Die CNC-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung bzw. Hochgeschwindigkeitszerspanung (HSC, engl. HSM) ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken in der metallverarbeitenden Industrie, das sich im Vergleich zu konventionellen Verfahren durch höhere Effizienz, Präzision und Qualität der bearbeiteten Teile auszeichnet.
Was ist die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung?
Dieses Verfahren, das in Zerspanungsbetrieben immer häufiger eingesetzt wird, überzeugt durch seine großen Vorteile. Neben präziseren Teilen und höherer Effizienz ist erwiesen, dass diese Technik die Produktionszeiten verkürzt und keinen großen menschlichen Eingriff erfordert. Dadurch sinken die Produktionskosten erheblich, ebenso die Lieferzeiten.
Die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erfolgt mit der Technologie der computergestützten numerischen Steuerung CNC; die Abläufe sind dadurch automatisiert und erfordern nur minimale Eingriffe der Bediener. Doch was ist Hochgeschwindigkeits-CNC? Dazu ist zu sagen, dass die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in einem einzigen Arbeitsgang, aber auch in einer Kombination mehrerer Arbeitsgänge erfolgen kann – je nach eingesetzter Maschine.
Der Begriff kann sich auf die Schnittgeschwindigkeit, die Spindeldrehzahl, die Vorschubgeschwindigkeit oder das Zeitspanvolumen beziehen. Charakteristisch für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ist, dass die Spindel Drehzahlen von 3.000 bis 6.000 U/min und einen Durchmesser von 25 bis 30 Millimetern erreicht; bei den Geschwindigkeiten ist hervorzuheben, dass diese Verfahren mit Schnittgeschwindigkeiten arbeiten, die fünf- bis zehnmal höher sind als bei konventionellen Methoden.
Bei dieser Art der Bearbeitung hängen Schnitttiefe und Schnittgeschwindigkeit sowie der Vorschub von den zu bearbeitenden Werkstücken ab (Form, Werkstoff usw.).
Anwendungen der Hochgeschwindigkeits-CNC
Der zu bearbeitende Werkstoff spielt in der Metallverarbeitung eine sehr wichtige Rolle. Ein Aluminiumteil zu bearbeiten ist nicht dasselbe wie ein Teil aus Stahl oder Titan; auch die Härte des Werkstoffs und die Abmessungen des Werkstücks haben Einfluss. Einer der großen Vorteile der Hochgeschwindigkeits-CNC ist jedoch, dass sich Werkstücke aller Art bearbeiten lassen. Die Vielseitigkeit der Maschinen, die diese Bearbeitung ermöglichen, hat dazu geführt, dass sie in unterschiedlichen Branchen eingesetzt werden.
Neben der Metallverarbeitung wird die Hochgeschwindigkeits-CNC in der Luft- und Raumfahrt sowie im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt. In beiden Branchen werden sehr widerstandsfähige Metalle wie Titan, Edelstahl und Aluminium bearbeitet. Denken Sie zum Beispiel daran, dass im Werkzeug- und Formenbau große Stückzahlen dieser Bauteile gefertigt werden müssen, also Serienfertigung in großen Mengen. Deshalb ist die Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit sehr zu empfehlen.
Vorteile der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung
Die Hochgeschwindigkeits-CNC bietet der metallverarbeitenden Industrie viele Vorteile. Zunächst ersetzt sie große Schnitttiefen bei niedriger Schnittgeschwindigkeit (bei der konventionellen Bearbeitung üblich) durch geringere Schnitttiefen bei höherer Geschwindigkeit; dadurch wird mehr Span abgetragen. Die hohe Schnittgeschwindigkeit verringert außerdem die Schnittkräfte und die Spangröße.
Da die Schnittkräfte sinken, lassen sich sehr dünne Wandstärken bearbeiten, ab 0,2 Millimetern. Diese Bearbeitung ermöglicht zudem eine wesentlich höhere Konturgenauigkeit und verbessert die Oberflächenqualität des Werkstücks. Die Hochgeschwindigkeits-CNC sorgt dafür, dass fast die gesamte beim Prozess entstehende Wärme über die Späne abgeführt wird, und verringert den Reibungskoeffizienten zwischen Spänen und Schneidwerkzeug.
Ein weiterer Vorteil dieser Technik ist, dass sich sehr harte Stähle bearbeiten lassen und die Standzeit des Schneidwerkzeugs steigt. Wie bereits erwähnt, verkürzen sich schließlich die Produktionszeiten und damit die Lieferzeiten; die Bediener müssen nicht ständig anwesend sein, was ebenfalls hilft, die Produktionskosten zu senken.
Wie muss eine Hochgeschwindigkeitsmaschine beschaffen sein?
Um alle Vorteile der CNC-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung zu nutzen, müssen Maschine und Werkzeuge eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Die Anlage muss in der Lage sein, die erforderlichen Geschwindigkeiten sowie das gewünschte Profil zu erreichen. Außerdem muss die in die Maschine integrierte CNC vorausschauend die Bahnen der Schneidwerkzeuge anpassen können; zum Beispiel sehr schnell zwischen Bohren und Drehen wechseln oder das Werkstück in den gewünschten Winkel drehen.
Die Werkzeuge im Kopf müssen sehr verschleißfest und für die ausgeführten Verfahren geeignet sein. Damit die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung funktioniert, ist es schließlich unerlässlich, CAM- und CAD-Software einzusetzen, die für diese Art der Bearbeitung geeignete Konstruktionen und Strategien erstellen kann.