Einführung
CNC-Bearbeitung wird in der Fertigungsbranche häufig eingesetzt, selbst bei Prozessen, bei denen Ingenieure früher Oberfräsen, Formmaschinen, Vertikalfräsen und Spitzendrehmaschinen bedienen mussten. Die vielen Vorteile von CNC-Maschinen haben dazu geführt, dass einige vom Bediener benötigte Geräte vollständig ersetzt wurden. Hersteller aller Couleur und in den unterschiedlichsten Branchen entscheiden sich für die Vorteile der CNC-Bearbeitung für Fertigungs- und Produktionsanwendungen. Die Produktionskapazität ist effektiv, schnell und präzise und eignet sich daher perfekt für die Herstellung großer Mengen von Objekten, die normalerweise mit einer Oberfräse, einer Schleifmaschine, einer Spitzendrehmaschine, einer Vertikalfräse oder einer Formmaschine hergestellt werden.
Im Vergleich zur herkömmlichen Methode bietet die numerische Computersteuerung verschiedene finanzielle und Produktionsvorteile. Beim manuellen Drehen ist für jede Maschine ein qualifizierter Techniker erforderlich. Bei der CNC-Bearbeitung kann jedoch eine einzige qualifizierte Person mit vielen Maschinen umgehen. Durch die CNC-Bearbeitung entstehen verschiedenste Metall- und Kunststoffbauteile, die in Unternehmen und im weiteren Umfeld eingesetzt werden. Viele Unternehmen benötigen präzises, zuverlässiges und anspruchsvolles Schneiden.
Mechaniker der US Air Force stellten in den 1940er Jahren die ersten CNC-Maschinen her. Die gestanzte Papiertechnologie, die die ersten Maschinen antreibt, führte zur Entstehung der digitalen Software, die wir heute verwenden. Aufgrund ihrer Fähigkeit, unglaublich präzise Ergebnisse in großen Mengen für eine Vielzahl von Anwendungen zu liefern, gewann die CNC-Bearbeitung schnell an Popularität. Die Computerisierungskomponente der CNC-Bearbeitung führt zu genauen und zuverlässigen Ergebnissen.
Was ist CNC-Bearbeitung?
Hersteller verwenden in der Regel computernumerisch gesteuerte Bearbeitung, um bearbeitete Teile, Waren und Dinge herzustellen. Diese Prozesse werden von CNC-Maschinen durchgeführt. Bei einer CNC-Maschine handelt es sich um eine Maschine, die Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen, Oberfräsen, Schleifmaschinen oder Mühlen mithilfe einer numerischen Computersteuerung steuert. Computer Numerical Control (CNC)-Maschinen werden durch eine spezielle Software gesteuert, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten und mit G-Code programmiert ist, einer bestimmten CNC-Maschinensprache, die eine präzise Steuerung von Attributen wie Vorschub, Position und Geschwindigkeit ermöglicht. Diese Software unterscheidet CNC-Maschinen von Standard-PCs.
Die automatisierte Bearbeitung erfolgt über eine spezielle Software. Die G-Code-Sprache, die unter anderem eine Feinsteuerung von Koordination, Vorschub, Ort und Geschwindigkeit ermöglicht, wurde vom Programm angepasst. Die Maschine, die die mit G-Code versehene Software beherbergt, hat ein anspruchsvolles Desktop-Erscheinungsbild. An der Computerkonsole kann ein Programmierer Maschinenvorgänge steuern, für die zahlreiche Bediener an Drehmaschinen, Schleifmaschinen, Oberfräsen, Fräsmaschinen und Fräsmaschinen erforderlich wären. Mit der computergestützten, automatisierten Bearbeitungstechnik können Reichweiten, Griffe und andere Aufgaben effizient erledigt werden, mit denen herkömmliche Maschinen und menschliche Bediener normalerweise zu kämpfen haben.
Was ist konventionelle Bearbeitung?
Ein Verfahren zum Entfernen von Metall ist die maschinelle Bearbeitung. Dies ist ein subtraktiver Prozess, da dabei ein Material eliminiert und die Materialmenge reduziert wird. Eine andere Bezeichnung für die klassische Bearbeitungsmethode ist konventionelle Bearbeitung. Dabei handelt es sich um die grundlegende Technik des Metallentfernungsprozesses, die die Menge des Metalls reduziert und eine Substanz entfernt. Es ist bekannt, dass herkömmliche Bearbeitungstechniken aufgrund der abrasiven Verstärkung und der inhomogenen Struktur zu minderwertigen Produkten führen. Daher bietet die Laserbearbeitung im Vergleich zu herkömmlichen Bearbeitungstechniken einige Vorteile.
Bei einem herkömmlichen Bearbeitungsprozess wird die Bearbeitung auf herkömmliche Weise durchgeführt, d. h. ohne den Einsatz moderner Techniken. Daher wird diese Bearbeitungstechnik manchmal auch als klassische Bearbeitung bezeichnet. Bei dieser Bearbeitungsmethode werden scharfe Schneidwerkzeuge verwendet, wie z. B. das Kegelwerkzeug in der Drehmaschine zum Verjüngen. Der Werkzeugverschleiß wird verstärkt, weil das Material des Schneidwerkzeugs haltbarer ist als die Werkstücke und weil es in direkten Kontakt mit dem Werkstück kommt. Das Schneidwerkzeug wird gegen ein rotierendes oder stationäres Werkstück verwendet, um Material zu entfernen.
Vorteile von CNC-Bearbeitung
Es ist nicht überraschend, dass viele Fertigungsunternehmen in letzter Zeit von konventioneller auf CNC-Bearbeitung umgestiegen sind. Ihre Toleranzen müssen streng auf +/- 0005 sein, da viele Branchen wie die Automobil-, Nachrichten-, Gesundheits-, Militär- und Luftfahrtindustrie Präzisionsteile benötigen, was mit konventioneller Bearbeitung eine Herausforderung darstellt. Als nächstes untersuchen wir die Vorteile der CNC-Bearbeitung gegenüber der konventionellen Bearbeitung.
· Senkung der Lohnkosten – Einsatz eines einzigen Facharbeiters für mehrere Maschinen
Für die konventionelle Bearbeitung erfordert jede Maschine einen engagierten Techniker, der kompetent, erfahren und mit der jeweiligen Maschine bestens vertraut ist. Im Gegensatz dazu wird die CNC-Bearbeitung, abgesehen von der Ersteinrichtung und der Dateneingabe, größtenteils durch Software gesteuert und erfordert nur sehr wenig menschliches Eingreifen. Darüber hinaus erfordert die CNC-Bearbeitung weniger spezielle Schulungen, was die Arbeitskosten noch weiter senkt. Die Wahrscheinlichkeit menschlichen Versagens und einer Gefährdung der Arbeitssicherheit wird erheblich verringert, wenn Computer eine wichtige Rolle spielen.
· Höchste Qualität; große Menge
Die konventionelle Bearbeitung wird typischerweise für Anwendungen mit geringem Volumen und kleinen Stückzahlen eingesetzt, da sie manuelle Arbeit erfordert. Unabhängig davon, ob es darum geht, ein paar Dutzend oder Tausende von bearbeiteten Metallkomponenten herzustellen, sind CNC-Maschinen so konzipiert, dass sie optimale Präzision garantieren.
Darüber hinaus kommt bei der CNC-Bearbeitung hochentwickelte Software zum Einsatz, die häufig gemäß den Standards aktualisiert werden kann, sodass äußerst komplizierte Komponenten problemlos hergestellt werden können.
· Mum ein Vielfaches besser bei der Nachbildung von Teilen als bei der herkömmlichen Bearbeitung.
CNC-Maschinen, die darauf ausgelegt sind, die Geschwindigkeit und Platzierung präzise zu regulieren, können in kurzer Zeit Tausende von genau identischen Bauteilen herstellen, eine Leistung, die mit manueller oder herkömmlicher Bearbeitung nicht möglich ist. Ohne Einbußen bei der Qualität des bearbeiteten Teils können Maschinen so programmiert werden, dass sie denselben Schnitt oder dasselbe Finish wiederholen. Im Gegensatz dazu erfordert die konventionelle Bearbeitung einen kompetenten Bediener, der das Werkzeug in jeder Phase des Bearbeitungsprozesses manuell positioniert, was zweifellos viel Zeit und Geduld erfordern würde. Trotz dieser Hingabe ist mit Abweichungen zu rechnen.
· Keine Notwendigkeit für Prototypen
Um die Machbarkeit von Entwürfen abzubilden und diese zu simulieren, sind Prototypen erforderlich. In jeder Fabrik wurden brauchbare Prototypen entworfen, getestet und dann vor der CNC-Bearbeitung am Bearbeitungsverfahren gearbeitet. Dieser gesamte Prozess dauerte in der Regel mehrere Tage, vielleicht sogar Monate, bis er manuell abgeschlossen wurde. Mit dem Aufkommen von CNC-Maschinen wurde die Softwareprogrammierung möglich, die es Ihnen ermöglichte, Ihren Entwurf einzugeben und visuell zu beurteilen, ob er in praktischen Situationen einsetzbar ist. Dies führt zu verkürzten Fertigungszeiten, keinen zusätzlichen Kosten für die Prototypenentwicklung und zu möglichst geringen Arbeitskosten.
· Höhere Endbearbeitungsqualität und Genauigkeit
Die Art der verwendeten Steuerung beeinflusst die Genauigkeit von CNC-Systemen. Eine höhere Genauigkeit kann erreicht werden, wenn eine Steuerung mit einem präziseren Positionierungssystem verwendet wird. Der Grad der Genauigkeit bei der konventionellen Bearbeitung hängt davon ab, wie gut der Bediener die Maschine steuern kann.
Um eine glatte Oberfläche zu erzielen, muss das Teil nach Abschluss der Bearbeitung Endbearbeitungsverfahren wie Schleifen und Polieren unterzogen werden. Konventionelle Bearbeitung ist nur so genau wie die Person, die die Handbewegungen steuert.
Da bei CNC-Systemen keine manuelle Eingabe durch einen Bediener erforderlich ist, wird das Endprodukt immer genauer sein. Wenn ein präziseres Positionierungssystem für die Steuerung verwendet wird, kann eine bessere Genauigkeit erreicht werden, was ein Faktor ist, der sich auf die Genauigkeit der CNC-Bearbeitung auswirkt.
· Sicherer für den Arbeiter
Hinter einer Schutzkonstruktion ist der CNC-Maschinenbediener vor scharfen Teilen geschützt. Durch das Glas kann der Bediener beobachten, was in der Werkzeugmaschine passiert. Der Bediener muss sich nicht unbedingt in die Nähe der Spindel oder des Fräsers begeben. Der Benutzer muss sich den Kühlflüssigkeiten nicht nähern. Je nach Substanz können einige Flüssigkeiten schädlich für die menschliche Haut sein.
· Arbeitskosten sparen
Bei herkömmlichen Werkzeugmaschinen musste der Benutzer jede Komponente mit größter Sorgfalt bewegen. Somit war jeder Mitarbeiter auf die Nutzung einer einzigen Werkzeugmaschine beschränkt. Dies wurde durch die CNC geändert, und jetzt ist für die meisten Artikel nur noch eine einzige Einrichtung erforderlich, um sie in etwa 30 Minuten zu verarbeiten. Der Bediener muss nichts tun, damit die CNC-Werkzeugmaschine schneidet. Während sich das Werkzeug automatisch bewegt, muss der Bediener nur nach Einrichtungs- oder Codierungsproblemen suchen. Dadurch hat der Bediener zwischen den Aufgaben freie Zeit, die er für die Bedienung zusätzlicher Werkzeuge nutzen kann. Sie können die Kosten sparen, die mit der Einstellung zusätzlicher Arbeitskräfte für die Bedienung der Maschinen verbunden sind, indem Sie einen Bediener und viele Werkzeugmaschinen einsetzen.
· Eine höhere Oberflächenqualität wird durch die Verwendung von Kühlmitteln auf Wasser- oder Ölbasis erzielt.
Aufgrund der beim Schneiden auftretenden Vibrationen kann die Verwendung nicht CNC-basierter Bearbeitungstechniken zu einer geringeren Genauigkeit führen. Aufgrund dieser Vibration kann beim konventionellen Schneiden nicht die gleiche Präzision erreicht werden wie bei der CNC-Bearbeitung.
Beim konventionellen Schneiden ist die Oberflächenbeschaffenheit eines Teils möglicherweise nicht optimal. Durch die CNC-Bearbeitung, bei der keine Vibrationen entstehen und eine bessere Oberflächenbeschaffenheit erzielt wird, lässt sich dieses Problem jedoch lösen.
Darüber hinaus verringert der Einsatz der CNC-Technologie den Bedarf an Hilfsverfahren wie Polieren, die teuer und zeitaufwändig sein können.
· Geringere Kosten für die Wartung
Abgesehen vom regelmäßigen Austausch der Schneidwerkzeuge und einer leichten Reinigung benötigen CNC-Maschinen normalerweise nicht viel Wartung. G-Code-basierte Software aktualisiert sich bei Bedarf automatisch. Es ergeben sich Kosteneinsparungen, da für die routinemäßige Wartung keine Expertenunterstützung erforderlich ist.
· vielseitig
Mit der CNC-Bearbeitung können Sie nahezu jedes erdenkliche Bauteil herstellen. Einige der Modelle verfügen über zusätzliche Funktionen und Add-ons, die den Herstellungsprozess beschleunigen und noch einfacher machen, wie etwa Touchscreens und einen automatischen Werkzeugwechsel.
Ein holzverarbeitender Verband befragte seine Teilnehmer, darunter Hersteller von Architekturholz und Tischler. Die meisten von ihnen waren sich einig, dass CNC Vorteile und Vorteile für ihre Branche mit sich bringt.
· Weniger Fehler bei der Einrichtung
Herkömmliche Werkzeugmaschinen sind auf die Fähigkeiten des Bedieners im Umgang mit Messgeräten angewiesen. Es gibt nur wenige qualifizierte Techniker, die Teile präzise positionieren können, aber diese sind rar gesät. Aus diesem Grund verwenden CNC-Systeme eine einzigartige Koordinatenmesssonde, die in der Spindel montiert ist. Zur Positionierung berührt die Sonde das feste Bauteil. Um Einrichtungsfehler zu minimieren, sind die Nullpunkte des Koordinatensystems zertifiziert.
· Weniger stressig
Die manuelle Bearbeitung hat viele Vorteile, ist aber immer mit menschlichen Fehlern behaftet. Wenn Sie zu wenig Personal haben, Mitarbeiter krank oder im Urlaub sind und die Leistung der Bediener nicht den Erwartungen entspricht, kann dies zu finanziellen und kulturellen Problemen führen. Diese problematischen Aspekte werden bei der CNC-Bearbeitung praktisch eliminiert.
· Große Auswahl an Materialien
Dies könnte der Vorteil der CNC-Bearbeitung gegenüber der konventionellen Bearbeitung sein, der am meisten hervorsticht. Nahezu jedes Material, einschließlich Metall, Stahl, Holz, Schaumstoff oder empfindlicher Kunststoff, kann mit CNC-Maschinen verarbeitet werden.
· Fähigkeit, komplizierte Teile herzustellen
CNC-Maschinen können problemlos und frei 3D-, 4D- und sogar 5D-Artikel erstellen, da sie jederzeit aufgerüstet und neu programmiert werden können. Dies kann bei Bedarf einen reibungsloseren Übergang von der Herstellung einfacher CNC-bearbeiteter Teile zur Herstellung komplizierter Teile ermöglichen. Die Software kann auch Designs speichern, sodass Sie bevorzugte Formen oder andere Ideen schnell erneut aufrufen können.
· Durch den Einsatz komplexer Geometrien können CNC-Teile leichter und stabiler hergestellt werden.
Aufgrund der Tatsache, dass durch die CNC-Bearbeitung Teile hergestellt werden können, die weitaus kleiner sind als das, was auf einer herkömmlichen Maschine möglich wäre, können leichtere und effektivere Teile hergestellt werden.
· Größere Schnittparameter
Der geschlossene Schneidbereich ermöglicht jetzt Hochgeschwindigkeits-CNC-Drehen. Während der Bearbeitung fliegen die Späne mit hoher Geschwindigkeit umher und versprühen anschließend Kühlmittel mit hohem Druck. Bei Drehzahlen ab 10,000 U/min ist ein manueller Betrieb nicht möglich. Aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeit ist es unmöglich, manuell eine konstante Spanbreite und Vorschubgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, um Vibrationen zu vermeiden.
Aufgrund ihrer Präzision und zahlreichen anderen Vorteilen hat die CNC-Bearbeitung eine Reihe von Branchen völlig revolutioniert, darunter die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs- und Elektronikbranche. Allerdings haben CNC-Maschinen, wie alles andere auch, einige Nachteile, daher werden wir nun einige der Nachteile besprechen, die mit den CNC-Bearbeitungstechniken einhergehen.
Nachteile der CNC-Bearbeitung
Die Tatsache, dass die CNC-Bearbeitung nicht die günstigste Lösung ist, mag zunächst wie ein Nachteil erscheinen. Doch die Kosten sind eine finanzielle Investition in zukünftige Einsparungen, Produktivität, Kundenbindung und einen Ruf für Exzellenz und Zuverlässigkeit.
Die anfänglichen Kosten für die Beauftragung von CNC-Dienstleistungen sind höher. Es funktioniert für viele Unternehmen in vielen Branchen erfolgreich, wenn sie sich bei der Erbringung ihrer CNC-Bearbeitungsdienstleistungen auf einen zuverlässigen Anbieter verlassen. Die Kosten des ersten Produktionslaufs werden höher sein als die der Folgeläufe.
Ein weiterer Nachteil des CNC-Ansatzes, den einige Maschinisten sehen, besteht darin, dass er dazu neigt, traditionelle manuelle Fähigkeiten obsolet zu machen. Sie nehmen die mathematischen und naturwissenschaftlichen Fähigkeiten mit, die sie sich im Laufe jahrelanger Ausbildung zum manuellen Bedienen von Bohrmaschinen, Fräsmaschinen, Drehmaschinen und vielem mehr angeeignet haben.
Während die CNC-Bearbeitung die Geschäftsmöglichkeiten insgesamt erheblich erweitert hat, hat sie auch zu einer weniger traditionellen Fertigung und einigen Arbeitsplatzverlusten geführt. Die Mehrheit der Experten ist sich jedoch nicht einig, dass handwerkliche Fähigkeiten aus der Mode kommen werden. Tatsächlich glauben einige, dass kleine und spezialisierte Projekte der konventionellen Bearbeitung zum Erfolg verhelfen werden.
Beeinflusst die CNC-Bearbeitung passt zu dir?
Eine der beiden weit verbreiteten Techniken zur Herstellung eines Prototyps aus einer digitalen Datei ist die CNC-Bearbeitung, die häufig in der Fertigung und in anderen Branchen eingesetzt wird. Die Erstellung eines Teils oder Produkts mithilfe der 3D-Drucktechnologie, die das Fused-Deposition-Modeling (FDM) nutzt, ist die alternative Methode zur Erstellung von Prototypen. Neben FDM sind Stereolithographie (SLA), selektives Lasersintern (SLS) und selektives Laserschmelzen (SLM) weitere 3D-Drucktechniken, die eingesetzt werden könnten.
Vielleicht sind Sie neugierig auf die 3D-Drucktechnologie und ob sie der CNC-Bearbeitung überlegen ist. Die Antwort basiert auf einer Reihe von Variablen und wirft folgende Fragen auf:
- Was für ein Produkt stellen Sie her?
- Wie schwierig ist der Artikel, den Sie erstellen müssen?
- Welche Materialien werden zur Herstellung des Produkts verwendet?
- Mit welchem Volumen ist zu rechnen?
- Was für einen Zeitplan stellen Sie zusammen?
Im Allgemeinen wird der 3D-Druck zur Erstellung von Prototypen verwendet und ist langsamer als das CNC-Fräsen. Es ist daher wirkungslos, große Beträge zu erzeugen.
Die FDM-Technologie baut von Grund auf auf, während die CNC-Bearbeitung einen Materialblock durch Schneiden und Bohren von Stücken formt.
Bei FDM gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich des Achswinkels, bei CNC hingegen gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich der Materialarten, mit denen es arbeiten kann. Die Möglichkeiten des 3D-Drucks beschränken sich auf die Materialien, die in bearbeitbare Filamente umgewandelt wurden, während die CNC-Bearbeitung nahezu jede Form erzeugen kann.
Sogar 3D-Druckunternehmen sind sich einig, dass beide Technologien im Rahmen des Herstellungsprozesses nebeneinander existieren und sich ergänzen werden, auch wenn sich beide Technologien weiterentwickeln und weiterentwickeln werden.
In den meisten Fällen ist die CNC-Bearbeitung die beste Option, da sie eine höhere Genauigkeit, Präzision und Geschwindigkeit für große Produktmengen bietet.
Die CNC-Bearbeitung automatisiert Fertigungsabläufe, sodass Sie sich keine Sorgen über Vernachlässigung der Mitarbeiter, Ausfallzeiten oder Fehler machen müssen, die Ihren Betrieb verlangsamen. Komplexe, mehrdimensionale Metall- und Kunststoffteile in verschiedenen Größen und Formen können kontinuierlich hergestellt werden.
Fazit
Die CNC-Bearbeitung bietet gegenüber der konventionellen Bearbeitung eine Reihe von Vorteilen. Größere kreative Freiheit, feinere Funktionen und höhere Präzision sind nur einige dieser Vorteile. Angesichts der vielen Vorteile ist es verständlich, warum immer mehr Hersteller diese Technik täglich einsetzen. Eine Reihe von Variablen, darunter der Umfang des Projekts und seine Kosten, sprechen jedoch möglicherweise nicht immer für die CNC-Bearbeitung gegenüber der konventionellen Bearbeitung.
