Was ist CNC-Fräsen und wie funktioniert es?

Was ist CNC-Fräsen?

Beim Fräsen wird ein Teil aus einem Material entfernt, um eine andere Form zu erhalten. Die zu diesem Zweck verwendeten Maschinen werden Fräsmaschinen genannt. Die alten und klassischen Maschinen hatten kein computergestütztes System, so dass es ihnen an Genauigkeit und Präzision mangelte.

Die moderne Maschine nutzt computergestützte Software für ihre Funktionalität. Solche Maschinen sind bekannt als CNC-Fräsmaschinen. CNC selbst ist eine Abkürzung für "Computer Numerical Control". Die programmierten Anweisungen werden an die Maschine weitergegeben. Daraufhin folgt die Maschine den Anweisungen und schneidet das Werkstück.

Die programmierten Befehle sind in der Regel in Form von M- und G-Codes vorhanden. Beide unterscheiden sich voneinander und haben unterschiedliche Funktionen. Die Maschine hält das Werkstück fest. Die Rotationsschneider bewegen sich und schneiden das Material entsprechend den programmierten Anweisungen.

Da die computergesteuerte Software die Maschine steuert, erhalten die Hersteller 100% Präzision. Die allererste CNC-Maschine wurde 1952 erfunden. Seitdem haben sich die CNC-Maschinen weiterentwickelt. Heute sind Maschinen mit erstklassiger Vielseitigkeit erhältlich. Für einfache Aufgaben werden CNC-Maschinen mit drei Achsen verwendet.

Maschinen mit fünf oder sogar sieben Bewegungsachsen werden für komplexere Arbeiten eingesetzt. Die Schneidwerkzeuge bewegen sich in diesen Achsen entsprechend den Anweisungen der Software. Dank dieser Bewegung können CNC-Maschinen komplizierte Designs und Formen in die Teile einbringen. Deshalb sind sie so beliebt und werden am häufigsten eingesetzt.

Wie funktionieren CNC-Fräsmaschinen?

Wie wir alle wissen, halten CNC-Maschinen hauptsächlich das Werkstück, und Rotationsschneider schneiden es. Die eigentliche Funktionsweise dieser Maschinen ist jedoch viel komplexer. Ihr Mechanismus umfasst mehrere Schritte. Im folgenden Abschnitt werden die Schritte erläutert, die CNC-Maschinen so präzise machen.

Schritt 1: Erstellung eines CAD-Modells

Zunächst erstellen die Ingenieure 2D-CAD-Modelle (Computer-Assisted Design). Für die Erstellung solcher Modelle gibt es verschiedene Software. Autodesk Fusion 360 ist die bekannteste und zuverlässigste. Dieser Entwurf wird entsprechend der erforderlichen Form des Teils erstellt.

Der Prozess der Herstellung dieses Modells ist entscheidend. Kleine Fehler kosten Zeit und Geld. Wenn das CAD-Modell nicht perfekt ist, erhalten Sie die falsche Form. Etablierte Unternehmen stellen spezialisierte CAD-Modell-Designer ein. Sie helfen ihnen bei der Erstellung des Modells des Teils, das sie von der Maschine haben wollen.

Schritt 2: Anleitungen mit CAM erstellen

Sobald das CAD-Modell fertig ist, wird es einer CAM-Software unterzogen. Diese CAM-Software (computergestützte Fertigung) erstellt aus dem bereitgestellten Modell Anweisungen. Diese Anweisungen sind 100% genau und entsprechen der Form und dem Design der Modelle.

Die von CAM erstellten Anweisungen geben der Maschine verschiedene Befehle, um die gewünschte Form oder das gewünschte Design des Teils zu erhalten. Diese Anweisungen enthalten die folgenden Informationen:

• Welche Geschwindigkeitsmaschine sollte funktionieren?
• Welche Art von Schneidwerkzeugen sollte verwendet werden?
• Um welche Achsen und in welche Richtung sollte sich ein Schneidwerkzeug bewegen?

Die Funktionalität von CAM ist entscheidend. Diese Anweisungen werden dann in den Computer der Maschine eingegeben. Die Schneidewerkzeuge und andere Komponenten arbeiten harmonisch zusammen. Sie erfüllen die Aufgabe, indem sie den bereitgestellten Informationen folgen.

Schritt 3: Einrichten der CNC-Fräsmaschine

Der Maschinenführer gibt die vorprogrammierten Anweisungen an die CNC-Fräsmaschine weiter. Denken Sie daran, dass diese Maschine aus einem Computer besteht. Das Werkstück wird auf dem Maschinenbett eingestellt. Der Bediener überprüft auch die Abmessungen des zu bearbeitenden Materials. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass das Werkstück die richtige Größe hat.

Wenn die Größe des Werkstücks nicht stimmt, kann der Cutter nicht gemäß den Befehlen der Software schneiden. Auch die Platzierung des Werkstücks ist entscheidend. Es muss sich unter den rotierenden Schneidwerkzeugen befinden. All diese kleinen Dinge werden beim Einrichten der Maschine überprüft.

Schritt 4: Ausführung des Programms durch die Maschine

Sobald die Maschine eingerichtet ist, kann der eigentliche Schneidprozess beginnen. Der Bediener führt das Programm aus. Die Schneidemaschine bewegt sich und schneidet das Werkstück präzise. Dies ist der letzte Schritt; Sie erhalten ein präzises 100%-Teil.

Die Maschine passt die Form und das Design des Modells an, das Sie im ersten Schritt angefertigt haben. Die Computersoftware steuert den gesamten Prozess. Der Maschinenführer wird jedoch weiterhin benötigt, um die Programme auszuführen. Manuelle Fräsmaschinen erfordern jedoch im Vergleich zum CNC-Fräsen viele Arbeitskräfte.

Kurzinfo: Die CNC-Fräsmaschine bearbeitet verschiedene Materialien. Dazu gehören Glas, Holz, Metall und mehr. Die Präzision der Maschine variiert nicht, unabhängig davon, welches Material Sie als Werkstück verwenden. Deshalb gilt das CNC-Fräsen als zuverlässiger als andere Arten des Fräsens.

Komponenten einer CNC-Fräsmaschine

Diese Maschinen sind nicht einfach. Mehrere Komponenten arbeiten zusammen. Jede Störung in einem Teil beeinträchtigt die Funktion der gesamten Maschine. Daher ist es wichtig, diese Komponenten zu verstehen. Hier ist die Liste der Komponenten von CNC-Fräsmaschinen:

• Spindel: Zum Drehen von Schneidwerkzeugen
• Werkzeughalter: Halten Sie das Schneidewerkzeug in Position
• Arbeitstisch: Hält das Werkstück in Position
• Kühlmitteltank: Speichert das Kühlmittel zur Kühlung des Schneidwerkzeugs
• Maschinenbett: Enthält die Komponenten einer Maschine
• Antriebskomponenten: Dreht Motoren; hilft, Teile genau zu bewegen 

Alle diese Teile sind gleichermaßen wichtig. Der Arbeitstisch und die Schneidwerkzeuge sind jedoch integrale Bestandteile des Fräsens. Das Werkstück bleibt auf dem Tisch liegen. Die Schneidewerkzeuge rotieren und schneiden es, wie von der Software befohlen.

Arten von CNC-Fräsmaschinen

Es gibt verschiedene Arten von CNC-Fräsmaschinen. Jede dieser Maschinen unterscheidet sich in Bezug auf Leistung, Geschwindigkeit und Preis. Etablierte Unternehmen bevorzugen den Einsatz von High-End-Fräsmaschinen. Der Grund dafür ist, dass sie eine bessere Leistung bieten, ohne dass eine regelmäßige Wartung erforderlich ist.

Bei kleineren Herstellern spielt das Budget eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung. Daher wählen sie Maschinen, die gut funktionieren und nicht zu viel kosten. Im folgenden Abschnitt werden verschiedene Arten von CNC-Fräsmaschinen vorgestellt. Also, lasst uns loslegen!

1 - Vertikale CNC-Fräsmaschine

Bei diesen CNC-Maschinen sind die Spindeln vertikal ausgerichtet. So bewegen sich die Fräser mit Leichtigkeit auf und ab.

Anders vertikale CNC-Maschinen sind erhältlich und unterscheiden sich in ihren Bewegungsachsen. Einfache und einsteigerfreundliche Vertikalfräsmaschinen bewegen sich in der X-, Y- und Z-Achse.

Einige moderne, hochvertikale CNC-Fräsmaschinen können sich jedoch in 5 Achsen bewegen. Sie sind kompakter als andere Arten von CNC-Fräsmaschinen.

Der Grund dafür ist, dass ihre Spindel vertikal angebracht ist. Sie nimmt also keinen Platz weg. Diese Maschinen arbeiten mit computergestützten Systemen, so dass es keine Probleme mit ihrer Präzision gibt.

2 - Horizontale CNC-Fräsmaschine

Diese CNC-Fräsmaschinen sind das Gegenteil der Vertikalfräsmaschinen. Sie haben eine Spindel, die horizontal ausgerichtet ist.

Das Werkstück bleibt ruhig auf dem Bett liegen. Diese horizontale CNC-Maschinen werden im Allgemeinen für die Herstellung komplexer Formen verwendet.

Diese Maschinen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, schwere Materialien zu bearbeiten. Wie bereits erwähnt, sind die Spindeln dieser Maschinen seitlich angeordnet. Sie nehmen also mehr Platz in Anspruch.

Dies ist einer der Gründe, warum sie als geeignet für größere Hersteller gelten. Allerdings sind sie starrer als vertikale CNC-Fräsmaschinen. Überprüfen Sie den ultimativen Vergleich zwischen den beiden Maschinen.

3 - Revolver-CNC-Fräsmaschine

Diese Maschinen sind einzigartig und unterscheiden sich von anderen Typen. Der Grund dafür ist, dass sich ihre Schneidwerkzeuge beim Schneiden nicht bewegen.

Stattdessen bewegt sich der Arbeitstisch mit dem Werkstück zu den feststehenden Werkzeugen. Ihre Kompatibilität mit verschiedenen Arten von Material macht sie beliebt.

Sie können auf jedem Material arbeiten. Zum Beispiel Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Außerdem werden sie häufig bei der Herstellung verschiedener kleinerer Werkzeuge verwendet.

Dazu gehören Bohrer, Räumnadeln, Gewindebohrer und so weiter. Sie kosten weniger als horizontale CNC-Fräsmaschinen.

4 - CNC-Bettfräsmaschinen

Wie der Name schon sagt, verfügen sie über ein großes Bett, das das Werkstück aufnimmt. Der Fräser bewegt sich um das Material herum, um es gemäß den Anweisungen zu formen.

Sie fragen sich vielleicht, wie die Spindel ausgerichtet ist. Diese Maschinen sind vielseitig in Bezug auf die Spindelausrichtung.

Einige CNC-Bettmaschinen sind mit horizontalen Spindeln ausgestattet. Sie sind in der Regel teurer. Einige dieser Maschinen werden auch mit vertikalen Spindeln geliefert.

Die Hersteller bevorzugen jedoch in der Regel Maschinen mit horizontaler Spindelausrichtung.

Da sie mehr Platz einnehmen, bieten sie Stabilität während des Schneidens. Ihre Arbeit und Präzision sind hervorragend. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sie auf CNC-Technik basieren.

Viele Industriezweige, darunter die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie, verwenden diese Maschinen.

Vorteile und Nachteile von CNC-Fräsmaschinen

CNC-Fräsmaschinen bieten eine Menge Vorteile. Der Hersteller bevorzugt sie wegen ihrer schnellen Durchlaufzeit.

Aber alles, was auf dieser Erde gemacht wird, hat sowohl Vor- als auch Nachteile.

Das Gleiche gilt für diese CNC-Fräsmaschinen. Im folgenden Abschnitt werden einige der guten und schlechten Eigenschaften dieser computergestützten Fräsmaschinen untersucht.

Vorteile

• Präzision und Genauigkeit: CNC-gesteuerte Fräsmaschinen folgen den Anweisungen des Computers. So erreichen sie eine ideale Präzision von 100%. Ihre Ergebnisse entsprechen genau den perfekten CAD-Modellen, die von den Ingenieuren erstellt wurden. Die Wahrscheinlichkeit von Fehlern ist bei diesen Maschinen vernachlässigbar.
• Schneller Umschlag: Für größere Unternehmen ist die Einhaltung von Fristen wichtig. Deshalb nutzen sie die CNC-Maschinen, um Teile in Minutenschnelle herzustellen. Die manuellen Maschinen brauchen viel Zeit. Sobald das Modell fertig ist, stellt die CNC-Maschine die Teile dagegen schnell her. So hilft sie den Großunternehmen, Termine effektiv einzuhalten.
• Keine umfangreiche Arbeit: Im Gegensatz zum manuellen Fräsen werden für CNC-Fräsmaschinen nicht viele Mitarbeiter benötigt. Stattdessen reichen wenige Personen aus, um diese Maschinen zu bedienen. Auf diese Weise müssen die Hersteller nicht zu viele Arbeitskräfte einstellen.
• Automatisierung: Wie bereits erwähnt, basieren CNC-Fräsmaschinen auf computergestützten Systemen. Das Softwareprogramm steuert ihre Arbeit. Um die Effizienz dieser Maschinen zu steigern, ist eine stärkere Automatisierung erforderlich. Unabhängig davon, wie komplex die Teile sind, die Sie herstellen müssen, können diese Maschinen Ihre Erwartungen problemlos erfüllen. 
• Erhöhte Sicherheit: Die manuellen Fräsmaschinen werden von Arbeitern bedient. Daher ist die Wahrscheinlichkeit von Arbeitsunfällen ebenfalls hoch. Bei CNC-Maschinen ist dies jedoch nicht der Fall. Das liegt daran, dass ein computergestütztes System zum Einsatz kommt. Der Bediener bleibt weg und steuert die Maschine per Computer. Das erspart den Arbeitern, sich der Maschine zu nähern, wenn sie in Betrieb ist.

Benachteiligungen

• Kosten für die Ersteinrichtung: CNC-Fräsmaschinen sind teuer. Kleine Unternehmen müssen erhebliche Investitionen in ihre Einrichtung tätigen. Auch ihre Wartung verursacht Kosten. Bedenken Sie, dass diese Maschinen mit komplexen Systemen arbeiten. Daher ist auch ihre Reparatur ein komplexer Prozess und erfordert spezialisierte Mechaniker.
• Erforderliche Fertigkeiten: CNC-Fräsmaschinen sind komplex, und ihre Arbeit ist nicht einfach. Daher benötigen sie Bediener mit Fachwissen und den richtigen Fähigkeiten. Jemand, der keine Vorkenntnisse hat, kann diese Maschinen nicht bedienen. Es wird empfohlen, dass die Bediener Erfahrung mit CNC-Maschinen haben.

Trotz der Nachteile werden CNC-Fräsmaschinen von den Herstellern gut angenommen.

Dank ihrer Präzision, Flexibilität und Vielseitigkeit. Ihre Anschaffungskosten können für neue Hersteller ein Hindernis sein.

Langfristig gesehen sind diese Maschinen jedoch von Vorteil.

FAQs

F1: Wofür steht CNC?

CNC steht für "Computer Numerical Control". Sie wird bei Fräsmaschinen verwendet, die von einer programmierten Software gesteuert werden. Sehen Sie sich den ultimativen Leitfaden für CNC-Maschinen.

F2: Wofür wird eine CNC-Fräsmaschine verwendet?

Diese Maschinen werden zum Schneiden und Formen von Material verwendet. Hersteller verwenden sie zur Herstellung von Teilen für verschiedene Fahrzeuge. Sie ermöglichen eine präzise Gestaltung und Formgebung im Fertigungsprozess. Und das alles dank ihrer Integration in automatisierte Systeme.

F3: Lohnen sich CNC-Fräsmaschinen?

Diese Maschinen lohnen sich aufgrund ihrer Präzision und schnellen Durchlaufzeit. Ihr Einsatz hat sich in vielen Branchen entwickelt, unter anderem in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Was früher Tage dauerte, ist heute innerhalb von Minuten erledigt. Alles dank dieser CNC-Fräsmaschinen.

F4: Was ist der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Drehen?

CNC-Fräsen und Drehen unterscheiden sich in ihrer Arbeitsweise. Beim Fräsen bleibt das Werkstück konstant, während sich die Schneidwerkzeuge bewegen. Beim CNC-Drehen dreht sich das Werkstück anstelle der Schneidwerkzeuge. Diese Drehung des Werkstücks ermöglicht es dem Fräser, das Material zu formen.

F5: 3-Achsen- vs. 5-Achsen-CNC-Drehmaschinen: Wie unterscheiden sie sich?

Bei einer 3-Achsen-Drehmaschine bewegt sich das Schneidwerkzeug in drei Achsen (X, Y und Z). Bei einer 5-Achsen-Maschine hingegen bewegt sich das Werkzeug in fünf Achsen. Dadurch erhält das Werkzeug mehr Freiheit und Unabhängigkeit, um das Material effektiver zu schneiden. Mehr Unterschiede sehen.

Schlussfolgerung

Zweifellos haben CNC-Fräsmaschinen den Fertigungsprozess weiterentwickelt. Viele Branchen nutzen diese Maschinen, um in kürzerer Zeit eine höhere Präzision zu erreichen. Es wäre nicht falsch zu sagen, dass ihre Benutzerfreundlichkeit und Anpassungsfähigkeit immer berühmter werden.

Es gibt ein paar Nachteile, aber die werden in der Regel ignoriert. In diesem Leitfaden haben wir alles, was mit der CNC-Maschine zu tun hat und wie sie funktioniert, untersucht. Ob Sie eine CNC-Maschine oder eine manuelle Fräsmaschine verwenden sollten, ist für Sie klarer. Analysieren Sie die Vor- und Nachteile beider und treffen Sie eine kluge Entscheidung.