Welcher Verarbeitungsteil passt zum Kleinserienprodukt?
Werkstücke sind ein sehr wichtiger Faktor für Konstrukteure von Maschinen und Produktionsanlagen. Dabei kommt es nicht nur auf Funktionalität und Leistung insgesamt an, sondern es hat auch viel mit den Kosten zu tun.
Wenn Sie Teile für Kleinserienprodukte wie FA-Geräte entwerfen, berücksichtigen Sie beim Entwerfen den Herstellungsprozess?
Bei Massenprodukten sinken zwar die Kosten für ein einzelnes Produkt, die Anschaffungskosten wie Formkosten sind jedoch enorm. Andererseits werden FA-Geräte in kleinen Chargen hergestellt, sodass eine Produktionsmethode mit niedrigen Anschaffungskosten gewählt werden muss.
Zu den für die Kleinserienfertigung geeigneten Fertigungsmethoden gehören beispielsweise spanabhebende Bearbeitung, Blechbearbeitung wie Laserschneiden, Schweißen und dergleichen.
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Insbesondere die folgenden Bearbeitungsmethoden werden häufig für Geräteteile an FA-Geräten verwendet.
Bearbeitung
Sekundärbearbeitung von mechanischen Teilen, Teilen mit Festigkeits-, Steifigkeits- und Präzisionsanforderungen sowie Konservenverarbeitung von Produkten
Blechbearbeitung
Dünne Blechteile wie Abdeckungen und Gehäuse, Teile, die wenig Festigkeit, Steifigkeit und Präzision erfordern
Schweißprozess
Einmachen von Teilen (Rahmen, Skelette usw.), die aus Winkelmaterialien und Rohrmaterialien usw. bestehen.
Konzentrieren Sie sich zunächst auf die Hauptbearbeitung.
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Obwohl es einfach als Bearbeitung bezeichnet wird, gibt es verschiedene Methoden. Beim maschinellen Bearbeiten werden im Wesentlichen unerwünschte Teile aus einem Grundmaterial entfernt, um die gewünschte Form zu erreichen. Diese Verarbeitung wird auch Entfernungsverarbeitung genannt. Die wichtigsten Bearbeitungsmethoden sind wie folgt.
Fräsen (Bearbeitung)
Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem unnötige Teile entfernt werden, indem das Material fixiert und mit einem rotierenden Werkzeug geschnitten wird. Es wird auch als Bearbeitung bezeichnet und kann als einer der Protagonisten der Bearbeitung bezeichnet werden.
Das Werkzeug wird Schaftfräser genannt und je nach Anwendung werden unterschiedliche Formen und Größen ausgewählt und verwendet. Es handelt sich um eine äußerst vielseitige Bearbeitungsmethode wie Bohren, Schneiden von Flächen und Bearbeiten von Nuten.
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Wichtigste mechanische Ausrüstung: allgemeine Fräsmaschine, CNC-Fräsmaschine, Bearbeitungszentrum, Fünfseiten-Bearbeitungszentrum
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CNC-Fräsmaschine
Bearbeitungszentrum
※Die Fotos der Verarbeitungsmaschine wurden vom Autor und dem zugehörigen Personal aufgenommen
Drehmaschinen (Drehen)
Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Material (hauptsächlich ein rundes Material) gedreht und ein Werkzeug dagegen gedrückt wird, um unnötige Teile zu entfernen. Auch Drehen genannt, kann man sagen, dass es ein weiterer Protagonist der maschinellen Bearbeitung ist.
Im Gegensatz zur maschinellen Bearbeitung, bei der das Material fixiert ist und ein rotierendes Werkzeug damit in Kontakt steht, wird beim Drehen das Material gedreht und ein Werkzeug, ein sogenanntes Schneidwerkzeug, damit in Kontakt gebracht. Daher muss die Form, die gedreht werden kann, eine koaxiale Zylinder- oder Zylinderform sein.
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Im Vergleich zur maschinellen Bearbeitung zeichnet es sich durch die Fähigkeit aus, koaxiale Formen schnell und sauber zu bearbeiten. Wird häufig für die Bearbeitung hochpräziser zylindrischer und zylindrischer Formen wie Wellen, Stangen usw. verwendet.
Darüber hinaus ist es auch eine gängige Bearbeitungstechnologie, dass das Laufrad und dergleichen nach dem Drehen auf das Bearbeitungszentrum umgestellt und dann bearbeitet werden.
Wichtigste mechanische Ausrüstung: allgemeine Drehmaschinen, CNC-Drehmaschinen, Verbunddrehmaschinen, Drehzentren, automatische Drehmaschinen
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Allgemeine Drehmaschine
CNC-Drehmaschine
Entlassungsklasse
Dabei wird eine unter Spannung stehende Elektrode (aus Kupfer oder Graphit) oder ein Draht in die Nähe des Materials gebracht, um eine Lichtbogenentladung zu erzeugen, die das Material schmilzt und entfernt. Es hat den Vorteil, dass das Material egal wie hart es ist, solange es leitfähig ist, verarbeitet werden kann. So können beispielsweise auch Ecken und Böden bearbeitet werden, die mit einer Fräsmaschine nicht zu erreichen sind.
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Drahtschneidende elektrische Entladungsbearbeitung, bei der Konturen mit einer Drahtelektrode entfernt werden, elektrische Entladungsformbearbeitung, bei der verschiedene Formen durch Kontaktierung symmetrisch geformter Elektroden realisiert werden können usw. EDM wird hauptsächlich im Formenbau usw. verwendet.
Wichtigste mechanische Ausrüstung: EDM-Drahtschneidemaschine, EDM-Maschine
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Drahterodieren
Erodiermaschine
Schleifen
Dabei handelt es sich um den Prozess der Präzisionsbearbeitung der Materialoberfläche durch Kontakt mit dem rotierenden Schleifstein. Für Teile, die eine Präzisionsbearbeitung erfordern, wie z. B. Verbindungsflächen zwischen Teilen usw.
Neben der Bearbeitung präziser ebener Flächen gibt es auch Schleifen zur Endbearbeitung der Außenseite zylindrischer Formen und des Innendurchmessers von Löchern.
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Wichtigste mechanische Ausrüstung: Flachschleifmaschine, Rundschleifmaschine, Koordinatenschleifmaschine, Honmaschine
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Oberflächenschleifer
Lassen Sie uns zunächst den Fräs- und Schneidprozess erklären, der auch bei der maschinellen Bearbeitung eine Rolle spielt.
Dieses Bearbeitungsverfahren eignet sich zur Bearbeitung von Platten- und Blockteilen wie Bodenplatten und Schalen. Man kann sagen, dass es sich um die Hauptverarbeitungsmethode für die Verarbeitung von Teilen wie FA-Geräten handelt.
Machen wir uns einen Eindruck von der Bearbeitungsstelle!
Bei der Bearbeitung handelt es sich um einen Prozess, bei dem das Material auf dem Tisch der Anlage fixiert wird und dann ein schnell rotierendes Werkzeug (Schaftfräser) gegen das Material gedrückt wird, um unnötige Teile abzuschneiden. Es ist hauptsächlich zum Schneiden von Oberflächen, zum Schneiden von Konturen, zum Öffnen von Löchern, zum Schlitzen und zum Ausschneiden von gekrümmten Oberflächen geeignet.
Und da es sich um eine sehr vielseitige Bearbeitungsmethode handelt, kann die Bearbeitung durch Wechsel des für jede Bearbeitungsmethode geeigneten Werkzeugs erfolgen.
Eine Allzweckfräsmaschine ist eine Allzweckfräsmaschine, die manuell Werkzeuge wechselt und von einem Prozessor bedient wird, und eine numerisch gesteuerte Fräsmaschine, die eine numerische Steuerung (Numerische Steuerung: Numerische Steuerung) für das bearbeitete Teil durchführen kann. Unter numerischer Steuerung versteht man die Funktion, die Spindel automatisch zu drehen und zu bewegen und den Arbeitstisch entsprechend dem Programm zu bewegen.
Darüber hinaus werden diejenigen, die mit ATC (Automatic Tool Changer: Automatischer Werkzeugwechsler) ausgestattet sind, als Bearbeitungszentren bezeichnet. Da während der Bearbeitung mehrere Werkzeuge automatisch ausgetauscht werden, können verschiedene Bearbeitungen am Material gleichzeitig durchgeführt werden, solange das Material zusammengestellt und das Programm aktiviert ist.
Die folgende Abbildung zeigt die Zusammensetzung der derzeit gängigen Allzweck-Bearbeitungszentren.
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Konfiguration des Bearbeitungszentrums (Mori Seiki: NV4000)
Legen Sie das Material (hauptsächlich Blockmaterial) auf die Werkbank, befestigen Sie es, installieren Sie das Werkzeug, stellen Sie den Materialursprung ein und geben Sie dann das Verarbeitungsprogramm ein. Anschließend werden Spindel und Tisch entsprechend dem Programm bearbeitet, um die gewünschte Produktform zu erreichen.
Programme zur Bearbeitung werden NC-Programme genannt. Die alte Methode scheint darin bestanden zu haben, auf Papierband auszugeben und das Band von einer Maschine lesen zu lassen. Es gibt derzeit zwei Möglichkeiten, Programme zu erstellen.
① Geben Sie das Programm direkt am Controller ein
② Verwenden Sie eine PC-Anwendung namens CAM, um Daten zu erstellen und an die Steuerung zu übertragen.
Für einfache Formen können Sie das Programm mit der Methode ① eingeben und für komplexe Formen können Sie die Methode ② verwenden.
Artikel, die bearbeitet werden können
Welche Form werden also die Objekte haben, die durch maschinelle Bearbeitung hergestellt werden können? Hier stellen wir zunächst typische Teilebeispiele vor, damit Sie sich einen Eindruck verschaffen können.
1~2 Achsen verarbeitete Produkte
Die am einfachsten herzustellenden Teile sind Formen, die durch Stanzen oder Schneiden aus einer Richtung hergestellt werden können. Oberflächenbearbeitungen wie die Bearbeitung in einer axialen Richtung, die Bearbeitung von Konturen auf gleicher Höhe und das Einstechen sind relativ einfache Bearbeitungen.
Typische Bearbeitungen sind, wie das Beispiel unten zeigt, Grundplatten mit nur Schraubenlöchern oder Bohrungen auf der Ebene, oder Blöcke mit Teilschnitten oder Fasen etc. Neben Löchern und Ausschnitten können auch Konturen und Nuten bearbeitet werden.
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Vielfältig verarbeitete Produkte
Hierbei handelt es sich um ein verarbeitetes Produkt, das durch die Verarbeitung des in der obigen Abbildung gezeigten Teils nicht nur aus einer Richtung, sondern aus mehreren Richtungen erhalten wird. Wie in Abb. 3 dargestellt, wird zusätzlich zur Konturbearbeitung, Lochbearbeitung, Nutenbearbeitung und Kerbenbearbeitung aus einer Richtung auch die Lochbearbeitung aus der seitlichen Richtung durchgeführt.
Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für das Einstechen aus der seitlichen Richtung und die Lochbearbeitung aus der anderen Richtung. Bei dieser Bearbeitung wird das Material gewendet, seine Ausrichtung verändert und die Form in alle Richtungen bearbeitet.
Nach der Bearbeitung aus einer Richtung wird das Material gewendet und wieder fixiert, auch „Werkstückwechsel“ genannt.
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3-Achsenbearbeitung
3-Achsenbearbeitung ist eine Methode, mit der glatte gekrümmte Oberflächen (Freiformflächen usw.) geschnitten werden können, selbst wenn die Bearbeitung aus einer Richtung erfolgt. Die Endbearbeitung erfolgt durch die Bewegung entlang der gekrümmten Oberfläche eines Kugelkopffräsers mit runder Spitze. Es können nicht nur Teile mit Freiformflächen wie in Abbildung 5 bearbeitet werden, sondern auch gekrümmte Flächen, die durch das Scannen von Menschen und Tieren erhalten wurden, wie in Abbildung 6 dargestellt.
Da es notwendig ist, die Spindel gleichzeitig in drei Dimensionen entlang der gekrümmten Oberfläche zu bewegen, erstellen Sie ein NC-Programm mit einer speziellen Anwendung für CAM (Computer Aided Manufacturing), die die 3D-Bearbeitung unterstützt. Dieses Bearbeitungsverfahren wird häufig bei der Bearbeitung von Spritzgussteilen eingesetzt.
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Mehrachsige Bearbeitungsprodukte
Es können auch Teile bearbeitet werden, die nicht blockförmig sind, aber eine komplexe Gesamtform aufweisen. Durch das Zurücksetzen des Materials in alle Richtungen und die Verwendung einer 5-Achsenmaschine können komplexe Formen mit mehreren Flächen hergestellt werden. Diese Verarbeitungsmethode wird häufig bei Teilen für die Luftfahrt usw. verwendet.
Die Abbildungen 7 und 8 zeigen typische Formen von Luft- und Raumfahrtteilen (Schaltpläne). Es zeichnet sich dadurch aus, dass es viele komplexe dünnwandige Strukturen gibt, wie z. B. Kombinationen aus Freiformflächen und Lochbearbeitung, Vorsprüngen und insgesamt dünner werdenden Formen.
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Mehrachsige Simultanbearbeitung
Bei den neuesten 5-Achsen- und Verbundmaschinen können einige Formen nur bearbeitet werden, während das Material synchron zur Werkzeugbewegung gedreht wird. Typische Formen sind ein sogenanntes Rotorblatt, wie in Abbildung 9 dargestellt (4--Achsensynchronisation) und eine Form wie ein Laufrad, wie in Abbildung 10 dargestellt (5--Achsensynchronisation).
Bei komplexen Formen wie dieser, die nicht nur aus einer festen Materialausrichtung bearbeitet werden können, bietet die maschinelle Bearbeitung Vorteile.
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Durch die Bearbeitung können nahezu alle Teile von einfachen Formen bis hin zu komplexen Formen bearbeitet werden.
