6 häufige Fehler beim CAD-Design für CNC-Bearbeitung

Die Top 6 Fehler, die CAD-Designer bei der Erstellung von CNC-Designs machen und wie diese vermieden werden können.

CNC-Maschinen stellen eine der einfachsten Möglichkeiten dar, wie Ingenieure und Mechaniker Bauteile aus Metall und Kunststoff herstellen können. Dennoch erweist sich die Erstellung von CAD-Designs teilweise als problematisch. Hier wird maximale Konzentration und Aufmerksamkeit gefordert, um eine fehlerhafte, ungenaue oder teure Bauteilfertigung zu vermeiden.

Design unverhältnismäßig dünner Wände

CNC-Designer vergessen häufig die Beanspruchung und Belastung des Werkstücks während der Bearbeitung. Ein weiterer wichtiger Faktor sind die Eigenschaften des Werkstücks. Das Design unnötig dünner Wände ist eine der Folgen dieser Nichtbeachtung.

So können beispielsweise sehr dünne Wände aus Aluminium mit geringer Steifigkeit während der Bearbeitung abbrechen oder sich durch übermäßig starke Vibrationen während des Fräsvorgangs verformen. Verringerte Wandstärken führen zu einer verringerten Steifigkeit des Materials, die wiederum führt zu mehr Vibrationen während der Bearbeitung und so zu einer Verringerung der erreichbaren Genauigkeit. Eine Methode mit der dies Vermieden werden kann, ist die Einhaltung eines niedrigen Verhältnisses der Höhe der Wand zu ihrer Dicke (H:T) und eines niedrigen Verhältnisses der Höhe der Wand zu ihrer Länge (H:L) beim Design dünnwandiger Bereiche. Ein inoffizieller Industriestandard ist eine minimale Wanddicke von 0,794 mm.

Letztendlich sind dünne Wände jedoch häufig eine Designanforderung. In diesen Fällen ist es wirtschaftlicher andere Herstellungsverfahren wie zum Beispiel Blechverarbeitung einzusetzen.

Merkmale die nicht mit der Maschine gefertigt werden können

Nicht alles, was man mit einem CAD-Paket designen kann, kann auch mit einer CNC-Maschine effizient gefertigt werden. Ein Beispiel hierfür sind gebogene Löcher – diese sollte man möglichst vermeiden. Die CNC-Maschine kann noch so viele Freiheitsgrade besitzen, gebogene Löcher können mit ihr trotzdem nicht effizient angefertigt werden.

Falls dieses Merkmal für ihr Bauteil unabdinglich ist, kann die Methode der Elektroerosion (EDM) möglicherweise zur Herstellung eingesetzt werden. Bei der Elektroerosion wird die gewünschte Form durch elektrische Entladungen gefertigt.

Übermäßiger Einsatz von Toleranzen

Toleranzen geben die Grenzwerte für akzeptable Dimensionen an. Sie fallen von Maschine zu Maschine unterschiedlich aus. Viele CAD-Designer erstellen Designs für CNC-Bearbeitungen, ohne die Toleranzen der Maschine, die letztendlich eingesetzt wird, zu kennen. Dies verringert die Qualität des bearbeiteten Bauteils. Es ist wichtig in Hinblick auf die Eigenschaften der eingesetzten Maschine unnötige Toleranzen aus dem Design zu entfernen.

Selbst für qualitativ hochwertige CNC-Maschinen können unnötig strikte Toleranzen in ihrem Design den Prozess teuer machen. Nicht alle Oberflächen eines Bauteils benötigen die Angabe von Toleranzen. Vermeiden Sie die Zuordnung numerischer Legenden wie Radien und Durchmesser in ihrem Design für solche Oberflächen ihres Bauteils.

Design unnötiger ästhetischer Merkmale

Um Zeit und Geld zu sparen ist es wichtig beim Design für CNC-Bearbeitung die Menge des Materials, das abgetragen werden muss und durch welchen Prozess es abgetragen wird, zu beachten. Fragen wie „Ist es wichtig das Material abzutragen, damit das Bauteil besser aussieht?“ und „ist es wirklich notwendig, ein einziges komplexes Feature im Design hinzuzufügen, dass eine 5-achsige Bearbeitung benötigt?“.

Unnötige Abtragung von Material und Überbewertung der Ästhetik sollte vermieden werden. Anstelle von Maschinenbearbeitung zur Erreichung einer bestimmten Ästhetik könnten Nachbearbeitungsprozesse wie Elektropolitur eingesetzt werden.

Design zu tiefer Hohlräume

CNC-Werkzeuge haben eine limitierte Schneidelänge. Fräswerkzeuge sind typischerweise am effizientesten, wenn sie Hohlräume mit einer Tiefe des doppelten oder dreifachen ihres Durchmessers fräsen. Zum Beispiel kann ein ø15mm Fräswerkzeug Hohlräume mit einer Tiefe von bis zu 35 mm problemlos fräsen. Tieferes Hohlraumfräsen kann dazu führen, dass das Werkzeug die zu bearbeitende Oberfläche nicht erreichen kann; dass das Werkzeug aufgrund des großen Abstands zur Befestigung durchbiegt; dass das Werkzeug abbricht oder dass Schwierigkeiten bei der Spanabführung auftreten. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, sollten sie das Folgende unternehmen:

• Schrittweise Absenkung des Schaftfräsers in immer kleineren Schritten.
• Einsatz eines ausreichend dimensionierten Schneidewerkzeugs oder Verwendung eines Werkzeughalters mit erweiterter Reichweite. Dies löst die Probleme der Werkzeugreichweite und Werkzeugbiegung.
• Zufuhr des Kühlmittels mit hohem Druck, um für eine effiziente Spanabführung zu sorgen.
• Einsatz anderer Fertigungsmethoden wie z.B. Elektroerosion.

Design innerer Winkel ohne Radien

CNC-Fräswerkzeuge besitzen eine zylindrische Form. Daher erzeugen diese Werkzeuge immer einen Radius bei der Bearbeitung innerer vertikaler Kanten. Ein häufiger Fehler beim Design für CNC-Bearbeitung ist die Einzeichnung scharfer Kanten für innere Winkel. Da die CNC-Maschine automatisch einen Radius erzeugt, ist es besser diesen schon vorab ins Design aufzunehmen.

Beim Design tiefer, rechteckiger Taschen sollten Sie einen Eckradius mit mindestens ⅓ der Taschentiefe hinzufügen. Scharfe Kanten oder nicht ausreichend große Eckradien benötigen Werkzeuge mit deutlich kleineren Durchmessern und geringeren Geschwindigkeiten. Hierdurch kommt es zu höheren Bearbeitungskosten und zu einer längeren Bearbeitungsdauer.

Außerdem sollte der Radius des Werkzeugs, das bei der Bearbeitung eingesetzt wird, beim Design des Eckradius beachtet werden. Der Eckradius sollte etwas größer sein als der Radius des Fräswerkzeugs. Dies erlaubt es dem Werkzeug bei einer höheren Geschwindigkeit zu arbeiten und verringert die Belastung des Werkzeugs.

Wenn ihr Design innere Winkel mit scharfen Kanten benötigt, z.B. Aussparungen, in die rechteckige Bauteile eingepasst werden müssen, ist es besser, den Hohlraum mit Hinterschneidung zu designen.