CNC-3-Achsen-3D-Bearbeitung – was ist das?

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Eine 3D-Fräsmaschine, die auch als CNC-Bearbeitungszentrum bezeichnet wird, nutzt die Computersteuerung, um komplexe Teile aus Rohmaterial zu fertigen. Diese Maschinen können fortschrittliche Funktionen wie Oberflächenprofilierung und Bohren mit äußerster Präzision ausführen. Das macht sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in der Fertigung. Sie können Prototypen erstellen und bestimmte Teile von großen Objekten rekonstruieren. In diesem Artikel werden wir die Grundlagen des 3D-Fräsens kennenlernen, die für CNC-Bediener unerlässlich sind.

Was ist 3D-CNC-Fräsen?

Normalerweise benötigt eine CNC-Maschine 3 Achsen, um ein Objekt genau zu reproduzieren. Die jüngsten Entwicklungen bei Software und Maschinen bedeuten jedoch, dass Maschinen mit 2 Achsen (2D) oder sogar 1 Achse (1D) effektive CNC-Fräsmaschinen sein können. In diesem Leitfaden werden wir uns drei Arten von 3D-Fräsmaschinen ansehen. CNC-Fräsen ist ein subtraktives Verfahren, bei dem Material von einem Block abgetragen wird, um ein Objekt zu erzeugen. Unter subtraktiver Fertigung versteht man das Ausschneiden eines festen Materialstücks. Es handelt sich im Wesentlichen um eine dreidimensionale Skulptur. Die Mechaniker verwenden ein Computerprogramm namens CAM (Computer Aided Manufacturing). Die CAM kommuniziert mit der CNC-Maschine, wo und bis zu welcher Tiefe gefräst werden soll. Im Allgemeinen können 2-Achsen- und 1-Achsen-Maschinen nur in 2D oder 1D fräsen. Im Gegensatz dazu können 3-Achsen-Maschinen in allen drei Dimensionen fräsen. Sie sind im Allgemeinen teurer als ihre 2- und 1-achsigen Gegenstücke. Darüber hinaus sind die meisten CNC-Maschinen computergesteuert. Wenn Sie eine manuelle Maschine verwenden wollen, müssen Sie eine finden, die auf CNC-Technik umgerüstet werden kann. Das können jedoch nur sehr wenige Menschen tun.

Wie schneidet 3D im Vergleich zur herkömmlichen Bearbeitung ab?

3D-Fräsmaschinen bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Bearbeitungsmethoden und sind daher für bestimmte Anwendungen ideal. Sie sind besonders gut darin, komplexe Objekte zu erstellen, die andere Maschinen nicht auf andere Weise herstellen können. Die Maschinen arbeiten mit leistungsstarken Drehköpfen, die mit einer Reihe von Aufsätzen und Schneidwerkzeugen kombiniert werden können. Sie bewegen sich in drei Dimensionen mit Hilfe der X-, Y- und Z-Achse, so dass jedes Objekt in jedem beliebigen Winkel erstellt werden kann. CNC-Fräsmaschinen verwenden computergesteuerte Werkzeuge, um eine Vielzahl von Materialien zu bearbeiten.

3D-Fräsen vs. Laserschneidmaschine

3D-Fräsmaschinen arbeiten anders als Laserschneidmaschinen, was wiederum bedeutet, dass sie unterschiedliche Fähigkeiten haben. Hier sind 5 Unterschiede zwischen 3D-Fräsen und Laserschneiden.

  •  Durchmesser – Ein Laserschneider hat einen kleinen Durchmesser, was bedeutet, dass er nur kleinere Teile schneiden kann als die, die mit einem 3D-Schneider hergestellt werden.
  • Geschwindigkeit – Laserschneider sind langsamer als 3D-Fräsmaschinen. Ein Laserschneider kann nur ein Material auf einmal bearbeiten, während eine Fräsmaschine mehrere Materialien auf einmal bearbeiten kann. Die Produktionskosten beim Laserschneiden sind höher als beim 3D-Fräsen.
  • Langlebigkeit – Laserschneidmaschinen müssen nach 5 Jahren repariert oder ersetzt werden, im Gegensatz zu CNC-Fräsmaschinen, die Jahrzehnte lang laufen können.
  • Zuverlässigkeit – Die Positioniergenauigkeit eines Laserschneiders ist durch seine Software begrenzt, während eine CNC-Fräsmaschine nur von ihrer Genauigkeit und Präzision abhängig ist.
  • Anzahl der Achsen – Laserschneider verwenden nur eine Achse zum Schneiden, während CNC-Fräsmaschinen mehrere Achsen haben, die tiefere Schnitte ermöglichen.

Vorteile des 3D-Fräsens

3D-Fräsmaschinen bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem traditionellen 2D-Fräsen. Dazu gehören:

  • Erhöhte Oberflächengüte
  • Ein größerer Umschlag, innerhalb dessen gearbeitet werden kann
  • Eine genauere Form
  • Sie ist schneller als die CNC-Bearbeitung und bietet gleichzeitig eine höhere Genauigkeit als das 2D-Bohren.

Beim 3D-Fräsen wird der Fräser durch das Material bewegt, während er sich in der X-, Y- und Z-Achse dreht. Dadurch können komplexe Geometrien aus größerem Schüttgut geschnitten werden.

Dreiachsige CNC-Fräsmaschinen

Dreiachsige CNC-Fräsmaschinen werden zur Herstellung dreidimensionaler Objekte aus Metall, Kunststoff oder anderen Materialien verwendet. Sie sind computergesteuert und können zur Herstellung einer breiten Palette von Objekten verwendet werden, darunter Präzisionsteile und medizinische Implantate. Eine 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine arbeitet nach demselben Prinzip wie eine 2-Achsen-Fräsmaschine, verfügt jedoch über zusätzliche lineare Bewegungen und kann mit anderen Werkzeugen wie Lasergravierern, Polierern usw. verwendet werden. Dreiachsige Fräsmaschinen bestehen aus zwei unabhängigen Drehachsen und einer Linearachse. Eine mechanische oder elektrische Verbindung verbindet die drei Achsen und ermöglicht es dem Schneidwerkzeug, sich entlang jeder Achse zu drehen. Eine 3-Achsen-Fräsmaschine hat 3 Hauptbewegungen:

  • Bewegung entlang der Z-Achse senkrecht zum Schneidewerkzeug, wobei der Vorschub der Z-Achse so eingestellt wird, dass entlang der Oberfläche des Werkstücks geschnitten wird.
  • Bewegung entlang der X-Achse parallel zum Schneidwerkzeug, so dass sich der Fräskopf entlang des Werkstücks und durch dieses hindurch bewegen kann.
  • Die Bewegung entlang der Y-Achse, senkrecht zum Schneidwerkzeug, ermöglicht es dem Fräskopf, sich von einem Ende zum anderen über das Werkstück zu bewegen.

Typen von 3-Achsen-CNC-Fräsmaschinen

Dreiachsige CNC-Fräsmaschinen werden in drei Typen unterteilt:

  • Horizontalfräse – Eine horizontale 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine ist eine Maschine, die das Werkzeug in drei Richtungen bewegen kann: links und rechts, vorne und hinten sowie oben und unten. Diese Art von Fräsmaschine wird für Teile verwendet, die zu groß oder zu schwer sind, um auf einer vertikalen 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine bearbeitet zu werden.
  • Vertikalfräse – Eine vertikale 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine ist eine Maschine, die drei lineare Achsen verwendet, um ein Werkzeug oder Werkstück durch den Raum zu bewegen. Diese drei Achsen werden oft als X-, Y- und Z-Achse bezeichnet. Die X-Achse bewegt das Werkzeug oder Werkstück horizontal, die Y-Achse bewegt sich vertikal und die Z-Achse bewegt sich auf die Spindel zu oder von ihr weg.
  • Brückenfräsen – 3-Achsen-CNC-Fräsmaschinen mit Brückenfunktion ähneln den Standard-3-Achsen-CNC-Fräsmaschinen, verfügen jedoch über eine zusätzliche Brücke, die das Werkstück umschließt, so dass das Werkzeug alle Seiten des Werkstücks erreichen kann. Dies erhöht die Flexibilität der Maschine und ermöglicht die Bearbeitung größerer oder komplexerer Teile. Sie werden häufig zur Erzeugung von Mustern aus großen Flächen oder zur Bearbeitung kleiner Werkstücke eingesetzt.

Spezifikationen der 3-Achsen-Fräsmaschine

Die Spezifikationen von dreiachsigen Fräsmaschinen variieren von Modell zu Modell, aber einige typische Spezifikationen sind die Leistung der Fräsmaschine, die Geschwindigkeit und die Werkzeuggröße:

  • Leistung – wird normalerweise in Pferdestärken oder der Energiemenge gemessen, die der Motor erzeugen kann. Die Leistung der Fräsmaschine hängt mit der Schnittgeschwindigkeit zusammen. Es ist auch wichtig, den zu versorgenden Bereich der Mühle zu berücksichtigen, um zu sehen, wie hoch die tatsächliche Leistung ist. Je größer der Motor ist, desto leistungsfähiger ist er, und Sie können ihn bei höheren Geschwindigkeiten laufen lassen, ohne sich Sorgen zu machen, dass der Motor verbrennt oder beschädigt wird. Dadurch wird auch die Effizienz der Maschine gewährleistet.
  • Geschwindigkeit – bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkstück während der Bearbeitung bewegt und wird oft in Umdrehungen pro Minute gemessen. Die Geschwindigkeit bestimmt, wie viel Material bei jedem Durchgang entfernt wird, und kann auch in Fuß Oberfläche pro Minute (sfpm) angegeben werden. Wenn der Durchmesser des Werkstücks acht Zoll überschreitet, reduzieren Sie die Drehzahl, um eine Überlastung des Spindelmotors zu vermeiden.
  • Abmessungen – für die Werkzeuge einer dreiachsigen CNC-Fräsmaschine werden in Millimetern gemessen. Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die Zahl, desto größer der Fräser. So wird beispielsweise ein 3 mm-Werkzeug für Schlichtbearbeitungen und ein 45 mm-Werkzeug für schwere Bearbeitungen verwendet. Einige CNC-Fräsmaschinen sind mit mehreren Werkzeugen ausgestattet.

Preisvergleich von 3-Achsen-CNC-Maschinen

Beim Preisvergleich von 3-Achsen-CNC-Maschinen sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Der erste ist die Größe der Maschine. Einige Maschinen sind größer und können größere Werkstücke bearbeiten, während andere, kleinere Maschinen nur kleinere Werkstücke bearbeiten können. Der zweite Faktor ist die Qualität der Maschine. Einige Geräte sind aus hochwertigeren Materialien hergestellt und verfügen über mehr Funktionen, während andere aus billigeren Materialien hergestellt sind und daher weniger Funktionen haben. Der dritte Faktor ist die Marke der Maschine. Einige Maschinenmarken sind für ihre höhere Qualität bekannt, während andere das Gegenteil behaupten. Vielleicht sind Sie bereit, mehr zu zahlen, um ein qualitativ hochwertiges Gerät zu erhalten. Der letzte Faktor ist die Kapazität der Maschine. Je größer die Kapazität der Maschine ist, desto mehr Hardware und Software hat sie, was sich auf den Preis auswirkt. Wie bereits erwähnt, kann die Preisspanne für eine dreiachsige CNC-Maschine je nach Fabrikat und Modell der Maschine und den von ihr gebotenen Eigenschaften und Funktionen variieren. Im Allgemeinen liegt der Preis für eine dreiachsige CNC-Werkzeugmaschine jedoch zwischen einem Dutzend und mehreren zehntausend Zloty.

Anwendungen der 3-Achsen-CNC-Bearbeitung

Die dreiachsige CNC-Bearbeitung wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Fertigung:

  • Luft- und Raumfahrtindustrie – Die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung wird zur Entwicklung und Herstellung von Flugzeugkomponenten wie Klimaanlagen, Luftventilen und anderen kritischen Bauteilen eingesetzt.
  • Automobilindustrie – Die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung wird zur Herstellung einer breiten Palette von Teilen für Autos und andere Fahrzeuge verwendet. Zu den Teilen, die mit einer 3-Achsen-CNC-Maschine bearbeitet werden können, gehören Motorblöcke, Bremsscheiben und Getriebegehäuse.
  • Medizinischer Bereich – In der medizinischen Industrie wird die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung häufig zur Herstellung von medizinischen Geräten und Implantaten eingesetzt. Zu den beliebtesten medizinischen Geräten, die damit hergestellt werden, gehören Herzschrittmacher, Prothesen und Gelenkersatz. Mit dieser Art der CNC-Bearbeitung können Hersteller medizinischer Geräte komplexe Formen und Komponenten herstellen, die präzise und langlebig sind.

Wie beginne ich mit dem Einsatz einer 3-Achsen-CNC-Maschine?

Es gibt einige Dinge, die Sie wissen müssen, bevor Sie eine 3-Achsen-CNC-Maschine einsetzen. 

Zunächst müssen Sie das Koordinatensystem der Maschine verstehen. X bezieht sich auf die linke und rechte Richtung des Werkzeugs, Y bezieht sich auf die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Werkzeugs, und Z bezieht sich auf die Auf- und Abwärtsbewegung des Werkzeugs. 

Zweitens müssen Sie die Programmiersprache der Maschine kennen. Es gibt 2 grundlegende Arten von Programmiersprachen, die in CNC-Werkzeugmaschinen verwendet werden. Eine Programmiersprache ist CAM und die andere G-Code. CAM ist leichter zu erlernen als G-Code und ermöglicht Ihnen einen schnellen Einstieg, aber Sie sind möglicherweise bei den Maschinentypen, auf denen Sie damit programmieren können, eingeschränkt. Der G-Code ist schwieriger zu erlernen, wird aber auf fast allen CNC-Maschinen verwendet. Wenn Sie die Bedienung einer CNC-Fräse erlernen, konzentrieren Sie sich auf eine Programmiersprache und bleiben Sie bei dieser, bis Sie sie für die grundlegenden Operationen beherrschen. 

Drittens müssen Sie die Eigenschaften der Maschine kennen. Dies sind Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, Beschleunigung und Spiel. Die Spindeldrehzahl bezieht sich auf die Umdrehungen pro Minute. Die Vorschubgeschwindigkeit bezieht sich auf die Bewegung, die in Millimetern pro Sekunde erfolgt. Die Beschleunigung bezieht sich auf die Änderung der Werkzeugverschiebung bei der Beschleunigung des Werkzeugs.

Schließlich müssen Sie wissen, wie man Werkzeuge wechselt und wie man sie bricht. Diese beziehen sich darauf, wie schnell das Werkzeug während der Bewegung die Richtung ändert oder ob das Werkzeug bricht, d.h. in der Spindel klemmt. Diese Geschwindigkeit wird als Werkzeugwechselzeit bezeichnet. Diese Zeiten sind auf der Maschine aufgedruckt, variieren aber je nach Maschine und Programmierstil.

Wie man die richtige 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine auswählt

Bei der Auswahl einer 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Die wichtigste davon ist die Größe des Werkstücks, das die Maschine aufnehmen kann. Weitere Faktoren, die zu berücksichtigen sind, sind die Geschwindigkeit und Präzision der Maschine sowie die Art der Materialien, die sie schneiden kann. Kleine Maschinen werden zum Schneiden dünner Streifen oder kleiner Teile verwendet. Sie werden für Projekte wie Gravieren, Bohren und Fräsen verwendet. Sie sind billiger, aber nicht so genau. Für größere Projekte stehen größere 3-Achsen-Fräsmaschinen zur Verfügung. Ihre Vorschubgeschwindigkeit beträgt in der Regel 4-20 Zoll pro Minute. Sie werden zum Drehen, Fräsen, Bohren und Schneiden verwendet. Sie sind teurer als kleinere Maschinen. Die Genauigkeit einer dreiachsigen CNC-Fräsmaschine hängt vom Durchmesser der Spindel und der Vorschubgeschwindigkeit ab. Die Vorschubgeschwindigkeit bestimmt die Präzision des Fräsens. Je höher die Vorschubgeschwindigkeit, desto genauer der Schnitt. Ein kleinerer Spindeldurchmesser macht die Maschine ungenauer.

Zusammenfassung 

Eine 3-Achsen-CNC-Fräsmaschine ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das für eine Vielzahl von Projekten eingesetzt werden kann. Bei der Auswahl einer Fräsmaschine ist es wichtig, die Größe und Leistung der Maschine sowie die für Sie wichtigen Funktionen zu berücksichtigen. Welche Fräsmaschine für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist, hängt von Ihren spezifischen Projekten und Anforderungen ab. Unser Unternehmen bietet die besten CNC-Fräsdienstleistungen an, die die Qualität Ihres Produkts mit Sicherheit verbessern werden.