Was ist CNC-Fräsen?
Obwohl sich die Methoden der Materialabtragung unterscheiden, entfernen CNC-Bohr- und Fräsmaschinen und CNC-Drehmaschinen jeweils Material, um ein Teil herzustellen. Ein Bearbeitungszentrum vereint in der Regel zwei Verfahren und mehrere Werkzeuge in einer Maschine. Alle diese verfügen über eine mehrachsige Bewegung, die das Schneidwerkzeug um und durch das Werkstück führt, um die exakt erforderliche Form zu erzeugen.
Der grundlegende Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht darin, dass eine Fräsmaschine ein rotierendes Werkzeug verwendet, um auf dem Werkstück zu schneiden, während eine Drehmaschine ein rotierendes Werkstück ist und der Eingriff durch das Werkzeug erfolgt.
Wie funktioniert CNC-Fräsen?
Vor der Einführung der Computer Digital Control (CNC) wurden Fräsmaschinen und Drehmaschinen manuell bedient. Wie der Name schon sagt, automatisiert CNC diesen Prozess und macht ihn genauer, zuverlässiger und schneller.
Jetzt codiert ein geschulter Bediener den G-Code (der für geometrischen Code steht) in die Maschine, normalerweise über Software. Diese steuern Fräsmaschinen, von denen jede den Hub und die Geschwindigkeit steuert, so dass sie Material bohren, schneiden und formen kann, um es einer bestimmten Größe anzupassen.
Es gibt viele verschiedene Arten von CNC-Fräsmaschinen. Am gebräuchlichsten sind 3-Achsen-Werkzeugmaschinen, die sich entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegen, um Werkzeuge für die 3-D-Fertigung bereitzustellen. Eine dreiachsige Maschine kann komplexere Merkmale erzeugen, indem sie das Werkstück dreht und zurücksetzt, um den Eintritt aus mehreren Winkeln zu ermöglichen.
Bei einer fünfachsigen Werkzeugmaschine wird diese Fähigkeit optimiert, indem Bewegung in zwei Richtungen, Rotation um die X- und Y-Achse, hinzugefügt wird. Es ist ideal für die Herstellung komplexer und anspruchsvoller Teile. Der Nachteil ist jedoch, dass die Verwendung dieser Technik Ihr Budget sprengen kann, da die Komplexität die Kosten erhöht. Ob Sie es glauben oder nicht, mit fünf Bewegungsachsen können Sie jede dreidimensionale Geometrie definieren. Es ist jedoch nicht praktikabel, das Werkstück zu halten und es frei in alle Richtungen zu drehen. Das wird eine Maschine mit 6, 7 oder sogar 12 Achsen sein. Wenn Sie jedoch keine extrem komplexen Teile benötigen, werden Sie eine solche Maschine höchstwahrscheinlich nicht benötigen – denn die Investition ist enorm, ebenso wie die Größe der Maschine!
Was ist der nächste Schritt in der NC-Bearbeitung?
Wie Sie sehen können, erfordert die Entwicklung von immer komplexeren CNC-Fräsmaschinen, die größer und teurer in der Anschaffung sind, immer mehr Fachwissen, um sie zu bedienen, was viel Zeit in Anspruch nimmt. Selbst wenn Sie die CNC-Bearbeitung auslagern, sind die Kosten dieser Komplexität höher, da spezialisierte Hersteller ihre Investition amortisieren müssen. Wenn Sie ein extrem komplexes Teil haben, das unglaubliche Präzision erfordert und viel Gebrauch erfordert, können Sie die Investition möglicherweise rechtfertigen. Für die meisten Aufgaben ist eine 3- oder höchstens 5-Achsen-Bearbeitung mehr als ausreichend.
Schließlich gibt es immer mehr als einen Weg, um ein Problem zu lösen – oft ist es zum Beispiel viel besser und billiger, zwei oder mehr weniger komplexe Teile zu konstruieren und sie dann als Teil eines sekundären Montageprozesses zu verschrauben, zu schweißen oder zu verbinden als zu versuchen, ein extrem komplexes Einzelteil herzustellen.
Warum konzentriert man sich also so sehr auf die Entwicklung neuer teurer und riesiger Maschinen, die immer weniger Gewinn abwerfen? Es ist ein bisschen wie das Microsoft-Büro. Die meisten von uns verwenden Word, aber in Wirklichkeit nutzen wir wahrscheinlich nur 20 % dessen, was es zu bieten hat. Dennoch fügt Microsoft ständig neue Funktionen hinzu, von denen wir die meisten vielleicht nie brauchen, verwenden oder überhaupt kennen.
Anstatt immer kleinere inkrementelle Verbesserungen am Prozess vorzunehmen, denken wir, dass wir den Prozess selbst verbessern sollten. Hier können wir echte Gewinne erzielen.
Prozessautomatisierung
Gehen wir zurück zum Anfang und untersuchen den Prozess der Herstellung eines Teils.
Alles beginnt damit, dass der Konstrukteur die benötigten Teile oder Komponenten in seinem CAD-System konstruiert. Typischerweise programmiert eine erfahrene Person den G-Code für Computer Aided Manufacturing (CAM).
Aber wenn das Design steht, warum einen weiteren Schritt hinzufügen? Die gute Nachricht ist, dass es viele CAD-Pakete gibt, mit denen Sie Ihr CAD in G-Code konvertieren können – aber wir müssen einen Schritt zurücktreten.
Wenn Sie Ihr Teil entworfen haben, woher wissen Sie, dass es mithilfe der CNC-Bearbeitung mit den gewünschten Toleranzen hergestellt werden kann? Ihr CAD sollte das digitale Kabel sein, das alles mit wenig oder gar keinem menschlichen Eingriff verbindet.
Schließlich sollen wir mit Industrie 4.0 alle in einer vernetzten Welt leben. Ein Großteil der Arbeit der CNC-Bearbeitung hängt immer noch von erfahrenen Maschinisten ab. Wenn Sie Ihr Design einsenden, prüft normalerweise eine Person, ob es mit einem bekannten Verfahren hergestellt werden kann. Wenn nicht, müssen Sie darüber informiert werden, damit Sie das Design neu gestalten oder optimieren können.
Bei Protolabs haben wir diesen Prozess automatisiert. Nachdem Sie Ihre CAD-Daten gesendet haben, prüft unsere Software die Machbarkeit und erstellt ein Angebot. Wenn Änderungsvorschläge erforderlich sind, werden sie Ihrem CAD in einem automatisch von der Software generierten Machbarkeitsbericht angezeigt. Sobald Sie Design und Fertigung zustimmen, erstellt unsere Software den für die Fertigung erforderlichen Code, wie im Angebotsblatt angegeben.
Schneller und kostengünstiger
Dadurch wird der Prozess schneller und kostengünstiger, was bei kleinen bis mittelgroßen Aufträgen oder beim Prototyping und Testen neuer Teile einen echten Unterschied machen kann.
Dank Automatisierung ist der Service für alle gleich, unabhängig von der Größe des Projekts. Es ist verständlich, dass traditionelle Ingenieurbüros Projekte priorisieren, mit denen sie mehr Geld verdienen können – sei es aufgrund des Umfangs der Arbeit oder der Komplexität der benötigten Teile – natürlich abhängig von ihren Fähigkeiten.
Die Automatisierung von Prozessen gleicht das Spielfeld aus. So können Sie beim Prototyping oder bei der Anforderung einer kleinen oder mittleren Anzahl von Teilen immer noch von der gleichen Geschwindigkeit und Servicequalität profitieren.
Da all diese Informationen von Anfang an generiert und gesammelt werden, können wir kundenspezifische CNC-gefräste Kunststoff- und Metallteile in nur 24 Stunden schneiden und versenden. Wenn Sie es nicht allzu eilig haben, können Sie sich für einen späteren Liefertermin entscheiden und Ihre Kosten senken – so können Sie sogar die Konditionen selbst festlegen.
Der Prozess beginnt mit Ihrem CAD, was bedeutet, dass wir, nachdem Sie Ihr Teil entworfen haben, eine digitale Linie haben, die wir während des gesamten CNC-Bearbeitungsprozesses verwenden können – von Ihrem Computer bis zur Lieferung.
Automatisierung ist nicht nur CNC-Fräsen und -Drehen. Es deckt alles ab dem Design ab. Das ist die Zukunft des CNC-Fräsens. Das ist echte Industrie 4.0-Aktion.
