Fortgeschrittene CNC-Bearbeitungstechniken: Mehrachsen-, Hochgeschwindigkeits- und Laserschneiden | Präzisionsfertigung

Entdecken Sie die neuesten CNC-Bearbeitungstechniken mit Mehrachsen-, Hochgeschwindigkeits- und Lasertechniken. Entdecken Sie, wie fortschrittliche Bearbeitungsmethoden die Präzision, Effizienz und Designflexibilität für komplexe Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und anderen Bereichen verbessern. Lernen Sie die Vorteile der Integration von CAD/CAM für optimierte Fertigungsprozesse kennen.

Erforschung fortschrittlicher CNC-Bearbeitungstechniken für komplexe Geometrien

Der Artikel behandelt eine Reihe von Themen im Zusammenhang mit CNC-Bearbeitungstechniken. Der erste Abschnitt ist Einführung in die CNC-Bearbeitung, in dem das Thema der Arbeit, d.h. die numerische Computersteuerung, definiert und ihre Entwicklung von den ersten drei Achsen bis zu weiteren Ebenen erörtert wird. Der nächste Abschnitt ist Fortgeschrittene Bearbeitungstechniken und behandelt die mehrachsige CNC-Bearbeitung und hochpräzise CNC-Methoden und kundenspezifische CNC-Ausgaben.

Es werden die grundlegenden Konzepte von Mehrachsensystemen erläutert, gefolgt von einer Diskussion über die Unterschiede zwischen der dreiachsigen und der fünfachsigen Bearbeitung und die Vorteile wie hohe geometrische Komplexität und Reduzierung der Anzahl der Einstellungen. Der Abschnitt 'Hochpräzisions-CNC-Technologien' konzentriert sich auf die erhöhte Bearbeitung, die Fünf-Achsen-Bearbeitung und die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und legt den Schwerpunkt auf Präzision und Produktionskontrolle.

Das Segment der Lösungen für kundenspezifische CNC-Bearbeitungstechniken befasst sich mit Stanzwerkzeugen und Werkzeugen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und Plasmaschneiden; es wird erklärt, wie all diese Ansätze spezifische Fertigungsanforderungen erfüllen. Dieses Papier befasst sich auch mit der CAD/CAM-Integration, die sich mit der Aufgabe der automatisierten numerisch gesteuerten Software, der CAM-Integration, der CAE-Analyse und den Konstruktionsmaßnahmen befasst und wie diese Werkzeuge das Herstellungsverfahren erleichtern.

In der Schlussfolgerung schließlich werden die allgemeinen Auswirkungen der höheren NVGE-Techniken auf die Fertigung in Beziehung gesetzt und ein Abschnitt mit häufig gestellten Fragen (FAQs) präsentiert, in dem vor allem Fragen zu den Materialien, den Konstruktionen und den Vorteilen der Anwendung der CNC-Bearbeitungstechniken in der Industrie behandelt werden.

Fortgeschrittene Bearbeitungstechniken

Zusätzlich zu den dreiachsigen CNC-Bearbeitungstechniken gibt es Ansätze, die die Grenzen des Designs weiter vorantreiben. Die mehrachsige Bearbeitung geht über die Formen hinaus, indem sie beide rotierenden Werkzeugbewegungen nutzt. Die fünfachsige Bearbeitung bietet die Möglichkeit, die Seiten eines Objekts in einer einzigen Aufspannung zu bearbeiten. CNC-gefertigte Teile Laserschneiden erzeugt Formen mit Hilfe von Lichtstrahlen. Wasserstrahlschneiden produziert Teile mit Hilfe von Wasserstrahlen. Diese Methoden kombinieren Fertigungsprozesse.

Heute werden in der Fertigung computergesteuerte Maschinen eingesetzt, die ein höheres Maß an individueller Fertigung und Genauigkeit bieten. Vor allem während der Produktentwicklung wird auch ihre Genauigkeit zu einem wichtigen Merkmal, da sie die Voraussetzungen für eine besondere Fertigung schafft. Dies führt zu einer Reihe von Problemen im Rahmen der konventionellen dreiachsigen CNC-Bearbeitungstechniken für Teile und Komponenten, insbesondere wenn es um die Verwendung komplexer, nicht standardisierter geometrischer Konfigurationen und enger Toleranzanforderungen geht.

Doch in der Folgezeit sind solche unvorhersehbaren Einschränkungen aufgetaucht und zahlreiche neue Technologien stehen für deren Lösung zur Verfügung. Zu den hier besprochenen CNC-Bearbeitungsverfahren gehören Mehrachsen-, Hochgeschwindigkeits- und Laserbearbeitung in Bezug auf die Konstruktion komplexer Teile. Die angemessene Anwendung dieser Methoden erfordert ein Höchstmaß an Gestaltungsfreiheit und gleichzeitig ein hohes Maß an Effizienz. Spezialisierte Lösungen für CNC-Bearbeitungstechniken sind in der Industrie nach wie vor sehr gefragt, da der Bedarf an der Konstruktion von Prototypen und serienmäßig hergestellten, leicht einsetzbaren, universellen Komponenten sehr hoch ist.

Was ist CNC-Bearbeitung?

Bei der CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) handelt es sich um eine Technik zur Herstellung eines Produkts mit Hilfe eines Computers, der Werkzeugmaschinen so steuert, dass sie Befehle geben, die für den Schneidevorgang und die Herstellung anderer Teile aus einem Rohmaterial nützlich sind. Früher war die Zukunft der CNC-Bearbeitung verwendet drei lineare Achsen und XY, um einfache, quaderförmige, längliche Blockteile herzustellen.

Aber heutzutage ermöglichen neue Methoden die Fertigung mit mehreren Seiten und komplizierteren und detaillierteren Formen der gewünschten Geometrie durch zusätzliche Rotationsachsen. CNC-Bearbeitungstechniken bieten Genauigkeit, Konsistenz und Vielseitigkeit, da die Vorschubgeschwindigkeit, die Schnitttiefe und die Position, an der das Werkzeug platziert werden soll, über Zahlen gesteuert werden können.

Nachfolgend finden Sie die verschiedenen Vorteile, die mit der Anwendung von Advanced

CNC-Techniken:

Es ist eine Tatsache, dass der Einsatz moderner, kundenspezifischer CNC-Bearbeitungstechniken - vom Fräsen bis zum Drehen - viele Vorteile mit sich bringt. Entdecken Sie, wie sie die Präzision, Geschwindigkeit und Effizienz in der Fertigung im Vergleich zu traditionellen Techniken verbessern. Umfassende CNC-Bearbeitungstechniken bieten bessere Möglichkeiten zur Herstellung komplexer Teile, und das bei verbesserter Präzision. Dadurch wird sie noch höheren Standardanforderungen in Sektoren wie der Luft- und Raumfahrt und im medizinischen Bereich gerecht.

Die mehrseitige Bearbeitung bietet außerdem eine Designflexibilität, die auch die mehrstufige Fertigung verbessert. Die Kosten und der Zeitaufwand für das Einrichten sind aufgrund des einmaligen Einrichtens geringer, und auch die Zeit für das Entfernen des Materials ist kurz. Die Anwendung der Methoden dieser Kunst ermöglicht eine Produktfreigabe durch Geometrien, die bisher nicht denkbar waren.

Mehrachsige CNC-Bearbeitung

Was ist mehrachsige Bearbeitung?
Die mehrachsige Bearbeitung bedeutet, dass es neben den herkömmlichen drei linearen Achsen (X, Y und Z) noch weitere Drehachsen gibt. Die Möglichkeit der linearen und rotierenden Bewegung des Schneidwerkzeugs in einem einzigen Arbeitsgang schafft Vorteile dieser Technologie, da sie es ermöglicht, komplizierte geometrische Formen auszuführen, die viel Zeit und viele Arbeitsgänge in einem einzigen Arbeitsgang erfordern können.

3-Achsen vs. 5-Achsen-Bearbeitung
3 unterachsige CNC-Bearbeitungstechniken bieten orthogonale lineare Vorschubbewegungen in X-, Y- und Z-Richtung. 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsdienstleistungen erweitert das Werkzeug um zwei weitere Drehachsen; diese zusätzlichen Drehachsen werden als 'A'- und 'B'-Achse bezeichnet. Das gegebene Werkzeug oder Werkstück kann nun so geschwenkt werden, dass die rechte Seite oder die Oberseite oder die Unterseite oder jede andere Seite nacheinander in einer Position verwendet werden kann. Dies erhöht die Flexibilität des Konstruktionsprozesses und sorgt für eine hohe Effizienz. Dadurch wird der Designraum optimiert und die Effizienz des Prozesses erhöht.

Vorteile der mehrachsigen Bearbeitung

Komplexe Geometrien
Die mehrachsige Bearbeitung ermöglicht es dem Bearbeiter, sowohl die Hinterschnitte als auch die Innenbereiche für komplexe 3D-Formen zu erreichen.

Reduzierte Setups
Die Neupositionierung entfällt durch den vollständigen Zugriff auf alle Oberflächen, was die Produktionszyklen verkürzt. Es wurde beobachtet, dass komplexe Teile viel weniger nachgespannt werden müssen.

Höhere Präzision
Im Vergleich zu konventionellen CNC-Bearbeitungstechniken, bei denen das Teil zwischen verschiedenen Arbeitsgängen neu positioniert wird, erfordert die mehrachsige Bearbeitung eine geringere Anzahl von Positionsänderungen und minimiert daher Fehler in hohem Maße auf das Präzisionsniveau. Einige der Vorteile des LCM-Verfahrens sind: Bei der Bearbeitung komplexer Geometrien können engere Toleranzen erreicht werden.

Anwendung in der Automobilindustrie
Komplizierte Getriebekomponenten, Motorblöcke mit komplexen Öffnungskonfigurationen und Aufhängungsarme mit gekrümmten Konturen profitieren von der Designfreiheit der mehrachsigen Bearbeitung und den vereinfachten Einrichtungsmöglichkeiten für anspruchsvolle Automobilanwendungen.

Hochpräzise CNC-Techniken

Geater Zerspanung
Die CNC-Bearbeitungstechniken von Geater konzentrieren sich auf strenge Toleranzen und erreichen mit optimierten Werkzeugmaschinen und Bearbeitungsstrategien Genauigkeiten im Mikrometerbereich.

5-Achsen-CNC-Bearbeitung
Wie bereits erwähnt, kann man mit der 5-Achsen-Bewegung komplexe Schnitte innerhalb und außerhalb des Werkstücks mit besserer Genauigkeit in einer einzigen Einrichtung durchführen.

Hochgeschwindigkeits-Bearbeitung
Durch den Einsatz von hohen Spindeldrehzahlen und schnellen Werkzeuggeschwindigkeiten erreicht die Hochgeschwindigkeits-CNC-Bearbeitung kürzere Zykluszeiten bei vergleichbarer Oberflächengüte.

Vorteile von Hochpräzisionstechniken

Schnellere Produktion
Das Material wird schneller abgetragen, was die Zeit der Hersteller in den Fokus rückt, da der gesamte Zeitaufwand für die Materialabtragung reduziert wird.

Verbesserte Lebensdauer der Werkzeuge
Die beschichteten Werkzeuge und die optimierten Geschwindigkeiten/Vorschübe sorgen dafür, dass das Werkzeug viel länger hält, bevor es geschärft/ausgetauscht werden muss.

Handhabung feiner Details
Verbesserte mikrogeometrische Designs können aufgrund des feineren Prozesses für Miniaturkomponenten mit engen Toleranzen hergestellt werden.

Anwendung für medizinische Geräte
Werkzeuge und Implantate sowie Prothesen werden durch leicht verfügbare, hochpräzise CNC-Bearbeitungstechniken fast typischerweise mit den für die Biokompatibilität erforderlichen Toleranzen im Mikrometerbereich nachgebildet. Hochkomplizierte Gelenkimplantate können entsprechend der Anatomie eines einzelnen Patienten hergestellt und angepasst werden.

Maßgeschneiderte CNC-Lösungen

Stanzformen und Werkzeuge
Bei Stanzformen werden hochkomplexe mehrachsige Bearbeitungen unter Computersteuerung durchgeführt, um identische Stanzteile aus Blechen zu stanzen.

Laserschneiden
Laser-CNC-Bearbeitungstechniken ermöglichen Ingenieuren die Kontrolle über die Teilegeometrie und ihr Layout einschließlich der Formen. Der kohärente Hochintensitätslaser trägt eine breite Palette von Materialien für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und ähnlichen Branchen ab.

Wasserstrahlschneiden
Wasserstrahlen verwenden einen in Abrasivmittel eingebetteten Hochdruckstrahl zum Schneiden, ohne eine Schicht einer wärmebeeinflussten Zone zu hinterlassen, selbst bei thermisch empfindlichen Materialien. Wasserstrahlschneidanlagen ermöglichen das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Metallverbundstoffen und Steinen bei der Herstellung bestimmter Teile des Materials.

Plasmaschneiden
Durch die Anregung eines ionisierten Gases in programmierbaren Schneidbereichen schneiden CNC-Bearbeitungstechniken Plasmaschneider elektrisch leitende Materialien von Baustahl bis hin zu Aluminiumlegierungen.

Vorteile von Custom Techniques
Abgesehen von der Steigerung der Effizienz und der Designflexibilität erzeugen die Kundenlösungen auf Bestellung gefertigte Spezialteile. Da die Produktion manuell erfolgt, gibt es bei der manuellen Produktion im Vergleich zur automatisierten Produktion viele Fehler.
Luft- und Raumfahrt Anwendung
Einzelne oder isolierte Flugzeugsektionen und -komponenten, einschließlich einmaliger Flugzeugstrukturen und standardmäßig wiederkehrender Fertigungs- und Produktionsteile, verbessern durch Laserschneiden komplizierte Details und komplexe Konturen, während Wasserstrahlen Panzerungen aus Verbundwerkstoffen maßschneidern und Plasmaschneiden Rumpfplatten. Effektive Lösungen sind maßgeschneidert, um die Montage bis hin zu den Schrauben durchzuführen.

CAD/CAM-Integration

CNC-Software
CAD umfasst die Erstellung von Teilemodellen in digitaler Form, während CAM die Umwandlung von CAD-Konstruktionen in maschinenlesbaren Code beinhaltet. Zusammen mit CAE bilden sie integrierte Design- und Fertigungssuiten.

CAM-Integration
CAM-Programme passen Werkzeugwege an und garantieren die Möglichkeit ihrer Verwendung. Vorproduktionsrealisierungen von Werkzeugwegen prüfen Prozesse vor der Teilefertigung und weisen auf Fehler hin.

CAE-Analyse
Aus diesen Gründen bestätigen Ingenieure mit Hilfe von CAE, dass das Teiledesign seine Designfunktion durch Belastungs-/Temperaturtests ohne Prototyping unterstützen kann. Entwürfe können optimiert werden.

Überlegungen zur CNC-Konstruktion
Es gibt computergestützte Softwaretools, die beim Design for Manufacturability helfen, angefangen von der Toleranz bis hin zu grundlegenden CNC-Bearbeitungstechniken, vom Fräsen bis zum Drehen, und entdecken Sie, wie sie Präzision, Geschwindigkeit und Effizienz bei der Herstellung von Geometrieregeln verbessern. Bei diesem Prozess werden komplexe Oberflächen reduziert, um die CNC-Bearbeitung in der Automatisierung Prozess.

Parameter für die Bearbeitung
Die Schnittparameter wie Geschwindigkeit, Vorschub, Tiefe und Kühlmittel werden in einer Software in Abhängigkeit von den ausgewählten Materialien und der Leistungsfähigkeit der CNC-Bearbeitungstechniken festgelegt.

Vorteile der CAD/CAM-Integration
Vollständig digitalisierte Prozesse ermöglichen die Arbeit von der Designphase bis zum fertigen Teil. Komplexe und zeitaufwändige manuelle Codierung und Vermutungen werden durch quantitative und analytische optimale Codegenerierung und Simulationsprüfung und -durchführung für den ersten erfolgreichen Versuch ausgetauscht. Konsistente Ergebnisse sind nur in einer systemintegrierten Entwicklungsumgebung möglich.

Fazit:

Digitale CNC-Bearbeitungstechniken haben sich in den letzten Jahren entwickelt und die Flexibilität und Fertigungsgenauigkeit stark verändert. Während die Konstrukteure früher auf 'prismatische Formen und die Bearbeitung in begrenzten Achsen beschränkt waren, bieten die heutigen modernen Fortschritte grenzenlose Lösungen mit erhöhter Teilekomplexität und winzigen Toleranzen. Von der mehrachsiges SzenarioDurch die Integration von Lasern und Wasserstrahlen wird die Bearbeitung immer schneller und präziser.

Zusammen mit integrierten CAD/CAM-Lösungen, die den Fluss vom Design bis zur Produktion verbessern, ist die heutige Fertigungsbranche in der Lage, sich schneller zu entwickeln und in großem Maßstab zu produzieren. Mit den steigenden Anforderungen an die Designspezifikationen werden ausgefeiltere Methoden der CNC-Bearbeitungstechniken das Design und die Herstellung komplexer Strukturen verbessern. Durch die digitale Technologie befreit, wird die Industrie ein erweitertes Angebot an spezialisierten Bearbeitungsdienstleistungen einsetzen, um sowohl den Bedarf an Vielseitigkeit bei der Prototypenherstellung als auch an Standardisierung in der Massenproduktion zu decken.

FAQs

F: Was kann durch fortschrittliche CNC-Bearbeitung hergestellt werden und welche Materialien werden dabei am häufigsten verwendet?

A: Metalle gehören zu den gebräuchlichsten Werkstoffen, die in vielen Arten wie Aluminium, Stahl, Titan und Inconel-Legierungen erhältlich sind, die unterschiedliche Eigenschaften für verschiedene Verwendungszwecke haben. Andere Thermoplaste sind ABS, Nylon und PEEK. Neue Entwicklungen haben es möglich gemacht, die Eignung für Verbundwerkstoffe, Keramik sowie dichte Hölzer/Bambus anzuwenden. Die richtige Entscheidung hängt von Aspekten wie der Verwendung des Artikels oder der Komponente, den Einsatzbedingungen und den Kosten ab. Das richtige Material steigert die Leistung eines Teils und maximiert gleichzeitig die Vorteile der digitalen Bearbeitung, die jede beliebige Geometrie ermöglicht.

F: Welche Elemente sollten bei der fortschrittlichen CNC-Bearbeitung beachtet werden?

A: Einige der wichtigen Faktoren sind die Reduzierung der nicht bearbeitbaren Bereiche, die richtige Dicke der Wände und die Beschränkung des Radius und/oder der Steggröße des herzustellenden Designs. Rechtwinklige, zwischen den Profilen liegende, ebene Kurven sind problematisch, daher die Verrundungen. Es ist nicht notwendig, die Länge der Gewinde mehr als das Dreifache der Größe des zu schneidenden Lochs zu wählen. Aktuelle Lochskalen erleichtern die Konstruktion. Die Verwendung von CAM-Software bei der Simulation von Teileprogrammen beseitigt die Möglichkeit, dass vor der Produktion Komplikationen auftreten. Folglich ist eine enge Abstimmung mit den Mechanikern bei solch engen Toleranzen sinnvoll, um die Herstellbarkeit der Teile ohne Konflikte zu gewährleisten.

F: Welche Branchen haben am meisten von den fortschrittlichen CNC-Technologien profitiert?

A: Zunächst in der Luft- und Raumfahrt mit komplizierten Flugzeug- und Raumschiffteilen, die aus CAD-CAM-Daten gefräst werden. Andere Teile, die für den menschlichen Körper bestimmt sind, werden mit präzisen CNC-Bearbeitungstechniken hergestellt. Die Automobilindustrie setzt das mehrachsige Fräsen bei der Herstellung von Teilen für Hochgeschwindigkeitsmotoren ein. Maschinen in der Optikbranche erhalten komplexe Linsenhalter von der 5-Achsen-Power. Die Elektronik setzt das Hochgeschwindigkeitsfräsen bei kleinen und sich wiederholenden Schaltkreisen in den Geräten ein. Die Architektur glänzt mit gemustertem Metall, z.B. beim Laserschneiden für eine nachhaltige Fassade, und Schneefräsen erhalten ergonomische Ansaugrohre durch die Multi-Plant-Zusammenarbeit mit Wasserstrahlen. In allen Branchen sorgen ausgeklügelte Verfahren für abstrakte Durchbrüche.