Leitfaden zum Design
- CNC -

PRINZIPIEN ZUR CNC-BEARBEITUNG

Die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) ist eine der am weitesten verbreiteten Fertigungs- und Prototping-Methoden sowohl für Metall- als auch für Kunststoffteile.

Diese Technologie der subtraktiven Fertigung erfolgt ausgehend von einem Rohmaterialblock, der schrittweise durch die Einwirkung von Werkzeugen einem Zerspanungsprozess unterzogen wird, bis die endgültige Geometrie des gewünschten Teils erreicht ist.

Die maschinelle Bearbeitung ist die Technik, mit der Sie (im Vergleich zum 3D-Druck) die beste Qualität der Teile erzielen können. Es kann praktisch jede Art von Material bearbeitet werden, sowohl Metalle (einschließlich Aluminiumlegierungen, Magnesium oder Stahl) als auch Kunststoffe (wie ABS, Nylon, Delrin, etc …)

Obwohl viele Geometrien manuell programmiert werden können, fordert Proto&Go! immer eine 3D-CAD-Datei an, um die CNC-Maschinen mit Hilfe von einer CAM-Software zu programmieren, wodurch die Genauigkeit des Ergebnisses garantiert und mögliche Fehler in Zeichnungen oder Versionen vermieden werden.

PROZESS

Ausgehend von der 3D-Datei wird die Datei des zu fertigenden Teils mit einer Cam-Software (computergestützte Fertigung) bearbeitet, aus der die zu fertigenden Werkzeugwege auf Basis der Geometrie des Teils bestimmt werden.

Aus diesen von der CAM-Software erhaltenen virtuellen Werkzeugwegen wird ein Maschinencode generiert, der der Steuerung der Maschine alle für die Fertigung des Teils erforderlichen Parameter und Bedingungen angibt: Drehzahl des Werkzeugs, Vorschubgeschwindigkeit der Spindel, Tiefe jedes Durchgangs, Art des Werkzeugs, etc.

Im Allgemeinen ist für die meisten Teile das Einsetzen verschiedener Werkzeuge erforderlich, jedes mit seinen eigenen Besonderheiten, die nacheinander in verschiedenen Bearbeitungsphasen eingesetzt werden, bis die endgültige Geometrie erreicht ist.

ARTEN VON CNC-MASCHINEN

Neben weiteren Merkmalen werden die Bearbeitungsmaschinen nach der Anzahl der Achsen klassifiziert, mit denen sie arbeiten können, wobei es üblich ist, von 3, 4 oder 5 Achsen zu sprechen.

Es gibt Maschinen mit mehreren Bearbeitungsachsen oder anderen Konfigurationen sowie Maschinen zum Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder zur Elektroerosion. Dieser Leitfaden beschränkt sich jedoch auf CNC-Maschinen, die durch Spanabnahme mit Schneidwerkzeugen arbeiten.

CNC-FRÄSEN - 3 Achsen

Zu den gängigsten 3-Achsen-CNC-Maschinen gehören sowohl CNC-Fräsmaschinen als auch CNC-Drehmaschinen.

Bei diesem Maschinentyp kann sich das Schneidwerkzeug in drei linearen Achsen, X, Y, Z (und/oder zwischen diesen Achsen befindlichen Zwischenpositionen) relativ zum Werkstück bewegen.

Bei Fräsmaschinen ist der Materialblock statisch und es sind die Werkzeuge, die rotieren, um die Schnittgeschwindigkeit zu erreichen und so Material abtragen zu können.

Bei einem gefrästen Teil kann die resultierende Geometrie beliebig sein und ist nicht nur auf zylinderförmige Teile beschränkt, wie es bei der Drehmaschine der Fall ist.

Die ersten 3 Achsen ermöglichen eine definierte Relationsbewegung zwischen Werkzeug und Material auf einer der Koordinatenachsen X, Y, Z.

Dies ist der bekannteste und gängigste Typ einer Fräsmaschine.

CNC-FRÄSEN - 4 Achsen

Um der CNC-Fräsmaschine eine größere Flexibilität bei der Positionierung eines Werkstücks in Bezug auf seine axiale Achse zu geben, kann ein elektromechanisches Modul mit einer vierten Achse integriert werden, das dem Bearbeitungszentrum ein zusätzliches Maß an Drehung verleiht.

Dies geschieht normalerweise durch Hinzufügen dieses 4. Achsenmoduls zu einer herkömmlichen 3-Achsen-Maschine.

CNC-FRÄSEN - 5 Achsen

Die Bearbeitungszentren mit 5 Achsen haben entweder ein motorisiertes Maschinenbett oder die Spindel selbst hat zwei zusätzliche zu den ursprünglichen 3 Achsen hinzugefügte Koordinatenfreiheitsgrade.

Im Allgemeinen sind die Maschinen, die mit 5 Achsen ausgestattet sind, vielseitiger im gesamten Bearbeitungsprozess, aber ihre Anschaffungskosten sind viel höher, so dass die Teile, die mit dieser Art von Maschine bearbeitet werden, im Allgemeinen teurer sind.

CNC-DREHEN - 3 Achsen

Das Hauptmerkmal der Drehmaschine ist, dass das Rohmaterial in der Spindel um sich selbst rotiert und die Werkzeuge darauf einwirken, wodurch die Span-Abtrags-Bahnen entstehen. Das Ergebnis ist ein Teil, das als „Drehteil“ bezeichnet wird.

Im Allgemeinen sind Drehteile wirtschaftlicher als Teile, die gefräst werden müssen, da der Prozess schneller und einfacher zu automatisieren ist. Daher ist das Drehen ein Verfahren, mit dem eine hohe Produktion bei geringen Kosten erreicht werden kann.    

CNC-DREHEN - 4 Achsen

Es gibt einen Maschinentyp, der es ermöglicht, einige der normalerweise feststehenden Werkzeuge des Drehkopfes mit einer eigenen Motorisierung sowie einer Y-Verschiebung auszustatten.

Mit dieser spezifischen Maschinenkonstruktion ist es möglich, der Drehmaschine eine zusätzliche Achse hinzuzufügen und damit einige Geometrien am Teil zu ermöglichen, die sonst in einem auf das Drehen nachfolgenden Prozess hergestellt werden müssten (Keilnuten, Radialbohrungen,…)

HERSTELLBARKEIT

Die meisten Parameter, wie z. B. Bearbeitungsstrategie, Schnittgeschwindigkeit, Werkzeugtyp oder Schnitttiefe, werden in der Werkstatt festgelegt, aber es gibt einige Details, die während der Produktdesign-Phase bereits berücksichtigt werden können. Dadurch wird nicht nur die Herstellbarkeit gewährleistet, sondern es werden auch Teile erzielt, die wirtschaftlicher und leichter zu industrialisieren sind.

Wir haben einige der wichtigsten Punkte zusammengefasst, die bei der Designentwicklung eines Teils und der Optimierung seiner Kosten zu berücksichtigen sind.

INNERE KANTEN

Merkmal

Die Werkzeuge, die zur Bearbeitung von Aussparungen oder Innenvertiefungen verwendet werden, haben eine zylindrische Form, so dass es nicht möglich ist, bei den innenliegenden Aussparungen Kanten mit einem Radius Null zu erhalten.

Regel für den Entwurf

  • Der empfohlene Mindestradius für eine Innenkante hängt von der Höhe der Aussparung selbst ab, wobei ein Radius von mehr als 1/3 der Tiefe als angemessener Wert angesehen wird.Je größer der verwendete Radius ist, desto einfacher ist die Herstellung und desto geringer sind die Kosten.
  • Vermeiden Sie in jedem Fall Radien die kleiner als 1 mm sind.

Empfehlungen

  • Für den Fall, dass die Innenaussparung ein anderes Teil einfassen muss, dessen Passung wichtig ist, wird die Möglichkeit vorgeschlagen, Werkzeugausgänge an den Innenradien zu machen.
  • Für den Fall, dass die Innenaussparung ein anderes Teil einfassen muss, dessen Passung wichtig ist, wird die Möglichkeit vorgeschlagen, Werkzeugausgänge an den Innenradien zu machen.

GEWINDE

Merkmal

Für den Fall, dass die Innenaussparung ein anderes Teil einfassen muss, dessen Passung wichtig ist, wird die Möglichkeit vorgeschlagen, Werkzeugausgänge an den Innenradien zu machen.

Regeln für den Entwurf

  • Die Gewindetiefe wird durch den Gewinde-Nenndurchmesser definiert. Tiefen die größer als 3 x Gewinde-Nenndurchmesser sind, werden in der Regel nicht benötigt.
  • Um ein Gewinde herstellen zu können, muss die Bohrung in der 3D-Datei gezeichnet werden und einen Durchmesser haben, der dem Nominaldurchmesser des Gewindes -1x der Steigung entspricht.
  • Das Gewinde einer Bohrung erfordert einen Gewindespielraum am Boden der Bohrung, der mindestens das 3-fache der Steigung betragen muss.
  • Wir empfehlen Gewindebohrungen ab M3 oder höher anzulegen.
  • Gewinde kleiner als M2 sind nicht empfehlenswert.

Empfehlungen

  • Tiefe Gewinde werden nicht empfohlen. Es ist vorteilhafter, an beiden Enden der Bohrung ein Gewinde zu schneiden, wenn an beiden Enden ein Gewinde erforderlich ist.
  • Es ist empfehlenswerter und wirtschaftlicher, Gewindebohrungen durchgängig zu gestalten, statt Sacklöcher zu verwenden.
Mit Ihrer nächsten Bestellung bei Proto&Go! erhalten Sie unser hilfreiches Maßblatt für die Planung von Schraubverbindungen.

HINTERSCHNEIDUNGEN

Merkmal

Hinterschneidungen sind Abschnitte in der Zeichnung, die für ein Standard-CNC-Bearbeitungswerkzeug geometrisch unzugänglich sind.

Aufgrund der Form der Werkzeuge selbst, die in der Regel zylindrisch sind, gibt es bestimmte Geometrien in den entworfenen Teilen, die möglicherweise nicht erreicht werden können, wodurch so genannte Hinterschneidungen (auf Englisch undercuts) entstehen.

Es gibt einige Ausnahmen, wie z. B. die „umgekehrten T“-Profile, für die Werkzeuge zur Verfügung stehen, aber im Allgemeinen sind zur Herstellung einer Hinterschneidung entweder speziell für diesen Zweck hergestellte Sonderwerkzeuge oder Nachbearbeitungsprozesse erforderlich.

Regeln für den Entwurf

  • Vermeiden Sie es, bei dem Entwurf der Teile Hinterschneidungen zu gestalten.

Empfehlungen

  • Um Designs mit Hinterschneidungen zu vermeiden, ist es empfehlenswert, das gewünschte Design in zwei separaten Teilen zu erstellen, die anschließend zusammengefügt werden können.

BOHRUNG

Merkmal

Die Bohrung ist ein Vorgang, bei dem Löcher in ein Werkstück gebohrt werden. Bohrwerkzeuge, Bohrer, sind so konzipiert, dass sie dank ihrer scharfen Kegelspitze tief in das Material vordringen.

Regeln für den Entwurf

  • Sacklöcher haben einen konischen Boden. Dies muss bei der Gestaltung des Designs berücksichtigt werden.
  • Empfohlene Bohrtiefe: weniger als 4 x Nenndurchmesser.
  • Maximale Bohrungstiefe: 10 x Nenndurchmesser.
  • Empfohlener Mindestdurchmesser: Ø2,5.
  • Der minimal herstellbare Durchmesser ist Ø0,5.

Empfehlungen

  • Wann immer es möglich ist, ist es sinnvoller, Durchgangslöcher, statt Sacklöcher zu verwenden.
  • Es wird empfohlen, Standard-Bohrdurchmesser (Ø6, Ø7,5, Ø10,…) zu verwenden; sehr spezifische Größen, die speziell angefertigte Werkzeuge erfordern (Ø6,57), sollten vermieden werden.

DICKE

Merkmal

Während des Bearbeitungsprozesses werden die Schneidwerkzeuge nicht nur auf sehr hohe Temperaturen erhitzt, sondern erzeugen auch ein hohes Maß an Vibration. Dadurch können besonders dünne Wände brechen oder verformt werden.

Regeln für den Entwurf

  • Empfohlene Mindestdicke:
    • Empfohlene Mindestdicke: 1,5 mm.
    • Metall: 0,8 mm.

EINFRÄSUNGEN

Merkmal

Für den Entwurf von Einfräsungen ist es wichtig, das Verhältnis von Breite und Tiefe zu berücksichtigen, da die Schneidwerkzeuge eine begrenzte Länge haben.

Regeln für den Entwurf

  • Maximale Tiefe:
    • 15 x Durchmesser für Kunststoffe.
    • 10 x Durchmesser für Aluminium.
    • 5 x Durchmesser für Stähle.

KLEBEN / SCHWEIßEN

Merkmal

Aufgrund der Eigenschaften bestimmter Materialien sowie der erforderlichen Geometrie im Entwurf ist es möglich, dass zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses sowie zur Kostenoptimierung das Design in mehreren Teilen gefertigt werden muss, die anschließend geklebt (Kunststoffe) oder geschweißt (Metalle) werden.

Dieses Verfahren wird in der Regel bei ABS-Kunststoffmaterial durchgeführt, da es dank seiner Eigenschaften für den Bau von sehr komplexen ästhetischen Prototypen verwendet wird.

Auch bei bestimmten Konstruktionen von Aluminiumteilen, die aufgrund ihrer Geometrie nicht aus einem Block gefertigt werden können, kann eine Verschweißung sinnvoll sein.

Erläuterung:

Während des Bestellvorgangs auf unserer Online-Plattform werden Sie eindeutig auf vorgeschlagene Klebe- oder Schweißverbindung für Ihre Teile hingewiesen.

TOLERANZEN

Allgemeine Toleranzen

Die Toleranz ist der akzeptable Toleranzrahmen für ein Maß, der vom Designer festgelegt wird und der die Funktionsfähigkeit des Teils bezüglich seiner Form, Passform und Verwendung gewährleistet.

Falls das Angebotsformular keine 2D-Zeichnung mit einer spezifischen Toleranzanforderung enthält, fertigt Proto&Go! die Teile nach ISO 2768fH für Metalle und ISO 2768mK für Kunststoffe:

Spezifische Toleranzen

Für den Fall, dass aufgrund der Funktionalität des Teils die Allgemeintoleranzen nicht ausreichen, muss der Designer oder Ingenieur die erforderlichen Toleranzen in einer Zeichnung angeben.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Herstellungskosten des Teils umso höher sind, je strikter die Toleranzen sind, bis hin zur Verdoppelung der Kosten, die es bei Standardtoleranzen hätte.

Wenn es bestimmte geometrische Toleranzen oder irgendwelche Anmerkungen gibt, die eingehalten werden müssen, können diese auch in der angehängten Zeichnung angegeben werden.

Um die Herstellungskosten zu minimieren, ist es empfehlenswert, spezifische Toleranzen nur in wirklich kritischen Zonen zu verwenden.

Einschränkungen

Proto&Go! kann nur Maßtoleranzen über IT7 (H7, g8, P9,….) sowie Oberflächenrauhigkeiten über Ra 1,6 garantieren.

Restriktivere Werte erfordern nach der CNC Bearbeitung Nachbesserungsverfahren.

Wenn Sie weitere Fragen haben, können Sie sich jederzeit an die Support-Abteilung von Proto&Go! unter:

info@protoandgo.com | (+44) 20 3318 1736

oder über unseren Online-Chat wenden.