CNC-Drehen ist ein spanendes Verfahren, bei dem ein computergesteuertes Werkzeug Material von einem rotierenden Werkstück abträgt und so wiederholgenaue, präzise Teile in Form von Rotationskörpern entstehen: Wellen, Buchsen, Scheiben und Gewindeteile. Es eignet sich für runde und achsensymmetrische Teile, bei ebenen Wänden und komplexer Geometrie ist Fräsen besser. Im Folgenden erklären wir, wie der Prozess abläuft, welche Operationen und Drehmaschinen zum Einsatz kommen, wovon Qualität und Kosten abhängen und wie man eine Anfrage vorbereitet.
Inhaltsverzeichnis
- Was CNC-Drehen ist
- So läuft der CNC-Drehprozess Schritt für Schritt ab
- Welche Operationen auf einer Drehmaschine ausgeführt werden
- Arten von Drehmaschinen
- Bearbeitungsparameter und Faktoren, die die Qualität beeinflussen
- Welche Materialien sich drehen lassen
- Wann sich CNC-Drehen lohnt und wann Fräsen
- Anwendungen des CNC-Drehens
- CNC-Dreharbeiten bei Sacher
- CNC-Drehen - FAQ
Was CNC-Drehen ist
Beim CNC-Drehen wird das Werkstück im Futter der Drehmaschine gespannt und rotiert um seine Achse. Das Schneidwerkzeug, meist ein Drehmeißel bzw. eine Wendeschneidplatte im Revolver, bewegt sich längs und quer zum Werkstück und trägt Schicht für Schicht Material in Form von Spänen ab. Die Werkzeugbahn ist programmiert, sodass die Drehmaschine sie bei jedem Teil identisch wiederholt.
CNC steht für computerized numerical control, also computergestützte numerische Steuerung. Computergesteuerte Maschinen lesen ein Programm, das Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe und die Bahn des Schneidwerkzeugs festlegt. Die CNC-Technik hat das manuelle Einrichten der Maschine ersetzt und hält die Maße über die gesamte Serie konstant.
Das Ergebnis des Prozesses ist ein achsensymmetrisches Teil: zylindrische, kegelige und plane Flächen, Nuten und Gewinde. Die Drehbewegung des Werkstücks ist die Hauptschnittbewegung, die Bewegung des Drehmeißels die Vorschubbewegung.
So läuft der CNC-Drehprozess Schritt für Schritt ab
Der Fertigungsprozess an einer CNC-Drehmaschine besteht aus mehreren Schritten:
- Dokumentation und Programm. Anhand einer technischen Zeichnung oder eines 3D-Modells erstellt der Technologe ein Programm, das die Reihenfolge der Operationen, die Werkzeuge und die Schnittparameter festlegt, unter Berücksichtigung der Toleranzen und der geforderten Rauheit.
- Spannen des Materials. Eine Stange oder ein Schmiedeteil wird im Backenfutter oder in einer Spannzange gespannt. Längere Teile werden zusätzlich mit einer Körnerspitze abgestützt, damit sie sich bei der Bearbeitung nicht durchbiegen.
- Werkzeuge einrichten. Der Bediener gibt Werkzeuglängen und -radien in die Steuerung ein und legt den Nullpunkt des Teils fest.
- Schruppen. Bei großer Schnitttiefe trägt die Maschine den Großteil des Aufmaßes schnell ab.
- Schlichten. Eine geringe Schnitttiefe und schonendere Parameter bestimmen Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität. Der Werkzeugwechsel erfolgt automatisch im Revolver.
- Zusätzliche Operationen. Auf derselben Maschine lassen sich Bohren, Gewindeschneiden, Einstechen und das Abstechen des fertigen Teils ausführen.
- Kontrolle. Kritische Maße werden mit Messschieber, Bügelmessschraube oder auf einer Messmaschine geprüft und mit der Zeichnung verglichen.
Durch die Präzision der numerischen Steuerung ist die Wiederholbarkeit des Prozesses gewährleistet. Beim Serienwechsel genügt es, ein neues Programm zu laden und die Werkzeuge zu wechseln.
Welche Operationen auf einer Drehmaschine ausgeführt werden
Die Vielseitigkeit des CNC-Drehens beruht darauf, dass eine Maschine viele Operationen ausführt und die Werkzeugbahn frei programmiert werden kann. Beim Abtragen von Material an unterschiedlichen Flächen kommen vor allem zum Einsatz:
| Operation | Worum es geht | Typisches Beispiel |
|---|---|---|
| Längsdrehen | Das Werkzeug bewegt sich parallel zur Achse und verringert den Durchmesser | Wellen, Zapfen |
| Plandrehen | Das Werkzeug bewegt sich senkrecht zur Achse und bearbeitet die Stirnseite | Wellenstirnseiten, Flansche |
| Ausdrehen | Bearbeitung einer Bohrung von innen | Buchsen, Lagersitze |
| Einstechen | Herstellen von Nuten an der Außen- oder Innenfläche | Nuten für Sicherungsringe |
| Gewindedrehen | Herstellen von Außen- und Innengewinden | Schrauben, Verschraubungen |
| Bohren | Herstellen einer axialen Bohrung | Buchsen, Scheiben |
| Abstechen | Trennen des fertigen Teils von der Stange | Serienfertigung ab Stange |
So lassen sich auf einer Drehmaschine Teile in unterschiedlichen Formen und Durchmessern fertigen, von kleinen Stiften bis zu großen Scheiben. Für Gewinde, Bohrungen und Nuten muss die Maschine nicht gewechselt werden.
Arten von Drehmaschinen
Drehmaschinen gibt es in verschiedenen Bauarten, und die Wahl der Maschine hängt von der Größe des Teils, der Seriengröße und der geforderten Genauigkeit ab. Am häufigsten kommen vier Lösungen vor:
- Universaldrehmaschinen. Sie werden von einem Bediener geführt, der Vorschub und Schnitttiefe von Hand einstellt. Sie eignen sich für Einzelteile, Reparaturen und einfache Aufgaben.
- Horizontale CNC-Drehmaschinen. Das ist die Standardmaschine zur Fertigung von Teilen in Form von Rotationskörpern. Ein steifes Bett mit Führungen und das Steuerungsprogramm sichern eine hohe Genauigkeit über die gesamte Serie.
- Senkrechtdrehmaschinen. Das Werkstück dreht sich auf einem waagerechten Tisch um eine senkrechte Achse. So lassen sich große und schwere Teile mit großem Durchmesser, etwa Räder, Scheiben und Gehäuse, leichter spannen.
- Drehautomaten. Eine Maschine für die Serienfertigung kleiner Teile ab Stange, etwa Schrauben und Bolzen. Die Stange wird automatisch zugeführt, und die Zykluszeit ist sehr kurz.
Immer beliebter werden auch Dreh-Fräszentren mit angetriebenen Werkzeugen, die das Drehen mit dem CNC-Fräsen in einer Aufspannung verbinden. Sie haben ein Werkzeugmagazin, sodass der Werkzeugwechsel ohne Eingriff des Bedieners erfolgt.
Bearbeitungsparameter und Faktoren, die die Qualität beeinflussen
Über das Ergebnis des Drehens entscheiden drei grundlegende Parameter. Die Schnittgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich die Werkzeugschneide relativ zum Material bewegt. Der Vorschub ist der Werkzeugweg pro Umdrehung, und die Schnitttiefe ist die Dicke der in einem Durchgang abgetragenen Schicht.
| Parameter | Was bei einer Erhöhung passiert | Worauf zu achten ist |
|---|---|---|
| Schnittgeschwindigkeit | Kürzere Bearbeitungszeit, bei richtiger Wahl oft bessere Oberflächenqualität | Überhitzung der Schneide und kürzere Standzeit des Werkzeugs |
| Vorschub | Kürzere Bearbeitungszeit | Höhere Rauheit und höhere Schnittkräfte |
| Schnitttiefe | Mehr abgetragenes Material in einem Durchgang | Höhere Schnittkräfte, Schwingungen und Durchbiegung des Werkstücks |
Folgende Faktoren beeinflussen die Wahl der Parameter:
- Art des Materials. Härtere Stähle erfordern eine geringere Schnittgeschwindigkeit, Aluminium lässt sich deutlich schneller bearbeiten.
- Geometrie und Steifigkeit des Werkstücks. Lange, schlanke Wellen biegen sich unter der Schnittkraft durch und erfordern daher eine Abstützung und schonendere Parameter.
- Schneidwerkzeug. Von Bedeutung sind die Sorte der Wendeschneidplatte, ihre Beschichtung und die Schneidengeometrie.
- Kühlung. Das Kühlmittel führt Wärme und Späne ab und verlängert dadurch die Standzeit des Werkzeugs.
- Geforderte Oberflächenqualität und Toleranzen. Je genauer das Teil, desto mehr Schlichtdurchgänge und desto länger die Bearbeitungszeit.
Die Optimierung der Parameter besteht darin, einen Kompromiss zwischen Bearbeitungszeit, Standzeit des Werkzeugs und Oberflächenqualität zu finden. Das ist einer der Gründe, warum ein erfahrener Technologe Kosten und Liefertermin beeinflusst.
Welche Materialien sich drehen lassen
CNC-Drehen eignet sich für die Bearbeitung von Metallen und Kunststoffen. Die Art des Materials beeinflusst die Wahl von Werkzeugen, Parametern und Kühlung sowie die Bearbeitungskosten.
| Material | Eigenschaften beim Drehen | Typische Teile |
|---|---|---|
| Bau- und legierter Stahl | Gute Zerspanbarkeit, spätere Wärmebehandlung möglich | Wellen, Zahnräder, Bolzen |
| Edelstahl | Korrosionsbeständig, aber schwieriger zu bearbeiten, da er Wärme schlecht abführt und sich beim Zerspanen verfestigt. Erfordert scharfe Werkzeuge und Kühlung | Teile für die Lebensmittel-, Medizin- und Chemieindustrie |
| Aluminium | Leicht und gut zu bearbeiten, erlaubt hohe Schnittgeschwindigkeiten. Erfordert wegen der Weichheit scharfe Werkzeuge | Gehäuse, Buchsen, Teile für Leichtbaukonstruktionen |
| Messing und Bronze | Sehr gute Zerspanbarkeit, kurzbrechende Späne | Verschraubungen, Gleitlager, Armaturen |
| Kunststoffe | Geringe Schnittkräfte, aber Gefahr der Verformung durch Wärme und die Elastizität des Materials | Buchsen, Rollen, Isolierteile |
Bei Edelstahl und Kunststoffen ist die Kenntnis des Materials besonders wichtig. Dieselbe Zeichnung aus einem anderen Material kann andere Werkzeuge und eine andere Bearbeitungszeit erfordern.
Wann sich CNC-Drehen lohnt und wann Fräsen
CNC-Drehen ist sinnvoll, wenn das Teil rund oder achsensymmetrisch ist, also die Form einer Welle, Buchse, Scheibe oder eines Rings hat. In solchen Fällen ist Drehen in der Regel schneller und günstiger als Fräsen und sorgt zudem für eine sehr gute Koaxialität der Flächen.
CNC-Fräsen ist besser, wenn das Teil ebene Wände, Taschen, außermittige Bohrungen oder eine komplexe Geometrie hat. Fräsen eignet sich auch für Teile mit komplizierten Formen, die sich nicht durch Drehen des Werkstücks erzeugen lassen. Die folgende Gegenüberstellung zeigt die wichtigsten Unterschiede:
| Kriterium | CNC-Drehen | CNC-Fräsen |
|---|---|---|
| Hauptbewegung | Das Werkstück rotiert, das Werkzeug bewegt sich | Das Werkzeug rotiert, das Werkstück ist fest gespannt |
| Typische Form | Wellen, Buchsen, Scheiben, Gewindeteile | Platten, Grundkörper, Gehäuse, Formen |
| Komplexe Geometrie | Begrenzt auf achsensymmetrische Formen | Möglich, besonders auf 5-Achs-Maschinen |
| Serienfertigung | Sehr effizient, vor allem ab Stange | Effizient bei geeigneter Vorrichtung |
| Koaxialität der Flächen | Sehr gut, da das Teil in einer Aufspannung um eine Achse bearbeitet wird | Erfordert sorgfältiges Ausrichten |
Oft ist die Kombination beider Technologien die beste Lösung. Das Teil kann zunächst gedreht werden, anschließend werden Flächen oder Bohrungen eingefräst, in getrennten Operationen oder auf einem Dreh-Fräszentrum. Die Entscheidung trifft am besten ein Technologe anhand der Zeichnung.
Anwendungen des CNC-Drehens
CNC-Drehen ist in vielen Industriezweigen ein grundlegender Fertigungsprozess. Am häufigsten nutzen es:
- Automobilindustrie: Wellen, Buchsen, Naben, Teile von Antriebssträngen, Ventilen und Einspritzdüsen.
- Luftfahrtindustrie: Strukturbauteile, Anschlüsse und Buchsen aus Aluminium und Stahl, gefertigt mit hoher Präzision und dokumentierter Qualitätskontrolle.
- Medizinindustrie: Komponenten von medizinischen Instrumenten und Geräten, oft aus Edelstahl.
- Maschinenbau und Automatisierung: Wellen, Führungen, Buchsen, Zylinderteile und Zahnrad-Rohlinge, die später gefräst oder geschliffen werden.
- Hydraulik und Pneumatik: Verschraubungen, Zapfen und Ventilkomponenten.
Gedreht wird sowohl bei einzelnen Prototypen als auch bei der Fertigung kleiner, mittlerer und großer Serien. Diese Technologie ermöglicht Teile mit wiederholgenauen Maßen, was in jeder Branche wichtig ist, in der Bauteile zueinander passen müssen. Das gilt besonders für die Automobilindustrie, in der Teile in großen Serien gefertigt werden.
CNC-Dreharbeiten bei Sacher
Sacher entwickelt seit 1989 seine Kompetenz in der Fertigung von Präzisionsteilen. Deshalb verfügen wir über große Erfahrung, und dank eines modernen Maschinenparks (28 Bearbeitungszentren) und eines Teams von 52 Spezialisten können wir CNC-Dreharbeiten an Metallen und Kunststoffen anbieten. Wir fertigen Prototypen, Einzelteile sowie kleine und mittlere Serien.
Außerdem bieten wir zusätzliche Leistungen aus einer Hand: Fräsen, Schleifen, Erodieren, eine eigene Wärmebehandlung und Qualitätskontrolle. Das verkürzt die Durchlaufzeit, weil das Teil nicht zwischen mehreren Betrieben unterwegs sein muss und ein Auftragnehmer für das Ergebnis verantwortlich ist.
Für ein Angebot senden Sie uns bitte:
- eine technische Zeichnung oder ein 3D-Modell,
- die Materialsorte,
- die Stückzahl und den gewünschten Termin,
- Maßtoleranzen und die geforderte Oberflächenrauheit,
- zusätzliche Anforderungen, z. B. Wärmebehandlung oder Messprüfung.
CNC-Drehen - FAQ
Wie unterscheidet sich CNC-Drehen vom Drehen auf einer Universaldrehmaschine?
CNC-Drehen unterscheidet sich vom Drehen auf einer Universaldrehmaschine dadurch, dass das Programm und nicht der Bediener Vorschub und Schnitttiefe einstellt. Dadurch wird jedes Teil gleich gefertigt, und die Maschine kann schneller arbeiten und komplexere Formen herstellen.
Welche Genauigkeit lässt sich erreichen?
Die Genauigkeit beim CNC-Drehen hängt von Maschine, Material und Form des Teils ab. Auf CNC-Drehmaschinen werden üblicherweise Toleranzen im Bereich von hundertstel Millimetern erreicht, bei besonderen Anforderungen auch engere. Die konkreten Werte legen wir nach Analyse der Zeichnung fest.
Kann man auf einer Drehmaschine ein Gewinde herstellen?
Ja, auf einer Drehmaschine lässt sich ein Außen- oder Innengewinde herstellen. Gewindedrehen ist eine der Grundoperationen und wird auf derselben Maschine wie das Drehen ausgeführt.
Lassen sich Edelstahl, Aluminium und Kunststoffe drehen?
Ja, Edelstahl, Aluminium und Kunststoffe lassen sich drehen. Jedes dieser Materialien erfordert jedoch andere Werkzeuge und Schnittparameter, und Edelstahl und Kunststoffe brauchen besondere Aufmerksamkeit.
Ab welcher Stückzahl lohnt sich CNC-Drehen?
CNC-Drehen lohnt sich sowohl bei einzelnen Prototypen als auch in Serien. Programm und Einrichtung werden einmal vorbereitet, sodass bei größerer Stückzahl die Kosten pro Teil sinken.