Wie funktioniert eine CNC-Drehmaschine?

Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie präzise Metallteile hergestellt werden?

Eine CNC-Drehmaschine ist das technologische Wunderwerk, das diese Art der Präzisionstechnik ermöglicht. Die Maschine verwandelt Rohmaterialien mit höchster Präzision und Konsistenz in Produkte.

Was ist eine CNC-Drehmaschine?

Eine CNC-Drehmaschine ist eine programmierbare Werkzeugmaschine, die ein Werkstück um einen festen Fräser dreht. Ihre Produktion wird durch solche fortschrittlichen Maschinen verbessert. Der Fortschritt resultiert aus der Kombination traditioneller Drehbewegungen mit der Konstanz digitaler Präzision.

Teile der CNC-Drehmaschine

Alle Teile spielen eine entscheidende Rolle beim Betrieb eines Drehmaschine für Genauigkeit und Präzision.

• Spindelstock: Wird an der Spindel befestigt und liefert die Energie zum Drehen Ihres Werkstücks mit verschiedenen Geschwindigkeiten.
• Reitstock: Unterstützt das gegenüberliegende Ende Ihres Werkstücks während der Bearbeitung.
• Bett: Die wichtigste strukturelle Stütze für die anderen Teile Ihrer Drehbank.
• Wagen: Unterstützt und bewegt Ihre Werkzeuge durch Ihr Werkstück.
• Futter: Halten Sie das Werkstück während der Drehung sicher fest.
• Werkzeugrevolver: Verfügt über verschiedene Schneidwerkzeuge, die in Ihrem Betrieb schnell ausgetauscht werden können.
• Bedienfeld: Eine Benutzeroberfläche, in der Sie Befehle eingeben und Ihre Maschinenarbeit verwalten.
• Spindel: Dreht Ihr Werkstück mit der programmierten Geschwindigkeit.
• Wege: Bodenflächen, die die Bewegung Ihres Wagens regulieren.
• Kühlmittelsystem: Zirkuliert ein Kühlmittel, das hilft, eine Überhitzung während Ihrer Schneidvorgänge zu verhindern.
• Servomotoren: Wandelt elektronische Signale in präzise Bewegungen für die Achsen Ihrer Maschine um.
• Kugelgewindetriebe: Führen Sie Präzisionsbewegungen mit minimalem Spiel durch, indem Sie Rotationsbewegungen in lineare Bewegungen umwandeln.
• Encoder: Überwacht zur Gewährleistung der Genauigkeit die Position und Geschwindigkeit Ihrer Maschinenkomponenten.
• Schmiersystem: Sorgt für gleichmäßige Bewegung beweglicher Komponenten in Ihrer Maschine.
• Späneförderer: Es entfernt die Metallspäne, die bei Ihrem Bearbeitungsprozess entstehen.
• Sicherheitsvorrichtungen: Schützt Sie sowohl vor herumfliegenden Spänen als auch vor beweglichen Geräteteilen.

Funktionsprinzip der CNC-Drehmaschine

· Programmierung einer CNC-Drehmaschine und ihre Funktionsweise

So wird Ihr Entwurf an die CNC-Drehmaschine übermittelt. Der Prozess übersetzt Ihre Zeichnungen in eine maschinenlesbare Sprache und gibt der Maschine alle Anweisungen, die sie ausführen soll.

Ihr Designprozess beginnt normalerweise mit CAD (Computergestütztes Design) Software, mit der Sie Ihr Wunschteil in aufwendiger 3D-Darstellung modellieren. Ihre Entwürfe enthalten alle für die Produktion erforderlichen Maßangaben.

Sobald Ihr Entwurf fertig ist, wird er von einer CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) übersetzt und in Werkzeugwege umgewandelt. Ihre Werkzeugwege berücksichtigen die Leistungsfähigkeit Ihrer Maschine, die Geometrie Ihrer Schneidwerkzeuge und die Materialeigenschaften.

CAM-Software erstellt ein Programm, das überwiegend G-Code, die Sprache, die Ihre CNC-Drehmaschine versteht. Der Code enthält Anweisungen für Werkzeugbewegung, Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit und Hilfsfunktionen.

Eine Codezeile gibt eine bestimmte Aktion Ihrer Maschine an. Beispielsweise bewegt sich Ihre Maschine mit G01 geradeaus. Mit G02 hingegen bewegt sich Ihre Maschine im Uhrzeigersinn.

Darüber hinaus lässt sich Ihre Software auf verschiedene Weise auf die Maschine laden, z. B. per Computer-Maschine-Verbindung, USB oder über Netzwerke. Neuere CNC-Drehmaschinen verfügen zudem über benutzerfreundliche Oberflächen, mit denen Sie die Software vor dem Ausführen in der Vorschau anzeigen können. Mit der Simulationsfunktion können Sie vor dem Schneiden feststellen, ob ein Problem vorliegt.

Darüber hinaus verfügen die meisten CNC-Drehmaschinen mittlerweile über eine Dialogprogrammierschnittstelle. Diese ermöglicht die Programmierung direkt an der Maschine über grafische und menügesteuerte Eingaben. Dies ist praktischer für die Programmierung weniger komplexer Teile oder für schnelle Änderungen.

Ihr Programm wird dann in Ihre Motion Control Unit (MCU) geladen. Diese liest Ihren Code und übersetzt ihn in elektrische Signale, sobald er geladen ist.

Ihr Bewegungssteuerungssystem erhält durch diese Signale genaue Anweisungen, welche Bewegungen ausgeführt werden sollen. Dabei überwacht Ihre Drehmaschine die Positionsrückmeldung, um eine präzise Ausführung zu gewährleisten.

· Bewegung entlang der Achsen der CNC-Drehmaschine

Die Genauigkeit Ihrer CNC-Drehmaschine beruht auf der Fähigkeit Ihrer Maschine, Schneidwerkzeuge mit höchster Präzision in vorgegebenen Achsen zu positionieren. Die endgültige Größe und Oberflächenbeschaffenheit Ihrer Teile werden durch diese Bewegungen bestimmt.

Die beiden Achsen, mit denen eine typische CNC-Drehmaschine gesteuert wird, sind X und Z. Die radiale Bewegung Ihres Werkstücks wird durch die X-Achse gesteuert, die den Durchmesser bestimmt.

Wenn sich Ihr Schneidwerkzeug entlang der X-Achse bewegt, bewegt es sich auf Ihren Rotationspunkt zu oder von diesem weg. Diese Bewegungen schneiden Ihre Außendurchmesser, Innenbohrungen und Planbearbeitungen. Die Auflösung dieser Bewegungen kann bis zu 0,0001 Zoll betragen, wodurch Ihre Maßtoleranzen exakt eingehalten werden.

Die Z-Achse verläuft parallel zur Spindel und gibt Ihrem Werkstück die Längenrichtung vor. Sie legt die Position der Merkmale in Ihrem Bauteil fest. In Kombination mit anderen Achsen erzeugt die Bewegung der X-Achse in Kombination mit der Z-Achse Verjüngungen, Konturen und Schultern. Die koordinierte Bearbeitung der beiden Achsen ermöglicht die Profilbearbeitung komplexer Geometrien nach Ihren genauen Vorgaben.

Mit anspruchsvolleren CNC-Drehmaschinen können Sie Ihre Fertigungskapazitäten deutlich steigern. Sie haben die Kontrolle über die Spindeldrehung und können Ihr Werkstück präzise im Winkel positionieren.

Damit sind Fräsen, außermittiges Bohren und Konturschneiden komplexer Konturen Ihrer Drehmaschine möglich. Die Y-Achse ermöglicht Bewegungen senkrecht zur X- und Z-Achse. Dies ermöglicht die Erstellung exzentrischer Strukturen und das Fräsen nichtzylindrischer Bereiche in Ihren Teilen.

Die Bewegung dieser Achsen erfolgt über präzise Kugelumlaufspindeln, die auf Servomotoren montiert sind. Während die Software läuft, steuert das Steuerungssystem die Motoren, die die Kugelumlaufspindeln in präzisen Schritten drehen.

Die Bewegung wird in eine lineare Bewegung Ihres Werkzeugschlittens umgewandelt. Die tatsächliche Position wird von Vorschubmechanismen wie Linearskalen oder Drehgebern erfasst und mit der programmierten Position verglichen.

Sie können mehr über verschiedene Achsentypen in CNC-Maschinen.

· CNC-Drehmaschinenbearbeitungsprozess

Der CNC-Drehbearbeitungsprozess bearbeitet Ihr Rohmaterial in einer Reihe kontrollierter Schritte. Die aufeinander aufbauenden Schritte gewährleisten die effiziente Umsetzung Ihrer Designvorgaben.

Mit der Vorbereitung beginnt Ihr Bearbeitungsprozess. Sie besteht aus der Auswahl des richtigen Werkzeugs für das Schneiden entsprechend Ihrem Material und Arbeitsvorgang, dem Einspannen des Werkstücks in das Spannfutter, der Ausrichtung des Werkstücks und dem Einstellen der Werkzeugversätze. Diese Versätze signalisieren der Maschine die Position jeder Werkzeugspitze im Verhältnis zu einem Referenzpunkt, damit Ihr fertiges Teil maßgenau gefertigt werden kann.

Ihre CNC-Software führt den Bearbeitungsvorgang nach dem Einrichten aus. Typische Bearbeitungen sind das Plandrehen, das Erzeugen ebener Flächen senkrecht zur Rotationsachse. Drehen erzeugt zylindrische Abschnitte entlang der Werkstücklänge. Bohren erzeugt oder vergrößert Innendurchmesser. Gewindeschneiden schneidet präzise Schraubengewinde. Einstechen erzeugt Kanäle oder Vertiefungen in Ihrem Werkstück.

Bei diesen Vorgängen dreht sich Ihr Werkstück mit einer Geschwindigkeit, die Ihrem Material und Ihren Schneidanforderungen entspricht. Ihr Material aus Aluminium kann sich beispielsweise mit mehreren tausend U/min drehen.

Ihr Material aus Edelstahl erfordert jedoch geringere Schnittgeschwindigkeiten, um Ihre Werkzeuge nicht zu verschleißen und unnötige Hitze zu erzeugen. Ihre Werkzeuge schneiden mit jedem Hub durch das Material und bewegen sich entlang ihres vorberechneten Pfads, bis Ihr Teil die richtige Größe hat.

Während des Prozesses kann Ihr Werkstück mit einer Schneidflüssigkeit behandelt werden, die mehrere Funktionen erfüllt. Zu den Funktionen gehören:

• Kühlung des Werkstücks und des Werkzeugs
• Schmierung der Schnittstelle zwischen den Schnitten, um die Reibung zu minimieren
• Wegspülen von Spänen, die die Oberflächenbeschaffenheit oder die Werkzeugfunktion beeinträchtigen könnten.

Moderne CNC-Drehmaschinen verfügen über Hochdruck-Kühlmittelsysteme. Diese Kühlmittelsysteme leiten die Flüssigkeit in kritische Bereiche der Maschine.

Während der Bearbeitung kann Ihre CNC-Drehmaschine automatisch Werkzeuge von einem Arbeitsgang zum nächsten wechseln. Der Werkzeugrevolver dreht sich, um das nächste benötigte Werkzeug zu positionieren und behält dabei die genaue Position durch das Referenzsystem der Maschine bei. Diese Funktion ermöglicht die Fertigstellung komplexer Teile in einer einzigen Aufspannung, reduziert die Bearbeitungszeit und verbessert die Gesamtgenauigkeit.

Je nach geforderter Genauigkeit der Teile kann Ihre CNC-Drehmaschine mehrere Durchgänge ausführen. Schlichtschnitte erfolgen mit leichteren Schnitten bei höherer Geschwindigkeit, um eine hervorragende Oberflächenqualität und enge Toleranzen zu erreichen. Schruppschnitte tragen schnell den Großteil des Materials ab. Ihre Steuerung legt die Anzahl und Menge dieser Durchgänge je nach Ihren Qualitätsanforderungen fest.

Nach der Bearbeitung kann Ihr Teil mit Messwerkzeugen oder Lehren in Verbindung mit der CNC-Drehmaschine geprüft werden. Diese Systeme überprüfen die kritischen Abmessungen, bevor das Teil aus der Maschine entnommen wird.

Sie bieten außerdem die Möglichkeit, Anpassungen vorzunehmen, um die Anforderungen zu erfüllen. Diese Prüfung stellt sicher, dass Ihr Teil die erforderlichen Standards erfüllt, bevor die Produktion mit zusätzlichen Produktionsverfahren fortgesetzt wird.

FAQs

Wie genau sind CNC-Drehmaschinen?

Moderne CNC-Drehmaschinen erreichen eine Genauigkeit von ±0,0001 Zoll.

Was ist G-Code bei der CNC-Bearbeitung?

Die Programmiersprache Ihrer CNC-Drehmaschine heißt G-Code. Sie enthält Befehle für Werkzeugbewegungen, Schnittgeschwindigkeiten und Maschinenfunktionen.

Abschluss

Eine CNC-Drehmaschine kombiniert traditionelle Drehprinzipien mit der Präzision von Computern, um präzise Teile zu liefern. Mit solchen Maschinen profitieren Sie vom Einfallsreichtum moderner Fertigung.