CNC-Dreh-Fräsverbundbearbeitung ist eine Fertigungstechnologie, die mehrere Prozesse integriert, wie zum Beispiel Drehen, fräsenund Bohren auf derselben Werkzeugmaschine, wodurch die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung abgeschlossen wird. Sie eignet sich besonders für Teile mit komplexen Strukturen und hohen Präzisionsanforderungen und kann die Bearbeitungsgenauigkeit und die Produktionseffizienz erheblich verbessern.
Vorteile der Dreh-Fräs-Verbundbearbeitung:
Reduzierte Spannzeiten: Ein einziges Teil kann auf derselben Fräs-Dreh-Werkzeugmaschine bearbeitet werden, einschließlich der Bearbeitung des Außendurchmessers, Innenbohrung Bearbeitung, Nutenbearbeitung, Bohren und Fräsen von Ebenen. Dadurch werden mehrfache Pick-and-Place-Operationen und Positionierungsfehler vermieden.
Hohe Bearbeitungsgenauigkeit: Aufgrund geringerer Positionierungsfehler und besserer Steifigkeit der Werkzeugmaschine sind die geometrischen Toleranzen leichter zu kontrollieren.
Kürzere Prozesskette: Die Fräs-Dreh-Bearbeitung reduziert die Schritte vom Schruppen über das Halbschlichten bis zum Schlichten und ermöglicht so eine schnellere Lieferung.
Anpassungsfähigkeit an komplexe Geometrien und schwer zu bearbeitende Werkstoffe: Für Teile mit komplexen Geometrien, unregelmäßigen Bohrungen oder dünnwandigen Strukturen bieten Fräs-Dreh-Maschinen größere Vorteile als herkömmliche separate Dreh-/Fräsmaschinen.
Fallstudie: WELDO PTFE + 15% Graphit-Fittings
Nachfolgend finden Sie ein typisches Anwendungsbeispiel von WELDO Machining (WELDO), das den praktischen Nutzen der Fräs-Dreh-Bearbeitung von Teilen aus unterschiedlichen Verbundwerkstoffen veranschaulicht.
Fitting Material/Spezifikationen
Material: PTFE Matrix + 15% Graphit Füllstoff (verbessert die Verschleißfestigkeit/Gleiteigenschaften)
Teil-Typ: Buchsen-Scheiben-Verbundstruktur, einschließlich Merkmalen wie Außendurchmesser, Innenbohrung, Schlitze und gefräste Oberflächen
Menge: Von Prototyp zur Serienfertigung (ca. 10.000 Stück)
Bearbeitungsverfahren
WELDO verwendet ein Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrum, um die folgenden Prozesse in einer einzigen Aufspannung durchzuführen:
Schruppen des Außendurchmessers (Drehen)
Fräsen und Schlitzen des Außendurchmessers
Oberflächenfräsen und Bohren
Oberflächenbehandlung und Inspektion
Ergebnisse
Die Anzahl der Aufstellungen wurde von 3 auf 1 reduziert, wodurch sich die Positionierungsfehler um etwa 30% verringerten.
Die Bearbeitungszykluszeit wurde um etwa 40% verkürzt.
Die Toleranzen der fertigen Teile liegen bei ±0,02 mm und die Oberflächenrauheit Ra ≤ 1,6 μm.
Das Material (PTFE + 15%-Graphit) hat komplexe Gleit- und Wärmeausdehnungseigenschaften; das Fräsen-Drehen reduziert das Risiko von Verformungen.
Warum Fräsen und Drehen?
Da dieses Teil aus einem Kunststoff-Graphit-Verbundwerkstoff besteht, ist es anfällig für thermische Verformung, Schnittvibrationen und Mikroverschiebungen während der Bearbeitung. Die hohe Steifigkeit, die Fertigstellung mit nur einer Vorrichtung und die Vorteile von Dreh-Fräsmaschinen, die mehrere Prozesse miteinander verbinden, machen es einfacher, Risiken wie thermische Ausdehnung und Schnittverformung zu kontrollieren. WELDO betonen die Ingenieure: "Die Durchführung mehrerer Fräs-Dreh-Schritte in einer einzigen Aufspannung verbessert nicht nur die Effizienz, sondern auch die Konsistenz der Bearbeitung erheblich."
Typische anwendbare Teiletypen:
Wellenteile: Zum Beispiel Antriebswellen für Kraftfahrzeuge, Werkzeugmaschinenspindeln, Motorrotorwellen, usw. Diese Teile erfordern häufig die Bearbeitung von Außendurchmessern, Gewinden und Ebenen. Das Fräsen-Drehen kann mehrere Prozesse in einer einzigen Aufspannung durchführen und so Koaxialität und Genauigkeit gewährleisten.
Scheiben-Teile: Einschließlich Schwungrädern, Flanschen, Ventildeckeln usw. Stirnseitendrehen, Nutenfräsen und Bohren können auf der gleichen Maschine durchgeführt werden, was die Umrüstzeit reduziert.
Hülsen und ringförmige Teile:wie z. B. Hydraulikzylinderbuchsen, Lagerhülsen und Gleitringdichtungen. Fräsen-Drehen kann die Bearbeitung von Innen- und Außenkreisen, Ölnuten und Gewinden in einem Arbeitsgang abschließen und eine hohe Rundlaufgenauigkeit gewährleisten.
Unregelmäßig geformte Teile:wie z. B. Strukturbauteile für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Komponenten und Robotergelenke. Aufgrund ihrer komplexen Formen, einschließlich solcher mit schrägen Löchern oder gekrümmten Oberflächen, ist ein mehrachsiger Betrieb erforderlich; durch Fräsen-Drehen wird eine hochpräzise Bearbeitung erreicht.
Gewindewellen oder Keilwellen:wie z. B. Getriebewellen und hydraulische Steuerstangen. Herkömmliche Verfahren erfordern mehrere Werkzeugmaschinen, während die Fräs-Dreh-Technologie eine einmalige Umformung ermöglicht, was die Effizienz erheblich verbessert.
Industrieanwendungen der CNC-Dreh-Fräsverbundbearbeitung
Luft- und Raumfahrt: Hochpräzise Teile wie Turbinenwellen und Verbindungsstücke.
Automobilherstellung: Bauteile, die Konsistenz erfordern, wie Antriebswellen, Flansche und Pleuelstangen.
Medizinische Geräte: Teile mit hoher Oberflächenqualität wie Ventilkerne und Implantate.
Industrielle Ausrüstung: Teile, die eine Rundlaufgenauigkeit von Innen- und Außenbohrungen erfordern, wie z. B. Ventilgehäuse und Zylinderlaufbuchsen.
Vorsichtsmaßnahmen für den Bediener
Um einen reibungslosen, stabilen und effizienten Betrieb der Dreh-Fräs-Verbundbearbeitung zu gewährleisten, sollten die Bediener folgende Punkte beachten:
Kalibrierung von Werkzeugmaschinen und Konstruktion von Spannvorrichtungen: Hervorragende geometrische Genauigkeit der Werkzeugmaschine, hohe Steifigkeit der Spannvorrichtung und gute Wiederholbarkeit der Positionierung.
Programm-Optimierung: Bei der Fräs-Dreh-Bearbeitung werden häufig mehrachsige/angetriebene Werkzeuge eingesetzt, die hohe Anforderungen an die Werkzeugkompensation, die Schnittparameter und die Werkzeugmagazinverwaltung stellen. Eine Programmüberprüfung und -simulation sollte im Voraus durchgeführt werden.
Materialeigenschaften Verstehen: Wie bei PTFE+Graphit unterscheiden sich Wärmeausdehnung, Schnittwärme und Zähigkeit von Metallen, so dass die richtigen Werkzeugbeschichtungen und Schnittbedingungen gewählt werden müssen.
Einstellung der Schnittparameter: Beim Wechsel zwischen Drehen und Fräsen an ein und demselben Werkstück müssen die Auswirkungen unterschiedlicher Schnittbedingungen, Schnittrichtungen und Werkzeugein- und -austritte auf die Werkstückverformung berücksichtigt werden.
Kühlung/Schmierung Management: Insbesondere beim Schneiden von Verbundwerkstoffen oder füllstoffverstärkten Kunststoffen wirken sich die Schmier- und Kühlbedingungen direkt auf die Oberflächenqualität und die Verformung aus.
Überwachung von Temperatur und Verformung des Werkstücks: Achten Sie während der kontinuierlichen Bearbeitung auf den Temperaturanstieg und die Verformungstendenzen des Werkstücks und verwenden Sie bei Bedarf Zwischen- oder Online-Messungen.
Sicherheit und Schutz von Werkzeugmaschinen: Während des Fräs- und Drehprozesses gibt es viele Vorgänge, wie z.B. Werkzeugwechsel, Spindelrichtungswechsel und das Eingreifen von Elektrowerkzeugen. Die Bediener sollten auf den Sicherheitsschutz, den automatischen Werkzeugwechsel und die Kollisionsvermeidung achten.
Probleme und Lösungen
| Problem | Lösung |
| Mehrfache Arbeitsgänge/Werkzeugwechsel führen zu komplexer Programmierung und hohem Fehlerrisiko. | Verwendung spezieller CAM-Software zur Unterstützung von Fräs-Dreh-Maschinen, Durchführung von Simulationsprüfungen und Festlegung sicherer Kollisionsvermeidungspfade. |
| Die Verformung des Werkstücks bzw. die thermische Ausdehnung während eines einzigen Spannvorgangs führt zu einer geringeren Genauigkeit. | Optimieren Sie die Konstruktion von Vorrichtungen (Vorrichtungen zur Reduzierung der Verformung, Kühlvorrichtungen), steuern Sie die Schnitttemperatur, führen Sie segmentierte Bearbeitungen durch und liefern Sie Online-Messrückmeldungen. |
| Materialeigenschaften (z. B. Verbundkunststoffe, füllstoffverstärkte Werkstoffe) führen zu Werkzeugverschleiß und instabiler Bearbeitung. | Wählen Sie für das Material geeignete Werkzeuge aus, passen Sie Schnittgeschwindigkeit und Vorschub an, erhöhen Sie die Schmierung oder verwenden Sie Kühlmittel, und überwachen Sie den Werkzeugverschleiß. |
| Komplexe Werkstückgeometrie und schwierige Zugänglichkeit des Fräsbereichs. | Nutzen Sie 5-Achsen oder Elektrowerkzeugkonfigurationen, die es den Werkzeugen ermöglichen, schwer zu bearbeitende Positionen direkt zu erreichen, wodurch der Werkzeug- bzw. Spannzeugwechsel reduziert wird. |
| Hohe Investitionskosten für Ausrüstung und Personalschulung. | Entwickeln Sie ein ROI-Modell, indem Sie zunächst ein Pilotprojekt mit typischen Teilen durchführen; schulen Sie Bediener und Programmierer und erweitern Sie dann das Programm, nachdem Sie Erfahrungen gesammelt haben. |
Zusammenfassung
Die Dreh-Fräs-Verbundbearbeitung ist ein bedeutender Trend in der modernen Zerspanungstechnologie und kann die Bearbeitungseffizienz, die Genauigkeit und die Fähigkeit, komplexe Teile zu bearbeiten, erheblich verbessern. In der WELDO Anhand der obigen Fallstudie über PTFE+Graphit-Komponenten können wir den Wert erkennen, den ein koordinierter Betrieb mit einer einzigen Anlage und mehreren Prozessen mit sich bringt.
Wenn Sie ähnliche Teile haben, die bearbeitet werden müssen, und Sie sich derzeit auf Bearbeitungsgeschwindigkeit, Qualität und Kosten konzentrieren, können Sie Kontaktieren Sie uns für Unterstützung.
FAQ der CNC-Drehfräser-Verbundbearbeitung
Welche Arten von Teilen eignen sich für die Dreh-Fräs-Bearbeitung?
Teile, die gleichzeitig rotierende Außen-/Innendurchmesser-Merkmale sowie ebene, geschlitzte, Loch- und Fräsmerkmale aufweisen. Dies eignet sich besonders für unregelmäßig geformte Teile, dünnwandige Strukturen, schwer zu bearbeitende Materialien und Anwendungen, die mehrere Arbeitsgänge in einer einzigen Aufspannung erfordern.
Welche Kosteneinsparungen können durch die Dreh-Fräs-Bearbeitung erzielt werden?
Zu den wichtigsten Einsparungen gehören: weniger Rüstvorgänge, weniger manuelle Handhabung und weniger Zeit für den Wechsel von Werkzeugen und Spannvorrichtungen, weniger Bearbeitungszeit und weniger Spannvorrichtungen. Darüber hinaus verringert die verbesserte Genauigkeit die Nacharbeits-/Ausschussrate und senkt so die Kosten für die Qualitätskontrolle.
Was ist das größte Risiko im Vergleich zum traditionellen, getrennten Drehen und Fräsen?
Das größte Risiko sind Werkstückverformungen oder Maßabweichungen aufgrund eines einzelnen Einrichtungsfehlers oder eines unsachgemäßen Vorrichtungs-/Programmierungsentwurfs. Eine schlechte Kontrolle der Werkzeugumschaltung, der Maschinensteifigkeit und der Vibrationen kann ebenfalls zu Qualitätsschwankungen führen.
Welche Parameter sollten die Bediener bei der Dreh-Fräs-Bearbeitung besonders im Auge behalten?
Überwacht werden sollten: Werkzeugzustand (Verschleiß, Bruch), Werkstücktemperatur/Wärmeausdehnung, Vibrationen der Werkzeugmaschine, Spindelbelastung, Zerspanungskraft/Vorschub, Stabilität der Vorrichtungspositionierung und Online-Messrückmeldung. Bei einem Temperaturanstieg oder einem Verformungstrend sollte die Kalibrierung sofort unterbrochen werden.
