Wie viel kostet CNC-Bearbeitung?
Die Berechnung der CNC-Bearbeitungskosten kann ziemlich kompliziert erscheinen. Es gibt viele Faktoren zu berücksichtigen, was die endgültige Kostenschätzung im Vergleich…
Kurz gesagt, CNC-Bearbeitung ist ein Metallbearbeitungsverfahren, bei dem geschriebener Code die Maschinen im Herstellungsprozess steuert. Der Code bestimmt alles – von der Bewegung des Schneidkopfes und des Werkstücks bis hin zur Spindeldrehzahl, Umdrehungen pro Minute usw.
CNC-Bearbeitungsdienste nutzen ein subtraktives Fertigungsverfahren. Das bedeutet, dass Material während des Produktionsprozesses entfernt wird, was das Gegenteil von additiver Fertigung wie z. B. 3D-Druck ist.
CNC steht für Computerized Numerical Control (computergestützte numerische Steuerung). Die Entwicklung hin zum heutigen Stand begann mit NC, der Numerical Control (numerische Steuerung).
Die ersten NC-Maschinen wurden in den 1940er und 1950er Jahren gebaut. Diese Maschinen basierten auf bestehenden Werkzeugen, die jedoch modifiziert wurden.
Motoren bewegten sich auf Grundlage von Informationen, die über Lochstreifen eingegeben wurden. Der Code wurde manuell in Datenkarten gestanzt.
In den 1950er Jahren wurden die ersten Schritte zur CNC-Bearbeitung unternommen. Zunächst waren die Computer des MIT in der Lage, den Lochstreifen gemäß den Eingaben zu erstellen. In einem Fall verkürzte sich die Zeit zur Herstellung einer Karte für eine Fräsarbeit von acht Stunden auf 15 Minuten.
Solche Zeiteinsparungen führten zu mehr Forschungs- und Entwicklungsarbeit in diesem Bereich. Bald wurden die ersten Programmiersprachen für die CNC-Bearbeitung verfügbar. Im Laufe der Zeit, vor allem durch sinkende Computerpreise, löste CNC die NC-Technologie ab.
Moderne CNC-Maschinen sind vollständig automatisiert. Sie benötigen nur digitale Dateien mit Anweisungen zu Schnittbahnen und Werkzeugen.
Für die Konstruktion oder Bearbeitung eines Bauteils sind viele Werkzeuge erforderlich. Zerspanungsmechaniker können digitale Werkzeugbibliotheken erstellen, die mit der physischen Maschine verbunden sind. Solche Maschinen können Werkzeuge automatisch wechseln, basierend auf digitalen Vorgaben, und sind damit wahre Arbeitspferde der Fertigung.
Der CNC-Bearbeitungsprozess beginnt mit der Konstruktion der Bauteile in CAD-Software. Das 3D-Modell bestimmt die notwendigen Maße und Eigenschaften des Endprodukts.
Einige Programme sind als CAD-CAM-Pakete verfügbar, sodass der gesamte Ablauf in einer Software erfolgen kann. Andernfalls werden CAD-Modelle in eine spezielle CAM-Software übertragen. Wenn CAD und CAM aus der gleichen Produktfamilie stammen, ist keine Dateikonvertierung nötig. Andernfalls müssen die CAD-Dateien importiert werden.
CAM (Computer Aided Manufacturing) bereitet das Modell für den gesamten Fertigungsprozess vor. Zunächst prüft die Software das Modell auf Fehler. Anschließend erstellt sie ein CNC-Programm zur Herstellung des physischen Teils.
Das Programm besteht im Wesentlichen aus einem Koordinatensatz, der den Schneidkopf während der Produktion führt.
Der dritte Schritt ist die Auswahl der richtigen Parameter, wie Schnittgeschwindigkeit, Spannung, Umdrehungen pro Minute usw. Die Konfiguration hängt von der Geometrie des Bauteils sowie von den verfügbaren Maschinen und Werkzeugen ab.
Abschließend bestimmt die Software das sogenannte Nesting. Nesting bezeichnet die Ausrichtung und Platzierung der Teile im Rohmaterial, um den Materialverbrauch zu maximieren.
All diese Informationen werden dann in Codes übersetzt, die die Maschinen verstehen – M-Code und G-Code.
Ein häufiger Irrglaube ist, dass ausschließlich G-Code für den Betrieb der Maschinen benötigt wird. Das ist jedoch nicht korrekt, denn der Code teilt sich in die beiden genannten Codes auf.
G-Code ist eine Sprache, die der Maschine sagt, wie sie sich bewegen soll. Im Grunde ist es der geometrische Code. G-Code steuert die Bewegung und Geschwindigkeit der Schneidköpfe.
Die Befehle werden an einen Maschinencontroller übergeben, im Prinzip einen Industriecomputer. Dieser wiederum gibt vor, wie sich die Motoren bewegen sollen. Die Motoren bestimmen den einzuhaltenden Pfad.
Der M-Code hingegen liefert alle Informationen, die im G-Code nicht enthalten sind. Deshalb wird er auch als Maschinen- oder Zusatzcode bezeichnet.
M-Code-Befehle enthalten Angaben zur Verwendung von Kühlmittel, Werkzeugwechseln, Programmstopps usw.
Beide Codes sind also gleich wichtig, aber nicht identisch.
Wir wissen nun, wie CNC-Maschinen funktionieren. Allerdings werden nicht alle Maschinen für die klassische CNC-Bearbeitung eingesetzt.
Wir betrachten später noch die verschiedenen CNC-Maschinenarten. Im traditionellen Sinne bezieht sich CNC-Bearbeitung aber nur auf einige automatisierte Verfahren, nämlich Fräsen, Drehen, Schleifen, Bohren, Gravieren usw.
Beim Fräsen rotiert das Werkzeug. Wenn das Fräswerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt kommt, werden Späne abgetragen.
Zu den Fräsoperationen gehören:
Es handelt sich um eine sehr vielseitige Fertigungsmethode mit hoher Genauigkeit und engen Toleranzen. Fräsen eignet sich für zahlreiche Materialien und ist zudem sehr schnell. Die Fähigkeit, komplexe Teile herzustellen, ist ein großer Vorteil.
Nachteile sind die hohe Menge an Abfall, der Bedarf an verschiedenen Werkzeugen und die hohen Kosten für die Ausrüstung.
Obwohl beide Verfahren oft unter dem Begriff CNC-Bearbeitung zusammengefasst werden, gibt es zwischen Drehen und Fräsen grundlegende Unterschiede. Drehen ist praktisch das Gegenteil von Fräsen: Statt des Werkzeugs dreht sich das Werkstück.
CNC-Drehdienstleistungen werden häufig zur Herstellung von Wellen eingesetzt. Das Werkzeug wird gegen das rotierende Werkstück geführt und schneidet Späne ab. So lassen sich hohe Genauigkeiten für passende Passungssysteme erzielen.
Das Drehen kann sowohl an der Außenseite eines Zylinders als auch innen (sogenanntes Ausbohren) durchgeführt werden.
CNC-Schleifmaschinen verwenden ein rotierendes Schleifrad, um Material abzutragen. Ziel ist es, ein Metallteil mit besonders hoher Präzision zu bearbeiten.
Die erreichbare Oberflächenqualität ist sehr hoch. Daher wird Schleifen meist als Endbearbeitung eingesetzt, nicht zur Herstellung des Rohteils.
CNC-Graviermaschinen ähneln auf den ersten Blick CNC-Fräsmaschinen. Auch hier ist der Schneidkopf das rotierende Element. Der Hauptunterschied liegt in den geeigneten Materialien.
Graviermaschinen sind ideal für das Schneiden weicherer Materialien (keine Metalle), die keine extrem hohe Präzision erfordern. Grund dafür ist die geringere Leistung.
Dafür arbeiten Graviermaschinen schneller und können Teile somit in kürzerer Zeit fertigen.
Obwohl auch Fräsmaschinen Löcher herstellen können, sind Bohrmaschinen speziell für diese Aufgabe ausgelegt.
Der Unterschied: Fräswerkzeuge schneiden mit den Schneiden am Umfang des Kopfes, während Bohrer mit der Spitze das Loch erzeugen.
CNC-Bohrmaschinen automatisieren diese Aufgabe, sorgen für höhere Präzision und bieten eine kosteneffizientere Lösung.
Wie bereits erwähnt, sind CNC-Maschinen nicht auf klassische Zerspanung beschränkt.
CNC wird in zahlreichen Fertigungsverfahren zur Automatisierung eingesetzt, darunter:
Alle diese Verfahren profitieren enorm von der Automatisierung. Sie verringert den Einfluss des Menschen auf die Endqualität und steigert Wiederholgenauigkeit sowie Präzision.
Die oben beschriebene Funktionsweise von CNC-Maschinen gilt für all diese Methoden. Wenn Sie beispielsweise einen Laserschneiddienst in Anspruch nehmen, gilt das gleiche Prinzip – der Schnittpfad wird automatisch generiert.
Viele dieser Prozesse benötigen jedoch keine zusätzlichen Informationen wie Werkzeugwechsel, da der gleiche Schneidkopf für den gesamten Ablauf genutzt wird.
CNC-Bearbeitung kennt scheinbar keine Grenzen. Sie eignet sich für eine Vielzahl von Materialien, darunter verschiedene Metalle, Kunststoffe, Schaumstoffe, Verbundwerkstoffe und Holz.
3-Achs-Fräsmaschinen können die meisten grundlegenden geometrischen Formen herstellen. Für komplexere Teile gibt es Mehrachs-Bearbeitungszentren.
Ein 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum beispielsweise bietet zusätzliche Möglichkeiten. Während ein gängiges 3-Achs-Modell nur drei lineare Bewegungsachsen hat, können 5-Achs-Maschinen auch den Schneidkopf und das Maschinenbett drehen.
Das erhöht die Flexibilität erheblich, steigert aber auch die Kosten. Auch wenn CNC deutlich schneller ist, hat die manuelle Bearbeitung in der Industrie weiterhin ihre Berechtigung – insbesondere für Kleinserien und Rapid Prototyping.
Dennoch setzt sich die CNC-Bearbeitung überall dort durch, wo hohe Präzision gefordert ist. Deshalb profitieren so viele Branchen davon, darunter:
Insgesamt hat sich die CNC-Bearbeitung als zuverlässige und wertvolle Methode zur Teilefertigung in der Industrie etabliert. Allerdings liegen die CNC-Bearbeitungskosten oft etwas höher als bei anderen Fertigungsverfahren.
Die Maschinen selbst sind teuer und schwer zu bedienen, was gewisse Risiken mit sich bringt. Daher empfiehlt es sich, auf einen erfahrenen Dienstleister zu setzen, der höchste Qualität garantiert. Das weitreichende Netzwerk geprüfter Hersteller von Fractory bietet Ihnen Lösungen sowohl für CNC-Drehen als auch für Fräsen.
