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Alles rund um das CNC-Drehen zusammengefasst
Heute verlassen sich Forschungs- und Entwicklungsbetriebe in vielen Branchen auf die CNC-Bearbeitung von Teilen oder Baugruppen. CNC-Drehen ist eine Form der CNC-Bearbeitung, die zur Herstellung von kreisförmigen, zylindrischen, konischen oder anders geformten Teilen oder Prototypen verwendet wird. Obwohl sein Anwendungsbereich nicht so beliebt ist wie das CNC-Drehen, ist es dennoch ein vielseitiges und kostengünstiges Herstellungsverfahren, mit dem eine große Anzahl von Teilen in einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden kann. In diesem Artikel gehen wir ausführlich darauf ein, wozu CNC-Drehen dient, wie es funktioniert, welche Vor- und Nachteile es hat und wie es sich von anderen Fertigungsverfahren wie Fräsen oder Schleifen unterscheidet.
1. Was ist CNC-Drehen?
CNC-Drehen ist ein Herstellungsprozess, bei dem eine Stange in einem Spannfutter gehalten und gedreht wird, während ein Werkzeug mit einer festgelegten Geschwindigkeit in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird, um Material zu entfernen und ein achsensymmetrisches Teil oder einen Prototyp herzustellen. Die Rotationsachse von CNC-Drehmaschinen ist in horizontale oder vertikale Richtungen unterteilt, wobei letztere hauptsächlich zur Herstellung relativ langer Teile mit großen Radien verwendet wird. Wenn die CNC-Drehmaschine auch über eine Fräsfunktion verfügt, können andere Formen von Teilen oder Komponenten gefräst werden.
Das ausgewählte Material ist normalerweise ein runder Stab oder andere regelmäßige Quadrate oder Sechsecke.
Je nach CNC-Drehmaschine kann die zulässige Stangenlänge unterschiedlich sein.
Die Werkzeuge der CNC-Drehmaschine werden in den drehbaren Bohrturm eingebaut und vom Computer gesteuert. Je mehr Werkzeuge sich im Revolver befinden, desto mehr Möglichkeiten gibt es für die Herstellung komplexer Teile.
CNC-Drehmaschinen können sowohl die Außenseite des Werkstücks schneiden als auch Löcher von innen bohren, um rohrförmige Teile herzustellen.
2. Was ist die Funktion des CNC-Drehens?
Beim CNC-Drehen werden hauptsächlich rotationssymmetrische Teile wie Rundwellen, Hohlrohre, Konen, Gewindestangen oder Buchsen usw. hergestellt, während es beim CNC-Fräsen relativ schwierig ist, Teile mit kreisförmigen Konturen herzustellen. Durch CNC-Drehen hergestellte Teile haben eine sehr glatte Oberflächenbeschaffenheit und enge Toleranzen, sogar innerhalb von ± 0.0002 Zoll. Manchmal kann die Zusammenarbeit von CNC-Fräsen und CNC-Drehen die Effizienz erheblich verbessern. Zum Beispiel wird CNC-Fräsen an den Teilen nach dem CNC-Drehen durchgeführt. Zerspaner können außerdem asymmetrische Merkmale an den Teilen herstellen, um die Vorteile der beiden Herstellungsverfahren voll auszuschöpfen.
3. Schlüsselfaktoren, die bei CNC-Drehteilen zu berücksichtigen sind
Der Außendurchmesser des Teils. CNC-Drehen eignet sich oft gut für Prototypen und die Kleinserienfertigung. Ein Schlüsselfaktor, der bei der Bestimmung zu berücksichtigen ist, ob das CNC-Drehen eines Teils die kostengünstigste Fertigungsmethode ist, ist der Außendurchmesser (OD) des Teils. Die CNC-Drehmaschine hat eine maximale Grenze für den Außendurchmesser der Stange. Wenn der Außendurchmesser die von der CNC-Drehmaschine maximal zulässige Größe (z. B. 2.5 Zoll) überschreitet, muss er separat eingespannt werden, was sich auf die Lieferzeit und die Kosten auswirken kann.
CNC-Werkzeug. Ein weiterer Faktor, auf den man sich konzentrieren sollte, sind CNC-Werkzeuge. Egal wie dünn oder klein das Werkzeug ist, die Schneide hat einen zylindrischen Charakter, der bei der Bearbeitung von Innenecken einen Radius hinterlässt. Für einige Teile mit besonderen Eigenschaften ist es notwendig, das am besten geeignete CNC-Werkzeug auszuwählen.
Teileeigenschaften. Für Teile mit Hinterschneidungen ist das CNC-Drehen eine effektive Lösung. Dies kann einige Herausforderungen für das CNC-Fräsen darstellen, das längere Spezialwerkzeuge mit der Gefahr von Rattern, Präzisionsverlust, schlechter Oberflächengüte usw. erfordert.
Asymmetrische Teile. Für asymmetrische Teile ist CNC-Drehen nicht ideal.
4. Vorteile des CNC-Drehens
Reduzieren Sie menschliche Fehler. Die Wahl eines CNC-Drehservices kann menschliche Fehler erheblich reduzieren. Einmal programmiert und eingerichtet, arbeitet die CNC-Drehmaschine automatisch und kann Teile mit den erwarteten Ergebnissen herstellen.
Verbessern Sie die Produktionseffizienz.Die meisten CNC-Drehmaschinen arbeiten relativ schnell und können lange ohne Unterbrechung arbeiten. Ein Bediener kann den Betrieb mehrerer Maschinen überwachen, was zur Verbesserung der Produktionseffizienz beitragen kann, ohne dass zusätzliche Arbeitskräfte eingestellt werden müssen.
Reduzieren Sie den Abfall Materialpreis. CNC-Drehmaschinen verschwenden selten Materialien oder verfügbare Ressourcen, insbesondere bei Edelmetallen wie Titan, Aluminium 7075 usw., wodurch die Gesamtkosten effektiv eingespart werden.
Hohe Präzision.Das CNC-Drehen hat eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächengüte, und die hergestellten Teile sind immer von gleichbleibender Qualität.
5. Nachteile des CNC-Drehens
Neben den Vorteilen des CNC-Drehens müssen wir auch einige seiner Nachteile berücksichtigen. Natürlich erfordert das CNC-Drehen eine höhere Anfangsinvestition als das manuell betriebene Drehen.
Erfordert hohe Einrichtungskosten
Höhere technische Anforderungen an Mechanik und Programmierfähigkeit
Nur für axialsymmetrische Teile wirtschaftlich
CNC-Drehmaschinen müssen gewartet werden und können den Fehler möglicherweise nicht sofort beheben
Wenn man die Eigenschaften des CNC-Drehens abwägt, überwiegen die Vorteile bei weitem die Nachteile.
6. Funktionsweise des CNC-Drehens
CAD / CAM .Der CNC-Drehprozess ist vollständig automatisiert, ihm geht jedoch eine digitale Darstellung des für die CAD/CAM-Konstruktion erforderlichen Teils voraus, die dann in G-Code, die Sprache der CNC-Drehmaschine, umgewandelt wird. Der G-Code steuert die Vorschubgeschwindigkeit, Drehzahl, den Werkzeugwechsel usw. der CNC-Werkzeugmaschine. Dies kann oft mit Software wie MasterCAM von AutoCAD Fusion simuliert werden, die eine Visualisierung des Herstellungsprozesses vom Material bis zum Endprodukt ermöglicht.
Drehvorgang.Sobald der G-Code eingerichtet ist, richtet der Bediener den Revolver ein und lädt ihn. Der Revolver kann viele Werkzeuge gleichzeitig aufnehmen. Wenn die Stäbe an Ort und Stelle befestigt sind, beginnt das automatisierte Schneiden von überschüssigem Material, bis das gewünschte Teil oder der Prototyp hergestellt ist
7. CNC-Drehtyp
Es gibt viele verschiedene Arten des CNC-Drehens, wie z. B. Drehen, Hinterschneiden, Rändeln, Bohren, Plandrehen, Bohren usw., und es können verschiedene Operationen durchgeführt werden, um die gewünschte Form zu erhalten. Im Folgenden finden Sie allgemeine Operationen, die Sie bei Ihren CNC-Drehprojekten verwenden.
Während des Gegenüberstellens, bewegt sich ein Einpunktwerkzeug radial oder axial von der Kante des Werkstücks, um dünne Materialschichten gleichmäßig zu schneiden und eine glatte Oberfläche zu hinterlassen. Die Schnitttiefe der Oberfläche ist in der Regel relativ gering und kann radial oder axial an einem Punkt bearbeitet werden.
Kegeldrehen.Messerschneiden schneidet das Material in eine Kegelform, wobei der Durchmesser des Werkstücks von einem Ende zum anderen abnimmt oder zunimmt (denken Sie zum Beispiel an die Form einer Sanduhr).
Formdrehen.Schneiden Sie Material und erstellen Sie konturierte Teile mit runden, gebogenen oder glatten Messern.
Konturdrehen.Einpunktfräser können runde, gekrümmte oder glatte Teile mit durchgehenden Kurven bearbeiten.
Fasen.Die Fase wird im Allgemeinen auf 45 Grad eingestellt, um Schäden an der scharfen Kante des Teils zu vermeiden oder aus Sicherheitsgründen. Abgeschrägte Kanten sind widerstandsfähiger gegen Beschädigungen als rechteckige oder andere scharfe Kanten.
Partition.Verwenden Sie ein spezielles Schneidwerkzeug, um eine Rille gerade zu schneiden, bis sie abgeschnitten ist.
Einfädeln. Spiralförmige Spannuten werden so geschnitten, dass sie zu Schrauben mit einheitlicher Gewindespezifikation passen.
Langweilig. Vergrößern Sie die vorhandene Blende.
Bohren. Der Prozess des Entfernens von Material aus dem Inneren eines Werkstücks, um mit einem speziellen Schlangenbohrer ein Loch zu erzeugen.
Rändeln. Dies dient dazu, gerade Linien, geneigte Linien oder Zickzackmuster auf der Oberfläche des Teils zu schneiden, was nicht nur die Reibung des Teils erhöhen, sondern auch den visuellen Effekt verbessern kann.
Nuten.Der Prozess der Bearbeitung eines schmalen Hohlraums in einem Teil.
8. CNC-Drehen kompatible Materialien
CNC-Drehen kann mit Hunderten von Materialien kompatibel sein, einschließlich verschiedener Metalle oder Kunststoffe, die Sie auswählen können. Die Wahl des richtigen Materials ist entscheidend für die Herstellung eines benutzerdefinierten Teils oder Prototyps. Wir stellen einige der am häufigsten verwendeten Materialien vor und weisen auf die gemeinsame Anwendbarkeit jedes Materials hin.
Aluminium. Aluminium ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien für das CNC-Drehen, hat ein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und ist extrem korrosionsbeständig. Aluminiumteile können eloxiert werden, um die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit weiter zu verbessern, und sind in einer Vielzahl von Farben erhältlich, um die visuelle Ästhetik zu verbessern. Das CNC-Drehen von Aluminium wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, bei medizinischen Geräten, Automobilteilen oder Gehäusen eingesetzt. Übliche Modelle aus Aluminiumlegierungen umfassen Aluminium 5052, Aluminium 7075, Aluminium 7075-T6, Aluminium 6063-T5, Aluminium 7050-T7451, Aluminium MIC-6, Aluminium 6061-T6, Aluminium 2024-T3 usw.
Stahl.Da Stahl über eine hervorragende Festigkeit und Härte verfügt, wird er häufig in hochbeanspruchten, reibungsbeständigen Teilen wie Zahnrädern und Wellen verwendet. Übliche Stahlsorten sind legierter Stahl 4130, legierter Stahl 4140, ASTM A36, Stahl 1018, Stahl A36 usw.
Rostfreier Stahl. Nach der Wärmebehandlung weist Edelstahl eine hervorragende Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, in medizinischen Geräten, in der Lebensmittelindustrie und in anderen Bereichen eingesetzt. Gängige Edelstahlmodelle sind Edelstahl 15-5, Edelstahl 17-4, Edelstahl 18-8, Edelstahl 303, Edelstahl 304, Edelstahl 316/316L, Edelstahl 416, Edelstahl 420.
Titan.Titan hat eine ausgezeichnete Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und eignet sich sehr gut für die Herstellung von medizinischen Implantaten, Flugzeugen und anderen Bereichen. Die am häufigsten verwendete Titanlegierung ist Titan 6Al-4V.
Zusammenfassung gängiger Metallwerkstoffe für das CNC-Drehen
Aluminium | Edelstahl | Weicher, legierter und Werkzeugstahl | Anderes Metall |
6061-T6 | 303 | Baustahl 1018 | Messing C360 |
6082 | 304L | Baustahl 1045 | Kupfer C101 |
7075-T6 | 316L | Legierter Stahl 1215 | Kupfer C110 |
5083 | 2205 Duplex | Baustahl A36 | Titan Grad 1 |
5052 | 17-4 | Legierter Stahl 4130 | Titan Grad 2 |
2014 | 15-5 | Legierter Stahl 4140 | Invar |
2017 | 416 | Legierter Stahl 4340 | Inconel 718 |
2024 | 420 | Werkzeugstahl A2 | Magnesium AZ31B |
6063 | 430 | Werkzeugstahl A3 |
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7050 | 440C | Werkzeugstahl D2 |
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A380 | 301 | Werkzeugstahl S7 |
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MIC 6 |
| Werkzeugstahl H13 |
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|
| Werkzeugstahl O1 |
Es gibt auch viele Optionen für das CNC-Drehen gängiger Kunststoffmaterialien.
PVCPVC ist ein kostengünstiges Material mit guter Korrosionsbeständigkeit und chemischer Beständigkeit. Es kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von Kinderspielzeug bis hin zu Gasleitungen.
Nylon.Nylon ist ein vielseitiger, kostengünstiger Kunststoff, der hitze-, chemikalien- und abriebbeständig ist, in einigen Fällen Metall ersetzen kann und zur Herstellung hochfester Teile mit engen Toleranzen verwendet werden kann.
Kunststoffe | Verstärkter Kunststoff |
ABS | Garolith G-10 |
Polypropylen | Polypropylen (PP) 30 % GF |
Nylon 6 | Nylon 30 % GF |
Delrin (POM-H) | FR-4 |
Acetal (POM-C) | PMMA (Acryl) |
PVC | PEEK |
HDPE |
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UHMWPE |
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Polycarbonat |
|
PET |
|
PTFE (Teflon) |
9. Designrichtlinien für CNC-Drehen
Fasst empfohlene und technisch machbare Werte für gemeinsame Merkmale von CNC-Drehteilen zusammen.
Merkmal | Empfohlene Größe | Machbare Größe |
Mindest. Merkmalsgröße | 2.5 mm Ø | 0.5 mm Ø |
Innenkanten | R 8mm | R 0.25mm |
Mindestwandstärke | 0.8 mm (für Metalle) | 0.5 mm (für Metalle) |
Bohrungen | Durchmesser:Standard-Bohrergrößen | Durchmesser: Ø 0.5 mm |
Themen | Größe: M6 oder größer | Größe: M2 |
10. Oberflächenbehandlungsprozess von CNC-Drehteilen
CNC-Drehteile haben eine Vielzahl von Oberflächenbehandlungsverfahren zur Auswahl. Laut der Zusammenfassung von DDPROTOTYPE, einem führenden Prototypenhersteller in China, sind die gebräuchlicheren Nachbehandlungen wie folgt.
Wie bearbeitet (Ra 3.2 μm / Ra 126 μin).Dies ist das kostengünstigste Standard-Oberflächenvorbereitungsverfahren mit engsten Toleranzen, Entgraten und Anfasen, falls erforderlich.
Veredelung (Ra 1.6 μm / 0.8 μm).Normalerweise haben die fertigen Teile eine glatte Oberfläche, die Spuren sind nicht offensichtlich und es ist kein manuelles Polieren erforderlich.
Sandstrahlen.Glasperlen werden mit hohem Druck auf die Oberfläche des Teils gesprüht, um eine körnige Textur zu erzeugen.
Gebürstet + eloxiert Typ II (glänzende Oberfläche). Eine gebürstete Oberfläche vor dem Eloxieren Typ II verleiht dem Teil eine glänzende Farbe, erhöhte Härte und Korrosionsbeständigkeit.
Sandgestrahlt + eloxiert Typ II (matt). Sandgestrahlte und Typ II eloxierte Teile haben eine gute Korrosionsbeständigkeit.
Anodisierung Typ III (Hartanodisierung). Eloxierte Teile vom Typ III haben eine bessere Korrosions- und Verschleißfestigkeit.
Pulverbeschichtung. Die Pulverbeschichtung funktioniert auf allen Metallen, um eine starke, verschleißfeste Schicht auf der Oberfläche des Teils zu bilden.
Drahtziehen + Elektropolieren (Ra 0.8 μm / Ra 32 μin). Gebürstete und elektropolierte Teile haben eine glatte und gepflegte Oberfläche.
Schwarzes Oxid.Ein für Stahl geeignetes Oberflächenbehandlungsverfahren, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Stahlteilen eingesetzt wird und Reflexionen wirksam reduzieren kann.
Chromat-Umwandlungsbeschichtung.Das Aufbringen einer Chromatumwandlungsbeschichtung auf ein Teil erhöht die Korrosionsbeständigkeit, während seine elektrische Leitfähigkeit erhalten bleibt. RoHS-konform.
Drahtziehen (Ra 1.2 μm / Ra 47 μin). Die Reduzierung der Oberflächenrauheit des Teils mit Schleifpapier Nr. 400 – 600 verbessert die visuelle Qualität.
Poliert (Ra 0.8 μm / Ra 32 μin). Die Oberfläche des Teils wird manuell in mehreren Richtungen poliert, um die Oberflächenbeschaffenheit weiter zu verbessern und leicht zu reflektieren.
11. Toleranz beim CNC-Drehen
Wenn es keine spezielle Spezifikation gibt, folgt das CNC-Drehen im Allgemeinen dem ISO2768-Standard. Es ist erwähnenswert, dass die Toleranz des Nennmaßes unter 0.5 mm auf der Zeichnung deutlich angegeben werden muss.
Grenzen für die Nenngröße | Kunststoffe (ISO 2768-m) | Metalle (ISO 2768-f) |
0.5 mm* bis 3 mm | ± 0.1mm | ± 0.05mm |
Über 3 mm bis 6 mm | ± 0.1mm | ± 0.05mm |
Über 6 mm bis 30 mm | ± 0.2mm | ± 0.1mm |
Über 30 mm bis 120 mm | ± 0.3mm | ± 0.15mm |
Über 120 mm bis 400 mm | ± 0.5mm | ± 0.2mm |
Über 400 mm bis 1000 mm | ± 0.8mm | ± 0.3mm |
Über 1000 mm bis 2000 mm | ± 1.2mm | ± 0.5mm |
Über 2000 mm bis 4000 mm | ± 2mm |