Erstellung komplexer Geometrien mit CNC-Bearbeitung - Tipps, Tricks und mehr

Wie erreichen die Hersteller eine solche Perfektion, wenn es darum geht, unmögliche Winkel, komplizierte Kurven oder mehrdimensionale Oberflächen herzustellen? Hier liegt die wahre Magie der Erstellung komplexer Geometrien mit CNC-Bearbeitung setzt anspruchsvolle Entwürfe mit unübertroffener Genauigkeit und Kontrolle in die Realität um.

In der hochspezialisierten Welt der Erstellung komplexer Geometrien mit CNC-BearbeitungDie Besten zu sein bedeutet, die Faktoren Präzision, Komplexität und Effizienz zu beherrschen, die die Komponenten wirklich auszeichnen. An vorderster Front dieser technologischen Revolution steht die CNC-Bearbeitung selbst. Dennoch spielen komplizierte Konstruktionen mit CNC-Bearbeitung eine entscheidende Rolle bei der Herstellung fortschrittlicher Komponenten wie Turbinenschaufeln für die Luft- und Raumfahrt, biomedizinische Implantate und Hochleistungsteile für die Automobilindustrie. Diese Konstruktionen gehen über den bloßen Einsatz leistungsfähiger Werkzeuge hinaus; sie erfordern intelligente Konstruktionsstrategien, hochmoderne CAD/CAM-Softwareund präzise Prozesskontrolle. 

Die Beherrschung dieser Komplexität gewährleistet nicht nur Funktionalität, sondern auch ein Höchstmaß an Leistung und Haltbarkeit in anspruchsvollen Anwendungen. In diesem Blogbeitrag werden alle diese Aspekte behandelt. Es ist also an der Zeit, in die Welt der Präzision einzutauchen CNC-Bearbeitung komplexer Geometrien. Also, fangen wir an.

Warum komplexe Geometrien mehr denn je von Bedeutung sind

Die moderne Industrie verlagert sich von der Massenproduktion hin zur Individualisierung, zur Gewichtsreduzierung und zum leistungsorientierten Design. Dieser Trend erfordert komplizierte Geometrien, die die Funktion verbessern und gleichzeitig den Materialabfall reduzieren. Zu den Hauptgründen gehören:

• Auf internen Kühlkanälen basierendes Wärmemanagement von Luft- und Raumfahrtkomponenten zur Verbesserung der Flugeffizienz
• Es handelt sich auch um die Art von prothetischen Implantaten, die innerhalb des prädisponierten Rückgrats eines Patienten hergestellt werden, um die Integration und den Komfort zu verbessern.
• Optimierte Wärmetauscher mit Gittermuster, die auf kleinstem Raum konstruiert sind und Wärme ableiten

Erstellung komplexer Geometrien mit CNC-Bearbeitung ist für die Herstellung von Teilen wie Turbinenschaufeln für die Luft- und Raumfahrt, biomedizinischen Implantaten und Hochleistungskomponenten für die Automobilindustrie unerlässlich. Diese komplizierten Konstruktionen sind mit herkömmlichen Methoden kaum zu realisieren. Die Industrie drängt auf mehr Effizienz und Präzision, CNC-Bearbeitung ist der Schlüssel zur Bewältigung moderner geometrischer Herausforderungen.

Entdecken Sie die verborgenen Geheimnisse der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung 

5-Achsen-CNC-Maschinen gelten als eine der besten Bearbeitungslösungen. Anders als 3-Achsen- oder sogar 4-Achsen-Maschinen, 5-Achsen-CNC-Systeme kann das Schneidwerkzeug oder das Werkstück gleichzeitig in fünf verschiedenen Achsen bewegen. Dank dieser Flexibilität können die Ingenieure praktisch jede Form mit beispielloser Kontrolle schneiden. Die wichtigsten Vorteile:

Mehrwinkelbearbeitung 

Erreichen Sie schwer zu fräsende Hinterschneidungen, zusammengesetzte Winkel und Seitenwände einfach, ohne sich drehen zu müssen. Diese Funktionalität spart Zeit bei der Vorbereitung des Rüstvorgangs, erhöht die Effizienz und schränkt den Einsatz von Menschen ein.

Verbesserte Toleranzen

Weniger Einstellarbeiten, mehr Präzision. Unverzichtbar für Branchen wie die Luft- und Raumfahrtindustrie, in denen Mikrometer ein Faktor werden können.

Qualität der Oberfläche

Dieser Parameter ermöglicht den bestmöglichen Werkzeugkontakt entlang gekrümmter Oberflächen in der Fleisch- und Freizeitindustrie, die häufig nachbearbeitet werden müssen, um die Endbearbeitung in Washington zu verbessern.

Zeitliche Effizienz

Die verkürzte Vorlaufzeit und der Werkzeugwechsel führen zu kurzen Zykluszeiten, was die Produktionskosten senkt.

Verbesserte Lebensdauer der Werkzeuge

Sie können die Fehlstellung des Werkzeugs beseitigen, so dass das Werkzeug nicht der Grund für seinen Verschleiß oder seine Beschädigung ist. Dies führt zu regelmäßigeren Ergebnissen und geringeren Kosten für die Werkzeuge.

Anwendung in der realen Welt

In der Formel 1 werden ultraleichte Querlenker mit hohlem Innenleben aus Erstellung komplexer Geometrien mit CNC-Bearbeitunginsbesondere durch 5-Achsen-CNC-Verfahren. Diese Hochleistungsteile müssen extremen Belastungen bei hohen Geschwindigkeiten standhalten und gleichzeitig aerodynamisch effizient sein, was nur durch präzise mehrachsige Bearbeitung erreicht werden kann.

Die fünf besten Tipps für die CNC-Bearbeitung

Unabhängig von der Leistungsfähigkeit der CNC-Ausrüstung kann ein schlechtes Design zu Überschneidungen und Werkzeugbrüchen, einer schlechten Oberfläche oder sogar zu einem Ausfall führen. Andererseits ist bei komplexen CNC-Teilen ein intelligentes Design erforderlich. Allerdings ist der Bearbeitungsprozess.

Die besten Gestaltungsvorschläge für die Verwendung komplexer Geometrien beginnen hier:

1. Priorität für die Herstellbarkeit

Sprechen Sie in der Entwurfsphase immer mit Ihrem Maschinenbauer. Was im CAD gut aussieht, ist für eine Maschine vielleicht nicht praktikabel. Frühzeitiges Feedback sorgt für weniger Überarbeitungen und eine kostengünstige Produktion.

2. Vermeiden Sie tiefe Hohlräume

Lange Werkzeuge können sich verbiegen oder vibrieren, was zu schlechten Oberflächen oder Brüchen führt, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder bei harten Materialien. Konstruieren Sie nach Möglichkeit mit flachen, zugänglichen Merkmalen.

3. Großzügige Radien verwenden

Scharfe Innenecken erfordern kleine Werkzeuge, die die Bearbeitung verlangsamen. Größere Radien ermöglichen stärkere Werkzeuge, schnellere Schnitte und bessere Oberflächengüten.

4. Dünne Wände reduzieren

Dünne Wände können sich biegen, vibrieren oder brechen. Verstärken Sie sie mit Ausrundungen oder konstruieren Sie sie in Schichten, um die Festigkeit während der Bearbeitung zu erhalten.

5. Gleichgewicht zwischen Ästhetik und Funktion

Glatte, skulpturale Designs sehen zwar toll aus, sind aber nicht immer praktisch. Wenn die Ästhetik entscheidend ist, sollten Sie alternative Nachbearbeitungsmethoden anwenden, die die Bearbeitbarkeit nicht beeinträchtigen.

Wählen Sie die besten Multi-Toolpath-Strategien für 3D-Oberflächen.

Das Geheimnis der Beherrschung komplexer 3D-Oberflächen liegt in der Art und Weise, wie Sie die Werkzeugwege programmieren. Moderne CNC-Software bietet eine Vielzahl von Strategien, die auf unterschiedliche Teileformen und Oberflächentypen zugeschnitten sind.

Die gebräuchlichsten Multi-Toolpath-Techniken:

• Z-Level Finishing (Wasserlinienschnitte): Dieser Ansatz eignet sich besonders gut, wenn man steile Wände und gleichmäßige, vertikal verlaufende Stufen wünscht. Sie erzeugt nur geringe Welligkeit und wird häufig bei Anwendungen für Turbinenschaufeln und Formen eingesetzt.
• Spiralförmige Werkzeugpfade / Morph-Werkzeugpfade: Diese garantieren eine kontinuierliche Bewegung, einen geringeren Werkzeugverschleiß und eine bessere Oberflächengüte. Sie funktionieren gut auf Freiformflächen wie Laufrädern oder ergonomischen Griffen.
• Muschelbearbeitung: hält die Aushöhlungshöhe konstant, um eine gleichmäßige Oberfläche zu erhalten. Sie wird dort eingesetzt, wo die Konsistenz einer Oberfläche auf konturierten Flächen wichtig ist.
• Die Projektionswerkzeugpfade: Sie arbeiten mit der projizierten Kurve auf einer 3D-Oberfläche, die auf nicht flache Oberflächen aufgebracht werden kann, z. B. das Logo oder die Oberflächenätzung.

Top-Ergebnis für Combine Strategies 

In vielen Fällen kann eine Kombination von Methoden am besten funktionieren. Zum Beispiel kann das Schruppen einen 3D-Offset-Werkzeugweg beinhalten, um das Hauptmaterial schnell zu entfernen, gefolgt von einem spiralförmigen Schlicht-Werkzeugweg, um präzise zu schlichten. Das adaptive Räumen kann in manchen Situationen zur Verbesserung der Spanabfuhr in komplizierten Taschen eingesetzt werden.

Werkzeugwegsimulation ist der Schlüssel

Versäumen Sie nie, die Werkzeugwegprüfung in Ihrem CAM-System durchzuführen. Dadurch werden Kollisionen vermieden, die Zugänglichkeit des Werkzeugs überprüft und die Qualität der Oberfläche kontrolliert. Sie kann auch dazu verwendet werden, die Zykluszeit abzuschätzen, den Werkzeugverschleiß vorherzusagen und zu bestätigen, dass die gewählte Strategie die gewünschte Oberflächengüte ergibt.

Eine der Fallstudien zu Siemens NX zeigte, dass die Integration von Spirale und Werkzeugwege auf Z-Ebene die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbeschaffenheit von Schaufeln in der Luft- und Raumfahrtindustrie um 25 Prozent erhöht, wobei der Zeitaufwand für die Nachbearbeitung um mehr als 30% reduziert wurde.

CAD/CAM-Software für komplexe Formen

Die Bearbeitung komplexer Geometrien wäre nicht möglich ohne leistungsfähige CAD/CAM-Plattformen die mehrachsige, parametrische und generative Design-Workflows unterstützen. Die richtige Software überbrückt die Lücke zwischen Konzept und Produktion.

Erstklassige Tools:

• Siemens NX:  High-End-CAM für Turbinenschaufeln und Formwerkzeuge mit Simulation, mehrachsiger Bearbeitung und digitalen Zwillingsfunktionen.
• Autodesk Fusion 360: Geringe Kosten, aber robust mit integrierten CAE/CAD/CAM-Tools; perfekt für Start-ups und kleine Hersteller.
• MeisterCAM: Ein Industriestandard mit guter Mehrachsenunterstützung, vielen Werkzeugbibliotheken und hoher Kompatibilität mit Maschinen.
• HyperMill: Bei der Arbeit mit 5-Achsen-Werkzeugen, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizintechnik, wird dies als präzise bezeichnet.
• SolidCAM: Die Einbindung in SolidWorks ist nahtlos und effizient, und die Simulation in Echtzeit ist möglich.

Zu beachtende Merkmale: Erstellen komplexer Geometrien mit CNC-Bearbeitung

• 5-Achsen-Simultan-Werkzeugweg zur Erzeugung maximaler Kontrolle
• Kollisionsvermeidung und -erkennung in Echtzeit
• Abbildung der Oberflächenkrümmung bei optimierter Bahnplanung
• Zeitsparende automatisierte Schrupp- und Schlicht-Strategien
• Spezifische CNC-Maschinen-spezifische Postprozessor-Anpassung

Ein Plug-in-CAD/CAM ist unverzichtbar; es ist der Schlüssel zur Bearbeitung präziser und komplexer Komponenten, die für die heutige technische Welt charakteristisch sind.

Wir bieten folgende Dienstleistungen an: CNC-Bearbeitung von Keramik

Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit von gebogenen Komponenten

Die Qualität Ihrer Oberflächengüte wirkt sich nicht nur auf die Ästhetik aus, sondern auch auf Funktionalität, Leistung und Haltbarkeit. Bei komplexen Teilen ist die Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit sowohl eine Wissenschaft als auch eine Kunst.

Faktoren, die die Oberflächenbeschaffenheit beeinflussen:

1. Auswahl der Werkzeuge: Überall dort, wo die Oberfläche glattere, abgerundete Kurven aufweist, wählen Sie Kugelkopffräser oder Bullnose-Werkzeuge. Sie können beschichtete Werkzeuge verwenden, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen.
2. Vorschubgeschwindigkeit und Drehzahl: Die feineren Oberflächen werden mit niedrigeren Vorschüben und hohen Drehzahlen erzielt. Das Gleichgewicht ist jedoch der Schlüssel zur Vermeidung von Überhitzung und Verschleiß der Werkzeuge.
3. Step-over Distanz: Kurze Übergänge ergeben engere Jakobsmuscheln, und die Oberflächen sind gleichmäßiger, benötigen aber mehr Zeit.
4. Kühlmittelfluss: Ein angemessener Kühlmittelfluss kühlt und minimiert die Reibung und Temperatur, um die Oberflächengüte und die Lebensdauer des Werkzeugs zu erhöhen.
5. Werkzeugweg-Überlappung: Es muss eine strategische Überschneidung der Wege geben, um Markierungen zu vermeiden, insbesondere in Übergangsbereichen.

Fertigstellung der Pässe

Fügen Sie einen separaten Schlichtdurchgang mit engeren Toleranzeinstellungen und geringerer Werkzeugbelastung hinzu. Dieser Schritt allein kann Verkürzung der Polierzeit um 50%besonders auf polierten Aluminium, Titanoder Formstähle.

Ziele für die Oberflächenrauhigkeit:

• Ra 1,6 μm: Norm für allgemeine Industrieteile
• Ra 0,8 μm: Üblich für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und in der Automobilindustrie
• Ra 0,2 μm oder besser: Erforderlich für optische Komponenten, medizinische Implantateoder Dichtungsflächen

Verwenden Sie Oberflächenprofilometer, um die Ergebnisse zu messen, und passen Sie Ihre Endbearbeitungsparameter entsprechend an, um ein optimales Ergebnis zu erzielen.

Abschließende Überlegungen 

Das Unmögliche möglich machen

Die Ära der ebenen Flächen und quadratischen Löcher ist vorbei. Ingenieure müssen heute Teile entwerfen, die stärker, leichter und funktionaler sind, was bedeutet, dass sie die Komplexität bei der Erstellung komplexer Geometrien in Kauf nehmen müssen 

Aber Komplexität ohne Strategie ist Chaos. Der wirkliche Vorteil liegt im Verständnis, wie man:

• Nutzen Sie die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung Vorteile
• Umsetzung Konstruktionstipps für komplizierte Teilemerkmale
• Optimieren Sie Multi-Werkzeugweg-Strategien für 3D-Oberflächen
• Wählen Sie das Beste CAD/CAM-Software für komplexe Formen
• Makellosigkeit beibehalten Kontrolle der Oberflächengüte von gebogenen Bauteilen

Mit der richtigen Mischung aus Konstruktionskenntnissen, Maschinenkapazität und Softwareintelligenz können Sie die Grenzen der CNC-Bearbeitung ausreizen. Sind Sie bereit, Ihre Entwürfe vom Konzept zur komplexen Realität zu machen? Folgen Sie uns und geben Sie uns gerne Ihr Feedback.

FAQs

Kann die 5-Achs-Bearbeitung Hinterschneidungen und zusammengesetzte Kurven erzeugen?

A: Ja. 5-Achs-Maschinen können sich dem Werkstück aus praktisch jedem Winkel nähern und ermöglichen so den Zugang zu Hinterschneidungen und geschwungenen Kurven, die auf herkömmlichen 3-Achs-Systemen unmöglich wären.

Welche Branchen profitieren am meisten von der CNC-Bearbeitung komplexer Geometrien?

A: Die Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Medizin-, Verteidigungs- und Energiebranche profitiert aufgrund der hohen Anforderungen an die Teile am meisten.

Wie hoch sind die typischen Kosten für die Bearbeitung komplexer Geometrien?

A: Die anfänglichen Programmier- und Bearbeitungskosten sind zwar höher, werden aber häufig durch bessere Leistung, geringeres Gewicht und weniger Baugruppen ausgeglichen.

Wie wähle ich die richtige Werkzeugwegstrategie?

A: Berücksichtigen Sie die Teilegeometrie, die Anforderungen an die Oberflächengüte und die Bearbeitungszeit. Verwenden Sie Simulationswerkzeuge in CAM-Software zur Bewertung.

Ist die additive Fertigung besser für komplexe Formen geeignet?

A: Für interne Geometrien und Gitterstrukturen, ja. Dennoch bietet die CNC-Bearbeitung bei vielen äußeren Merkmalen eine bessere mechanische Festigkeit und Oberflächengüte.