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CNC-Bearbeitung

Unsere Verfahren der CNC-Bearbeitung

Wie ist der Ablauf bei der CNC-Bearbeitung?

Wie wird das NC-Programm der Werkzeugmaschine erstellt?

Das NC-Programm für die Werkzeugmaschine kann auf verschiedene Arten geschrieben werden. Zu den üblichen Methoden zählen die externe Programmierung an einem Programmierplatz oder die maschinennahe Programmierung direkt an der Maschine. Das externe Programmieren an einem Programmierplatz kann entweder mit Hilfe eines Editors oder eines CAD/CAM-Systems erfolgen. Bei der Verwendung eines Editiors ähnelt die Vorgehensweise der maschinennahen Programmierung direkt an der Maschine.

1. Programmerstellung an der CNC-Maschine oder mit Hilfe eines Editors

Zum Programmieren können in der Praxis verschiedene Programmierverfahren verwendet werden. Die bekanntesten Verfahren sind

• • G-Code- bzw. DIN/ISO-Programmierung und
  • Dialog- oder Werkstattorientierte Programmierung (WOP).

In der Norm DIN 66025/ISO 6983 (kurz: “DIN/ISO”) ist ein Standard definiert, wie der Satz- und Adressaufbau der zu übermittelnden numerischen Informationen für die CNC-Werkzeugmaschine in reale Achsbewegeungen umgewandelt wird. Dies geschieht auf Basis definierter G-Code Befehle. Die G-Code Befehle beschreiben den Fertigungsablauf in einer maschinenverständlichen Reihenfolge. Das bedeutet unter welchen Bedingungen die Maschine verfahren muss, um die CNC-Teile herstellen zu können. Ein Programm nach DIN/ISO kann auf jeder CNC-Maschine ausgeführt werden, jedoch ist dabei zu beachten, dass es je nach Maschine spezielle Befehle unter anderem für Zyklen gibt, die nur eine bestimmte Maschine interpretieren und ausführen kann. Zyklen sind in der Maschine vordefinierte Verfahrensabläufe, die sich mit Hilfe von Parametern/Variablen anpassen lassen. Unter anderem zählen dazu verschiede Arten von Bohrzyklen. Zyklen erleichtern das Programmieren und verschaffen dem Programm eine übersichtliche Struktur.

Mit Dialogprogrammierung wird eine grafisch unterstützte Programmierung bezeichnet. Bei der Dialogprogrammierung können mit Hilfe von Eingabemasken für die G-Befehle Bearbeitungszyklen erzeugt werden. Diese Eingabemasken sind meist steuerungs- und maschinenabhängig.

2. CAD/CAM-Programmierung

CAD/CAM bezeichnet die Kombination des computergestützten Konstruierens (CAD, Computer-Aided Design) und der rechnerunterstützten Fertigung (CAM, Computer-Aided Manufacturing). Das Zusammenführen dieser beiden Datenverarbeitungssysteme  ergibt einen vollständigen Zyklus vom Entwurf der Konstruktion bis hin zur Fertigung eines Bauteils. Das bedeutet:

1. Geometrie erstellen

Mit Hilfe des CAD-Systems wird auf Basis der Technischen Zeichnung ein 3D-Modell erstellt. Dabei spricht man von der Umwandlung von 2D-Daten in 3D-Daten.

2. Erzeugen des Rohteils

Im CAM System werden anschließend die Geometriedaten für das Rohteil und die Aufspannvorrichtung definiert.

3. Festlegen der Technologieparameter

Im dritten Schritt erfolgt das Programmieren des Bauteils. Die einzelnen Werkzeuge werden am PC ausgewählt und jede Werkzeugbewegung kann seperat erstellt werden. Die einzelnen Operationen werden schrittweise festgelegt. Zusammen mit der Auswahl geeigneter Schnittwerte wird bestimmt, wie aus dem Rohteil mit geeigneten Werkzeugen das CNC-Teil entsteht. Mit Hilfe von auswählbaren Fertigungsstrategien wird die Programmierung erleichtert.

Alles in allem liegt hierin der Kern der CAM-Programmierung. Hierfür benötigt der Programmierer sehr gute Kenntnisse über das Vorgehen bei der CNC-Bearbeitung.  Auch ein umfassendes Verständnis für verschiedene Materialien und Werkzeuge, um eine geeignete Bearbeitungsstrategie auswählen zu können, sind wichtig.

4. Simulation des Materialabtrags

Abschließend können die Operationen grafisch simuliert werden. Die grafische Simulation hilft dem Programmierer dabei, eventuelle Crashs bei der Bearbeitung oder Fehler schon am Rechner zu erkennen und zu beheben.

5. Ausgabe von NC-Daten in einer Datei

Mit einem Postprozessor wird ein maschinenverständliches Programm als NC-Code erstellt. Die CNC-Maschine kann das Programm verstehen und ausführen kann. Nach Übertragung des NC-Codes an die Maschine via Datenübertragung beispielsweise per Funk oder USB-Stick, können einzelne Parameter auch noch während der Bearbeitung an der Maschine angepasst werden.

Für welche Art von Bauteil ist die CNC-Bearbeitung grundsätzlich geeignet?

Die Verfahren Fräsen und Drehen sind sehr flexible CNC-Fertigungsverfahren mit großer Gestaltungsfreiheit der Bauteile. Gerade in der Metallbearbeitung werden diese vom Prototypen bis hin zur Großserie eingesetzt. Aber nicht immer ist die CNC-Bearbeitung das geeignete Verfahren. Wir klären auf!

Kriterium Oberflächengüte

Typische Mittenrauwerte der CNC-Bearbeitung liegen im Bereich von Ra 0,8-3,2 µm. Es sind auch Werte kleiner als Ra 0,8 µm möglich.

Folgende Faktoren haben Einfluss auf die Oberflächenrauheit: Schnittwerte bei der Zerspanung, Schneidstoff sowie dessen Schneidgeometrie und Verschleißzustand, Zerspanungseigenschaften des Werkstoffs und Verwendung von Kühlschmierung. Verglichen mit dem 3D-Druck, welcher ebenfalls für kleine Losgrößen an Relevanz gewinnt, können bei der Zerspanung deutlich höhrere Oberflächengüten erzielt werden. Nicht nachbehandelte “ungefinishte” Oberflächen beim 3D-Druck belaufen sich je nach Verfahren auf ca. Ra 6-15 µm.

Kriterium Stückzahl

Die CNC-Bearbeitung kann durchaus entgegen vieler Annahmen auch bei kleinen bis mittleren Stückzahlen wirschaftlich sein. Bei kleinen bis mittleren Stückzahlen sind meistens 1-1.000 Stück gemeint. Grundsätzlich gilt: Da die Maschine zu Beginn der Fertigung einmal eingerichtet werden muss, sinken die Kosten pro CNC-Teil mit steigender Stückzahl. Das einmalige Rüsten einer CNC-Maschine für Fertigungsverfahren im Bereich der Zerspanung sind verglichen z. B. mit umformenden Verfahren wie dem Gießen deutlich geringer. Dadurch können insbesondere kleine Losgrößen und Einzelteile für Prototypen wirtschaftlich gefertigt werden. Je nach Werkstoff und Geometrie der Bauteile kann die CNC-Bearbeitung auch bei höheren Stückzahlen eine wirtschaftliche Option darstellen.

Kriterium Herstellzeit vs. Angaben auf Technischen Zeichnungen

“Nur so gut wie nötig, nicht wie möglich!” Ja, auch bei der CNC-Bearbeitung gilt die Devise Zeit ist Geld. Die Toleranzen und die Oberflächenqualität sollten vom Konstrukteur immer nur so eng gewählt werden, wie wirklich nötig, um eine kostengünstige Produktion zu erreichen. Wer braucht am Ende eine Adapterplatte mit spiegelnd glatter und schöner Oberfläche, wenn das Bauteil am Ende der Montage in einer Maschine verschwindet und lediglich ihre Funtktion erfüllt? Natürlich fertigen wir Ihnen die Bauteile wie Sie wünschen, aber wir beraten Sie auch gerne bei der Auswahl der Toleranzen und Oberflächenqualität.

Kriterium Genauigkeit

Einer der größten Pluspunkte der CNC-Bearbeitung ist die Präzision. Erzielbare Geometrieabweichungen liegen im Bereich weniger Mikrometer. Damit ist die CNC-Bearbeitung beispielsweise beim Fräsen und Drehen anderen Fertigungsverfahren deutlich überlegen. Die CNC-Teile können daher ohne Probleme in Bereichen eingesetzt werden, in denen eine genaue Ausrichtung innerhalb einer Baugruppe notwendig ist.

Kriterium Material

Zur CNC-Bearbeitung eignen sich verschiedene Metalle, wie beispielsweise Aluminium, Stahl, Edelstahl und Messing, aber auch höherfeste Kunststoffe. Grundsätzlich können eine Vielzahl von Materialien verwendet werden, aber auch hier gilt zu beachten: Je härter das Material, desto höher ist der Werkzeugverschleiß und desto geringer das Zeitspanvolumen. 

Welche Oberflächengüte kann bei der CNC-Bearbeitung erreicht werden?

Der arithmetische Mittenrauwert Ra ist eine weit verbreitete Kennzahl bei der Beschreibung der Oberflächengüte. Dieser beschreibt die mittlere Abweichung des Rauheitsprofils von der Mittellinie auf einer Messstrecke. Beim CNC-Fräsen und CNC-Drehen sind bei normaler Sorgfalt Werte zwischen 0,8- 3,2 µm möglich.