Was ist eine CNC-Drehmaschine? Funktionsweise, Typen und Anwendungsbereiche

Was ist eine CNC-Drehmaschine?

Eine CNC-Drehmaschine ist eine computergesteuerte Werkzeugmaschine, mit der runde oder zylindrische Teile mit hoher Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit hergestellt werden. Während der Bearbeitung dreht sich das Werkstück in einer Spindel, während ein Schneidwerkzeug Material von seiner Oberfläche abträgt. CNC steht für „Computer Numerical Control“ (computergesteuerte numerische Steuerung), was bedeutet, dass die Maschine programmierten Anweisungen folgt, anstatt vollständig auf manuelle Bedienung angewiesen zu sein.

CNC-Drehmaschinen werden häufig zur Herstellung von Wellen, Buchsen, Stiften, Hülsen, Gewindeteilen, Verbindungselementen und anderen rotationssymmetrischen Bauteilen eingesetzt. Sie können Aluminium, Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Messing, Kupfer, Titan und technische Kunststoffe wie POM, PTFE, nylonund PEEK. Da jeder Bearbeitungszyklus konsistent wiederholt werden kann, eignet sich die CNC-Drehbearbeitung für Prototypen, Kleinserien und die Großserienfertigung.

Wie funktioniert eine CNC-Drehmaschine?

Das Grundprinzip einer CNC-Drehmaschine ist relativ einfach. Ein Werkstück wird in einem Spannfutter oder einer Spannzange befestigt und mit einer geregelten Drehzahl gedreht. Ein feststehendes Schneidwerkzeug bewegt sich entlang der Längsachse oder quer zum Durchmesser des rotierenden Werkstücks. Wenn das Werkzeug das Werkstück berührt, entfernt es Späne und formt so die gewünschte Geometrie.

Vor Beginn der Bearbeitung wird die Konstruktion des Werkstücks in der Regel in einer CAD-Software erstellt. Anschließend kann mithilfe einer CAM-Software die Werkzeugbahn und der CNC-Code generiert werden. Das Programm steuert wichtige Parameter wie Spindeldrehzahl, Vorschubgeschwindigkeit, Schnitttiefe, Werkzeugposition und Werkzeugwechsel. Ein Bediener richtet die Maschine ein, montiert die Werkzeuge, legt das Material ein, legt den Werkstückversatz fest und überprüft das Programm, bevor die Produktion beginnt.

Sobald die Einrichtung überprüft wurde, führt die CNC-Drehmaschine die programmierten Arbeitsschritte automatisch aus. Die Genauigkeit hängt jedoch nach wie vor von geeigneten Werkzeugen, einer stabilen Werkstückspannung, konstanten Schnittparametern, dem Zustand der Maschine, dem Materialverhalten und einer wirksamen Prüfung ab.

Hauptkomponenten einer CNC-Drehmaschine

Eine CNC-Drehmaschine umfasst mehrere wichtige Systeme, die bei der Bearbeitung zusammenwirken:

• Spindel: Dreht das Werkstück mit der programmierten Drehzahl.
• Spannfutter oder Spannzange: Hält das Rohmaterial fest und trägt dazu bei, ein Auslaufen und Verformungen zu verhindern.
• Turm: Dient zur Aufnahme und zur Führung von Drehwerkzeugen, Bohrstangen, Bohrern und Nutenwerkzeugen.
• Reitstock: Geeignet für lange Werkstücke oder zum Halten von Bohrern und Reibahlen.
• Achsen und Führungsbahnen: Werkzeuge präzise verfahren. Bei Standarddrehmaschinen erfolgt die Bewegung radial entlang der X-Achse und in Längsrichtung entlang der Z-Achse.
• Steuergerät: Koordiniert die Spindel, die Achsen, die Werkzeuge, das Kühlmittel und den Bearbeitungszyklus.
• Kühlmittel- und Spänesystem: Reguliert die Wärme, schmiert den Schneidbereich und entfernt Späne.

Gängige Bearbeitungsvorgänge an CNC-Drehmaschinen

CNC-Drehmaschinen können weit mehr als nur einfache Außendurchmesserbearbeitungen durchführen. Beim Plandrehen wird Material vom Ende eines Werkstücks abgetragen, um eine ebene Bezugsebene zu schaffen. Beim Geraddrehen wird der Außendurchmesser verringert, während beim Koniusdrehen eine konische Oberfläche entsteht. Beim Ausbohren wird eine vorhandene Innenbohrung vergrößert oder fertigbearbeitet, und beim Bohren wird eine Bohrung entlang der Drehachse erstellt.

Zu den weiteren Bearbeitungsvorgängen zählen das Nuten, Abstechen, Rändeln, Reiben sowie das Gewindeschneiden (Innen- und Außengewinde). Mit angetriebenen Werkzeugen und zusätzlichen Achsen können moderne Drehzentren zudem außermittiges Bohren, Schlitzen, die Bearbeitung von Querbohrungen sowie leichte Fräsarbeiten ausführen. Dadurch lässt sich die Anzahl der Umrüstvorgänge reduzieren.

Arten von CNC-Drehmaschinen

Eine einfache zweiachsige CNC-Drehmaschine nutzt Bewegungen entlang der X- und Z-Achse und eignet sich für Bauteile, bei denen konzentrische Merkmale im Vordergrund stehen. Ein CNC-Drehzentrum kann zusätzlich mit antriebsgetriebenen Werkzeugen, einer Gegenspindel, zusätzlichen Achsen, einem Stangenlader oder einem Werkstückauffangbehälter ausgestattet sein.

Drehmaschinen nach Schweizer Art sind für kleine, lange oder schlanke Werkstücke ausgelegt. Eine Führungsbuchse stützt das Werkstück nahe der Schnittzone ab und trägt so dazu bei, die Durchbiegung zu begrenzen.

Doppelspindelmaschinen können ein Bauteil von der Hauptspindel auf eine Nebenspindel übertragen und Merkmale auf der Rückseite bearbeiten, ohne dass eine manuelle Neupositionierung erforderlich ist. Die Auswahl der Maschine hängt von der Geometrie, dem Durchmesser, dem Verhältnis von Länge zu Durchmesser, der Toleranz, dem Stückzahlvolumen und den sekundären Merkmalen ab.

CNC-Drehmaschine vs. manuelle Drehmaschine

Bei einer manuellen Drehmaschine ist der Bediener maßgeblich für die Steuerung der Werkzeugbewegungen, der Spindeleinstellungen und der Bearbeitungsabläufe verantwortlich. Sie eignet sich gut für einfache Reparaturen, Einzelstücke und grundlegende Werkstattarbeiten. Eine CNC-Drehmaschine folgt einem gespeicherten Programm, wodurch sich derselbe Werkzeugweg leichter auf mehrere Werkstücke wiederholen lässt.

Die CNC-Bearbeitung bietet bei Serienaufträgen eine höhere Konsistenz und Produktivität. Außerdem lassen sich damit Profile herstellen, die manuell nur schwer nachzuarbeiten sind. Allerdings erfordert sie Programmierung, Einrichtung, Werkzeugausstattung und Prozessüberprüfung. Eine manuelle Drehmaschine mag für ein einfaches Einzelteil wirtschaftlich sein, während sich das CNC-Drehen in der Regel besser für Fertigungen mit engen Toleranzen oder Serienfertigung eignet.

CNC-Drehmaschine vs. CNC-Fräsmaschine

Der Hauptunterschied besteht darin, welches Element sich dreht. Bei einer CNC-Drehmaschine dreht sich das Werkstück, während sich das Schneidwerkzeug bewegt. Bei einer CNC-Fräsmaschine dreht sich das Schneidwerkzeug, während das Werkstück in der Regel auf einem Tisch oder in einer Spannvorrichtung befestigt ist.

Drehmaschinen eignen sich am besten für Teile, die um eine zentrale Achse herum gefertigt werden, darunter Wellen, Buchsen, Stifte, Rollen und Gewindeanschlüsse. Fräsmaschinen sind besser geeignet für ebene Flächen, Taschen, Nuten, Lochmuster, Halterungen, Gehäuse und komplexe Freiformflächen.

Bei einigen Bauteilen sind beide Verfahren erforderlich. Ein Fräs-Dreh-Zentrum oder ein Drehzentrum mit angetriebenen Werkzeugen kann viele Dreh- und Fräsbearbeitungen in einer einzigen Aufspannung ausführen.

Vorteile von CNC-Drehmaschinen

Der größte Vorteil einer CNC-Drehmaschine ist die wiederholbare Fertigung. Ein stabiler Prozess ermöglicht die Reproduktion der programmierten Geometrie mit minimalen Abweichungen und gewährleistet gleichzeitig einen effizienten Materialabtrag sowie eine präzise Kontrolle von Rundlauf, Durchmesser und axialen Maßen.

Durch Automatisierung lassen sich Mehrfachbearbeitungszyklen effizienter gestalten. Stangenlader, robotergestützte Bestückung, Werkzeugüberwachung und automatische Prüfung unterstützen die Großserienfertigung, während weniger Umrüstungen Handlingfehler zwischen kritischen Merkmalen reduzieren.

Diese Vorteile machen Fachwissen im Bereich der Fertigung jedoch nicht überflüssig. Dünnwandige Teile können sich unter dem Druck des Spannfutters verformen, lange Werkstücke können in Schwingungen geraten, und manche Werkstoffe erzeugen Wärme oder schwer zu entfernende Späne. Ingenieure müssen bei der Entwicklung des Prozesses die Werkstückspannung, die Werkzeuggeometrie, die Schnittparameter, das Kühlmittel und die Anforderungen an die Qualitätsprüfung berücksichtigen.

Die zehn weltweit führenden Hersteller von CNC-Drehmaschinen

Die folgenden Marken werden nicht ausschließlich nach ihrem Umsatz bewertet. Bei der Erstellung der Liste wurden die Unternehmensgeschichte, die Produktpalette an CNC-Drehmaschinen, die Bearbeitungstechnologie, die Marktbekanntheit sowie die weltweiten Servicekapazitäten berücksichtigt.

1. DMG MORI

DMG MORI verfügt über ein Management- und Produktionsnetzwerk, das sich über Tokio (Japan) und Bielefeld (Deutschland) erstreckt. Die japanische Ingenieurstradition des Unternehmens geht auf Mori Seiki zurück, das 1948 von den drei Mori-Brüdern gegründet wurde, während die deutschen Wurzeln auf Gildemeister zurückgehen, das 1870 gegründet wurde. Das Unternehmen liefert Universal-CNC-Drehmaschinen, Serien-Drehmaschinen und Dreh-Fräszentren für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, den Energiesektor sowie für die komplexe Präzisionsbearbeitung. Zu seinen wichtigsten Vorteilen zählen ein umfassendes Produktportfolio, fortschrittliche Multitasking-Fähigkeiten sowie integrierte Automatisierungs- und digitale Produktionslösungen.

2. Yamazaki Mazak

Mazak wurde 1919 von Sadakichi Yamazaki in Nagoya, Japan, gegründet. Der heutige Hauptsitz des Unternehmens befindet sich in Oguchi in der Präfektur Aichi. Die QUICK TURN-Serie ist für die allgemeine CNC-Drehbearbeitung ausgelegt, während die INTEGREX-Serie Drehen, Fräsen und mehrachsige Bearbeitung auf einer Plattform vereint. Mazak-Maschinen sind bekannt für das benutzerfreundliche MAZATROL-Steuerungssystem, eine umfassende Modellpalette und die Möglichkeit, den Rüstaufwand für komplexe Werkstücke zu reduzieren.

3. Okuma

Okuma wurde 1898 von Eiichi Okuma in Nagoya, Japan, gegründet. Der weltweite Hauptsitz des Unternehmens befindet sich heute in Oguchi in der Präfektur Aichi. Das Unternehmen entwickelt Maschinenkonstruktionen, Servosysteme und OSP-CNC-Steuerungen im eigenen Haus und verfügt dadurch über umfassende Kompetenzen in der Integration von Hardware und Software. Die Baureihen LB, GENOS und MULTUS zeichnen sich durch hohe strukturelle Steifigkeit, thermische Stabilität und gleichbleibende Bearbeitungsgenauigkeit aus. Diese Maschinen eignen sich für die Bearbeitung von Wellenbauteilen, für schwere Zerspanungsaufgaben sowie für hochpräzise Dreh-Fräs-Bearbeitungen.

4. Haas Automation

Haas Automation wurde 1983 von Gene Haas gegründet. Der Hauptsitz und die Hauptproduktionsstätte befinden sich in Oxnard, Kalifornien, USA. Die ST-Serie umfasst Standard-Drehmaschinen, Maschinen mit Y-Achse, Modelle mit großem Bohrungsdurchmesser sowie Modelle mit langem Bett, während die DS-Serie die Bearbeitung mit zwei Spindeln ermöglicht. Haas-Maschinen zeichnen sich durch ein benutzerfreundliches Steuerungssystem, einfache Maschinenkonfigurationen und relativ überschaubare Investitionskosten aus. Sie werden häufig von kleinen und mittleren Maschinenbaubetrieben für die allgemeine Teilefertigung eingesetzt.

5. DN Solutions

DN Solutions ist ein südkoreanischer Werkzeugmaschinenhersteller. Das Werkzeugmaschinengeschäft des Unternehmens begann 1976 mit der Fertigstellung des Werkzeugmaschinenwerks von Daewoo Heavy Industries, sodass das Unternehmen keinen einzelnen Gründer hat. Zu den Produktfamilien PUMA und Lynx gehören Kompaktdrehmaschinen, Drehzentren mit Y-Achse, Hochleistungsdrehmaschinen, Doppelspindelmaschinen und Dreh-Fräszentren. Die Hauptstärken des Unternehmens liegen in der breiten Produktpalette, der stabilen Zerspanungsleistung und der Fähigkeit, Maschineninvestitionen mit der Produktionseffizienz in Einklang zu bringen.

6. INDEX / TRAUB

INDEX wurde 1914 von Hermann Hahn in Deutschland gegründet. Der Hauptsitz des Konzerns befindet sich derzeit in Esslingen. Das Unternehmen ist auf die Herstellung von automatischen Drehmaschinen, Mehrspindelmaschinen, Langdrehmaschinen und modernen Dreh-Fräszentren spezialisiert. Maschinen von INDEX und TRAUB nutzen mehrere Revolver und Spindeln für die Simultangebearbeitung, wodurch die Produktionszykluszeiten verkürzt werden. Sie eignen sich besonders für die Großserienfertigung von Automobil-, Hydraulik- und Steckverbinderkomponenten sowie komplexen Präzisionsbauteilen.

7. Nakamura-Tome

Nakamura-Tome wurde 1949 von Tomeo Nakamura und seiner Frau in Kanazawa, Japan, gegründet. Das Unternehmen stellt vor allem Doppelspindel-, Doppelrevolver- und Multitasking-CNC-Drehmaschinen her. Seine Maschinen sind so konzipiert, dass sie Drehen, Fräsen, Bohren und Zahnradbearbeitung in einer einzigen Aufspannung ausführen können. Durch den hohen Grad an Prozessintegration werden Maschinentransporte, wiederholte Positionierungsfehler und Wartezeiten bei den in Bearbeitung befindlichen Werkstücken reduziert.

8. Citizen Machinery

Citizen Machinery ging aus dem Präzisionsmaschinenbau von Citizen hervor und fusionierte 2011 mit dem Miyano-Konzern. Das Unternehmen lässt sich daher nicht einem einzigen Gründer zuordnen; das Miyano-Unternehmen wurde 1929 von Toshimori Miyano gegründet. Die Cincom-Baureihe konzentriert sich auf das automatische Drehen nach Schweizer Art, während die Miyano-Baureihe hauptsächlich aus Drehmaschinen mit festem Spindelstock besteht. Diese Maschinen eignen sich für die Hochgeschwindigkeitsfertigung von medizinischen Bauteilen, elektronischen Steckverbindern, kleinen Automobilteilen und schlanken Wellenkomponenten.

9. Tsugami

Die technischen Anfänge von Tsugami gehen auf die Forschungen des Gründers Taisuke Tsugami im Bereich der Messblöcke im Jahr 1923 zurück. Das Unternehmen wurde 1937 in Nagaoka in der Präfektur Niigata, Japan, offiziell gegründet. Die Produktpalette umfasst Präzisions-Drehautomaten, Langdrehmaschinen, Revolverdrehmaschinen und Drehzentren. Tsugami legt besonderen Wert auf die Kontrolle thermischer Verformungen, die Maschinensteifigkeit und die Präzision bei der Bearbeitung von Bauteilen mit kleinem Durchmesser. Die Maschinen des Unternehmens werden häufig für die Fertigung von Bauteilen in der Automobilindustrie, der Medizintechnik, der Optik sowie der Präzisionselektronik eingesetzt.

10. EMAG

Die Ursprünge von EMAG gehen auf eine 1867 in Bautzen, Sachsen, gegründete Eisengießerei und Maschinenbaufirma zurück. In der offiziellen Unternehmensgeschichte wird kein einzelner Gründer genannt. Das Unternehmen hat heute seinen Hauptsitz in Salach und ist bekannt für vertikale Umkehrdrehmaschinen und die Pick-up-Spindel-Technologie. EMAG-Maschinen nutzen die Spindel zum automatischen Be- und Entladen und können Drehen, Bohren, Fräsen, Schleifen und Zahnradbearbeitung integrieren. Sie eignen sich besonders für die automatisierte Fertigung von Zahnrädern, Bremsscheiben, Radnaben und Komponenten für den Automobil-Antriebsstrang.

Typische Anwendungsbereiche für CNC-Drehmaschinen

CNC-Drehmaschinen kommen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Elektronik, der Energiewirtschaft, der Robotik und der industriellen Fertigung zum Einsatz. Zu den typischen Produkten zählen Wellen, Hydraulikarmaturen, Ventilgehäuse, Befestigungselemente, Distanzstücke, Riemenscheiben, Düsen, Steckverbinder und Teile für chirurgische Instrumente.

Das Verfahren ist besonders dann von großem Nutzen, wenn ein Bauteil konzentrische Durchmesser, Schultern, Nuten, Bohrungen oder Gewinde aufweist. Es eignet sich sowohl für Prototypen als auch für die Serienfertigung, sofern die Maschine und der Qualitätsplan auf das jeweilige Projekt abgestimmt sind.

So kann beispielsweise ein Automobilhersteller die CNC-Drehbearbeitung zur Herstellung von Getriebewellen, Gewindefittings und Fahrwerkskomponenten einsetzen. In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden CNC-Drehmaschinen für leichte Aluminiumteile, Titan-Befestigungselemente und präzise Hydraulikkomponenten verwendet. Hersteller medizinischer Produkte setzen auf die CNC-Drehbearbeitung für kleine Teile aus Edelstahl und Titan, die kontrollierte Abmessungen und eine gleichbleibende Oberflächenqualität erfordern.

Welche Werkstoffe können mit CNC-Drehmaschinen bearbeitet werden?

CNC-Drehmaschinen können eine Vielzahl von Metallen und Kunststoffen bearbeiten. Aluminium wird häufig verwendet, da es leicht, korrosionsbeständig und relativ einfach zu bearbeiten ist. Edelstahl bietet eine höhere Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, erfordert jedoch in der Regel niedrigere Schnittgeschwindigkeiten und eine sorgfältigere Werkzeugauswahl.

Kohlenstoffstahl und legierter Stahl werden üblicherweise für Wellen, Zahnräder, Befestigungselemente und tragende Bauteile verwendet. Messing und Kupfer kommen bei elektrischen Steckverbindern, Ventilen, Armaturen und Bauteilen für das Wärmemanagement zum Einsatz. Titan eignet sich für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizin, stellt jedoch Herausforderungen hinsichtlich Wärmekonzentration und Werkzeugverschleiß dar.

Auch technische Kunststoffe wie POM, Nylon, PTFE, PEEK und UHMW-PE lassen sich drehen. Aufgrund ihrer geringeren Steifigkeit und ihres unterschiedlichen thermischen Verhaltens sind geeignete Schneidwerkzeuge, kontrollierte Spannkräfte und sorgfältig ausgewählte Bearbeitungsparameter erforderlich.

Wann wird eine CNC-Drehmaschine benötigt?

Eine CNC-Drehmaschine wird benötigt, wenn ein Bauteil in erster Linie um eine Drehachse herum konstruiert ist und eine präzise Steuerung von Durchmesser, Rundheit, Konzentrizität und Oberflächengüte erfordert. Zu den typischen Bauteilen zählen Wellen, Hülsen, Flansche, Gewindeanschlüsse, Kolben, Ventilschieber und scheibenförmige Bauteile.

• Für rotationssymmetrische Teile: CNC-Drehmaschinen bearbeiten effizient Außendurchmesser, Innenbohrungen, Stirnflächen, Kegel, Bögen, Nuten und Gewinde, die um eine zentrale Achse angeordnet sind.
• Für enge Toleranzanforderungen: Lagersitze, Dichtflächen und passgenaue Durchmesser erfordern eine zuverlässige Kontrolle von Abmessungen, Rundheit, Zylindrizität und Rundlaufabweichung. Das CNC-Drehen reduziert manuelle Bedienungsfehler.
• Für eine gleichbleibende Serienfertigung: CNC-Programme wiederholen immer wieder dieselben Werkzeugwege und Schnittparameter, wodurch sie sich für die Mittel- und Großserienfertigung mit stabiler Maßhaltigkeit eignen.
• Für komplexe Drehteile: Teile mit mehreren Arbeitsschritten, Innen- und Außengewinden, Konussen, tiefen Nuten oder mehreren Präzisionsdurchmessern können mit einem Mehrstationen-Revolver kontinuierlich bearbeitet werden.
• Für die Dreh-Fräs-Bearbeitung: CNC-Drehmaschinen, die mit antriebsgebundenen Werkzeugen, einer C-Achse, einer Y-Achse und einer Gegenspindel ausgestattet sind, können Dreh-, Fräs-, Bohr-, Gewindeschneid- und außermittige Bearbeitungen in einer Aufspannung ausführen.
• Für hochfeste Werkstoffe: Legierter Stahl, Edelstahl, Titan und hitzebeständige Legierungen erfordern eine stabile Maschinensteifigkeit, Spindelleistung und die Kontrolle der Schnittparameter. CNC-Drehmaschinen sorgen für die erforderliche Prozessstabilität.
• Für die automatisierte Fertigung: CNC-Drehmaschinen können Stangenlader, Roboter-Beschickungssysteme, automatische Messgeräte und Späneförderer integrieren, um eine kontinuierliche Produktion mit weniger manuellen Eingriffen zu ermöglichen.

Wenn ein Bauteil hauptsächlich große ebene Flächen, Hohlräume oder frei geformte Oberflächen in verschiedene Richtungen aufweist, ist in der Regel das CNC-Fräsen oder die fünfachsige Bearbeitung besser geeignet. Bei komplexen Bauteilen, die rotationssymmetrische und nicht-rotationssymmetrische Merkmale kombinieren, ist ein Dreh-Fräszentrum die bessere Wahl.

Häufige Herausforderungen und Lösungen bei der Bearbeitung mit CNC-Drehmaschinen

Vibrationen und Rattern bei der Bearbeitung

Hauptursachen: Übermäßiger Werkstück- oder Werkzeugüberhang, unzureichende Spannsteifigkeit oder Spindeldrehzahlen im Resonanzbereich.

Lösungen: Verringern Sie den Überhang, stützen Sie das Werkstück mit einem Reitstock oder einer Lünette ab und optimieren Sie Spindeldrehzahl, Vorschub und Schnitttiefe. Verwenden Sie für die Tiefloch- oder Langüberhangbearbeitung eine schwingungsdämpfende Bohrstange.

Maßabweichungen und mangelnde Konsistenz

Hauptursachen: Thermische Verformung der Maschine, steigende Werkstücktemperatur, Werkzeugverschleiß oder verzögerte Werkzeugversatzkorrektur.

Lösungen: Die Maschine vor Produktionsbeginn vorwärmen und die Kühlmitteltemperatur kontrollieren. Das Schruppen vom Schlichten trennen und Maßabweichungen durch Erstmusterprüfung, Messungen während des Fertigungsprozesses und Anpassungen der Werkzeugversätze kontrollieren.

Mangelhafte Oberflächenqualität

Hauptursachen: Abgenutzte Einsätze, Aufbauschneide, zu hohe Vorschubgeschwindigkeit, Werkstückvibrationen oder unzureichende Kühlmittelzufuhr.

Lösungen: Wählen Sie die für das Material geeignete Schneideinsatssorte, den Spanknacker und den Spitzenradius aus. Halten Sie eine gleichbleibende Schlichtzugabe ein und optimieren Sie Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Kühlmittelrichtung.

Werkzeugverschleiß oder Ausbrüche an den Schneideinsätzen

Hauptursachen: Eine ungeeignete Schneideinsatssorte, eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit, Stöße durch unterbrochenen Schnitt oder eine unsichere Werkzeugbefestigung.

Lösungen: Wählen Sie die Werkzeuge entsprechend der Materialhärte und den Bearbeitungsbedingungen aus. Kontrollieren Sie die Schnittparameter und legen Sie festgelegte Standards für die Standzeit und den Austausch der Werkzeuge fest, um einen übermäßigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden.

Chip-Verschränkung und unzureichende Evakuierung

Hauptursachen: Zerspanungsparameter außerhalb des Wirkbereichs des Spanbrechers, hochduktile Werkstoffe oder unzureichender Kühlmitteldruck.

Lösungen: Wählen Sie einen geeigneten Spanbrecher aus und passen Sie die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnitttiefe an. Verwenden Sie gerichtetes Hochdruck-Kühlmittel und fügen Sie programmierte Rückzugsbewegungen hinzu, wenn ein kontrollierter Spanbruch erforderlich ist.

Werkstückverformung, Koaxialitäts- oder Rundlauffehler

Hauptursachen: Zu hoher Spannkraftdruck, unzureichende Steifigkeit bei schlanken Wellen, wiederholte Einrichtvorgänge oder uneinheitliche Bezugspunkte bei der Bearbeitung.

Lösungen: Verhindern Sie Verformungen durch den Einsatz von weichen Backen, Spannzangenfutter und zusätzlicher Abstützung. Bearbeiten Sie die betreffenden Durchmesser nach Möglichkeit in einer Aufspannung und überprüfen Sie die Ausrichtung von Spannfutter, Spindel und Reitstock.

Programmierfehler und Maschinenkollisionen

Hauptursachen: Falsche Arbeitskoordinaten, Werkzeugversätze oder Sicherheitspositionen sowie nicht überprüfte Programmänderungen.

Lösungen: Führen Sie vor der Produktion eine vollständige Programmsimulation und einen Probelauf durch. Verwenden Sie beim ersten Werkstück den Einzelblockbetrieb und eine reduzierte Eilganggeschwindigkeit, während Sie Werkzeuge, Spannvorrichtungen, Werkstückkoordinaten und Werkzeugwechselbahnen überprüfen.

Sicherheitsvorschriften für CNC-Drehmaschinen und wichtige Einstellparameter

CNC-Drehmaschinen zeichnen sich durch hohe Drehzahlen, automatische Werkzeugwechsel und kontinuierliche Vorschubbewegungen aus. Vor Beginn der Bearbeitung müssen die Bediener die Werkstückspannung, die Werkzeuge, das Programm und die Sicherheitseinrichtungen überprüfen. Die Schnittparameter müssen entsprechend dem Werkstoff, dem Schneidwerkzeug, der Werkstückgeometrie und den Maschinenkapazitäten festgelegt werden. Feste Parameterwerte sollten nicht ohne Überprüfung angewendet werden.

Sicherheitsvorschriften für CNC-Drehmaschinen

Personal und persönliche Schutzausrüstung

Das Bedienpersonal muss eine Einweisung in die Bedienung der Geräte und in Sicherheitsvorschriften erhalten. Es muss mit der Bedienungsanleitung der Maschine, dem Steuerungssystem und den Standorten der Not-Aus-Schalter vertraut sein.

Schutzbrillen, Sicherheitsschuhe und Gehörschutz müssen gemäß der betrieblichen Gefährdungsbeurteilung getragen werden. Die Kleidung muss eng anliegen, lange Haare müssen zusammengebunden werden und Schmuck muss abgelegt werden.

Tragen Sie niemals Handschuhe in der Nähe eines rotierenden Spannfutters, eines Werkstücks oder eines Schneidwerkzeugs. Die Sicherheitsvorschriften müssen der Sicherheitsnorm ISO 23125 für Drehmaschinen, den geltenden örtlichen Vorschriften und der jeweiligen Maschinenbedienungsanleitung entsprechen.

Inspektion vor dem Start

Vergewissern Sie sich, dass die folgenden Komponenten in einwandfreiem Betriebszustand sind:

• Maschinentüren, Türverriegelungen und Not-Aus-Einrichtungen;
• Spannfutter, Spannbacken, Spannvorrichtungen und Revolver;
• Schmieröl, Hydrauliköl, Kühlmittel und Luftdruck;
• Reitstock, Lünette, Stangenlader und Späneförderer;
• Maschinenalarme, Achsbegrenzungen und Sicherheitsfunktionen.

Entfernen Sie niemals Maschinenschutzvorrichtungen und umgehen Sie niemals Türverriegelungen. Schutzvorrichtungen müssen rotierende Bauteile und den Bearbeitungsbereich abschirmen und gleichzeitig herausgeschleuderte Werkstücke und umherfliegende Späne auffangen. Beachten Sie die OSHA-Vorschriften für Maschinenschutzvorrichtungen.

Werkstückspannung

Das Werkstück muss sicher in einem Spannfutter, einer Spannzange oder einer speziellen Spannvorrichtung fixiert werden. Der Spannfutterdruck muss unter Berücksichtigung der Schnittkräfte, des Spann-Durchmessers, der Steifigkeit des Werkstücks und der zulässigen Verformung festgelegt werden.

Bei zu geringem Druck kann sich das Werkstück verschieben oder herausgeschleudert werden. Zu hoher Druck kann dünnwandige Bauteile verformen.

Die Spindeldrehzahl darf den niedrigsten zulässigen Wert des Spannfutters, der Spannbacken, der Spannvorrichtung oder des Werkstücks nicht überschreiten. Stangenmaterial, das aus dem hinteren Bereich der Spindel herausragt, muss durch eine Spindelhülse oder einen Stangenvorschub abgestützt oder durch eine geeignete Schutzvorrichtung umschlossen sein. Schlanke Werkstücke im Bearbeitungsbereich müssen bei Bedarf mit einem Reitstock oder einer Lünette abgestützt werden. Beachten Sie die Sicherheitshinweise für Haas-Drehmaschinen.

Installation des Tools

Überprüfen Sie nach der Installation der Tools Folgendes:

• Die Spezifikationen für den Werkzeughalter und die Schneideinsätze;
• Die Ausrichtung des Tooltips und die Stationsnummer;
• Der Werkzeugüberhang;
• Die Sicherheit des Werkzeughalters, des Werkzeugblocks und der Befestigungsschrauben;
• Freiraum zwischen Revolver, Spannfutter, Reitstock und Werkstück während der Indexierung.

Der Werkzeugüberhang sollte so kurz wie möglich gehalten werden, um die Systemsteifigkeit zu verbessern und Schwingungen zu reduzieren.

Programm- und Erstmusterprüfung

Überprüfen Sie vor der Bearbeitung des ersten Werkstücks das Programm, das Arbeitskoordinatensystem, die Werkzeugkorrekturen, die Spindeldrehzahl, den Vorschubmodus und die sicheren Rückzugspositionen.

Die empfohlene Überprüfungsreihenfolge umfasst:

• Grafische Simulation oder Werkzeugwegüberprüfung;
• Trockenlauf- oder Maschinenblockierungsprüfung;
• Ausführung in einem einzigen Block;
• Reduzierte Eilgang- und Vorschubgeschwindigkeits-Übersteuerungen;
• Schrittweise Überprüfung der Abstände zwischen Werkzeug, Spannfutter, Werkstück und Reitstock.

Ein nicht verifiziertes Programm darf nicht automatisch mit voller Betriebsgeschwindigkeit ausgeführt werden.

Prozesskontrolle bei der Bearbeitung

Die Maschinentüren müssen während des automatischen Betriebs geschlossen bleiben. Das Werkstück darf erst dann vermessen, das Schneidwerkzeug erst dann berührt, die Kühlmitteldüsen erst dann eingestellt und Späne erst dann entfernt werden, wenn die Spindel vollständig zum Stillstand gekommen ist.

Entfernen Sie nach dem Stillstand der Maschine Späne mit einem Spanhaken, einer Zange oder einem Späneabsaugsystem. Entfernen Sie lange oder verwickelte Späne niemals mit der Hand. Richten Sie keine Druckluft auf Personen oder in einen offenen Arbeitsbereich.

Überwachen Sie kontinuierlich die Spindelbelastung, den Werkzeugverschleiß, die Spanbildung, die Kühlmittelzufuhr und ungewöhnliche Vibrationen.

Störzustände und Wartung

Halten Sie die Maschine sofort an, wenn es zu einer Kollision, ungewöhnlichen Geräuschen, starken Vibrationen, einer Spindelüberlastung, einem Werkzeugausfall oder einer Bewegung des Werkstücks kommt.

Bevor Sie Wartungsarbeiten an der Maschine durchführen, einen Materialstau beseitigen oder einen Gefahrenbereich betreten, müssen Sie die elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Energiequellen abschalten. Lassen Sie den gespeicherten Druck ab und vergewissern Sie sich, dass die Maschine nicht unerwartet wieder anlaufen kann.

Ein Not-Aus-Schalter ersetzt kein vollständiges Verriegelungs- und Kennzeichnungsverfahren. Beachten Sie die OSHA-Norm zur Kontrolle gefährlicher Energiequellen.

Gängige Parameter für die Einrichtung der CNC-Drehbearbeitung

Spindeldrehzahl und Schnittgeschwindigkeit

Die Schnittgeschwindigkeit muss entsprechend dem Werkstückwerkstoff, der Härte, dem Werkzeugwerkstoff und dem Bearbeitungsvorgang gewählt werden. Im metrischen System wird die Spindeldrehzahl wie folgt berechnet:

n = 1000 × vc ÷ (π × Dm)

Wo:

• n: Spindeldrehzahl in U/min;
• vc: Schnittgeschwindigkeit in m/min;
• Dm: Bearbeiteter Durchmesser in mm.

Für Steuerungen vom Typ Haas und FANUC:

• G97: Modus mit fester Spindeldrehzahl;
• G96: Modus mit konstanter Fluggeschwindigkeit;
• G50 S...: maximale Spindeldrehzahl.

Wenn G96 Ist diese Funktion aktiviert, steigt die Spindeldrehzahl, je näher sich das Werkzeug der Werkstückmittellinie nähert. Daher muss eine maximale Spindeldrehzahl programmiert werden. Außerdem müssen die zulässigen Drehzahlen des Spannfutters, der Spannbacken, der Spannvorrichtung und des Werkstücks berücksichtigt werden.

Vorschubgeschwindigkeit

Bei herkömmlichen Außendreh-, Plandreh- und Bohrvorgängen wird in der Regel der Vorschub pro Umdrehung verwendet. Der Vorschub wird wie folgt berechnet:

vf = fn × n

Wo:

• vf: Vorschubgeschwindigkeit in mm/min;
• fn: Vorschub pro Umdrehung in mm/U;
• n: Spindeldrehzahl in U/min.

Bei Steuerungssystemen vom Typ Haas und FANUC, G99 gibt den Vorschub pro Umdrehung an, während G98 gibt den Vorschub pro Minute an. Der aktive Vorschubmodus muss vor dem Aufruf eines Bearbeitungszyklus bestätigt werden, um eine falsche Vorschubgeschwindigkeit zu vermeiden.

Schnitttiefe

Die radiale Schnitttiefe beim Außendurchmesser-Drehen berechnet sich wie folgt:

ap = (D1 − D2) ÷ 2

Wo:

• ap: Schnitttiefe in mm;
• D1: Durchmesser vor der Bearbeitung;
• D2: Durchmesser nach der Bearbeitung.

Beim Schruppen werden in der Regel eine größere Schnitttiefe und ein höherer Vorschub eingesetzt, um die Materialabtragsrate zu erhöhen. Beim Schlichten werden eine geringere Schnitttiefe und ein geringerer Vorschub verwendet, um Maßgenauigkeit, Rundheit und Oberflächenrauheit zu gewährleisten. Diese Formeln stimmen mit den Drehformeln von Sandvik Coromant überein.

Die spezifischen Bearbeitungsparameter müssen entsprechend den Empfehlungen des Schneidwerkzeugherstellers, dem Materialzustand, der Werkstücksteifigkeit, der Werkstückspannung und der Maschinenbelastung ausgewählt werden. Alle Einstellungen müssen durch einen kontrollierten Probeschneidversuch am Erststück überprüft werden.

Auswahl eines Anbieters für die Bearbeitung auf CNC-Drehmaschinen

Bei der Auslagerung von CNC-Dreharbeiten sollten Auftraggeber die Maschinenkapazität, die unterstützten Werkstoffe, die Toleranzen, die Prüfausrüstung, die Oberflächenbearbeitungsmöglichkeiten, die Stückzahlkapazität sowie die Erfahrung mit vergleichbaren Bauteilen bewerten. Eine vollständige 2D-Zeichnung sollte kritische Maße, Toleranzen, Gewinde, Oberflächenrauheit, Werkstoffgüte, Wärmebehandlung und Anforderungen an die Oberflächenbearbeitung enthalten.

Eine klare Kommunikation trägt dazu bei, Fehler zu vermeiden. Eine Prüfung der Herstellbarkeit ist sinnvoll, wenn ein Entwurf tiefe Bohrungen, dünne Wände, lange, nicht abgestützte Abschnitte, geringe Rundlaufabweichungen oder Merkmale enthält, die den Einsatz von angetriebenen Werkzeugen erfordern. Ein kompetenter Lieferant kann praktische Änderungen vorschlagen, ohne dabei die Funktion zu beeinträchtigen.

Käufer sollten sich zudem vergewissern, wie der Lieferant die Fertigteile misst. Je nach Geometrie können bei der Prüfung Mikrometer, Bohrungsmessgeräte, Höhenmessgeräte, Gewindelehren, optische Messsysteme oder Koordinatenmessmaschinen zum Einsatz kommen. Bei streng kontrollierten Industrieprojekten können Prüfberichte und Werkstoffzertifikate erforderlich sein.

Schlussfolgerung

Eine CNC-Drehmaschine ist eine automatisierte Maschine, die rotierendes Material mit präzise gesteuerten Schneidwerkzeugen bearbeitet. Sie ist eine der effizientesten Fertigungslösungen für zylindrische und achsensymmetrische Bauteile, von einfachen Stiften bis hin zu Buchsen bis hin zu komplexen Bauteilen mit Gewinden, Nuten, Bohrungen und gefrästen Strukturen.

Das Verständnis der Funktionsweise von CNC-Drehmaschinen – und ihrer Grenzen – hilft Ingenieuren dabei, das richtige Verfahren auszuwählen, besser fertigungsgerechte Bauteile zu konstruieren und gleichmäßigere Produktionsergebnisse zu erzielen. Wenn die richtige Maschine, die richtigen Werkzeuge, die richtige Werkstückspannung und die richtigen Prüfverfahren kombiniert werden, CNC-Drehen kann sowohl präzise Prototypen als auch eine zuverlässige Großserienfertigung gewährleisten.