Klappen Sie das Telefon um, blicken Sie unter einen Einspritzventil und halten Sie einen Zahnbohrer in der Hand. Die Geräte bestehen aus kleinen Schäften, Stiften und Hülsen, die praktisch ohne sichtbare Spalten zusammenpassen. Diese Teile werden weder in Massen gegossen noch von Hand gefertigt.
Sie werden auf computergesteuerten Drehbänken hergestellt, die Metall- oder Kunststoffstäbe mit sehr hoher Geschwindigkeit drehen und dabei mit scharfen Werkzeugen dünne Schichten abschneiden, bis die gewünschte Form erreicht ist.
Dies wird als CNC-Präzisionsdrehen bezeichnet und ohne dieses Verfahren käme die gesamte Hightech-Industrie zum Stillstand. Nachfolgend finden Sie eine Anleitung zur Funktionsweise des Verfahrens und warum Sie dieses Verfahren aus funktionalen Gründen in Betracht ziehen sollten, wenn Sie Drehteile benötigen, die regelmäßig eine enge Toleranz aufweisen.
Das Prinzip des Drehens ist einfach. Das Material wird entfernt, indem ein runder Stab mit einer Klemme um die Spindel gedreht und anschließend ein einschneidiges Schneidwerkzeug gerade durch die Rotationsbewegung geführt wird. Das Ergebnis ist ein Zylinder, ein Kegel oder eine Nut, die der Werkzeugbahn ähnelt.
CNC, die Abkürzung steht für Computer Numerical Control, was bedeutet, dass jede Bewegung durch ein Programm im Maschinenspeicher gesteuert wird. Nachdem der Code geprüft wurde, wiederholt die Drehmaschine den Zyklus ohne menschliches Zutun.
Beim Fräsen ist dies nicht der Fall, da das Teil unverändert bleibt, sich aber das Werkzeug dreht. Beim Drehen bleibt das Werkzeug glatt und das Teil bewegt sich. Deshalb wird es gerne bei Wellen, Gewinden und den meisten runden Materialien verwendet.
Präzision bedeutet, dass die Teilegröße innerhalb eines Bereichs bleibt, der oft kleiner ist als die Breite eines menschlichen Haares. Ein gängiges Ziel ist plus oder minus 0,0005 Zoll.
Die Oberflächenrauheit wird auf Mikrozoll-Niveau gehalten und jede Rille, jeder Radius und jedes Gewinde beginnt bei Teil eins und Teil zehntausend am gleichen Punkt. CNC-Systeme erreichen dieses Niveau, weil Servomotoren das Werkzeug auf Kugelumlaufspindeln bewegen und dabei von Glasskalen oder Drehgebern Feedback erhalten.
Die Arbeit beginnt, wenn ein Ingenieur die CAD-Software öffnet und das Teil dreidimensional zeichnet. Jedes Loch, jedes Gewinde und jede Fase ist vollständig definiert.
Das Modell enthält außerdem Toleranzhinweise, Symbole für die Oberflächenbeschaffenheit und Materialangaben. Diese einzelne Datei dient als Hauptreferenz für alle nächsten Schritte.
Eine Maschine kann nicht mit der CAD-Datei booten. Die CAM-Software liest das Modell und fordert den Benutzer auf, Werkzeuge, Geschwindigkeiten und Schnitttiefen auszuwählen. Der G-Code, eine Textliste mit Koordinaten und Befehlen, wird dann von der Software geschrieben. Eine typische Zeile wäre, den Revolver auf X0,250 Z-0,500 mit einem Vorschub von 0,004 Zoll pro Umdrehung zu bringen.
Dieser Code wird von Postprozessoren an das jeweilige Maschinenmodell angepasst, sodass die Spindeldrehzahlen, Kühlmittelbefehle und Werkzeugwechselpositionen im Builder-Format vorliegen.
Der Einrichter wählt die passende Maschine für die jeweilige Aufgabe aus. Eine Zwei-Achsen-Drehmaschine bearbeitet einfache Wellen. Ein Drehzentrum mit angetriebenen Werkzeugen und Y-Achsen-Bewegung fügt in einer Aufspannung Flächen und Querbohrungen hinzu.
Schweizer Drehmaschinen halten lange, dünne Teile mit einer Führungsbuchse, sodass sich das Material bewegt, während die Spindel stillsteht. Sobald die Maschine ausgewählt ist, lädt der Bediener das Stangenmaterial durch die Spindelbohrung und installiert die Werkzeuge im Revolver. Jedes Werkzeug wird an einer gemeinsamen Referenzposition angeglichen, damit die Maschine weiß, wo sich die Spitze im Raum befindet.
Das CNC-Programm startet und die Spindel beschleunigt auf die programmierte Drehzahl. Der Revolver dreht das erste Werkzeug, bewegt es zur Werkstückoberfläche und führt einen leichten Schnitt aus, um einen sauberen Start zu gewährleisten.
Anschließend bewegt sich das Werkzeug zum Außendurchmesser und entfernt Material in Durchgängen, die möglicherweise nur 0,005 Zoll tief sind. Nutwerkzeuge schneiden O-Ring-Schlitze, Gewindewerkzeuge formen 4-40 UNF-Gewinde und angetriebene Werkzeuge bohren Querlöcher, ohne das Teil auf eine andere Maschine zu bewegen.
Kühlmittel durchflutet die Schnittzone, um Wärme und Späne abzutransportieren. Der gesamte Zyklus kann bei einfachen Stiften in weniger als einer Minute abgeschlossen sein, bei komplexen medizinischen Implantaten hingegen zwanzig Minuten dauern.
Am Ende des Zyklus ist das Teil noch heiß. Der Bediener entnimmt es, lässt es auf Raumtemperatur abkühlen und überprüft dann die kritischen Abmessungen.
Ein 0-1-Zoll-Mikrometer überprüft den Durchmesser, ein Koordinatenmessgerät erfasst die Gewindesteigung und ein optischer Komparator projiziert das Profil auf einen Bildschirm, um die Radien zu bestätigen. Weicht ein Messwert von der Toleranzgrenze ab, passt der Bediener den Werkzeugversatz in der Steuerung an und führt das nächste Teil aus. Dieser geschlossene Regelkreis hält den Prozess während der gesamten Produktion stabil.
Eine Zweiachsen-Drehmaschine bewegt das Werkzeug in X- und Z-Richtung. Sie planiert, dreht und bohrt entlang der Mittellinie. Diese Maschinen sind kostengünstiger, lassen sich schnell einrichten und produzieren täglich Tausende von Hydraulikarmaturen und Motorwellen.
Mit angetriebenen Werkzeugen ist gemeint, dass der Revolver über kleine Motoren verfügt, die Schaftfräser, Gewindebohrer und Bohrer drehen.
Anstatt das Bauteil zu einer Fräse zu transportieren, formt die Drehmaschine eine Fläche, fräst eine Passfedernut oder bohrt der Gewindebohrer ein Querloch, während die Spindel am Rohling befestigt bleibt. Ein einziger Einrichtungsvorgang spart Zeit und die Positionsgenauigkeit liegt innerhalb von 0,0002 Zoll.
A 3-Achsen-Drehmaschine fügt einen Y-Achsen-Schlitten hinzu, damit sich das Werkzeug außermittig bewegen kann. Eine 4-Achsen-Maschine fügt eine zweite Spindel oder eine Gegenspindel hinzu, damit sie das Teil von der Hauptspindel greifen und die Rückseite bearbeiten kann.
Ein 5-Achsen-System kippt das Werkzeug oder das Teil, sodass es abgewinkelte Löcher oder geformte Formen schneiden kann. Diese Optionen machen Vorgänge überflüssig, für die früher drei separate Maschinen erforderlich waren.
Schweizer Drehmaschinen führen die Stange durch eine eng anliegende Führungsbuchse, die nur wenige Millimeter von der Schnittzone entfernt sitzt. Der Spindelstock gleitet hin und her, sodass sich das Material und nicht das Werkzeug bewegt.
Diese Konstruktion verhindert, dass sich lange, schlanke Schrauben verbiegen, und ermöglicht tiefe Schnitte mit Durchmessern von nur 0,010 Zoll. Uhrmacher und Zulieferer medizinischer Schrauben verlassen sich bei Auflagen im sechsstelligen Bereich auf Schweizer Maschinen.
Aluminium 6061-T6 lässt sich sauber zerspanen und benötigt eine hohe Drehzahl, sodass die Zykluszeiten kurz bleiben. Es wiegt ein Drittel so viel wie Stahl und wird zum Bau von Kühlkörpern, Drohnenteilen und Kamerahalterungen verwendet.
Edelstahl 303 und 316L sind beständig gegen Salzwasser und Sterilisationszyklen. Chirurgische Instrumente und lebensmittelechte Armaturen lassen sich mit scharfen Hartmetalleinsätzen und viel Kühlmittel gut drehen.
Automatenschneidbares Messing wird mit 360°-Maschinen bei hoher Geschwindigkeit bearbeitet und erzielt eine glänzende Oberfläche. Kupfer 101 leitet Elektrizität so gut, dass sich Anschlussstifte von Stäben drehen, anstatt gestanzt zu werden.
Ti-6Al-4V wiegt wenig, trägt aber hohe Lasten. Die Herausforderung liegt in der Hitze, daher laufen die Maschinen mit geringeren Oberflächengeschwindigkeiten und Hochdruckkühlmittel. Hüftgelenke und Turbinenabstandshalter sind gängige Teile.
Inconel 718 behält seine Festigkeit bei Temperaturen von 650 °C und wird daher in Düsentriebwerken für Dichtungen und Vorsprünge verwendet. Diese Legierungen härten schnell aus, daher benötigen die Werkzeuge eine positive Geometrie und einen konstanten Eingriff.
Delrin lässt sich wie weiches Messing verarbeiten und ist verschleißfest, sodass Zahnräder und Pumpenlaufräder auf Standarddrehmaschinen aus Stangenmaterial gedreht werden können.
PEEK verträgt Dampf bei 250 °C und wiederholte Autoklavierzyklen. Zahnärztliche Instrumente und Wirbelsäulenimplantate bestehen häufig aus PEEK-Stäben.
PTFE wird für Ventilsitze und Dichtungen in korrosiven Flüssigkeitsleitungen verwendet. Es ist weich, sodass scharfe Werkzeuge und leichte Schnitte keine Risse verursachen.
Nylon absorbiert Feuchtigkeit, daher müssen die Toleranzen eine Ausdehnung zulassen. ABS lässt sich sauber bearbeiten und baut Gehäuseprototypen, die mit einem Schnappverschluss zusammenpassen.
Sobald Programm und Offsets gesperrt sind, verlässt jedes Teil die Maschine innerhalb des gleichen engen Bandes. Diese Wiederholgenauigkeit ermöglicht den Betrieb nachgelagerter Montagelinien ohne manuelle Anpassung.
Stangenlader nehmen 3,6 Meter lange Stangen auf und schieben sie automatisch in die Spindel. Die Maschinen laufen die ganze Nacht über, und nur ein einziger Bediener ist im Einsatz. Ein Drehzentrum kann wochenlang alle 20 Sekunden einen Messingverbinder fertigstellen.
Moderne Einsatzgeometrien ermöglichen Oberflächen mit einer Ra-Glätte von bis zu 8 Mikrozoll auf Stahl. Angetriebene Werkzeuge schneiden Querbohrungen und Schlitze, sodass das Teil keine zweite Vorrichtung benötigt.
Von weichen Kunststoffen bis hin zu Nickel-Superlegierungen erledigt dieselbe Maschine die Arbeit, sobald die richtigen Geschwindigkeiten, Vorschübe und Werkzeugbeschichtungen ausgewählt sind.
Die CAM-Software verschachtelt Teile innerhalb der Stangenlänge und minimiert Reststücke. Späne fallen auf Förderbänder und kehren zum Recycler zurück, sodass der Materialverlust gering bleibt.
Turbinenwellen, Antriebskolben und Hydraulikarmaturen bestehen aus Inconel und Ti-6Al-4V. Jedes Teil wird mit vollständigen Materialzertifikaten und Prüfberichten gemäß AS9100-Standard geliefert.
Knochenschrauben, Zahnaufbauten und Katheternaben benötigen Gewinde mit Zehntausendstel Durchmesser. Schweizer Drehmaschinen schneiden diese Formen in Reinräumen der Klasse 8 aus rostfreiem Edelstahl und PEEK-Stäben in Implantatqualität.
Einspritzdüsen, ABS-Sensorstifte und Turbolader-Abstandshalter werden aus gehärtetem Stahl und Aluminium hergestellt. Die Lieferanten liefern jährlich Millionen davon mit CpK-Werten über 1,67.
Förderrollen, pneumatische Ventilspulen und Robotergelenke werden zunächst als Stangenmaterial hergestellt. Durch Präzisionsdrehen bleiben die Lagersitze konzentrisch, sodass die Motoren leise laufen.
Fragen Sie, ob die Werkstatt über mehrachsige Drehzentren mit angetriebenen Werkzeugen und Y-Achsen-Bewegung verfügt. Achten Sie bei langen und kleinen Teilen auf Schweizer Maschinen. Eine Werkstatt, die in neue Spindelantriebe und Stangenlader investiert, zeigt, dass sie für hohe Stückzahlen bereit ist.
Achten Sie mindestens auf eine ISO 9001:2015-Zertifizierung. Für die Luft- und Raumfahrtindustrie sind AS9100- und NADCAP-Zertifizierungen erforderlich. Bitten Sie um Einsicht in den KMG-Kalibrierungsplan und die Schulungsunterlagen für Bediener.
Ein Lieferant, der bereits 17-4 PH-Edelstahl für chirurgische Instrumente verarbeitet, kennt die Werkzeuganbieter und die Tricks zur Spankontrolle. Das verkürzt Ihre Lernkurve und senkt das Risiko.
Gute Druckereien prüfen Ihren Druck und schlagen kleine Radiusänderungen oder kleinere Lagergrößen vor, die Kosten sparen. Sie sollten Prototypen innerhalb weniger Tage anbieten und ein Video des ersten Durchgangs zeigen, damit Sie die Späne fliegen sehen können.
Sensoren erfassen Spindellast, Werkzeugverschleiß und Temperatur. Algorithmen lernen die Muster und stoppen den Zyklus, kurz bevor ein Werkzeug bricht. Dieselben Daten optimieren den Vorschub, sodass die Zykluszeiten für jedes Teil um wenige Sekunden sinken.
Roboter laden Rohstangen und entladen Fertigteile in Behälter. Bildverarbeitungssysteme prüfen auf fehlende Gewinde und werfen Ausschuss automatisch aus. In Hochlohnregionen arbeiten Werkstätten ganze Wochenenden ohne Personal.
Ein Laserauftragschweißkopf baut einen Flansch auf eine Welle auf, anschließend schneidet die Drehmaschine den Außendurchmesser auf die endgültige Größe. Eine Maschine erledigt beide Aufgaben und spart Wochen an Vorlaufzeit.
Nebelabscheider halten Öl aus der Luft fern. Spänezentrifugen schleudern Kühlmittel zur Wiederverwendung zurück in die Ölwanne. Frequenzumrichter drosseln die Leistung, wenn die Leerlauflast sinkt. Diese Maßnahmen senken die Kosten und tragen zur Einhaltung neuer Umweltvorschriften bei.
CNC-Präzisionsdrehen verarbeitet Rohstangen zu wichtigen Komponenten, die in Telefone, Düsentriebwerke und sogar chirurgische Geräte eingebaut werden können. Computergesteuerte Steuerung, mehrachsige Revolver und angetriebene Werkzeuge ermöglichen Toleranzen im Zehntausendstelbereich, und Stangenlader sorgen für den Betrieb der Spindeln über Nacht.
Ebenso einfach lassen sich Aluminium-Kühlkörper, Titan-Knochenschrauben und Inconel-Turbinenabstandshalter formen. Ein klares CAD-Modell ist der erste Schritt zum Erfolg. Darauf folgen eine gute Fertigungsumgebung und schließlich Prüfdaten, die jede Dimension validieren.
Mit der Integration von KI, Robotik und Hybridsystemen in den Arbeitsablauf wird die Technologie immer schneller und umweltfreundlicher. CNC-Präzisionsdrehen stellt den kürzesten Weg zwischen Idee und Produkt dar, wenn Präzisionsteile (rund) benötigt werden und immer korrekt sein müssen.
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