6 vermeidbare Fehler beim Entwerfen von CNC-Teilen

1. Merkmale vermeiden, die unnötige Bearbeitung erfordern

Ein häufig gemachter Fehler ist der, Teile mit Flächen zu entwerfen, an denen das Abtragen von Material eigentlich unnötig wäre. Unnötige Bearbeitung trägt zu längeren Bearbeitungszeiten bei, und das wirkt sich stark auf die endgültigen Produktionskosten aus. Sehen Sie sich dieses Beispiel an, bei dem der Entwurf eine wichtige Kreisgeometrie vorsieht, die für die Anwendung des Teils benötigt wird (s. Abb. rechts, linkes Bild). Es erfordert das Schneiden der quadratischen Löcher/Merkmale in der Mitte und dann das Abschneiden des Materials ringsum, damit das fertige Teil entsteht. Das Abtragen des überschüssigen Materials nimmt hier jedoch beträchtliche Zeit in Anspruch. Bei einem einfacheren Design (s. Abb. rechts, rechtes Bild) schneidet die Maschine das Teil einfach aus dem Block. Zusätzliches und aufwendiges Abtragen von überschüssigem Materials entfällt. Durch die Designänderung in diesem Beispiel wird die Bearbeitungszeit fast um die Hälfte verkürzt. Sorgen Sie für ein einfaches Design, um überflüssige, zeit- und kostenaufwendige Bearbeitung zu vermeiden.

Vermeiden Sie Merkmale, die unnötige Bearbeitung erfordern. Im linken Bild sieht das Design eine benötigte kreisförmige Geometrie vor, wobei die quadratischen Löcher/Merkmale in der Mitte eingefräst werden und das fertige Teil entsteht, indem das Material ringsum abgeschnitten wird. Bei dieser Methode nimmt das Abtragen des überschüssigen Materials beträchtliche Zeit in Anspruch. Bei einem einfachen Design wie im Bild links wird das Teil aus dem Block geschnitten, und unnötiges Abtragen von Material entfällt.

2. Kleine oder erhabene Schrift vermeiden

Ihre Komponenten sollen vielleicht mit Teilenummern, Bezeichnungen oder einem Firmenlogo versehen werden. Oder Sie finden ein bisschen Text einfach cool. Durch Hinzufügen einer Beschriftung steigen jedoch die Kosten. Und je kleiner die Schrift, desto teurer wird es. Das liegt daran, dass die ganz kleinen Schaftfräser, die für die Beschriftung benötigt werden, mit relativ langsamer Drehzahl arbeiten, sodass die Bearbeitungszeit und folglich die Fertigungskosten des Teils steigen. Es gibt jedoch verschiedene Optionen. Das Fräsen größerer Schriften geht wesentlich schneller und ist daher kostengünstiger. Und verwenden Sie nach Möglichkeit versenkte statt erhabener Beschriftungen, denn bei Letzteren muss Material abgetragen werden, damit die Schriftzeichen auf dem Teil entstehen.

3. Hohe, dünne Wände vermeiden

Wände in Teiledesigns sind meist problematisch. Die in CNC-Maschinen verwendeten Schneidwerkzeuge bestehen aus harten, steifen Materialien wie Wolframkarbid oder Schnellarbeitsstahl. Dennoch biegen oder verformen sich die Werkzeuge unter Krafteinwirkung geringfügig, genau wie das Werkstück. Dies kann zu Problemen wie unerwünschten Riffeln und Schwierigkeiten bei der Einhaltung von Toleranzen führen. Die Wand könnte sich auch biegen oder brechen. Je höher die Wand – unser Maximum beträgt 51 mm (2 Zoll) –, desto dicker muss sie wahrscheinlich sein, damit höhere Steifigkeit gewährleistet ist. Dünne Wände mit einer Stärke von 0,508 mm (0,020 Zoll) oder weniger können bei der Bearbeitung brechen und sich anschließend verbiegen oder verformen. Vermeiden Sie möglichst auch zu dicke Wände, weil das Fräswerkzeuge in der Regel mit einer Drehzahl von 10.000 bis 15.000 U/min arbeitet. Eine Faustregel für die Wandstärke ist ein Verhältnis Breite zu Höhe von 3:1. Wenn Sie eine Wand mit einer Schräge von vielleicht 1, 2 oder 3 Grad versehen, sodass sie sich verjüngt, statt orthogonal zu stehen, könnte dies die Bearbeitung einfacher machen, wobei auch weniger überschüssiges Material zurückbleibt.

4. Kleine, unnötige Taschen vermeiden

Manche Teile haben rechtwinklige Ecken oder kleine Taschen an den Innenecken, damit das Teil leichter wird oder andere Teile einer Baugruppe aufnehmen kann. 90-Grad-Innenecken und kleine Taschen sind jedoch zu klein für unsere größeren Schneidwerkzeuge. Um diese zu formen, muss das Material mit immer kleineren Werkzeugen aus den Ecken herausgeschabt werden. Das kann bedeuten, dass sechs bis acht verschiedene Werkzeuge erforderlich sind. Und ein Werkzeugwechsel kostet immer Zeit – und steigert damit auch die Projektkosten. Um dies zu vermeiden, bestimmen Sie zunächst, wie wichtig die Taschen wirklich sind. Dienen Sie nur dazu, Gewicht zu sparen, überprüfen Sie Ihr Design, damit Ihnen keine unnötigen Kosten für das Abtragen von Material entstehen. Je größer der Eckradius in einem Design, desto größer ist das Schneidwerkzeug, das wir verwenden können, und desto schneller geht die Bearbeitung.

Die CNC-Bearbeitung ist nach wie vor eine der schnellsten, effizientesten und wirtschaftlichsten Methoden zur Herstellung von Prototypen und Produktionsteilen und wird von Produktdesignern und Ingenieuren immer noch gerne gewählt. Indem Sie die in diesem Tipp beschriebenen Designfehler vermeiden, optimieren Sie Ihr Design, verkürzen die Bearbeitungszeit und senken möglicherweise auch die endgültigen Fertigungskosten.

5. Vermeiden Sie Löcher, die für Gewinde nicht passen 

Wir können CNC-Teile problemlos mit Gewindebohrungen versehen. Aber wenn Sie Gewinde in den Entwurfe einbauen, sodass sie von unserer Software erkannt und von der Maschine in das Teil eingearbeitet werden, kann dies zu Schwierigkeiten führen. Für unser Schnelldrehverfahren steht eine Auswahl von Gewinden zur Verfügung. Wenn unsere Software Ihr Teil analysiert, sucht sie nach einem Lochdurchmesser, der einem dieser Gewinde entspricht. Wenn Sie zum Beispiel ein Gewinde des Typs UNC oder UNF #5-40 wünschen, sucht die Software nach einem Loch mit einem geeigneten Durchmesser. Gewinde, die nicht zum Lochdurchmesser passen, können dem Teil nicht zugewiesen werden. Oft kommt es dann zu Rückfragen, und wir verweisen diese Kunden auf unsere kurzen Leitlinien zum Gewindeschneiden. Dort finden Sie die Gewindetypen, die bei uns verfügbar sind. Klicken Sie auf ein Gewinde, um eine Tabelle mit den Lochdurchmessern für das Gewinde aufzurufen. Wenn Sie einen Durchmesser wählen, der 75 Prozent des Bohrungsdurchmesser beträgt – die Tabelle zeigt diese Abmessung für jedes Gewinde – dann funktioniert das bestimmt. Sie können beim Entwerfen Ihres Teils gerne mit dem Gewindeassistenten Ihrer CAD-Software arbeiten. Das tun die meisten Kunden. Aber prüfen Sie anhand unserer Tabellen, dass der Assistent einen Lochdurchmesser ausgibt, der auch mit unserer Software funktioniert. Mehr über das Entwerfen von Teilen mit Gewinden erfahren Sie hier.

6. Überlegen, ob ein CNC-Prototyp für Spritzgussteile sinnvoll ist

Für unseren CNC-Service werden oft Designs für Spritzgussteile hochgeladen, die vor der Werkzeugbestellung anhand von Prototypen geprüft werden sollen. Doch stellt jedes Verfahren andere Designanforderungen, und die Ergebnisse können unterschiedlich sein. Ein dickes Merkmal an einem CNC-Teil kann beim Spritzgießen unter Einfallstellen, Verformung oder Porosität leiden. Ein gutes Design für ein Spritzgussteil mit Rippen, Taschen und anderen Merkmalen erfordert bei der CNC-Bearbeitung mehr Zeit. Das heißt: Teiledesigns werden in der Regel für das geplante Fertigungsverfahren optimiert. Lassen Sie sich zunächst von unserem Team beraten, wie Sie ein Spritzgussdesign für die CNC-Bearbeitung abwandeln können, oder erstellen Sie Prototypen einfach mit dem endgültigen Fertigungsverfahren – durch Spritzgießen. Bei Protolabs sind die Einstiegskosten für Prototypen-Werkzeuge sehr niedrig.

Wenn Sie Fragen haben, können Sie sich gerne an unsere Anwendungstechniker wenden: +49 (0) 89 90500222 oder [email protected]. Um Ihr nächstes CNC-Projekt gleich zu starten, laden Sie einfach ein 3D-CAD-Modell hoch. Sie erhalten in wenigen Stunden ein Angebot.