6 Überlegungen beim Teiledesign für CNC

Mittwoch, 26. September 2018 Saleem Shariff

Ist es möglich, Perfektion plus schnelle und kostengünstige Prototypen und Serienteile von einem CNC-Serviceanbieter zu erhalten? 

Tatsache ist, dass bei der Fertigung von Teilen durch On-Demand-CNC-Bearbeitung verschiedene Aspekte gegeneinander abgewogen werden müssen. Man würde ja auch keinen Bentley zum Preis eines Mini erwarten, aber beide erfüllen im Prinzip die gleiche Funktion und bringen uns von A nach B. 

Genau wie Sie bei der Entscheidung über einen Autokauf verschiedene wichtige Punkte erwägen, können Sie auch beim Entwurf von Fräs- und Drehteilen verschiedene Überlegungen anstellen. Derartige Entscheidungen können zur Beschleunigung der Produktion und Reduzierung der Kosten beitragen. 

In diesem Artikel betrachten wir einige Entscheidungen, die zur Optimierung Ihres Entwurfs für die CNC-Bearbeitung führen. Wir betrachten Tiefe und Durchmesser von Bohrungen, Gewindegrößen und -arten, Beschriftungen auf Teilen, Wandhöhen und Merkmalbreiten, Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen und Mehrfachfräsen. 

1. Die ganze Wahrheit

Es gibt große Diskussionen, ob nun Bohrer oder Schaftbräser besser sind. 

Für eine schnelle Produktion zu niedrigeren Kosten bieten Schaftfräser pro Werkzeug größere Flexibilität bei den Lochgrößen und liefern auch eine bessere Oberfläche. Sie erlauben auch die Verwendung des gleichen Werkzeugs für Schlitze und Taschen, wodurch Zykluszeit und Kosten gesenkt werden. 

Als Designer müssen Sie beachten, dass Löcher, die mehr als sechs Durchmesser tief sind, aufgrund der begrenzten Länge des Schaftfräsers problematisch werden. Tiefere Löcher erfordern ggf. eine Bearbeitung von beiden Seiten aus. 

2. Rund ums Gewinde

Prüfen Sie, ob Ihr Lieferant einen Gewindefräser verwendet, statt Innengewinde mit einem Gewindebohrer zu schneiden. So entsteht ein akkurates Gewinde und mit ein und demselben Fräswerkzeug können beliebig große Gewinde mit der gleichen Steigung geschnitten werden. Dadurch ergeben sich kürzere Einrichte- und Fertigungszeiten. 

Mit nur einem Werkzeug lassen sich so UNC- und UNF-Gewinde von #2 bis 1/2 Zoll und metrische Gewinde von M2 bis M12 erzeugen. Mehr über Gewinde erfahren Sie hier.

3. Weniger Worte

Beim Text ist weniger tatsächlich mehr, wenn Sie Zeit und Geld sparen möchten. Fragen Sie sich, ob Sie die Teilenummer, die Bezeichnung oder das Logo wirklich in Ihre Teile fräsen lassen müssen? 

Lautet die Antwort ja, so müssen der Abstand zwischen den Zeichen und die Strichstärke mindestens 0,5 mm betragen. Verwenden Sie versenkten statt erhabenem Text und Sans-Serif-Schriften wie Arial oder Verdana mit einer Schiftgröße von mindestens 20 Punkt. 

4. Wandstärke und Merkmalgröße

Wandhöhen und Merkmalgrößen hängen stark von der individuellen Teilegeometrie sowie vom verwendeten Werkzeugsatz ab. 

Auch die härtesten Werkzeuge verformen sich, ebenso die Werkstücke aus Metall oder Kunststoff. Vermeiden Sie also sehr feine Details und hohe, dünne Wände. So beträgt zum Beispiel die Mindest-Merkmaldicke bei Protolabs 0,5 mm, die maximale Merkmaltiefe beträgt 51 mm. Das bedeutet jedoch nicht, dass sich diese Maße auch für die Rippen eines Kühlkörpers eignen. 

5. Die Fähigkeiten des Fertigungspartners kennen

Es lohnt sich, bei der Auslagerung der Fertigung genau zu recherchieren, denn es gibt bedeutende Unterschiede bei den Fähigkeiten verschiedener Unternehmen und damit auch den Möglichkeiten. 

6. Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen

Zum Beispiel bedeutet die Verwendung ähnlicher Werkzeugsätze wie in anderen Bearbeitungszentren, dass außermittige Löcher, Schlitze, Abflachungen und andere Merkmale parallel oder senkrecht zu langen Achsen des Drehstücks gearbeitet werden können. Dabei werden in der Regel die gleichen Designregeln wie bei Teilen angewendet, die mit Bearbeitungszentren gefertigt werden.

Der wichtigste Unterschied bei Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen besteht in der Form des Rohmaterials. Drehteile wie Wellen und Kolben werden aus Rundmaterial gefertigt, während Frästeile wie Verteilerblöcke, Instrumentengehäuse und Ventildeckel aus würfel- oder quaderförmigen Blöcken hervorgehen. 

Ich habe diesen Artikel hat mit einer Analogie zum Autokauf begonnen. Hier möchte ich noch darauf hinweisen, dass der Fortschritt sowohl beim CNC-Fräsen als auch bei der Autoherstellung von der Technologie vorangetrieben wird. Im ersteren Fall bedeutet dass, dass Sie schneller kostengünstigere und bessere Prototypen und Serienteile erhalten als noch vor ein paar Jahren. Voraussetzung ist, dass Sie das Design Ihres Teils gründlich überlegen und dabei auch die Fähigkeiten und die technische Ausstattung Ihres Fertigungspartners einbeziehen.