Tauchen Sie ein in die CNC-Technologie: Betriebsmechanik & Kostenanalyse

Eine kurze Einführung in die CNC-Technologie

CNC (Computer-Numerische Steuerung) Technologie ist ein Eckpfeiler der modernen Fertigung, ermöglicht präzise, automatisierte Bearbeitungsprozesse in verschiedenen Branchen.

CNC-Technologiebewegungen basieren auf dem X, Y, und Z-Achsen. Die Positionierung des Werkzeugs erfolgt über Schritt- oder Servomotoren,

die auf die Bewegungen einwirkt, die auf dem Code basieren, der aus dem ursprünglichen 3D-Modell des Teils, das Sie erstellen möchten, erhalten wurde – dem sogenannten G-Code.

Numerische Steuerungen beschreiben, wie schnell die Spindel bewegt werden soll (das rotierende Teil, das den Werkzeughalter dreht), in welche Richtung man sich bewegen soll,

welches Werkzeug verwendet werden soll (wenn die Maschine mehrere Werkzeuge verwendet und zwischen ihnen wechseln kann), sowie andere Faktoren wie die Verwendung von Kühlmittel.

Wie funktioniert die CNC-Bearbeitung?

CNC (Computer-Numerische Steuerung) Bei der Bearbeitung werden Konstruktionsdaten aus dem computergestützten Design übersetzt (CAD) Dateien in codierte Befehle umwandeln, die von einer Maschinensteuerung verstanden werden.

Diese Befehle weisen die Werkzeugmaschinen an, wohin und wie schnell sie sich bewegen sollen.

Der CNC-Bearbeitung Verfahren: Von CAD zu Teilen

Dieser Prozess umfasst mehrere Schritte:

• Design: Erstellen der Teilespezifikationen mit CAD-Software.
• Konvertierung: Umwandlung des Designs in G-Code durch CAM (Computergestützte Fertigung) Software.
• Aufstellen: Vorbereiten der Maschine, Einrichten von Werkzeugwegen, und Fixieren des Werkstücks.
• Bearbeitung: Ausführen des programmierten G-Codes auf dem Material.
• Nachbearbeitung: Feinarbeiten wie Entgraten und Oberflächenbehandlung.

CNC-Bearbeitungsmaterials

1. Metalle in der CNC-Bearbeitung

Metalle gehören aufgrund ihrer Festigkeit zu den am häufigsten bearbeiteten Werkstoffen, Haltbarkeit, und Auswahl an Eigenschaften. Hier finden Sie eine Aufschlüsselung der am häufigsten verwendeten Metalle:

Aluminium

• Eigenschaften: Leicht, korrosionsbeständig, und leicht zu bearbeiten. Es bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Stärke und Gewicht.
• Anwendungen: Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteile, Elektronikgehäuse, und medizinische Geräte.
• Beliebte Legierungen: 6061, 7075, Und 2024 Aluminium.

Edelstahl

• Eigenschaften: Hohe Korrosionsbeständigkeit, Hitze, und tragen, Dadurch ist es auch in rauen Umgebungen langlebig.
• Anwendungen: Ausrüstung für die Lebensmittelverarbeitung, medizinische Instrumente, Chemikalienbehälter, und Automobilteile.
• Beliebte Noten: 304, 316, Und 17-4 PH.

Titan

• Eigenschaften: Außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, und Hochtemperaturbeständigkeit.
• Anwendungen: Luft- und Raumfahrtkomponenten, medizinische Implantate, und Automobilteile.
• Beliebte Noten: Grad 2 (kommerziell rein) und Ti-6Al-4V (Legierung).

Messing

• Eigenschaften: Leicht zu bearbeiten mit guter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Messing verfügt außerdem über eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit.
• Anwendungen: Elektrische Komponenten, Beschläge, und dekorative Teile.
• Beliebte Legierungen: C360 (Automatenmessing).

Kupfer

• Eigenschaften: Hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, Daher ist es ideal für elektronische Komponenten.
• Anwendungen: Elektrische Anschlüsse, Kühlkörper, und Heizkörper.
• Beliebte Legierungen: C110 (reines Kupfer) und C182 (Chromkupfer).

Inconel

• Eigenschaften: Eine Superlegierung, die dafür bekannt ist, extremen Temperaturen und hohen Belastungen standzuhalten, ohne sich zu verformen oder zu korrodieren.
• Anwendungen: Komponenten für Luft- und Raumfahrt und Gasturbinen, Marineanwendungen, und Wärmetauscher.
• Beliebte Noten: Inconel 718 und Inconel 625.

2. Kunststoffe in der CNC-Bearbeitung

Kunststoffmaterialien werden oft für die CNC-Bearbeitung ausgewählt, wenn sie leicht sind, chemische Beständigkeit oder elektrische Isolierung erforderlich sind. Zu den häufig verwendeten Kunststoffen gehören::

ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)

• Eigenschaften: Stark, hart, und schlagfest. ABS ist leicht zu bearbeiten und wird in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt.
• Anwendungen: Automobilkomponenten, Konsumgüter, und Elektronikgehäuse.

POM (Polyoxymethylen oder Acetal)

• Eigenschaften: Hohe Steifigkeit, geringe Reibung, und hervorragende Dimensionsstabilität.
• Anwendungen: Getriebe, Lager, und Präzisionsteile, die eine geringe Reibung erfordern.

Nylon

• Eigenschaften: Hohe Festigkeit und Flexibilität bei ausgezeichneter Verschleißfestigkeit.
• Anwendungen: Mechanische Teile wie Zahnräder, Lager, und Buchsen.

SPÄHEN (Polyetheretherketon)

• Eigenschaften: Hohe mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit, und thermische Stabilität, Damit ist es einer der langlebigsten Kunststoffe.
• Anwendungen: Luft- und Raumfahrt, medizinisch, und Automobilkomponenten, sowie elektrische Isolierteile.

PTFE (Polytetrafluorethylen oder Teflon)

• Eigenschaften: Geringe Reibung, chemische Beständigkeit, und Hochtemperaturbeständigkeit.
• Anwendungen: Robben, Dichtungen, und Antihaftbeschichtungen.

HDPE (Polyethylen hoher Dichte)

• Eigenschaften: Dauerhaft, leicht, und sehr stoß- und feuchtigkeitsbeständig.
• Anwendungen: Panzer, Rohrleitungen, und Schneidebretter.

3. Verbundwerkstoffe in der CNC-Bearbeitung

Aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses werden Verbundwerkstoffe zunehmend für die CNC-Bearbeitung verwendet, Korrosionsbeständigkeit, und Haltbarkeit. Zu den beliebten Verbundwerkstoffen gehören::

Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK)

• Eigenschaften: Extrem stark, leicht, und korrosionsbeständig. Kohlefaser wird häufig in Anwendungen verwendet, bei denen sowohl Festigkeit als auch Gewichtsreduzierung von entscheidender Bedeutung sind.
• Anwendungen: Luft- und Raumfahrtkomponenten, Sportausrüstung, und Automobilteile.

Glasfaserverstärkte Polymere (GFK)

• Eigenschaften: Hohe Festigkeit und Steifigkeit mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit.
• Anwendungen: Rotorblätter von Windkraftanlagen, Automobilteile, und Baumaterialien.

4. Keramik in der CNC-Bearbeitung

Obwohl seltener, Keramik wird wegen ihrer außergewöhnlichen Härte verwendet, Hitzebeständigkeit, und Korrosionsbeständigkeit. Diese Materialien werden häufig für spezielle Anwendungen ausgewählt:

Aluminiumoxid (Aluminiumoxid)

• Eigenschaften: Extrem hart und verschleißfest, Hitze, und Korrosion.
• Anwendungen: Schneidwerkzeuge, elektrische Isolatoren, und medizinische Geräte.

Zirkonoxid (Zirkoniumdioxid)

• Eigenschaften: Ausgezeichnete Zähigkeit, Wärmedämmung, und Verschleißfestigkeit.
• Anwendungen: Zahnimplantate, Schneidwerkzeuge, und Hochtemperaturkomponenten.

Wie viel kostet die CNC-Bearbeitung??

Die Kosten für die CNC-Bearbeitung werden von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, inklusive Materialauswahl, Designkomplexität, Bearbeitungszeit, Wahl der Werkzeugmaschine, Produktionsvolumen, Arbeitskosten, indirekte Kosten, und Ausschuss und Nacharbeit.

Materialkosten

Die Art und die Kosten der Materialien wirken sich erheblich auf die Kosten für die CNC-Bearbeitung aus.

Hochleistungslegierungen, wie Titan oder Edelstahl, sind typischerweise teurer als Kunststoffe oder weichere Metalle.

Zusätzlich, Die Bearbeitbarkeit des Materials beeinflusst die Kosten, da schwieriger zu bearbeitende Materialien möglicherweise mehr Zeit und Ressourcen erfordern.

Designkomplexität

Die Komplexität des Teiledesigns wirkt sich direkt auf die Bearbeitungskosten aus. Komplexe Geometrien, enge Toleranzanforderungen,

und besondere Konstruktionsmerkmale erfordern möglicherweise fortschrittliche Bearbeitungstechniken und Spezialwerkzeuge, wodurch die Kosten steigen.

Bearbeitungszeit

Bearbeitungszeit, Dazu gehören die tatsächliche Schnittzeit und die Rüstzeit für Werkzeugänderungen und -konfigurationen, trägt zu den Kosten bei.

Längere Bearbeitungszeiten führen zu höheren Kosten. Durch die Optimierung des Bearbeitungsprozesses und die Steigerung der Produktionseffizienz können Kosten gesenkt werden.

Werkzeugmaschinen

Die Auswahl und Verwaltung von Werkzeugmaschinen hat einen erheblichen Einfluss auf die Kosten. Die Kosten für Schneidwerkzeuge, ihre Lebensdauer, und Häufigkeit des Austauschs wirken sich alle auf die gesamten Bearbeitungskosten aus.

Die richtige Werkzeugauswahl und -wartung ist für die Kostenkontrolle von entscheidender Bedeutung.

Volumen und Chargengröße

Durch die Produktion hoher Stückzahlen können die Stückkosten gesenkt werden, da die festen Einrichtungskosten auf mehrere Teile verteilt werden.

Die Produktion von Kleinserien kann aufgrund der proportional größeren Auswirkung der Rüstzeit zu höheren Stückkosten führen.

Arbeitskosten

Die Löhne von Facharbeitern und Ingenieuren sind Teil der CNC-Bearbeitungskosten. Bei arbeitsintensiven Vorgängen oder Teilen mit komplexen Anforderungen können zusätzliche Arbeitskosten anfallen.

Indirekte Kosten

Indirekte Kosten im Zusammenhang mit der CNC-Bearbeitung, wie zum Beispiel Einrichtungskosten, Dienstprogramme, und Verwaltungskosten, beeinflussen auch die Gesamtkosten.

Ausschuss und Nacharbeit

Durch effektive Qualitätskontroll- und Inspektionsprozesse können Ausschussraten und Nacharbeiten minimiert werden, was zu Kosteneinsparungen führt.

So reduzieren/sparen Sie die Kosten für die CNC-Bearbeitung？

Um die Kosten bei der CNC-Bearbeitung zu senken, müssen verschiedene Aspekte vom Entwurf bis zur Ausführung optimiert werden.

Hier finden Sie wichtige Strategien zur effektiven Verwaltung und Senkung der CNC-Bearbeitungskosten:

• Optimieren Sie das Design, um die Komplexität zu minimieren: Während der Designphase, Vermeiden Sie Merkmale wie dünne Wände, tiefe Hohlräume, und scharfe 90-Grad-Ecken, was die Bearbeitungsschwierigkeiten und -kosten erhöhen kann.
• Wählen Sie geeignete Materialien aus: Wählen Sie Materialien basierend auf den funktionalen Anforderungen des Teils, Vermeidung von Überspezifikationen, und entscheiden Sie sich für Materialien, die einfacher zu bearbeiten und kostengünstiger sind.
• Begrenzen Sie die Tiefe von Hohlräumen und Gewinden: Design mit begrenzten Hohlraumtiefen zur Reduzierung von Bearbeitungszeit und -kosten. Auch, Halten Sie die Gewindelängen minimal, um den Bedarf an Spezialwerkzeugen und zusätzliche Kosten zu vermeiden.
• Erhöhen Sie die Wandstärke: Dickere Wände können die Bearbeitungsstabilität verbessern und die Kosten senken. Für Metallteile, die empfohlene Mindestwandstärke ist größer als 0.8 mm, und für Kunststoffe, es ist mehr als 1.5 mm.
• Verwenden Sie Standardwerkzeuggrößen: Entwerfen Sie Teile, die mit Standard-CNC-Werkzeuggrößen kompatibel sind, um Werkzeugwechsel und Bearbeitungszeit zu minimieren.
• Vermeiden Sie zu große Toleranzen: Sofern nicht unbedingt erforderlich, Vermeiden Sie es, enge Toleranzen festzulegen, was die Bearbeitungskomplexität und -kosten erhöhen kann.
• Nutzen Sie die Massenproduktion: Bei größeren Bestellmengen können die Fixkosten auf mehr Teile verteilt werden, Senkung der Kosten pro Einheit.
• Minimieren Sie die Oberflächenbearbeitung: Unnötige Oberflächenbehandlungen können die Kosten erhöhen, Daher sollten sie auf der Grundlage der tatsächlichen Anforderungen des Teils bestimmt werden.
• Investieren Sie in Automatisierung und technologische Innovation: Investitionen in Roboterautomatisierung und moderne CNC-Technologien können die Effizienz steigern, Arbeitskosten senken, und die Produktionsqualität verbessern.
• Bearbeitungsparameter optimieren: Durch die Feinabstimmung von Parametern wie der Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit, und Spindeldrehzahl, Sie können die Qualität aufrechterhalten und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Kosten senken.

Arten von CNC-Maschinen

CNC (Computer-Numerische Steuerung) Maschinen gibt es in verschiedenen Ausführungen, Jedes ist für bestimmte Funktionen in der Fertigung konzipiert. Hier sind die wichtigsten Typen:

1. CNC-Fräsen Maschinen: Wird verwendet, um mit rotierenden Schneidwerkzeugen Material von einem Werkstück zu entfernen. Sie können komplexe Formen und hochpräzise Teile mit mehreren Achsen herstellen (bis zu 5 Achsen).
2. CNC-Drehmaschinen: Spezialisiert auf die Herstellung zylindrischer Teile durch Drehen des Werkstücks, während ein stationäres Schneidwerkzeug Material entfernt. Sie eignen sich ideal für die Herstellung symmetrischer Bauteile wie Wellen und Beschläge.
3. CNC-Plasmaschneider: Verwenden Sie Plasma (ein ionisiertes Gas mit hoher Temperatur) um Metalle wie Stahl zu durchschneiden, Aluminium, und Messing. Sie werden typischerweise in Fertigungsbetrieben zum Schneiden von Blechen verwendet.
4. CNC-Laserschneider: Nutzen Sie einen fokussierten Laserstrahl, um Materialien mit hoher Präzision zu schneiden oder zu gravieren. Sie eignen sich perfekt für komplizierte Designs und werden häufig in Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Elektronik eingesetzt.
5. CNC-Fräser: Entwickelt zum Schneiden, Carving, und Gravurmaterialien wie Holz, Kunststoffe, und weiche Metalle. Sie werden häufig im Möbelbau verwendet, Schilderherstellung, und Architekturmodellierung.
6. CNC-Schleifmaschinen: Verwenden Sie Schleifscheiben, um Oberflächen zu bearbeiten oder ein feines Finish zu erzielen. Diese Maschinen sind für die Herstellung von Teilen mit hohen Toleranzen in Branchen wie der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie unerlässlich.
7. CNC-Funkenerosionsmaschinen (EDM): Nutzen Sie elektrische Entladungen oder Funken, um Metalle zu formen, indem Sie Material von einem Werkstück abtragen. Sie eignen sich ideal zum Erstellen komplexer Hohlräume oder Formen in harten Materialien wie Stahl.
8. CNC-Wasserstrahlschneider: Verwenden Sie Hochdruckwasser (oft mit Schleifmitteln vermischt) Materialien zu schneiden. Wasserstrahlen werden zum Schneiden verschiedener Materialien verwendet, einschließlich Metalle, Kunststoffe, und Stein, ohne Hitze zu erzeugen.

CNC-Bearbeitungszentrum vs. Gewöhnliche CNC

CNC-Maschinen haben die Fertigung revolutioniert, und es gibt verschiedene Kategorien wie CNC-Bearbeitungszentren und gewöhnliche CNC-Maschinen.
Beide bieten Präzision, Automatisierung, und Effizienz, Sie erfüllen unterschiedliche Zwecke und Funktionen im Herstellungsprozess.
Lassen Sie uns die wichtigsten Unterschiede zwischen einem CNC-Bearbeitungszentrum und einer gewöhnlichen CNC-Maschine aufschlüsseln.

1. Definition und Funktionalität

• CNC-Bearbeitungszentrum: Ein CNC-Bearbeitungszentrum ist ein fortschrittliches, Multifunktionsmaschine für eine Vielzahl von Arbeiten wie Fräsen, Bohren, klopfen, und langweilig, alles in einem einzigen Setup.
  Sie ist hochautomatisiert und mit einem Werkzeugmagazin für den automatischen Werkzeugwechsel ausgestattet, Damit ist es ideal für komplexe Teile und mehrstufige Fertigungsprozesse.
• Gewöhnliche CNC-Maschine: Bezieht sich normalerweise auf grundlegende CNC-Geräte wie CNC-Drehmaschinen oder -Fräsmaschinen, die sich auf bestimmte Aufgaben konzentrieren (z.B., drehen, Mahlen).
  Diese Maschinen sind im Allgemeinen in ihrer Funktionalität eingeschränkter, in der Lage, jeweils nur einen oder zwei Vorgänge auszuführen, mit weniger automatisierten Funktionen.

2. Werkzeugkapazität und Veränderbarkeit

• CNC-Bearbeitungszentrum: Kommt mit einem automatischen Werkzeugwechsler (ATC) Dies ermöglicht den Austausch mehrerer Werkzeuge während des Betriebs ohne manuellen Eingriff.
  Mit dieser Funktion kann die Maschine eine Vielzahl von Aufgaben in einem einzigen Setup ausführen, Dadurch werden Ausfallzeiten drastisch reduziert und die Produktionseffizienz gesteigert.
• Gewöhnliche CNC-Maschine: Die meisten gewöhnlichen CNC-Maschinen erfordern einen manuellen Werkzeugwechsel, vor allem Modelle der unteren Preisklasse.
  Dabei sorgen sie für eine präzise Bearbeitung, Das Fehlen eines ATC schränkt die Vielseitigkeit ein und erfordert eine häufigere Einbindung des Bedieners, mehrstufige Prozesse verlangsamen.

3. Komplexität des Werkstücks

• CNC-Bearbeitungszentrum: Ideal für hochkomplexe Werkstücke, die mehrere Bearbeitungsvorgänge erfordern.
  Diese Maschinen können komplizierte Geometrien verarbeiten, abgewinkelte Flächen, und tiefe Hohlräume, Damit sind sie für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt unverzichtbar, Automobil, und Herstellung medizinischer Geräte.
• Gewöhnliche CNC-Maschine: Am besten geeignet für einfachere Teile und Vorgänge, die nicht mehrere Bearbeitungsschritte erfordern.
  Diese Maschinen sind effektiv für weniger komplizierte Aufgaben wie Drehen, einfaches Fräsen, oder schneiden.

4. Bewegungsachsen

• CNC-Bearbeitungszentrum: Beinhaltet normalerweise Mehrachsenfähigkeiten, wie 3-Achsen, 4-Achse, oder sogar 5-Achs-Bearbeitung.
  Dies ermöglicht eine flexiblere und dynamischere Bewegung, Dies ermöglicht die Herstellung komplexer Teile, ohne dass das Werkstück mehrmals neu positioniert werden muss.
• Gewöhnliche CNC-Maschine: Arbeitet im Allgemeinen auf weniger Achsen, wie 2-Achsen oder 3-Achsen.
  Während immer noch präzise, Bei der Herstellung von Teilen mit komplizierten Geometrien oder mehreren Merkmalen sind diese Maschinen eingeschränkter.

5. Automatisierung und Effizienz

• CNC-Bearbeitungszentrum: Hochautomatisiert mit minimalem Bedienereingriff, in der Lage, kontinuierliche Produktionszyklen durchzuführen.
  Durch die Integration von ATC und mehreren Achsen wird die Effizienz von Bearbeitungsprozessen deutlich gesteigert.
• Gewöhnliche CNC-Maschine: Erfordert mehr manuelle Eingriffe, insbesondere wenn es um Werkzeugwechsel oder den Wechsel zwischen Bearbeitungsvorgängen geht.
  Während es für bestimmte Aufgaben effizient ist, Die Gesamtautomatisierung und Produktivität sind im Vergleich zu Bearbeitungszentren geringer.

6. Anwendungen

• CNC-Bearbeitungszentrum: Weit verbreitet in Branchen, in denen komplexe Teile mit hoher Präzision erforderlich sind, wie z.B. Luft- und Raumfahrt, Automobil, und High-Tech-Fertigung.
  Die Möglichkeit, mehrere Vorgänge in einem Setup durchzuführen, spart Zeit und reduziert Fehler.
• Gewöhnliche CNC-Maschine: Geeignet für Branchen, die einfachere Anforderungen erfordern, weniger komplexe Teile, wie allgemeine mechanische Komponenten, Grundausstattung, und Wellen.
  Diese Maschinen eignen sich gut für kleine Werkstätten oder Aufgaben, deren Komplexität den Einsatz eines Bearbeitungszentrums nicht rechtfertigt.

Faktoren, die den Preis einer CNC-Maschine beeinflussen

• Technologie
• Materialkosten
• Produktionskosten
• Konfiguration
• Marken- und Qualitätssicherung
• Kundendienst

Der komplette Preisführer für CNC-Maschinen – in jeder Preisklasse

Die Kosten einer CNC-Maschine können stark variieren, Die Kosten reichen von ein paar Hundert Dollar bis hin zu mehreren Zehntausend Dollar oder sogar Hunderttausenden Dollar.

Diese erhebliche Preisspanne wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, einschließlich des Typs der CNC-Maschine, seine Größe und Steifigkeit, Leistungs- und Drehmomentfähigkeiten, die Anzahl der Achsen, und zusätzliche Funktionen.

 

CNC-Maschine	Preis
Hobby-CNC-Fräser	$200 – $3000
Professioneller CNC-Fräser	$3K – 10.000 $
Industrieller CNC-Fräser	$40K – 200.000 $
Produktions-CNC-Fräser	$200K – 400.000 $
Hobby-CNC-Fräse	$2K – 7K
Professionelle CNC-Fräse	$7K – 50.000 $
Industrielle 3-Achsen-Fräsmaschine	$60K – 100.000 $
Industrielle 5-Achsen-Fräsmaschine	$200K – 500.000 $
Produktionswerk (Vertikales Bearbeitungszentrum)	> $500K
Hobby-CNC-Drehmaschine	$2K – 12.000 $
Professionelle 2-Achsen-CNC-Drehmaschine	$15K – 50.000 $
Industrielle 2-Achsen-CNC-Drehmaschine	$60K – 100.000 $
Produktions-CNC-Drehmaschine (Horizontales Bearbeitungszentrum mit 7-13 Äxte)	> $500K