CNC-Drehen: Grundlagen für Einsteiger

Beim CNC-Drehen trägt ein Schneidwerkzeug Material von einem rotierenden Werkstück ab. Das Werkzeug rotiert üblicherweise nicht, sondern wird entlang gesteuerter Achsen vorgeschoben. Dieser Leitfaden erläutert das Verfahren, Bearbeitungsarten, Werkstoffe und konstruktive Gesichtspunkte.

Beim grundlegenden Verfahren rotiert das Rohmaterial, während sich das Schneidwerkzeug entlang seiner Oberfläche bewegt. Dabei wird kontinuierlich Material abgetragen, bis die gewünschte Geometrie entsteht.

Eine Hauptspindel hält und dreht das im Spannfutter befestigte Material. Die Schneidwerkzeuge sitzen im Revolver. Die Steuerung führt die Bewegungen aus; Kühlschmierstoff- und Spanabfuhrsysteme unterstützen den effizienten Betrieb.

Einfache 2-Achs-Drehmaschinen steuern das Werkzeug in X- und Z-Richtung. Mehrachs-Drehzentren können angetriebene Werkzeuge und zusätzliche C-, Y- oder B-Achsen besitzen. So können auch Fräs- und Bohroperationen ausgeführt werden.

Der Ablauf beginnt mit einem fertigen CAD-Entwurf. Anschließend erzeugt CAM-Software die erforderlichen Werkzeugbahnen. Daraus entsteht G-Code. Die Maschine liest diesen Code anschließend und führt die Zerspanung aus.

Beim CNC-Drehen lassen sich einfache und komplexe Merkmale bearbeiten. Dabei stellt sich die Frage: Welche Bauteile kann eine CNC-Drehmaschine herstellen?

Schruppdrehen entfernt Aufmaß vor dem Schlichten. Beim Längsdrehen entsteht durch Vorschub entlang der Werkstückachse eine zylindrische Oberfläche; es kann sowohl Schrupp- als auch Schlichtdurchgänge umfassen.

Plandrehen erzeugt bei korrekter Aufspannung und Maschinenausrichtung eine Stirnfläche senkrecht zur Drehachse. Kegeldrehen erzeugt konische Flächen, Gewindedrehen Außen- oder Innengewinde. Die geforderten Maße und die Geometrie müssen geprüft werden.

Außendrehen formt den Außendurchmesser des Werkstücks. Innendrehen wird auch bezeichnet als Ausdrehen. Dabei wird eine vorhandene Bohrung im Werkstoff erweitert.

Hartdrehen bearbeitet gehärtete Werkstoffe mit geeigneten Werkzeugen, einer steifen Aufspannung und passenden Schnittbedingungen. Härte und Zähigkeit sind unterschiedliche Werkstoffeigenschaften; eine schwierige Geometrie oder eine komplexe Maschine allein definiert kein Hartdrehen.

Beim CNC-Drehen formen spezielle Werkzeuge Metall- und Kunststoffteile. Häufig bestehen die Schneiden aus kleinen Schneidelementen, den Wendeschneidplatten.

Hartmetallwendeschneidplatten gehören zu den gängigsten Schneidwerkzeugen. Sie sind sehr hart und eignen sich für viele Werkstoffe und allgemeine Drehaufgaben.

Schnellarbeitsstahlwerkzeuge lassen sich auf Sonderprofile schleifen und für geeignete Anwendungen mit niedrigen Schnittgeschwindigkeiten einsetzen. Werkstoffeignung, Kosten und Standzeit hängen von der Bearbeitung ab; ihr Einsatz ist nicht auf weiche Werkstücke beschränkt.

Cermet-Wendeschneidplatten verbinden keramische Bestandteile mit einem metallischen Binder. Geeignete Sorten können Stahl und ausgewählte nichtrostende Stähle schlichten; Sorte und Schnittbedingungen sind an die jeweilige Anwendung anzupassen.

PKD-Wendeschneidplatten (PCD) besitzen Schneidkanten aus polykristallinem Diamant für geeignete Nichteisenwerkstoffe, beispielsweise bestimmte Aluminium- und Kupferlegierungen. Die Auswahl hängt von Legierung und Bearbeitung ab; die Zähigkeit des Werkstücks allein macht PCD nicht erforderlich.

CBN-Wendeschneidplatten werden häufig zum Hartdrehen eingesetzt, wobei die Sorte auf Werkstoff und Schnittbedingungen abgestimmt wird. Typische Anwendungen sind gehärtete Stähle und ausgewählte Gusseisensorten; für Superlegierungen ist eine anwendungsspezifische Empfehlung erforderlich.

Massive PCBN-Wendeschneidplatten besitzen einen Körper aus polykristallinem kubischem Bornitrid statt nur einer aufgelöteten Schneidspitze. Zusammensetzung, Sorte und Schneidkantenpräparation variieren; sie sind weder jeder bestückten Platte automatisch überlegen noch für jede Hartbearbeitung geeignet.

Die beste Wahl hängt von der Anwendung ab. Viele Werkstoffe lassen sich gut bearbeiten, wenn sie korrekt gespannt und positioniert werden. Daher die Frage: Welches Metall lässt sich auf einer Drehmaschine am leichtesten bearbeiten?

Zu den üblichen Werkstoffen für das CNC-Drehen zählen Aluminium 6061, verschiedene Stähle und Messinge sowie Nylon. Wählen Sie den Werkstoff nach dem späteren Einsatz, nicht nur nach seiner Zerspanbarkeit.

Prüfen Sie die Zerspanbarkeit, da sie Spanbildung und Werkzeugverschleiß beeinflusst. Auch die Steifigkeit ist wichtig, damit sich das Bauteil bei langen Schnitten nicht durchbiegt.

Drehen ist für rotationssymmetrische Bauteile effizient, hat aber bestimmte wirtschaftliche und geometrische Grenzen. Wann ist Drehen besser als Fräsen?

CNC-Drehen kann bei einem fähigen Prozess enge Toleranzen und Wiederholgenauigkeit erreichen. Eine Toleranz von 0.005 mm muss für die konkrete Maschine, Aufspannung, den Werkstoff, die thermischen Bedingungen und das Messverfahren nachgewiesen werden; sie ist keine allgemeingültige Fähigkeit.

Drehen eignet sich besonders für runde Bauteile und weniger für blockartige Geometrien. Mehrachsmaschine, Werkzeugeinrichtung und Programmierung verursachen erhebliche Anfangskosten.

Drehen ist für schnellen Materialabtrag an Rotationsflächen sowie Außen- und Innendurchmessern geeignet. Fräsen eignet sich dagegen gut für komplexe prismatische Formen.

Drehen ist ein vielseitiges Verfahren, das in nahezu allen Branchen für Bauteile mit bestimmten Maßanforderungen eingesetzt wird. Wo wird CNC-Drehen besonders häufig eingesetzt?

Die Fahrzeugindustrie benötigt laufend präzise Wellen, Achsen und Stifte. Drehen erzeugt rotationssymmetrische Komponenten für hohe Belastungen und Drehzahlen. Sie sind wichtig für den ruhigen Betrieb von Motoren und Getrieben.

Drehen wird für medizinische und zahnmedizinische Bauteile wie Knochenschrauben, Verbindungsteile und Instrumente eingesetzt. Zu den verwendeten Werkstoffen gehören nichtrostender Stahl oder Titan. Maßgenauigkeit und Oberflächenanforderungen müssen nachgewiesen werden; die Bearbeitung selbst macht ein Bauteil nicht steril.

Zu den Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt zählen Befestigungs- und Verbindungselemente mit festgelegten Werkstoff- und Maßanforderungen. Die Wiederholgenauigkeit des Drehens unterstützt die Produktion; die Einhaltung von Flugsicherheitsanforderungen hängt aber auch von qualifizierten Prozessen, Prüfung und Rückverfolgbarkeit ab.

Die Konstruktion beeinflusst Kosten und Qualität des fertigen Bauteils erheblich.

Stellen Sie sicher, dass das Werkzeug alle erforderlichen Flächen ohne Kollision mit Spannfutter oder Maschinenbauteilen erreicht. Seine Größe begrenzt Mindestdurchmesser und maximale Tiefe innerer Merkmale wie Bohrungen.

Lange, schlanke Geometrien und dünne Wände benötigen geeignete Abstützung, Spannung, Werkzeuge und Schnittbedingungen, um Durchbiegung und Schwingungen zu begrenzen. Prüfen Sie die Herstellbarkeit mit dem Fertigungspartner, statt solche Merkmale grundsätzlich auszuschließen.

Wählen Sie Drehzahl, Vorschub und Schnitttiefe passend zu Werkstoff, Werkzeug und Aufspannung. Prüfen Sie im tatsächlichen Prozess die Auswirkungen auf Oberflächengüte, Werkzeugverschleiß und Energieverbrauch.

Prüfen Sie vor Produktionsbeginn mit Ihrem Bearbeitungspartner alle Werkzeugbahnen und Werkstücknullpunkte. Frühe Prototypen sparen Kosten und helfen, die Herstellbarkeit komplexer Merkmale zu bestätigen.

CNC-Drehen eignet sich gut für viele rotationssymmetrische Bauteile. Vergleichen Sie bei der Verfahrenswahl Geometrie, Toleranzen, Werkstoff, Stückzahl und Gesamtkosten mit anderen Verfahren.

F: Was ist CNC-Drehen?

A: Beim CNC-Drehen wird ein Schneidwerkzeug computergesteuert gegen ein rotierendes Werkstück geführt, um rotationssymmetrische Merkmale zu erzeugen.

F: Was ist eine CNC-Drehmaschine?

A: Diese Maschine automatisiert den Drehprozess durch Computersteuerung. Sie hält und dreht das Material, während der Computer das Schneidwerkzeug präzise zur Herstellung des Bauteils führt.

F: Wie lässt sich ein 3D-Drucker zu einer CNC-Maschine umbauen?

A: Der Austausch eines Druckkopfs reicht nicht aus, um eine geeignete CNC-Zerspanungsmaschine herzustellen. Zerspanung erfordert passende Steifigkeit, Antriebe, Werkstückspannung, Schutzeinrichtungen und validierte Steuerungen. Ein Umbau zum Fräsen unterscheidet sich zudem vom Bau einer Drehmaschine.

F: Wie wird ein Bild in eine CNC-Gravur umgewandelt?

A: Erstellen Sie aus dem Bild geeignete Vektorgeometrie oder Reliefdaten und erzeugen und prüfen Sie anschließend die Werkzeugwege mit CAM-Software. Ein Foto liefert nicht automatisch genaue 3D-Tiefeninformationen.

F: Wie werden G41 und G42 beim CNC-Drehen verwendet?

A: Auf einer Drehmaschine wählen G41 und G42 üblicherweise die Schneidenradiuskorrektur links beziehungsweise rechts der programmierten Bahn, bezogen auf die Bewegungsrichtung. Beachten Sie das Steuerungshandbuch zu aktiver Ebene, Schneidenlage, Korrekturwerten sowie An- und Abfahrbewegungen.