Die maschinelle Bearbeitung ist ein Verfahren zur Herstellung vieler Metallprodukte, kann aber auch bei Materialien wie Holz, Kunststoff, Keramik und Verbundwerkstoffen eingesetzt werden. Die CNC-Bearbeitung umfasst viele verschiedene Prozesse wie Fräsen, Drehen, Drehen, Bohren, Honen, Schleifen usw.
Bei der maschinellen Bearbeitung handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Material (häufig Metall) durch einen kontrollierten Materialentfernungsprozess in die gewünschte endgültige Form und Größe geschnitten wird. Die Prozesse, die dieses gemeinsame Thema, den kontrollierten Materialabtrag, haben, werden heute zusammenfassend als subtraktive Fertigung bezeichnet, im Gegensatz zu Prozessen der kontrollierten Materialzugabe, die als additive Fertigung bekannt sind. Was genau der „kontrollierte“ Teil der Definition impliziert, kann unterschiedlich sein, aber er impliziert fast immer die Verwendung von Werkzeugmaschinen (zusätzlich zu nur Elektrowerkzeugen und Handwerkzeugen).
Die maschinelle Bearbeitung ist Teil der Herstellung vieler Metallprodukte, kann aber auch bei Materialien wie Holz, Kunststoff, Keramik und Verbundwerkstoffen eingesetzt werden. Eine Person, die auf Zerspanung spezialisiert ist, wird Maschinist genannt. Als Maschinenwerkstatt bezeichnet man einen Raum, ein Gebäude oder einen Betrieb, in dem Bearbeitungen durchgeführt werden. Ein Großteil der modernen Bearbeitung wird durch computergestützte numerische Steuerung (CNC) ausgeführt, bei der Computer zur Steuerung der Bewegung und des Betriebs von Fräsmaschinen, Drehmaschinen und anderen Schneidmaschinen eingesetzt werden. Dies erhöht die Effizienz, da die CNC-Maschine mannlos läuft, wodurch die Arbeitskosten für Maschinenwerkstätten gesenkt werden.
Die genaue Bedeutung des Begriffs „Bearbeitung“ hat sich in den letzten anderthalb Jahrhunderten im Zuge der Weiterentwicklung der Technologie weiterentwickelt. Im 18. Jahrhundert bezeichnete das Wort Maschinist einfach eine Person, die Maschinen baute oder reparierte. Die Arbeit dieser Person wurde größtenteils von Hand ausgeführt, wobei Verfahren wie das Schnitzen von Holz und das Hand-Schmieden und Hand-Feilen von Metall zum Einsatz kamen. Zu dieser Zeit würden Mühlenbauer und Konstrukteure neuartiger Motoren (also mehr oder weniger Maschinen jeglicher Art) wie James Watt oder John Wilkinson in die Definition passen. Das Substantiv machine tool und das Verb to machine (bearbeitet, maschinell bearbeitet) existierten noch nicht.
Um die Mitte des 19. Jahrhunderts wurden die letztgenannten Wörter geprägt, als sich die damit beschriebenen Konzepte zu einer weit verbreiteten Existenz entwickelten. Im Maschinenzeitalter bezeichnete Zerspanung daher (wie wir es heute nennen würden) die „traditionellen“ Bearbeitungsprozesse wie Drehen, Bohren, Bohren, Fräsen, Räumen, Sägen, Formen, Hobeln, Reiben und Gewindeschneiden. Bei diesen „traditionellen“ oder „konventionellen“ Bearbeitungsprozessen werden Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen oder andere mit einem scharfen Schneidwerkzeug verwendet, um Material abzutragen, um eine gewünschte Geometrie zu erreichen.
Seit dem Aufkommen neuer Technologien in der Zeit nach dem Zweiten Weltkrieg, wie etwa elektrischer Entladungsbearbeitung, elektrochemischer Bearbeitung, Elektronenstrahlbearbeitung, fotochemischer Bearbeitung und Ultraschallbearbeitung, kann das Retronym „konventionelle Bearbeitung“ verwendet werden, um diese klassischen Technologien von den neueren zu unterscheiden. Unter dem Begriff „zerspanende Bearbeitung“ versteht man im heutigen Sprachgebrauch ohne Einschränkung meist die herkömmlichen Bearbeitungsverfahren.
In den Jahrzehnten der 2000er und 2010er Jahre, als sich die additive Fertigung (AM) über ihre früheren Labor- und Rapid-Prototyping-Kontexte hinaus entwickelte und sich in allen Phasen der Fertigung durchzusetzen begann, wurde der Begriff „subtraktive Fertigung“ im logischen Gegensatz zu AM retronym gebräuchlich und umfasste im Wesentlichen alle Abtragsprozesse, die zuvor auch unter den Begriff „Bearbeitung“ fallen. Die beiden Begriffe sind praktisch synonym, obwohl die seit langem etablierte Verwendung des Begriffs „Bearbeitung“ fortbesteht. Dies ist vergleichbar mit der Vorstellung, dass sich das Verb für Kontakt aufgrund der zunehmenden Möglichkeiten der Kontaktaufnahme (Telefon, E-Mail, IM, SMS usw.) entwickelt hat, die früheren Begriffe wie „Anrufen“, „Sprechen mit“ oder „Schreiben an“ jedoch nicht vollständig ersetzt hat.
Die drei Hauptbearbeitungsverfahren werden in Drehen, Bohren und Fräsen eingeteilt. Zu den weiteren Vorgängen, die in verschiedene Kategorien fallen, gehören Formen, Hobeln, Bohren, Räumen und Sägen.
· Drehvorgänge sind Vorgänge, bei denen das Werkstück gedreht wird, um Metall in erster Linie gegen das Schneidwerkzeug zu bewegen. Drehmaschinen sind die wichtigsten Werkzeugmaschinen beim Drehen.
· Fräsvorgänge sind Vorgänge, bei denen das Schneidwerkzeug rotiert, um die Schneidkanten gegen das Werkstück zu drücken. Fräsmaschinen sind die wichtigsten Werkzeugmaschinen beim Fräsen.
· Bohrvorgänge sind Vorgänge, bei denen Löcher erzeugt oder verfeinert werden, indem ein rotierender Fräser mit Schneidkanten am unteren Ende in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird. Bohrarbeiten werden hauptsächlich in Bohrmaschinen, manchmal aber auch auf Drehmaschinen oder Fräsmaschinen durchgeführt.
Sonstige Vorgänge sind Vorgänge, bei denen es sich streng genommen nicht um Bearbeitungsvorgänge handelt, da es sich möglicherweise nicht um spanabhebende Vorgänge handelt, die jedoch an einer typischen Werkzeugmaschine ausgeführt werden. Ein Beispiel für eine sonstige Operation ist das Polieren. Beim Brünieren fallen keine Späne an, es kann jedoch auf einer Drehmaschine, einem Fräser oder einer Bohrmaschine durchgeführt werden.
Bei einem unfertigen Werkstück, das bearbeitet werden muss, muss etwas Material weggeschnitten werden, um ein fertiges Produkt zu erstellen. Ein fertiges Produkt wäre ein Werkstück, das den Spezifikationen entspricht, die in Konstruktionszeichnungen oder Bauplänen für dieses Werkstück festgelegt wurden. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass ein Werkstück einen bestimmten Außendurchmesser hat. Eine Drehmaschine ist eine Werkzeugmaschine, mit der dieser Durchmesser durch Drehen eines Metallwerkstücks erzeugt werden kann, sodass ein Schneidwerkzeug Metall wegschneiden und eine glatte, runde Oberfläche erzeugen kann, die dem erforderlichen Durchmesser und der erforderlichen Oberflächenbeschaffenheit entspricht. Mit einem Bohrer kann Metall in Form eines zylindrischen Lochs entfernt werden. Weitere Werkzeuge, die für verschiedene Arten der Metallentfernung verwendet werden können, sind Fräsmaschinen, Sägen und Schleifmaschinen. Viele dieser Techniken werden in der Holzbearbeitung verwendet.
Zu den fortschrittlichen Bearbeitungstechniken gehören Präzisions-CNC-Bearbeitung, elektrische Entladungsbearbeitung (EDM), elektro-chemische Erosion, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden zur Formung von Metallwerkstücken.
Als kommerzielles Unterfangen wird die Bearbeitung im Allgemeinen in einer Maschinenwerkstatt durchgeführt, die aus einem oder mehreren Arbeitsräumen mit großen Werkzeugmaschinen besteht. Obwohl eine Maschinenwerkstatt ein eigenständiger Betrieb sein kann, verfügen viele Unternehmen über interne Maschinenwerkstätten, die spezielle Anforderungen des Unternehmens erfüllen.
Bei der Bearbeitung muss auf viele Details geachtet werden, damit ein Werkstück die in den Konstruktionszeichnungen oder Bauplänen festgelegten Spezifikationen erfüllt. Neben den offensichtlichen Problemen im Zusammenhang mit korrekten Abmessungen besteht auch das Problem, die richtige Oberflächengüte bzw. -beschaffenheit des Werkstücks zu erreichen. Die schlechte Oberflächengüte der bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks kann durch eine falsche Einspannung, ein stumpfes Werkzeug oder eine unsachgemäße Präsentation des Werkzeugs verursacht werden. Häufig macht sich diese schlechte Oberflächengüte, auch Rattern genannt, durch eine wellige oder unregelmäßige Oberfläche und das Auftreten von Wellen auf den bearbeiteten Oberflächen des Werkstücks bemerkbar.
Unter maschineller Bearbeitung versteht man jeden Prozess, bei dem ein Schneidwerkzeug verwendet wird, um kleine Materialspäne vom Werkstück zu entfernen (das Werkstück wird oft als „Werkstück“ bezeichnet). Zur Durchführung des Vorgangs ist eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlich. Diese relative Bewegung wird bei den meisten Bearbeitungsvorgängen durch eine primäre Bewegung, die „Schnittgeschwindigkeit“ genannt wird, und eine sekundäre Bewegung, die „Vorschub“ genannt wird, erreicht. Die Form des Werkzeugs und sein Eindringen in die Arbeitsfläche erzeugen in Kombination mit diesen Bewegungen die gewünschte Form der resultierenden Arbeitsfläche.
Bearbeitungsvorgänge
Es gibt viele Arten von Bearbeitungsvorgängen, von denen jeder in der Lage ist, eine bestimmte Teilegeometrie und Oberflächentextur zu erzeugen.
Beim Drehen wird ein Schneidwerkzeug mit einer einzigen Schneide verwendet, um Material von einem rotierenden Werkstück abzutragen, um eine zylindrische Form zu erzeugen. Die Primärbewegung erfolgt durch Drehen des Werkstücks und die Vorschubbewegung wird durch langsames Bewegen des Schneidwerkzeugs in einer Richtung parallel zur Drehachse des Werkstücks erreicht.
Durch Bohren wird ein rundes Loch erzeugt. Dies wird durch ein rotierendes Werkzeug erreicht, das typischerweise über zwei oder vier spiralförmige Schneidkanten verfügt. Das Werkzeug wird in einer Richtung parallel zu seiner Rotationsachse in das Werkstück eingeführt, um das runde Loch zu formen.
Beim Bohren wird ein Werkzeug mit einer einzelnen gebogenen Spitze in ein grob hergestelltes Loch in einem sich drehenden Werkstück vorgeschoben, um das Loch leicht zu vergrößern und seine Genauigkeit zu verbessern. Es handelt sich um einen Feinbearbeitungsvorgang, der in den letzten Phasen der Produktherstellung eingesetzt wird.
Reiben ist einer der Kalibriervorgänge, bei dem eine kleine Menge Metall aus einem bereits gebohrten Loch entfernt wird.
Beim Fräsen wird ein rotierendes Werkzeug mit mehreren Schneidkanten langsam relativ zum Material bewegt, um eine ebene oder gerade Oberfläche zu erzeugen. Die Vorschubrichtung verläuft senkrecht zur Drehachse des Werkzeugs. Für die Geschwindigkeitsbewegung sorgt der rotierende Fräser.
