Die Zerspanung ist eine Technik, die seit vielen Jahrzehnten bekannt ist, und zwar dank ihrer hohen Produktivität und ihrer Fähigkeit, Teile aus einer Vielzahl von Materialien zu bilden. Diese Technik bewährt sich bei der Herstellung von Gegenständen, die in vielen Branchen benötigt werden - von Automobil- und Luft- und Raumfahrtteilen bis hin zu kleinen Innenausstattungselementen.
Das Zerspanen selbst wird meist mit der Metallbearbeitung in Verbindung gebracht, aber eine Vielzahl von Materialien kann mit diesem Verfahren geformt werden - von Legierungen über kunstharzgebundene Formen bis hin zu verschiedenen Kunststoffen (z. B. POM) und Holz (auch Sperrholz und Platten).
Die Möglichkeiten dieser Bearbeitungstechnik wurden durch die Einführung numerisch gesteuerter Maschinen, d.h. CNC-Fräs-, Dreh- und Schleifmaschinen, erweitert. Die Automatisierung des Produktionsprozesses und die hohe Wiederholgenauigkeit (die Fertigungstoleranzen sind sehr eng) haben die CNC-Bearbeitung zum allgemein anerkannten Standard gemacht.
Was ist Zerspanung und ihre Klassifizierung?
Zerspanung, manchmal auch als "Hohlraumbearbeitung" bezeichnet, ist ein Prozess, bei dem unnötiges Material entfernt wird, um die gewünschte Form eines Objekts zu erreichen.Das überflüssige Material wird meist mithilfe von Schneidwerkzeugen wie Klingen oder Fräsern entfernt, während das zu bearbeitende Materialstück fixiert bleibt.
Zerspanung umfasst:
- Fräsen (d.h. das Abtragen von Material mit Hilfe eines Fräsers, der auf einem Hochgeschwindigkeitskopf - der sogenannten Spindel - montiert ist),
- Drehen (d.h. das Abtragen von Material mittels spezieller Drehmesser von einem Materialstück, das sich auf einem Kopf dreht),
- Hobeln (d.h. Abtragen von Material mit Hilfe einer Hobelmaschine),
- Bohren (d.h. das Herstellen von Löchern mit einem geeigneten Bohrer - wichtig: Fräser sind nicht dasselbe wie Bohrer, trotz ihrer scheinbaren Ähnlichkeit),
- Schleifen (d.h. das Abtragen von kleinen Teilen mit Hilfe von Schleifflächen, meist als letzte Stufe des Bearbeitungsprozesses, um die Oberfläche zu glätten),
- die Bearbeitung mit einer CNC-Maschine, die auf der Grundlage eines der Verfahren (Fräsen, Schleifen, Drehen) arbeitet, aber numerisch gesteuert wird
Die maschinelle Bearbeitung selbst wird in zwei Hauptgruppen unterteilt:
- Spanabhebende Bearbeitung, bei der Werkzeuge mit einer festen Geometrie und Anzahl von Schneidkanten verwendet werden und das abgetragene Material in Späne umgewandelt wird,
- Abrasive Bearbeitung, bei der verschiedene Arten von Schleifwerkzeugen (Scheiben, Bänder, Steine) verwendet werden und das überschüssige Material in sehr feine Späne umgewandelt wird.
Wie die Bearbeitung aussieht?
Der Prozess der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks lässt sich am besten durch die aufeinanderfolgenden Etappen beschreiben, die je nach Genauigkeit und Menge des abgetragenen Materials unterteilt werden.
Diese Etappen sind:
- Vorbearbeitung, auch als Schruppen bezeichnet, bei der überschüssiges Material entfernt wird,
- Mittlere Detailbearbeitung, bei der die ursprüngliche Form des Objekts festgelegt wird,
- Feinbearbeitung, bei der das Objekt feinbearbeitet wird und seine endgültige Form erhält,
- die sehr feine Bearbeitung, die manchmal auch als "Schlichten" bezeichnet wird und bei der die gängigste Bearbeitung das Abschleifen ist.
Sie können sowohl zum Fräsen als auch zum Drehen oder Schleifen verwendet werden. Die Art der Bearbeitung (d. h. auf welcher Maschine sie durchgeführt wird) hängt wiederum ab von:
- die Art des Materials (Metall, Holz, Kunststoff, etc.),
- die Größe des Zielteils,
- aber vor allem die Art des Bauteils, das hergestellt werden soll. Die Herstellung von zylindrischen Bauteilen (z. B. Lagerbuchsen) ist auf einer Fräsmaschine möglich, aber das CNC-Drehen ist dafür besser geeignet. Um dagegen schnell ein Objekt mit komplexen Formen zu erhalten, ist das CNC-Fräsen die beste Option.
Das Endergebnis der Bearbeitung ist ein Bauteil mit der erwarteten Form und den erwarteten Eigenschaften, das weiterverarbeitet werden kann, z.B. eloxiert.
Einsatz von Maschinen
Diese Form der Bearbeitung von Metallen, Holz, Glas, Stein und Kunststoffen ermöglicht es, eine Vielzahl von Objekten und Teilen unterschiedlicher Größe herzustellen. Die hohe Wiederholgenauigkeit der CNC-Bearbeitung bietet fast unbegrenzte Möglichkeiten für die wiederholbare Herstellung selbst der komplexesten Objekte.
Heute wird die maschinelle Bearbeitung (insbesondere CNC) bei der Herstellung von Komponenten für Branchen wie:
- Automobilindustrie ( Kugellager, Motorteile oder ganze Blöcke, Turboladerkomponenten),
- Luft- und Raumfahrt (Rotoren, Triebwerksteile, etc.)
- medizinische Instrumente,
- Energiewirtschaft (Transformatorenteile usw.)
- Haushaltsgeräte im weitesten Sinne (von Haushaltsgeräten über Unterhaltungselektronik bis hin zu Elementen der Inneneinrichtung).
Und das sind nur einige der Bereiche, in denen die Präzisionsbearbeitung zum Einsatz kommt - in der Praxis nutzen alle Branchen, die präzise hergestellte Teile benötigen, diese Technologie. Am häufigsten: mit CNC-Bearbeitung.
CNC-Bearbeitung und typische Bearbeitung - Unterschiede
Das Zerspanen wird fast seit den Anfängen des Industriezeitalters eingesetzt - vor allem wegen der hohen Geschwindigkeit und Präzision bei der Herstellung von Gegenständen. Bevor CNC-Werkzeugmaschinen eine höhere Präzision und Wiederholbarkeit ermöglichten, wurden verschiedene Arten von Schablonen oder Formen und Verfahren (manuelle Bearbeitung, mit der Zeit von Hand und auf konventionellen Werkzeugmaschinen wie Drehbänken) zum Fräsen verwendet.
Die numerische Computersteuerung (CNC) hat die Bearbeitung einfacher und präziser gemacht und ermöglicht eine schnellere Produktion. Ältere Formen der Bearbeitung (mit Dreh- oder Fräsmaschinen) ermöglichten die Herstellung komplexer und sich wiederholender Teile, aber das erforderte einen viel höheren Aufwand an Qualitätskontrolle und Zeit.
Trotz des Einsatzes vieler Techniken boten "analoge" Bearbeitungsmaschinen nicht die gleiche Präzision wie CNC-Maschinen. Die Beschleunigung des Prozesses hat dazu geführt, dass CNC-Bearbeitungsangebote für den Kunden attraktiver geworden sind, vor allem bei der Herstellung einer größeren Anzahl von Teilen.
Die klassische Zerspanung eignet sich gut für die Herstellung von Einzelteilen, z. B. das Aufbohren eines unzugänglichen Lagers (eine gängige Praxis in Zeiten einer zentral gesteuerten Wirtschaft und eines Mangels an Ersatzteilen für Maschinen).
Die Entwicklung der Industrie hat dazu geführt, dass die maschinelle Zerspanung (sowohl CNC als auch analog) von ungebrochenem Interesse ist.
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