Vom Drehen, Fräsen, Bohren bis zum Schleifen - eine umfassende Erläuterung der gängigen Bearbeitungsverfahren in der Zerspanung.

BearbeitungDie Welt des Drehens und Fräsens ist eine Symphonie von Fertigkeiten, bei denen verschiedene “Waffen” eingesetzt werden, um Werkstoffe mit Präzision zu formen. Die Begriffe Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen mögen Nichtfachleuten unbekannt sein, aber sie sind die grundlegenden Verfahren, die die moderne industrielle Zivilisation hervorgebracht haben. Dieser Artikel bietet Ihnen einen Überblick über diese vier grundlegenden Bearbeitungsverfahren. Er erläutert ausführlich ihre Prinzipien, Merkmale und Anwendungsszenarien und zeigt auf, wie sie zusammenwirken, um aus einem Rohling ein Präzisionsteil zu machen.

Einführung: das “Arsenal” der Bearbeitung”

Jedes Bearbeitungsverfahren entspricht einer bestimmten Klasse von Werkzeugmaschinen, Schneidwerkzeugen und Bewegungslogiken, die für die Lösung von Fertigungsproblemen mit unterschiedlichen Geometrien entwickelt wurden. Das Verständnis ihrer wesentlichen Unterschiede ist der erste Schritt bei der Teilekonstruktion, Prozessplanung oder Lieferantenbewertung.

Teil I: Die Kunst des Drehens - Drehen - Bearbeitung

Grundprinzip: Das Werkstück dreht sich und das Werkzeug fährt in einer geraden oder gebogenen Linie vor. Denken Sie an das Töpfern, bei dem sich der Rohling dreht und die Hand (das Werkzeug) sich nähert, um die Form zu formen. Das Drehen arbeitet hauptsächlich mit rotierenden Merkmalen.

Wichtigste Werkzeugmaschinen: Drehbänke, CNC-Drehbänke, Fräs-Dreh-Zentren.

Schlüsselbewegungen: Das Werkstück führt die Hauptbewegung (Rotation) und das Werkzeug die Vorschubbewegung (Bewegung entlang der X- und Z-Achse) aus.

Merkmale, die verarbeitet werden können:

Bohrung: Zylindrisch, konisch.

Endflächen/Stufen: Die Endflächen des Teils und die Übergangsflächen der verschiedenen Durchmesser.

Gewinde: Innen- und Außengewinde (durch synchronisierte Bewegung gedreht).

Einstechen und Schneiden: Ringeinstechen oder endgültiges Abschneiden des Teils von der Stange.

Formgebende Oberflächen: Bearbeitung komplexer rotierender Oberflächen mit Hilfe von Formgebungswerkzeugen oder CNC-Interpolation.

Prozessmerkmale und Vorteile:

Effizienter Materialabtrag: Bei Wellenteilen mit einem großen L/D-Verhältnis ist der Wirkungsgrad wesentlich höher als beim Fräsen.

Ausgezeichnete Koaxialität und Rundheit: Hohe Koaxialität ist garantiert, da alle Merkmale in einer einzigen Aufspannung um dieselbe Achse bearbeitet werden.

Hervorragende Oberflächengüte: Durch das Schlichtdrehen kann eine hervorragende Oberflächenqualität erzielt werden.

Typische Anwendungsteile: Antriebswellen, Schrauben, Buchsen, Flansche, Muttern, Hydraulikarmaturen usw.

Teil II: Vielfältige Bildhauerei - Fräsen

Grundprinzip: Das Werkzeug rotiert und das Werkstück (oder der Fräser) wird in einer geraden Linie in mehrere Richtungen zugeführt. Wie ein Bildhauer, der ein rotierendes Schnitzmesser verwendet, um einen Rohling zu bearbeiten. Das Fräsen ist das Arbeitspferd für die Bearbeitung komplexer Merkmale an nicht rotierenden Körpern.

Wichtigste Werkzeugmaschinen: Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren (vertikal und horizontal), 5-Achsen-Bearbeitungszentren.

Hauptbewegungen: Das Werkzeug führt die Hauptbewegung aus (Hochgeschwindigkeitsdrehung) und der Werkstücktisch (oder -kopf) führt die Vorschubbewegung aus (Bewegung entlang der X-, Y-, Z- und weiterer Achsen).

Merkmale, die bearbeitet werden können (extrem breite Palette)

Ebenen: Horizontal, vertikal, schräg.

Schlitze und Hohlräume: Keilnuten, T-Nuten, verschiedene Formen von Vertiefungen.

Komplexe Oberflächen: Formhohlräume, Laufradschaufeln, ergonomische Oberflächen (je nach Mehrachsenkopplung).

Lochsystem: Obwohl es bohren kann, eignet es sich besser für die Bearbeitung von mehreren Löchern, die Positionsgenauigkeit erfordern.

Handwerkliche Klassifizierung:

Planfräsen: Hocheffiziente Bearbeitung von ebenen Flächen mit Scheibenfräsern mit großer Oberfläche.

Schaftfräsen/Endfräsen: Bearbeitung von Flanken, Schlitzen, Konturen mit Schaftfräsern.

Profilieren: Bearbeitung von komplexen dreidimensionalen Oberflächen.

Prozessmerkmale und Vorteile:

Unerreichte Flexibilität: Nahezu jede Geometrie kann bearbeitet werden, was das Verfahren zu einem “Alleskönner” macht.

Hohe Präzision und Komplexität: Mehrachsige CNC-Fräsmaschinen ermöglichen Präzision im Mikrometerbereich und extrem komplexe Merkmale.

Mehrere Prozesse in einer Aufspannung: Bearbeitungszentren können automatisch Werkzeuge zum Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden wechseln.

Typische Anwendungsteile: Handyschalen, Gussformen, Motorblöcke, Halterungen, Präzisionsvorrichtungen, geformte Strukturteile.

Teil III: Punktuelles Eindringen - Bohren und Bearbeiten

Kernprinzip: Ein Verfahren, das speziell für die Herstellung von runden Löchern in festen Materialien entwickelt wurde. Das Werkzeug (Bohrer) führt sowohl eine rotierende Hauptbewegung als auch eine axiale Vorschubbewegung aus.

Wichtigste Werkzeugmaschinen: Bohrmaschinen, Drehbänke, Fräsmaschinen/Bearbeitungszentren (häufiger verwendet).

Schlüsselbewegung: Das Werkzeug rotiert und fährt in einer geraden Linie vor.

Zu beachtende Punkte:

Zentrierung und Abweichung: Gewöhnliche Bohrer neigen dazu, beim Schneiden zu verrutschen, was zu einer Abweichung von der Lochposition führt. In der Regel ist es erforderlich, zunächst mit einem Zentrierbohrer eine genau positionierte Führungsgrube herzustellen.

Lochgenauigkeit und Oberflächengüte: Direkt gebohrte Löcher weisen eine schlechte Maßgenauigkeit und Oberflächengüte auf und werden in der Regel als Vorbearbeitungsprozess verwendet.

Nachfolgende Prozesse: Bei Präzisionsbohrungen ist nach dem Bohren oft ein Reiben, Aufreiben oder Aufbohren erforderlich, um die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität zu verbessern.

Verwandte Prozessexpansion:

Reiben: Die Verwendung einer Reibahle zum Anbringen von Mikroschnitten in bestehenden Löchern, um hochpräzise Löcher mit hoher Oberflächengüte zu erhalten.

Aufbohren: Der Einsatz von Aufbohrwerkzeugen zur Vergrößerung oder Fertigstellung vorhandener Löcher (insbesondere von Löchern mit großem Durchmesser) und zur Korrektur von Abweichungen in der Lochposition.

Gewindeschneiden: Die Verwendung eines Gewindeschneiders zur Bearbeitung von Innengewinden in einer Bohrung.

Typische Anwendungen: Löcher in allen Teilen, die Schraubverbindungen erfordern, Positionierung von Wellen und Stiften, Flüssigkeitsdurchgänge.

Teil IV: Das ultimative Finishing - Schleifverfahren

Kernprinzip: Die Verwendung einer Schleifscheibe mit unzähligen winzigen, harten Schleifkörnern als Werkzeug, um mit sehr hohen linearen Geschwindigkeiten Mikroschnitte in die Oberfläche eines Werkstücks einzubringen. Es handelt sich dabei um ein Endbearbeitungsverfahren, mit dem die höchste Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität erreicht werden soll.

Wichtigste Werkzeugmaschinen: Flachschleifmaschinen, Rundschleifmaschinen, Innenschleifmaschinen, spitzenlose Schleifmaschinen, Werkzeugschleifmaschinen.

Hauptbewegungen: Die Schleifscheibe dreht sich mit hoher Geschwindigkeit (Hauptbewegung) und das Werkstück bewegt sich mit geringerer Geschwindigkeit (Vorschub).

Prozessmerkmale und Vorteile:

Ultrahochpräzise: Toleranzen von IT5-IT7 und noch höher (Mikrometerbereich).

Ausgezeichnete Oberflächengüte: Ra 0,1μm oder weniger, wodurch ein “Spiegeleffekt” erzielt wird.

Bearbeitbarkeit harter Werkstoffe: das einzige oder wichtigste Mittel zur Bearbeitung harter Werkstoffe wie gehärteter Stahl, Hartmetall, Keramik usw.

Hauptklassifizierung:

Rundschleifen: Schleifen des Außenkreises von Wellenteilen.

Innenrundschleifen: Schleifen der Innenbohrung von hülsenförmigen Teilen.

Flachschleifen: Schleifen von flachen Oberflächen von Teilen.

Spitzenloses Schleifen: Hocheffizientes Außenschleifen von kleinen Wellenteilen, ohne dass eine Zentrierbohrung erforderlich ist.

Typische Anwendungsteile: Präzisionsspindeln, Kolbenstangen, Lehren, Formeinsätze, Verzahnungen, Lagerringe.

Teil V: Zusammenarbeit - Prozesswegplanung für typische Teile

Ein komplexes Teil wird selten nur einer einzigen Bearbeitungsart unterzogen. Die Herstellung einer Präzisionsspindel kann zum Beispiel folgende Schritte umfassen:

Entladen: Sägemaschine zum Schneiden der Stäbe.

Raue Fahrt: inFertigen Sie die ungefähre Form des abgestuften Schafts an und lassen Sie dabei etwas Spielraum für die Nachbearbeitung.

Wärmebehandlung: Anlassen oder Abschrecken zur Erhöhung der Härte.

Semi-Finish-Drehen/Schleifen des Mittellochs: Vorbereitung der Referenz für das anschließende Schleifen.

Rundschleifen/spitzenloses Schleifen: Schleifen aller wichtigen Lagerzahnräder und der dazugehörigen Zylinder, um die in den Zeichnungen geforderte Genauigkeit und Ausführung zu erreichen.

Fräsen: Bearbeitung von nicht rotierenden Merkmalen wie Keilnuten auf einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum.

Spannen: Entgraten, Anfasen.

Schlussfolgerung: Die Wahl der richtigen “Waffe”
Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen - die vier wichtigsten Verfahren, die den Grundstein der spanenden Bearbeitung bilden. Welches Verfahren oder welche Kombination davon gewählt wird, hängt vom Material, der Geometrie, den Genauigkeitsanforderungen, der Losgröße und den Kostenzielen des Teils ab.

Wählen Sie ein Auto für Wellen und eine Fräse für Hohlräume.

Bohren Sie zuerst die Löcher und reiben Sie die feinen Löcher auf.

Um hart und leicht zu sein, muss es auf einer Schleifmaschine bearbeitet werden.

Wenn Sie diese grundlegenden Prozesse verstehen, können Sie nicht nur besser mit Ihren Fertigungsingenieuren kommunizieren, sondern auch die Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Fertigung von der Konstruktionsquelle aus berücksichtigen (DFM). Wenn Sie mit einer komplexen Teilezeichnung konfrontiert werden, sollten Sie deren Merkmale auseinandernehmen und über den “Prozessweg” nachdenken. Wenn Sie Fragen zum Prozessweg eines bestimmten Teils haben, bringen Sie Ihre Zeichnungen bitte zur Beratung zu uns, und unsere Prozessingenieure werden Ihnen eine professionelle Prozessanalyse vom Rohling bis zum fertigen Produkt liefern.