Was ist CNC-Drehen? Detaillierte Grundlagen, die Sie wissen müssen

Das CNC-Drehen ist eines der am weitesten verbreiteten CNC-Bearbeitungsverfahren und wird in der Fertigungsindustrie aufgrund seiner Präzision und Vielseitigkeit hoch geschätzt. Dabei handelt es sich um ein stationäres Schneidwerkzeug, das auf einer Drehmaschine oder einem Drehzentrum Material von einem rotierenden Werkstück abträgt. Dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Herstellung von Teilen mit kreisförmigen oder achsensymmetrischen Merkmalen verwendet. Abhängig von der Art des Schneidvorgangs können zylindrische, konische, mit Gewinde versehene, genutete oder gelochte Bauteile sowie Teile mit spezifischen Oberflächenstrukturen hergestellt werden.

Egal, ob Sie in der Branche tätig sind und überlegen, ob CNC-Drehen für Ihr Projekt das Richtige ist, oder einfach nur neugierig auf Fertigungstechnologien sind, hier sind Sie richtig! Dieser Artikel beantwortet alle Ihre Fragen zum CNC-Drehen.

Was ist CNC-Drehen?

Wörtlich übersetzt lässt sich „CNC-Drehen“ in zwei Teile unterteilen:

CNC (Computer Numerical Control): Dies bezieht sich auf die Verwendung von Computerprogrammen zur präzisen Steuerung der Bewegung und des Betriebs von Maschinen.

Drehen: Bei der maschinellen Bearbeitung handelt es sich beim Drehen um einen Prozess, bei dem Material von einem rotierenden Werkstück durch ein Schneidwerkzeug entfernt wird, typischerweise ein Einschneidewerkzeug, das entweder stationär gehalten wird oder sich entlang einer vorgegebenen Bahn bewegt.

Somit kombiniert das CNC-Drehen die Präzision computergesteuerter Vorgänge mit dem traditionellen Drehprozess und bringt ein Werkstück effizient und mit hoher Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit in die gewünschte Form. CNC-Drehmaschinen und CNC-Drehzentren sind die Standardmaschinen, die in der Industrie für diese Operationen eingesetzt werden.

Was ist der Unterschied zwischen CNC-Drehzentren und CNC-Drehmaschinen?

Bei CNC-Drehmaschinen handelt es sich in erster Linie um 2-Achsen-Maschinen, die für Standarddrehoperationen konzipiert sind und sich auf die Bearbeitung zylindrischer oder konischer Teile konzentrieren. Sie bieten eine einfachere Einrichtung, geringere Kosten und verfügen in der Regel nicht über ein Schutzgehäuse um die Maschine herum.

Im Gegensatz dazu handelt es sich bei CNC-Drehzentren um fortschrittliche Mehrachsensysteme, die mit angetriebenen Werkzeugen ausgestattet sind und es ihnen ermöglichen, mehrere Vorgänge wie Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden in einer einzigen Aufspannung durchzuführen. Dies führt zu höherer Produktivität, größerer Flexibilität und der Fähigkeit, komplexe Teile herzustellen. Allerdings bedeutet dies auch eine höhere Anfangsinvestition und eine erhöhte betriebliche Komplexität.

Wie funktioniert das CNC-Drehen?

CNC-Drehen ist ein komplexer Prozess, aber wir vereinfachen ihn in drei Hauptschritte und heben in jeder Phase wichtige Überlegungen hervor, damit Sie bessere Ergebnisse erzielen können. Fangen wir an!

Schritt Nr. 1: Design und Programmierung

Der erste Schritt ist die Gestaltung Ihres Teils. Mit CAD-Software wie AutoCAD oder SolidWorks können Sie Ihr Konzept – oft beginnend mit einer oder mehreren 2D-Skizzen – in ein detailliertes digitales 3D-Modell umwandeln. Dieses Modell enthält alle wesentlichen Details wie Abmessungen, Formen und Merkmale des Teils.

Sobald die CAD-Datei fertig ist, wird sie in die CAM-Software importiert. In dieser Phase überprüft ein Fertigungsingenieur den Entwurf, um sicherzustellen, dass er herstellbar ist. Anschließend ermitteln sie die notwendigen Bearbeitungsvorgänge, wählen die passenden Werkzeuge aus und stellen Bearbeitungsparameter wie Schnittgeschwindigkeit und -tiefe ein. Schließlich werden diese Entscheidungen in einer Reihe von Anweisungen, dem sogenannten G-Code, zusammengefasst, die die CNC-Maschinen verstehen und ausführen können.

In dieser Phase müssen Sie zwei Parameter im Auge behalten: die Drehgeschwindigkeit und den Vorschub. Die Drehgeschwindigkeit (häufig synonym mit Schnittgeschwindigkeit verwendet) ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Oberfläche eines rotierenden Werkstücks am Schneidwerkzeug vorbeibewegt, typischerweise gemessen in Metern pro Minute (m/min) oder Fuß pro Minute (ft/min). Die Vorschubgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Schneidwerkzeug entlang des rotierenden Werkstücks bewegt, definiert als die Strecke, die das Werkzeug während einer Umdrehung des Teils zurücklegt.

Diese Parameter müssen von einem Experten sorgfältig ermittelt werden, da sie die Standzeit des Werkzeugs, die Bearbeitungszeit und die Gesamtqualität Ihres Projekts erheblich beeinflussen. Typischerweise wird für die erste Schruppstufe eine niedrigere Drehgeschwindigkeit kombiniert mit einer höheren Vorschubgeschwindigkeit verwendet, um Material schnell zu entfernen. Für die Endbearbeitung werden eine höhere Drehgeschwindigkeit und ein geringerer Vorschub bevorzugt, um glatte Oberflächen und Teile mit präzisen Toleranzen zu erzielen.

Schritt 2: Bereiten Sie die CNC-Drehmaschine vor

Schritt 3: Beginnen Sie mit dem Drehvorgang

Abschließend beginnt die CNC-Maschine damit, das Werkstück schnell zu drehen. Schneidwerkzeuge folgen dann dem CNC-Programm, um eine Reihe von Vorgängen wie Drehen, Bohren und Plandrehen auszuführen. Faktoren wie die Komplexität Ihres Teils und die erforderlichen Toleranzen bestimmen, wie viele Bearbeitungszyklen Ihr Teil durchläuft. Durch die Berechnung der Zeit für jeden Zyklus können Sie die endgültige Bearbeitungszeit für das Bauteil ermitteln, was für die Kostenberechnung und Produktionsplanung von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus kann dies dazu beitragen, den Bearbeitungsprozess zu optimieren und die Produktionseffizienz zu steigern.

Typischerweise umfasst die Drehzykluszeit:

Rüstzeit: Vorbereitungen vor Drehbeginn, wie Werkstückladen, Werkzeuginstallation und Einrichtung des CNC-Programms.Schnittzeit: Wenn das Werkzeug aktiv Material entfernt, beeinflusst durch die Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks , Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe.Werkzeugwechselzeit: Wird benötigt, um Schneidwerkzeuge für verschiedene Vorgänge wie Drehen, Bohren und Plandrehen auszutauschen.Leerlaufzeit: Zeiträume, in denen die Die Maschine führt keine Bearbeitung durch, z. B. beim Anpassen der Positionen zwischen Schnitte oder Bewegen zu einem neuen Startpunkt für den nächsten Schneidvorgang.

Arten von CNC-Drehoperationen

Um den unterschiedlichen Fertigungsanforderungen gerecht zu werden, umfassen zahlreiche Drehprozesse heute verschiedene Arten von Drehwerkzeugen in CNC-Drehmaschinen und Drehmaschinen. Dies ermöglicht die Bearbeitung über die Herstellung einfacher axialsymmetrischer Teile wie zylindrischer und konischer Komponenten hinaus und umfasst auch komplexe Geometrien wie Polygone und komplizierte Teile mit speziellen Kurven. Nachfolgend sind einige der gebräuchlichsten Arten von Drehoperationen aufgeführt:

1. Geradeausdrehen

Beim Geradedrehen wird Material von der Außenseite des Werkstücks entfernt, um seinen Durchmesser auf ein bestimmtes Maß zu reduzieren. Dabei handelt es sich häufig um einen ersten Schritt im Bearbeitungsprozess, bei dem es darum geht, das Werkstück schnell auf nahezu die gewünschte Größe zu reduzieren. Da es in erster Linie darum geht, Material schnell abzutragen, kann es sein, dass bei diesem Vorgang die endgültigen Abmessungen nicht mit höchster Präzision erzielt werden. Daher wird es manchmal als Schruppdrehen bezeichnet. Nach dem Geradedrehen sind in der Regel zusätzliche Nachbearbeitungsvorgänge erforderlich, um die Oberfläche zu verfeinern und die exakten Abmessungen und Toleranzen zu erreichen, die für das Teil erforderlich sind.

2. Kegeldrehen

Kegeldrehen ist ein Bearbeitungsvorgang, der in einem Winkel und nicht parallel zur Rotationsachse des Teils ausgeführt wird. Dabei wird die Schnitttiefe entlang der Länge des Werkstücks schrittweise verringert, um eine konische Form zu erzeugen.

3.Gegenüberstellung

Beim Plandrehen handelt es sich um einen Prozess, mit dem am Ende eines Werkstücks eine ebene Oberfläche erzeugt wird. Ziel ist es, die Oberfläche senkrecht zur Rotationsachse des Werkstücks zu gestalten. Während des Plandrehvorgangs führt das Plandrehwerkzeug einen Vorschub senkrecht zur Rotationsachse des Teils durch. Dieser Vorgang kann als Vorschnitt oder als Fertigschnitt durchgeführt werden.

4. Bohren

Beim Bohren wird mit einem rotierenden Schneidwerkzeug, einem sogenannten Bohrer, ein Loch in der Mitte des Werkstücks erzeugt. Obwohl es sich nicht um einen herkömmlichen Drehvorgang handelt, wird er häufig in CNC-Drehzentren mit angetriebenen Werkzeugen integriert. In moderneren Drehzentren können Löcher in nahezu jeder Ausrichtung gebohrt werden und sind nicht auf die Mittelachse beschränkt.

5. Langweilig

Bohren wird verwendet, um ein vorhandenes Loch zu vergrößern oder seine zylindrische Genauigkeit zu verbessern. Es wird häufig bei Anwendungen eingesetzt, bei denen Bohren allein möglicherweise nicht das erforderliche Maß an Präzision oder Oberflächengüte bietet.

6. Einfädeln

Beim Gewindeschneiden werden spiralförmige Nuten in die Innen- oder Außenfläche eines Werkstücks geschnitten, um Gewinde zu erzeugen, die zur Befestigung von Bauteilen aneinander verwendet werden. Dies kann entweder intern (im Inneren eines Lochs, z. B. bei einem Schraubengewinde) oder extern (an der Außenfläche, z. B. bei einem Bolzengewinde) erfolgen. Dabei kommen spezielle Schneidwerkzeuge wie Gewindebohrer für Innengewinde und Matrizen für Außengewinde zum Einsatz.

7. Rändelung

Rändelung wird verwendet, um ein strukturiertes Muster auf der Oberfläche eines Werkstücks zu erzeugen. Dieses Muster, das typischerweise aus einer Reihe gerader, abgewinkelter oder gekreuzter Linien besteht, wird mit einem speziellen Rändelwerkzeug in das Material gedrückt oder gerollt. Der Hauptzweck der Rändelung besteht darin, einen besseren Halt an Teilen wie Werkzeuggriffen, Knöpfen oder Befestigungselementen zu gewährleisten.

8.Nuten

Beim Einstechen werden auf einem Werkstück eine oder mehrere Nuten mit einer bestimmten Breite und Tiefe erzeugt. Dieser Vorgang wird typischerweise zum Erstellen von Dichtungsringnuten, Keilnuten, Ölnuten usw. verwendet. Er kann am Innen- oder Außendurchmesser eines Werkstücks sowie an den Stirnflächen durchgeführt werden.

9.Abschied (Abschnitt)

Dabei handelt es sich um den Vorgang, bei dem ein Werkstück aus dem Grundmaterial herausgeschnitten oder ein langes Stück Material in kürzere Stücke geteilt wird. Dieser Vorgang wird typischerweise radial um das Werkstück herum durchgeführt, bis das Material vollständig durchtrennt ist.

Ist CNC-Drehen die richtige Wahl für Ihr Teil?

Bisher haben wir einige der wichtigsten Vorteile des CNC-Drehens verstanden. Dazu gehören seine Genauigkeit dank der Automatisierung des Systems, seine Flexibilität aufgrund der Fähigkeit, verschiedene Arten von Vorgängen durchzuführen, und seine schnelleren Ergebnisse. Darüber hinaus ermöglicht die Kompatibilität mit einem breiten Spektrum an Materialien wie Metallen, Kunststoffen, Holz, Glas und Wachs den breiten Einsatz von CNC-Drehen in zahlreichen Branchen, unter anderem in der Automobil-, Elektro- und Industriebranche.

Aber bedeutet das, dass das CNC-Drehen für alle Teile geeignet ist? Sicherlich nicht. Es müssen mehrere entscheidende Faktoren berücksichtigt werden, um festzustellen, ob CNC-Drehen eine effektive Wahl für Ihr Projekt ist.

Teilegeometrie

CNC-Drehen ist für rotationssymmetrische Teile wie Zylinder, Kegel oder Scheiben am effizientesten. Für Teile mit komplizierten oder nicht rotierenden Merkmalen sind alternative Fertigungsmethoden wie CNC-Fräsen, 3D-Druck oder Spritzguss möglicherweise besser geeignet.

Materialeigenschaften

Das CNC-Drehen lässt sich an eine Vielzahl von Materialien anpassen, doch jedes Material hat Eigenschaften, die maßgeblich beeinflussen, wie es auf den Drehprozess reagiert. Faktoren wie Bearbeitbarkeit, Werkzeugverschleiß, erreichbare Oberflächengüten und Verhalten unter Bearbeitungsbelastungen sind entscheidende Überlegungen.

Nehmen wir zum Beispiel Aluminium, das aufgrund seines idealen Gleichgewichts aus Festigkeit, Gewicht und einfacher Bearbeitung für das CNC-Drehen bevorzugt wird. Im Gegensatz dazu bieten härtere Materialien wie Edelstahl und Titan eine längere Haltbarkeit, erfordern jedoch spezielle Schneidwerkzeuge und Bearbeitungsparameter, um eine Kaltverfestigung zu vermeiden und eine hochwertige Oberfläche zu gewährleisten. Während Metalle außerdem auf Hochglanz bearbeitet werden können, kann bei Kunststoffen eine besondere Handhabung erforderlich sein, um ein Schmelzen oder eine Verformung zu verhindern.

Daher ist eine gründliche Bewertung der Materialeigenschaften Ihres Produkts unerlässlich, um festzustellen, ob das CNC-Drehen die effizienteste und kostengünstigste Fertigungsmethode für Ihre Anforderungen ist.

Toleranz- und Größenanforderungen

Beim CNC-Drehen können hohe Präzision und enge Toleranzen bis zu ±0,02 mm (±0,0008 Zoll) erreicht werden. Aufgrund der physikalischen Einschränkungen des Maschinendesigns und der Werkstückhandhabungskapazität unterliegen CNC-Drehmaschinen jedoch Größenbeschränkungen. Daher können für Teile, die engere Toleranzen erfordern oder sehr groß sind, alternative Bearbeitungsverfahren erforderlich sein.

Produktionsmengen

Für kleine bis mittlere Produktionsmengen ist das CNC-Drehen oft eine wirtschaftliche und effiziente Wahl, da es hohe Präzision, schnelle Iterationsfähigkeiten und die Möglichkeit bietet, komplexe Formen zu bearbeiten, ohne dass teure Formen erforderlich sind. Wenn es um die Produktion in großem Maßstab geht, ist CNC-Drehen zwar anwendbar, andere Fertigungsmethoden wie Spritzgießen oder Druckguss können jedoch aus Überlegungen zu den Kosten pro Einheit (einschließlich der Amortisierung der Formkosten und der Materialverschwendung während der CNC) wirtschaftlicher sein Drehprozess) und Produktionseffizienz.

Arten von CNC-Drehmaschinen

Wie bereits erwähnt, sind Drehmaschinen und Drehzentren die typischen Maschinen für Dreharbeiten. In der Praxis werden diese Maschinen je nach spezifischen Fertigungsanforderungen und Anwendungen weiter kategorisiert. Hier finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten Arten von CNC-Drehmaschinen.

Horizontale CNC-Drehmaschinen

Horizontale CNC-Drehmaschinen sind die typische und am weitesten verbreitete Art von CNC-Drehmaschinen. Bei diesen Maschinen ist das Werkstück horizontal gelagert und rotiert um eine horizontale Achse. Sie sind in der Lage, externe und interne Schneid-, Gewindeschneid- und Bohroperationen durchzuführen.

Vertikale CNC-Drehmaschinen

Ähnlich wie bei Horizontaldrehmaschinen liegt der Hauptunterschied in der Art und Weise, wie das Werkstück gehalten wird. Vertikale CNC-Drehmaschinen sichern das Werkstück in vertikaler Ausrichtung, was besonders nützlich für die Bearbeitung schwerer und großer Werkstücke ist, deren Montage oder Stabilität auf einer horizontalen Drehmaschine schwierig sein könnte. Diese Konfiguration kann auch in Umgebungen mit begrenztem Platzangebot von Vorteil sein.

Horizontale Drehzentren

Horizontaldrehzentren sind Weiterentwicklungen von Horizontaldrehmaschinen mit zusätzlichen Funktionen wie Bohren und Fräsen. Diese Multitasking-Fähigkeit ermöglicht die vollständige Bearbeitung eines Teils, ohne dass das Teil für zusätzliche Bearbeitungsschritte auf verschiedene Maschinen übertragen werden muss. Darüber hinaus unterstützt die horizontale Ausrichtung die Spanabfuhr, indem sie ermöglicht, dass die Späne durch die Schwerkraft auf natürliche Weise vom Schneidbereich weggezogen werden, was sowohl die Stabilität als auch die Sauberkeit des Bearbeitungsprozesses verbessert.

Vertikale Drehzentren

Vertikale Drehzentren kombinieren die Eigenschaften vertikaler CNC-Drehmaschinen mit CNC-Fräsmaschinen und bieten so die Vielseitigkeit für die Durchführung von Dreh-, Fräs- und Bohrvorgängen. Bei einer Konstruktion, bei der das rotierende Spannfutter näher am Boden positioniert ist, ist der Schwerpunkt des Materials auf die Rotationsachse ausgerichtet, wodurch der Auslegereffekt vermieden wird. Daher eignen sich Vertikaldrehzentren ideal für die Bearbeitung großer, aber kurzer und schwerer Werkstücke.

Darüber hinaus gibt es mit dem technologischen Fortschritt weitere spezifische Typen und Varianten von CNC-Maschinen, die für ein breiteres Spektrum an Fertigungsanforderungen und -anwendungen konzipiert sind. Ein bemerkenswertes Beispiel sind Langkopf-CNC-Drehmaschinen, die sich besonders für die Präzisionsbearbeitung kleiner, komplexer Teile eignen.

Komponenten einer CNC-Drehmaschine

Obwohl es viele verschiedene Arten von Drehmaschinen gibt, haben alle einige gemeinsame Schlüsselkomponenten. Das Verständnis dieser Komponenten ist für den effektiven Betrieb einer CNC-Drehmaschine und die Durchführung von Wartungsarbeiten von entscheidender Bedeutung. Werfen wir einen kurzen Blick auf diese wesentlichen Elemente.

Bedienfeld

Das Bedienfeld ist die Benutzeroberfläche der CNC-Maschine, an der Maschinisten und Techniker den G-Code oder das CAM-Programm eingeben, das die Bewegungen und Vorgänge der Maschine vorgibt.

Spindel

Die Spindel hält das Werkstück während der Drehung an Ort und Stelle. Die Leistung und Drehzahl der Spindel sind entscheidend für den Bearbeitungsprozess, da sie die Geschwindigkeit bestimmen, mit der Material abgetragen werden kann.

Die meisten einfachen CNC-Drehmaschinen sind mit einer einzigen Spindel ausgestattet, was für die meisten Drehanwendungen ausreicht. Fortgeschrittenere CNC-Drehzentren können jedoch über Doppel- oder Mehrspindelkonfigurationen verfügen, was komplexere und effizientere Schneidvorgänge ermöglicht.

Spindelstock

Der Spindelstock befindet sich normalerweise auf der linken Seite der Maschine (aus Sicht des Bedieners) und dient als Gehäuse für den Spindelantriebsmechanismus der Drehmaschine.

Die Hauptspindel verläuft durch den Spindelstock und dient zur Befestigung des Werkstücks oder einer Werkstückhaltevorrichtung, beispielsweise einem Spannfutter. Der Antriebsmechanismus umfasst den Motor, Zahnräder, Riemen oder Riemenscheiben, die zusammenarbeiten, um die Kraft vom Motor auf die Spindel zu übertragen, sodass diese sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen kann.

Reitstock

Der Reitstock, der am gegenüberliegenden Ende des Spindelstocks positioniert ist, soll dem Werkstück während der Bearbeitung Halt und Stabilität bieten. Es kann entlang des Drehmaschinenbetts bewegt werden, um Werkstücke unterschiedlicher Länge aufzunehmen, und hält in seiner verstellbaren Pinole Werkzeuge wie Zentrierspitzen oder Bohrer für verschiedene Arbeiten, beispielsweise das Bohren präziser Zentrierlöcher. Daher eignet es sich hervorragend zur Gewährleistung der Bearbeitungsgenauigkeit und zur Erzielung hochwertiger Oberflächen bei langen oder schweren Werkstücken.

Futter

Ein Spannfutter ist ein Gerät, das normalerweise auf der Hauptspindel montiert wird und das zu schneidende Werkstück greift. Es verfügt oft über austauschbare Backen, um unterschiedliche Arten und Größen von Werkstücken aufzunehmen. Während am häufigsten drei Backen verwendet werden, verfügen einige Spannfutter über vier Backen, was zum Spannen von Vierkantstangen und zum Ermöglichen außermittiger Drehungen nützlich sein kann.

Wagen

Der Schlitten ist eine bewegliche Komponente, die entlang des Maschinenbetts gleitet. Er dient dazu, das Schneidwerkzeug zu stützen, zu positionieren und in das Werkstück einzuführen. Der Schlitten besteht aus mehreren Teilen, darunter unter anderem Sattel, Querschlitten, Verbundauflage und Werkzeughalter.

Turm

Der auf dem Schlitten montierte Revolver nimmt verschiedene Schneidwerkzeuge auf. Es kann gedreht werden, um jedes Werkzeug schnell in die Schneidposition zu bringen, sodass keine manuellen Änderungen erforderlich sind. Es gibt verschiedene Arten von Revolvern, einschließlich statischer Revolver (bei denen sich die Werkzeuge während des Schneidvorgangs nicht drehen) und angetriebener Revolver (bei denen sich die Werkzeuge drehen können, was Vorgänge wie Bohren oder Fräsen ermöglicht). CNC-Drehzentren können zur Steigerung der Effizienz einen einzelnen Revolver oder mehrere Revolver haben und Komplexität in der Bearbeitung.

Bett

Das Bett besteht normalerweise aus Gusseisen und ist die Basis der Drehmaschine, die alle anderen Komponenten trägt, einschließlich Spindelstock, Spannfutter, Reitstock usw. Es ist so konzipiert, dass Stabilität und Steifigkeit während der Bearbeitung gewährleistet sind.

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