Design Tipp Juni 2015



Drehen von Teilen mit zylindrischen Merkmalen

Früher war alles ganz einfach: Runde Teile wurden an Drehbänken gedreht, während nicht runde Teile an Fräsen bearbeitet wurden. Mit dem Aufkommen von CNC-Bearbeitungszentren, die runde Teilemerkmale mühelos einfügen, verwischte die Trennlinie zwischen den beiden Bearbeitungsverfahren.


Die Situation wurde noch unübersichtlicher, als es möglich wurde, CNC-Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen zu betreiben. Bearbeitungsschritte, die einst ausschließlich der Fräsabteilung vorbehalten waren, konnten nun vollständig mit der Drehmaschine durchgeführt werden. Die Entscheidung, welche Maschine sich am besten für ein bestimmtes Teil eignet, wurde dadurch weitaus komplizierter.


Bei manchen Teilen liegt das Drehverfahren auf der Hand. Denken Sie beispielsweise an den Kolben für ein Schieberventil oder an einen Hydraulikanschluss. Durch ihre zylindrische Symmetrie, gepaart mit einer komplexen Außengeometrie und anspruchsvollen inneren Merkmalen, sind diese Bauteile in der Dreherei zu Hause.


Umgekehrt wird der zu diesen Drehteilen gehörige rechteckige Ventilschaft mit seinen großen gefrästen Oberflächen, seinen detailreichen Taschen und seinen sich verschneidenden Bohrungen niemals an einer Drehmaschine gedreht, auch wenn die Maschine noch so gut mit angetriebenen Werkzeugen betrieben werden kann.


Dies sind einige der Gründe, warum unser CNC-Fräsdienst sich für das Drehverfahren entschieden hat. Durch Hinzufügen von CNC-Drehzentren mit angetriebenen Werkzeugen (Schaftfräsen) zu unserem bereits vorher umfangreichen 3-Achsen-Fräsdienst sind wir in der Lage, bei zylindrischen Merkmalen ein besseres Oberflächenfinish zu meist günstigeren Endpreisen zu erzeugen. Außerdem gestaltet das Drehverfahren eine effizientere Herstellung von Teilen, bei denen unser Fräsverfahren an seine Grenzen kommt. Wenn eine Kleinserienfertigung angestrebt wird, sind Drehteile eine gute Wahl.

Stangenware aus Metall wird vor Beginn des Drehens und Fräsens fest in eine Hochgeschwindigkeits-CNC-Drehmaschine gespannt.

Stangenware aus Metall wird vor Beginn des Drehens und Fräsens fest in eine Hochgeschwindigkeits-CNC-Drehmaschine gespannt.


Haben Sie einen Konzeptentwurf für ein neues optimales Kameraobjektivgehäuse? Oder eine revolutionäre Antriebswelle für einen Rasenmäher mit gefrästen Abflachungen und Gewindequerbohrungen? Die Chancen stehen gut, dass wir einen gedrehten Prototypen für diese Geometrie bereitstellen können.


Drehteile wie diese bieten mehrere Vorteile gegenüber Frästeilen. Wie bereits angedeutet, bereiten große Länge-Durchmesser-Verhältnisse bei Kolben und Schäften den Zerspanungstechnikern oft Bauchschmerzen. Das Drehen von Kerzenhaltern für den 60. Geburtstag Ihrer Tante ist an der Drehmaschine hingegen ein Kinderspiel.


Wenn Sie sich unsicher sind, bei welchen Teilen sich das Drehverfahren lohnt, sollten Sie sich ein paar Haushaltsgegenstände vor Augen halten. Ein Pint-Glas beispielsweise mit seiner glatten, regelmäßigen Form, dessen Länge um einiges größer ist als der Außendurchmesser, ist an der Drehmaschine eine einfache Übung - im Gegensatz zur Fräsmaschine. Eine Kaffeetasse mit ihrem herausragenden Henkel und einem praktischen Griffloch wiederum kann unmöglich gedreht werden.


Die 1,5-Kilo-Hanteln, die gerne im Schrank einstauben, können an einer Drehmaschine recht einfach hergestellt werden. Die breite, relativ große Vertiefung, zum Greifen der Stange, kann mit einem einfachen Aushöhlschritt gedreht werden – an einer Fräse wäre das Merkmal extrem schwer herzustellen.


Eine kleine Untertasse ließe sich mit beiden Verfahren herstellen. Ein Einfügen der konzentrischen Ränder und gekrümmten Oberflächen ist an einer Fräse und einer Drehmaschine gleichermaßen möglich, benötigt werden lediglich ein genauer G-Code und eine geeignete Abschneidvorrichtung. Gleichwohl wäre es zweifellos schneller und weitaus materialsparender, die Untertasse zu drehen.


Wie sieht es mit Schlauchtüllen für Sprinkler aus? Die V-förmigen Nuten müssten mit einer Spezialfräse in einem Fräszentrum hergestellt werden, während bei einer Drehmaschine ein Standard-Drehwerkzeug ausreichen würde.


Konservendosen und Salzstreuer, Wasserflaschen und Blumentöpfe – diese Formen sind für Drehmaschinen wie geschaffen. Milchkartons und Bilderrahmen hingegen? Nicht besonders. Das heißt nicht, dass wir alles drehen, das uns über den Weg läuft. Vorerst bieten wir Teile aus Aluminium, Stahl und einigen Edelstahlen an. Wir arbeiten jedoch mit Hochdruck an der Erweiterung unseres Angebots und werden noch in diesem Jahr die Werkstoffe Messing, Kupfer und Kunststoff einführen.


Was die Größe betrifft, werden wir Teile mit einem Maximaldurchmesser von 75 mm mal einer Länge von 228 mm, sowie von einem Mindestdurchmesser von 4 mm mal 1,5 mm Länge herstellen. Scharfe konische Punkte sind in Ordnung, solange der Winkel größer als 30 Grad beträgt. Keine Kompromisse bei Kugelschreiber-Prototypen oder Trinkhalm-Modellen.


Wie bereits erwähnt, sind unsere Drehmaschinen in der Lage zu fräsen. Das Bohren einer seitlichen Bohrung oder das Fräsen einer flächen Oberfläche liegen im Rahmen ihrer Möglichkeiten, solange das Merkmal parallel oder senkrecht zur Längsachse des Teils verläuft. Abgeschrägte Bohrungen sind jedoch leider nicht möglich. Alle gefrästen Nuten sollten breiter als 1,2 mm sein, doch da alle unsere Drehmaschinen mit einer Y-Achse ausgestattet sind, können wir Schlitze oder Bohrungen außermittig fräsen (innerhalb eines angemessenen Rahmens).

Proto Labs ist in der Lage, auf der Achse liegende Bohrungen und axiale Bohrungen sowie radiale Bohrung zu bearbeiten.

Proto Labs ist in der Lage, auf der Achse liegende Bohrungen und axiale Bohrungen sowie radiale Bohrung zu bearbeiten.


Soll der Namen Ihres Unternehmens auf den Teilen eingraviert werden? Erhabene Beschriftungen sind hierbei am besten geeignet, doch wir können die meisten Beschriftungen auch fräsen, solange die Linienstärke und der Zeichenabstand mindestens 0,5 mm betragen. Kleine Bohrungen schrecken uns nicht ab, ebenso wenig wie Gewinde. Vielmehr stellen wir radiale Bohrungen von bis zu 2 mm und axiale Bohrungen von bis zu 1 mm her. Ebenso unterstützen wir eine Reihe von UNC-, UNF- und metrischen Innen- und Außengewinden.


Wenn Sie bereits unseren Fräsdienst in Anspruch genommen haben, werden Sie möglicherweise festgestellt haben, dass gedrehte Oberflächen glatter und runder sind als ihre gefrästen Pendants. Gefräste Merkmale können sichtbare Werkzeugspuren haben; diese Oberflächen können wir jedoch perlstrahlen, um ihnen ein mattes Finish zu verleihen und kleine Grate zu entfernen, die nach dem Fräsverfahren übrig bleiben.


Wie alle Frästeile beginnt das Verfahren mit der Eingabe Ihres CAD-Modells in unser automatisiertes Angebotssystem. Unsere Software versucht, die beste Bearbeitungsmethode für den jeweiligen Werkstoff zu ermitteln (Fräsen oder Drehen). Über diese Entscheidung können Sie sich jedoch beim Konfigurieren des Angebots manchmal hinwegsetzen. Jedes Verfahren besitzt verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung gewünschter Merkmale und Gewinde. Die beiden Verfahren unterscheiden sich außerdem preislich. Wenn Sie das Angebot konfigurieren, wählen Sie nach Abwägen dieser Faktoren das Bearbeitungsverfahren aus, das Ihren Bedürfnisse am meisten entspricht. Wenn ein Teil nicht für das Drehverfahren mit einem bestimmten Werkstoff in Frage kommt, steht diese Option im Angebot für diesen Werkstoff nicht zur Verfügung.


Wir haben im Laufe der Jahre herausgefunden, dass die Herstellung runder Teile aus quadratischer oder rechteckiger Stangenware ein paar Wünsche offen lassen kann. Das Wegfräsen der scharfen Kanten zur Herstellung des runden Teils benötigt mehr Zeit als das Drehen aus Stangenmaterial. Außerdem erzeugt es mehr Materialabfall. Das Drehen solcher Teile in einer geeigneten Maschine ist mit Sicherheit für alle eine Win-Win-Situation. Wenn Sie mehr über das Drehverfahren von Proto Labs erfahren möchten, lesen Sie die Webseite zu unseren Verfahren und Richtlinien durch oder laden Sie Ihr Teil jetzt hoch, um zu sehen, ob es für das Verfahren in Frage kommt.


Online finden Sie eine Reihe hilfreicher Ressourcen rund um die CNC-Bearbeitung. Laden Sie unser kostenloses technisches Infoblatt zum Prototyping-Verfahren herunter.