Die CNC-Bearbeitung ist ein computergesteuertes, subtraktives Verfahren, bei dem pr\u00e4zise Teile aus massiven Metall- oder Kunststoffbl\u00f6cken gefr\u00e4st werden. Die Standardtoleranzen liegen bei einer 3-Achsen-Fr\u00e4smaschine bei \u00b10,005 Zoll; engere Toleranzen sind m\u00f6glich, verursachen jedoch h\u00f6here Kosten. Es ist das richtige Verfahren f\u00fcr funktionale Prototypen, Produktionsserien in kleinen bis mittleren St\u00fcckzahlen und alle Teile, deren Geometrie sich nicht im Spritzgussverfahren realisieren l\u00e4sst. Dieser Leitfaden erl\u00e4utert, wie das Verfahren funktioniert, welche Arbeitsschritte entscheidend sind, welche Materialien sich gut bearbeiten lassen und was Ihre St\u00fcckkosten tats\u00e4chlich beeinflusst.<\/p>\n\n\n\n
Wenn Ihre Teile im Einsatz ausgefallen sind, liegt das Problem in der Regel nicht an der Maschine. In neun von zehn F\u00e4llen l\u00e4sst sich das Problem auf eine Konstruktion zur\u00fcckf\u00fchren, die vor dem ersten Schnitt nicht f\u00fcr den Prozess optimiert wurde. Die CNC-Bearbeitung ist nur so gut wie die Anweisungen, die man ihr gibt \u2013 und wenn K\u00e4ufer verstehen, was sie leisten kann und was nicht, m\u00fcssen sie nicht mehr f\u00fcr Fehler aufkommen.<\/p>\n\n\n\n
Die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) ist das R\u00fcckgrat der Fertigung von Pr\u00e4zisionsteilen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik und Robotik. Bei Yicen Pr\u00e4zision<\/a>, f\u00fchren wir CNC-Auftr\u00e4ge durch \u2013 vom einzelnen Prototyp bis hin zur Gro\u00dfserienfertigung \u2013 f\u00fcr \u00fcber 50 verschiedene Werkstoffe und bei jedem Auftrag nach ISO-zertifizierten Qualit\u00e4tsstandards. Dieser Leitfaden vermittelt Ihnen ein realistisches Bild: Was der Prozess beinhaltet, welche Kosten damit verbunden sind und wie Sie Ihre Teile gleich beim ersten Mal richtig spezifizieren.<\/p>\n\n\n\n Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren. Ein computergesteuertes Schneidwerkzeug entfernt Material von einem massiven Block \u2013 dem sogenannten Werkst\u00fcck oder Rohling \u2013, bis die Geometrie des fertigen Teils \u00fcbrig bleibt. Die Maschine liest ein Programm, das in G-Code und M-Code geschrieben ist und von einer CAM-Software automatisch aus Ihrer CAD-Datei generiert wurde. Es erfolgt keine manuelle Werkzeugf\u00fchrung. Kein Bediener, der eine Zeichnung mit dem Auge interpretiert.<\/p>\n\n\n\n Das ist der entscheidende Unterschied zur herk\u00f6mmlichen Zerspanung: die Konsistenz. Eine CNC-Fr\u00e4smaschine, die dasselbe G-Code-Programm sowohl f\u00fcr Teil 1 als auch f\u00fcr Teil 5.000 ausf\u00fchrt, erzeugt identische Geometrien innerhalb desselben Toleranzbereichs. Diese Wiederholgenauigkeit ist der Grund, warum Branchen mit Nulltoleranz gegen\u00fcber Ma\u00dfabweichungen \u2013 Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Halbleiterindustrie \u2013 darauf setzen.<\/p>\n\n\n\n Im Vergleich dazu steht der 3D-Druck, bei dem die Geometrie Schicht f\u00fcr Schicht aufgebaut wird und der anisotrope Festigkeitseigenschaften aufweist. Oder das Spritzgie\u00dfen, das eine Vorabinvestition in Werkzeuge erfordert, die sich erst ab einer St\u00fcckzahl von etwa 1.000 Einheiten auszahlt. Die CNC-Bearbeitung liegt dazwischen: keine Werkzeugkosten, voll funktionsf\u00e4hige Materialeigenschaften, enge Toleranzen und Wirtschaftlichkeit bereits ab St\u00fcckzahl 1.<\/p>\n\n\n\n Der Prozess l\u00e4uft in drei Schritten ab. Jeder einzelne Schritt wirkt sich auf Ihre Vorlaufzeit und die Qualit\u00e4t des Endprodukts aus.<\/p>\n\n\n\n Phase 1: Entwurfs- und DFM-Pr\u00fcfung<\/strong><\/p>\n\n\n\n Ihre CAD-Datei (in der Regel als STEP- oder IGES-Datei exportiert) durchl\u00e4uft eine DFM-Pr\u00fcfung (Design for Manufacturability). Hier werden Probleme erkannt, bevor sie Kosten verursachen. Merkmale, die zu d\u00fcnn sind, um ohne Durchbiegung bearbeitet zu werden, Innenecken ohne Radius oder Toleranzen, die enger sind, als der Fertigungsprozess zul\u00e4sst \u2013 all dies wird hier markiert. Wer die DFM-Pr\u00fcfung \u00fcberspringt, muss mit \u00dcberarbeitungszyklen rechnen, die die Vorlaufzeit verdoppeln.<\/p>\n\n\n\n Schritt 2: Vorverarbeitung und G-Code-Erstellung<\/strong><\/p>\n\n\n\n CAM-Software wandelt Ihre Geometrie in Werkzeugwege um und generiert den G-Code und den M-Code, die die Maschine steuern. G-Codes steuern die Bewegungen (Vorschubgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl, Achsposition). M-Codes steuern Maschinenfunktionen (K\u00fchlmittel ein\/aus, Werkzeugwechsel). Bei einfachen Teilen dauert dieser Schritt nur wenige Minuten. Komplexe 5-Achsen-Geometrien ben\u00f6tigen mehr Zeit. In jedem Fall bestimmt die Qualit\u00e4t Ihrer Konstruktion die Qualit\u00e4t des erzeugten Codes \u2013 \u201eGarbage in, garbage out\u201c.<\/p>\n\n\n\n Schritt 3: Bearbeitung<\/strong><\/p>\n\n\n\n Die Maschine f\u00fchrt das Programm aus. Die Schneidwerkzeuge tragen das Material in kontrollierten Durchg\u00e4ngen ab und halten dabei die Toleranzen der Norm ISO 2768 ein, sofern in Ihrer Zeichnung keine engeren Vorgaben angegeben sind. Der Maschinenbediener \u00fcberwacht den Werkzeugverschlei\u00df, f\u00fchrt bei Bedarf K\u00fchlmittel zu und f\u00fchrt in festgelegten Abst\u00e4nden Kontrollpr\u00fcfungen durch. Nach Abschluss des Zyklus wird das Bauteil vor dem Versand einer Pr\u00fcfung unterzogen.<\/p>\n\n\n\n Die Art der Bearbeitung bestimmt, welche Geometrien realisierbar sind, welche Werkstoffe in Frage kommen und welche Toleranzen realistisch sind. Die meisten komplexen Bauteile erfordern zwei oder mehr aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte.<\/p>\n\n\n\n CNC-Fr\u00e4sen<\/strong> entfernt Material mithilfe eines rotierenden Mehrpunktfr\u00e4sers, w\u00e4hrend das Werkst\u00fcck feststeht. Es eignet sich f\u00fcr ebene Fl\u00e4chen, Taschen, Nuten und komplexe 3D-Konturen. CNC-Fr\u00e4sen<\/a> ist in 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-Konfigurationen erh\u00e4ltlich. Die 3-Achsen-Ausf\u00fchrung eignet sich f\u00fcr die meisten Standardteile. 5-Achsen-Maschinen bewegen sich auf f\u00fcnf Achsen gleichzeitig, wodurch sie komplexe Hinterschneidungen und zusammengesetzte Winkel in einer einzigen Aufspannung bearbeiten k\u00f6nnen \u2013 weniger Aufspannvorg\u00e4nge bedeuten eine h\u00f6here geometrische Genauigkeit und k\u00fcrzere Durchlaufzeiten.<\/p>\n\n\n\n CNC-Drehen<\/strong> Das Werkst\u00fcck wird gegen ein feststehendes Schneidwerkzeug gedreht, wodurch eine zylindrische Form entsteht. Wellen, Buchsen, Gewindestangen und Flansche sind allesamt Drehteile. CNC-Drehen<\/a> Diese Bearbeitungszentren vereinen Drehen, Fr\u00e4sen und Bohren in einer Aufspannung, was mittlerweile in den meisten Pr\u00e4zisionswerkst\u00e4tten zum Standard geh\u00f6rt.<\/p>\n\n\n\n CNC-Bohren<\/strong> erzeugt Bohrungen mit genau kontrolliertem Durchmesser und kontrollierter Tiefe. Es handelt sich dabei selten um einen eigenst\u00e4ndigen Arbeitsgang \u2013 in der Regel erfolgt das Bohren in derselben Aufspannung wie das Fr\u00e4sen oder Drehen. Die Pr\u00e4zision ist entscheidend: Eine Bohrung, die bei einer Halterung f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt um 0,002 Zoll versetzt ist, kann dazu f\u00fchren, dass die Passpr\u00fcfung nicht bestanden wird und das Bauteil als Ausschuss gilt.<\/p>\n\n\n\n Drahterodieren<\/strong> verwendet einen d\u00fcnnen, elektrisch geladenen Draht, um Material durch Funkenentladung abzutragen. Da keine Schnittkr\u00e4fte auftreten, k\u00f6nnen damit geh\u00e4rtete Werkzeugst\u00e4hle bearbeitet und scharfe Innenecken erzeugt werden, die beim Fr\u00e4sen physikalisch nicht erreichbar sind. Drahterodieren<\/a> ist zwar langsamer und teurer als das Fr\u00e4sen, aber f\u00fcr Formkomponenten, Pr\u00e4zisionsnuten oder Teile, deren Geometrie sich nicht fr\u00e4sen l\u00e4sst, gibt es keine Alternative.<\/p>\n\n\n\n CNC-Fr\u00e4sen<\/strong> ist der \u201eCousin\u201c des Fr\u00e4sens \u2013 geringere Spindelkr\u00e4fte, h\u00f6here Drehzahlen, konzipiert f\u00fcr weichere Werkstoffe wie Holz, Verbundwerkstoffe und bestimmte Kunststoffe. Wenn Sie Strukturschaum oder Kohlefaserplatten bearbeiten, ist das Fr\u00e4sen das richtige Verfahren.<\/p>\n\n\n\n Laser- und Plasmaschneiden<\/strong> sind 2D-Profilbearbeitungen f\u00fcr Blechmaterial. Sie sind schnell und kosteng\u00fcnstig f\u00fcr flache Teile, erzeugen jedoch nicht die 3D-Geometrie, wie sie beim Fr\u00e4sen und Drehen entsteht.<\/p>\n\n\n\n Welche Werkstoffe lassen sich mit CNC-Bearbeitung bearbeiten?<\/strong><\/p>\n\n\n\n CNC-Maschinen k\u00f6nnen eine Vielzahl von Metallen und technischen Kunststoffen bearbeiten. Die Wahl des Werkstoffs wirkt sich auf die Bearbeitbarkeit, den Werkzeugverschlei\u00df, die Zykluszeit und Ihre St\u00fcckkosten aus. So sollten Eink\u00e4ufer dabei vorgehen.<\/p>\n\n\n\n Aluminium<\/strong> (6061, 7075) ist das am h\u00e4ufigsten bearbeitete Metall. Es l\u00e4sst sich schnell zerspanen, h\u00e4lt enge Toleranzen ein und ist in der Bearbeitung pro Stunde kosteng\u00fcnstiger als Stahl oder Titan. Aluminium 6061 ist die Standardwahl f\u00fcr Konstruktionshalterungen, Geh\u00e4use und Prototypen. 7075 ist fester, l\u00e4sst sich jedoch schwerer bearbeiten und ist teurer. Sofern f\u00fcr Ihr Bauteil nicht ausdr\u00fccklich Stahl erforderlich ist, ist Aluminium in der Regel die richtige Wahl.<\/p>\n\n\n\n Stahl<\/strong> (Weichstahl, 4140, Edelstahl 303\/304) beansprucht das Werkzeug st\u00e4rker und l\u00e4sst sich langsamer zerspanen. Die Zykluszeiten sind bei gleicher Geometrie zwei- bis dreimal so lang wie bei Aluminium. Verwenden Sie diesen Werkstoff, wenn die Anforderungen an H\u00e4rte, Verschlei\u00dffestigkeit oder Korrosionsbest\u00e4ndigkeit die Kosten rechtfertigen.<\/p>\n\n\n\n Titan<\/strong> (G\u00fcteklasse 5, Ti-6Al-4V) l\u00e4sst sich nur mit langsamen Vorschubgeschwindigkeiten bearbeiten, erzeugt stark W\u00e4rme und verschlei\u00dft die Schneidwerkzeuge stark. Es wird in der Luft- und Raumfahrt sowie bei medizinischen Implantaten ben\u00f6tigt. Im Vergleich zu Aluminium ist mit deutlich h\u00f6heren Kosten pro Teil zu rechnen.<\/p>\n\n\n\n Technische Kunststoffe<\/strong> (PEEK, Delrin, Nylon, ABS) lassen sich gut bearbeiten, erfordern jedoch andere Werkzeuge und ein anderes Sp\u00e4nemanagement als Metalle. PEEK ist die erste Wahl f\u00fcr medizinische Anwendungen und Hochtemperaturanwendungen. Delrin eignet sich hervorragend f\u00fcr Buchsen und reibungsarme Bauteile.<\/p>\n\n\n\n Durchsuchen Die gesamte Materialauswahl von Yicen<\/a> \u2014 \u00dcber 50 Metalle und Kunststoffe stehen f\u00fcr alle Dienstleistungen zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n\n\n\n Bei der Standard-CNC-Bearbeitung gelten die allgemeinen Toleranzen gem\u00e4\u00df ISO 2768 \u2013 in der Regel \u00b10,1 mm (\u00b10,004 Zoll) f\u00fcr Abmessungen unter 30 mm. Die meisten Pr\u00e4zisionsfertiger, darunter auch Yicen, halten bei gut konstruierten Bauteilen routinem\u00e4\u00dfig eine Toleranz von \u00b10,05 mm (\u00b10,002 Zoll) ein, ohne dass spezielle Prozesskontrollen erforderlich sind.<\/p>\n\n\n\n Enge Toleranzen \u2013 \u00b10,025 mm (\u00b10,001 Zoll) und darunter \u2013 sind zwar erreichbar, erfordern jedoch langsamere Vorschubgeschwindigkeiten, hochwertige Werkzeuge, temperaturgeregelte Umgebungen und einen h\u00f6heren Pr\u00fcfaufwand. Jeder Schritt in Richtung engerer Toleranzen verursacht zus\u00e4tzliche Kosten. Als Faustregel gilt: Bei Toleranzen enger als \u00b10,025 mm wechselt man in der Regel vom Fr\u00e4sen zum Schleifen oder zur Funkenerosion.<\/p>\n\n\n\n Der h\u00e4ufigste Fehler auf Seiten des Eink\u00e4ufers ist die Festlegung zu enger Toleranzen. Wenn eine Halterung keine Toleranz von \u00b10,005 mm ben\u00f6tigt, sollte diese auch nicht angegeben werden. Enge Toleranzen bei nicht kritischen Merkmalen sind einer der schnellsten Wege, die Kosten f\u00fcr Ihr Bauteil in die H\u00f6he zu treiben, ohne dass dies einen funktionalen Vorteil bringt. Bei einer Konstruktionspr\u00fcfung lautet unsere erste Frage: Warum ben\u00f6tigt dieses Merkmal diese Toleranz? Wenn die Antwort nicht lautet: \u201cWeil es mit der Komponente X zusammenpasst\u201d, ist die Toleranz wahrscheinlich falsch.<\/p>\n\n\n\n Luft- und Raumfahrt<\/strong> erfordert enge Toleranzen bei Leichtmetalllegierungen und Sonderwerkstoffen. Titan und Aluminium 7075 kommen h\u00e4ufig zum Einsatz. Nachweisketten und Werkstoffzertifikate sind unverzichtbar. Der Zeitdruck ist hoch \u2013 die Projekttermine lassen keinen Spielraum zu.<\/p>\n\n\n\n Automobilindustrie<\/strong> legt bei gro\u00dfen St\u00fcckzahlen Wert auf Konsistenz. Ein Lieferant, der bei Teil 1 eine Toleranz von \u00b10,05 mm einh\u00e4lt, bei Teil 500 jedoch auf \u00b10,15 mm abweicht, ist unbrauchbar. Statistische Prozesskontrolle und laufende Qualit\u00e4tskontrolle sind selbstverst\u00e4ndlich und keine Option.<\/p>\n\n\n\n Medizinische Ger\u00e4te<\/strong> Es werden biokompatible Werkstoffe (Edelstahl in medizinischer Qualit\u00e4t, Titan, PEEK) sowie R\u00fcckverfolgbarkeit gefordert. Die Zertifizierung nach ISO 13485 ist h\u00e4ufig eine Anforderung an Lieferanten. Die Vorgaben zur Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit sind streng \u2013 Ra-Werte sind ebenso wichtig wie Ma\u00dftoleranzen.<\/p>\n\n\n\n Robotik und Automatisierung<\/strong> Wir ben\u00f6tigen Bauteile mit komplexer Geometrie \u2013 Halterungen, Geh\u00e4use, Endeffektoren \u2013 h\u00e4ufig aus Aluminium. Eine schnelle Lieferzeit ist wichtig, da die Entwicklungszyklen sehr kurz sind. Der Rapid-Prototyping-Service von Yicen<\/a> liefert Teile innerhalb von 24 Stunden, wenn die Zeitpl\u00e4ne eng sind.<\/p>\n\n\n\n Unterhaltungselektronik<\/strong> erfordert neben engen Ma\u00dftoleranzen auch eine \u00e4sthetische Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit. Geh\u00e4use aus eloxiertem Aluminium und Pr\u00e4zisionskunststoffgeh\u00e4use sind g\u00e4ngige Projektarten.<\/p>\n\n\n\n CNC ist das richtige Verfahren, wenn Ihr Bauteil bestimmte funktionale Materialeigenschaften und enge Toleranzen erfordert und Sie St\u00fcckzahlen von 1 bis zu einigen Tausend fertigen m\u00f6chten. Es ist zudem die einzige praktikable Option, wenn die Geometrie f\u00fcr den Spritzguss zu komplex oder f\u00fcr den 3D-Druck zu pr\u00e4zise ist.<\/p>\n\n\n\n Der 3D-Druck ist schneller und kosteng\u00fcnstiger f\u00fcr Konzeptmodelle, bei denen es nicht auf die strukturelle Integrit\u00e4t ankommt. Allerdings kann er in Bezug auf Toleranzen, Oberfl\u00e4cheng\u00fcte oder die tats\u00e4chlichen Materialeigenschaften von Metallen nicht mit der CNC-Bearbeitung mithalten. F\u00fcr alle Teile, die in eine funktionale Baugruppe eingebaut werden und Belastungen ausgesetzt sind, ist die CNC-Bearbeitung die richtige Wahl.<\/p>\n\n\n\n Das Spritzgie\u00dfen ist beim St\u00fcckpreis kosteng\u00fcnstiger als die CNC-Bearbeitung \u2013 allerdings erst ab einer St\u00fcckzahl von etwa 1.000 und erst, nachdem die Werkzeugkosten amortisiert sind (in der Regel $5.000 bis $50.000+, je nach Komplexit\u00e4t). Bei geringeren St\u00fcckzahlen ist die CNC-Bearbeitung fast immer wirtschaftlicher. Bei Teilen mit einer Geometrie, die sich im Spritzgussverfahren einfach nicht herstellen l\u00e4sst \u2013 Hinterschneidungen, d\u00fcnne W\u00e4nde mit engen Toleranzen, Baugruppen aus Metall und Kunststoff \u2013 hat die CNC-Bearbeitung unabh\u00e4ngig von der St\u00fcckzahl die Nase vorn.<\/p>\n\n\n\n Die Entscheidung ist selten kompliziert. Wenn Sie echte Bauteile ben\u00f6tigen, die in der Praxis funktionieren, und Sie nicht Hunderttausende identischer Einheiten produzieren, ist die CNC-Bearbeitung mit ziemlicher Sicherheit die richtige Wahl.<\/p>\n\n\n\n Jedes von Yicen Precision ausgelieferte Bauteil durchl\u00e4uft eine DFM-Pr\u00fcfung, eine Zwischenkontrolle sowie eine abschlie\u00dfende Ma\u00dfpr\u00fcfung gem\u00e4\u00df ISO-zertifizierten Normen. Wir bearbeiten mehr als 50 Werkstoffe, bieten \u00fcber 30 Oberfl\u00e4chenveredelungen an und liefern Prototypen bereits innerhalb von 24 Stunden.<\/p>\n\n\n\nWas ist CNC-Bearbeitung und worin unterscheidet sie sich von anderen Verfahren?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Wie funktioniert der CNC-Bearbeitungsprozess?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Welche CNC-Bearbeitungsverfahren sollten Sie kennen?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Welche Toleranzen lassen sich bei der CNC-Bearbeitung tats\u00e4chlich einhalten?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Welche Branchen beziehen CNC-Teile (und worauf legen sie dabei besonderen Wert)?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Wann ist die CNC-Bearbeitung f\u00fcr Ihr Projekt sinnvoll?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Arbeiten Sie mit einem Partner f\u00fcr Pr\u00e4zisions-CNC-Bearbeitung zusammen, der es gleich beim ersten Mal richtig macht<\/strong><\/h2>\n\n\n\n