höhere Produktionsqualität zu erreichen.
Welche Branchen nutzen CNC-Fräsen?
CNC-Fräsen wird vor allem in Branchen eingesetzt, in denen die Massenproduktion von Gegenständen erforderlich ist, die hohen Anforderungen an die Benutzerfreundlichkeit (z. B. Umwelt, Sicherheit) oder an die Optik genügen müssen. Gegenwärtig wird das CNC-Fräsen unter anderem in folgenden Branchen eingesetzt:
- die Luft- und Raumfahrtindustrie - für die die ersten CNC-Werkzeugmaschinen entwickelt wurden und die dieses Produktionsverfahren kontinuierlich einsetzt (sowohl in der militärischen als auch in der zivilen Luftfahrt),
- Automobilindustrie - die CNC-Bearbeitung wird zur Herstellung von Teilen für die meisten Fahrzeugsysteme verwendet, vom Antriebsstrang (z. B. Motorblöcke, Kolben) über das Bremssystem (z. B. Scheiben, Bremssättel) bis hin zu Karosserie- oder Innenraumkomponenten,
- die Industrie für erneuerbare Energien - nutzt die CNC-Bearbeitung zur Herstellung von Komponenten für Photovoltaik-Paneele oder Windmühlen,
- Energiewirtschaft - die Massenproduktion von Energieinfrastrukturkomponenten wäre ohne CNC-Zerspanung schwieriger,
- Medizinische Industrie - von chirurgischen Instrumenten bis hin zu modernen Prothesen,
- die Militärindustrie - nutzt die CNC-Zerspanung in großem Umfang zur Massenproduktion von Teilen für Waffen, Fahrzeuge oder militärische Ausrüstung,
- die Industrie für Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik im weiteren Sinne,
- die Elektronikindustrie,
- in der Praxis jede Branche, die die präzise Herstellung von Komponenten in großen Mengen erfordert.
Wovon hängt der Preis des CNC-Fräsens ab?
Wie viel CNC-Fräsen kostet, hängt von vielen Faktoren ab, daher sollte die Schätzung jedes Auftrags individuell vorgenommen werden. Es gibt keine starre Preisliste für CNC-Fräsen - deshalb gehen die Spezialisten von RADMOT jeden Auftrag individuell an.
Der endgültige Preis für das CNC-Fräsen hängt von vielen Faktoren ab:
- der Art des zu bearbeitenden Materials,
- der Komplexität des Projekts,
- der Verfügbarkeit von fertigen CAD/CAM-Dateien,
- den mechanischen Parametern des Teils,
- der erwarteten Vorlaufzeit (kurzfristige Aufträge sind in der Regel teurer),
- technologische Produktionsparameter (z. B. Länge der Fräslinie),
- Auftragsgröße (es sei darauf hingewiesen, dass der Mindestauftrag für das CNC-Fräsen, den wir bei RADMOT annehmen, 100 Teile pro Partie beträgt; darunter kann die Rentabilität eines solchen Projekts für den Kunden nicht zufriedenstellend sein),
- zusätzliche Dienstleistungen (z. B. das Waschen der Teile oder andere Galvanisierungsverfahren).
Deshalb legen wir bei RADMOT den Preis für eine Zusammenarbeit erst dann fest, wenn wir die Erwartungen des Kunden kennen, um ihm eine klare und sichere Antwort geben zu können.
CNC Fräsen - 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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