Präzisionsgefräste, gedrehte und dreh-fräsbare Mehrzweck-Metallbauteile für die Luft- und Raumfahrt werden auf einem Prüfstand vor einer modernen CNC-Werkzeugmaschinenzelle in Shenzhen, China, ausgestellt.
Die Wahl zwischenCNC-Fräsen,CNC-Drehen, UndDreh-Fräs-Multifunktionwird durch die Geometrie des Bauteils, die Rotationssymmetrie, die Toleranzanforderungen und das Produktionsvolumen bestimmt:
1.CNC-Fräsen (Werkstück stationär, Werkzeug rotiert):Am besten geeignet fürprismatische, blockartige, nicht rotationssymmetrische Teile(Elektronikgehäuse, Hydraulikverteiler, Halterungen, Formplatten). 3- bis 5-Achs-Fräsen ermöglicht die Bearbeitung komplexer 3D-Oberflächenkonturen, tiefer Taschen und ebener Flächen mit Toleranzen bis zu ±0,010 mm (±0,0004"). Das Fräsen zylindrischer Zapfen ist jedoch langsamer und führt im Vergleich zum Drehen zu einer geringeren Rundheit.
2.CNC-Drehen (Werkstück rotiert, Werkzeug stationär):Am besten geeignet fürzylindrische, drehbare, rotationssymmetrische Teile(Präzisionswellen, Bolzen, Buchsen, Befestigungselemente, Armaturen). Da das Einpunkt-Schneidwerkzeug das Metall kontinuierlich abträgt, während sich das Werkstück mit bis zu 6.000 U/min dreht, bietet das Drehen eine unübertroffene Rundheit (≤ 0,003 mm), hervorragende Rundlaufgenauigkeit und feine Oberflächengüten (Ra 0,4 µm bis 0,8 µm) bei niedrigsten Maschinenstundenkosten.
3.Dreh-Fräs-Multifunktionsmaschine (Werkstück und Werkzeug rotieren über mehrere Spindeln):Am besten geeignet fürkomplexe HybridkomponentenDrehen und Fräsen außerhalb der Achse sind erforderlich (z. B. für Fluidleitungen in der Luft- und Raumfahrt, Knochenschrauben, Exzenterwellen, Robotergelenkgehäuse). Durch die Kombination einer drehmomentstarken Drehspindel (C-Achse), angetriebener Werkzeugrevolver, eines gelenkigen B-Achsen-Fräskopfes und einer synchronisierten Gegenspindel fertigen Dreh-Fräs-Maschinen das gesamte Bauteil in einer einzigen Aufspannung."In einem Schritt erledigt"Fertigungsparadigma. Dadurch entfällt das manuelle Nachspannen von Teilen vollständig, Bezugsstapelfehler werden vermieden (Konzentrizität innerhalb von ±0,005 mm / ±0,0002"), und die gesamte Produktionszeit wird um 40 bis 70 % reduziert.
Bei HONSCN Precision in Shenzhen, China, zeigen unsere über 20-jährige Fertigungserfahrung, dassDie Bearbeitung eines Hybridbauteils auf separaten Dreh- und Fräsmaschinen erhöht die Gesamtstückkosten um 35 % bis 50 % und verdreifacht das Ausschussrisiko., im Vergleich zur Ausführung auf einem modernen, multifunktionalen Dreh-Fräszentrum.
Um den kostengünstigsten Fertigungsweg auszuwählen, müssen Maschinenbauingenieure die grundlegenden physikalischen und kinematischen Unterschiede zwischen den drei Werkzeugmaschinenkonfigurationen verstehen:
Beim CNC-Fräsen wird der Rohling in einem Schraubstock, einer Vakuumvorrichtung oder einer Werkstückaufnahme sicher auf dem Maschinentisch eingespannt. Das Werkstück bleibt relativ zu seinem Koordinatensystem fixiert, während ein zylindrisches Schneidwerkzeug (Schaftfräser, Planfräser, Kugelfräser) mit hoher Drehzahl (6.000 bis 24.000 U/min) entlang der Spindelachse (Z-Achse) rotiert.
Ein Hochgeschwindigkeits-Hartmetall-Planfräser bearbeitet aktiv einen präzisionsgefertigten prismatischen Hydraulikventilblock aus 6061-T6 Aluminium in einem vertikalen CNC-Bearbeitungszentrum.
Beim CNC-Drehen ist die kinematische Beziehung umgekehrt: Das zylindrische Stangenmaterial oder der vorgeschnittene Rohling wird in ein hochpräzises pneumatisches oder hydraulisches Spannfutter (oder eine Spannzange) eingespannt und rotiert mit hoher Geschwindigkeit um die Hauptspindelachse (Z-Achse) der Maschine. Ein stationärer Einpunkt-Hartmetalleinsatz wird entlang der X-Achse (Durchmessersteuerung) und der Z-Achse (Längensteuerung) in das rotierende Werkstück eingeführt.
Abgestufte Rotationswelle aus vorgehärtetem Stahl 4140, eingespannt in einem 3-Backen-Futter mit motorisierter, radial angetriebener Werkzeugspindel zur Herstellung von Keilnuten und Querbohrungen
Dreh-Fräs-Multifunktionszentren (wie z. B. DMG MORI NTX, Mazak Integrex und Okuma MULTUS) integrieren die volle Dreh- und 5-Achs-Fräsleistung in einen einzigen Maschinenraum.
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Technische Spezifikation |
Standard-CNC-Fräsen (3 bis 5 Achsen) |
Standard-CNC-Drehen (2-Achs-Drehmaschine) |
Erweiterte Dreh-Fräs-Multitasking-Funktion |
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Werkstückbewegung |
Stationär (an Tisch/Grabstein befestigt) |
Hohe Rotationsgeschwindigkeit (500–6.000 U/min) |
Volle Drehung + C-Achsen-Indexierung (0,0001°) |
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Bewegung des Schneidwerkzeugs |
Hohe Rotationsgeschwindigkeit (6.000–24.000 U/min) |
Stationärer Einpunkt-Einsatz |
Stationäre Dreheinsätze + angetriebene Werkzeuge mit über 12.000 U/min |
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Primäre Bewegungsachsen |
X, Y, Z (linear) + A, B, C (Drehtische) |
X (Durchmesser) und Z (Länge) |
X, Y, Z, C (Haupt-/Gegenspindel) + B (Fräskopf) |
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Schneidwirkung |
Unterbrochenes Schneiden (zyklischer Werkzeugaufprall) |
Kontinuierliches Schneiden (konstante Spanbelastung) |
Nahtloser Hybrid (kontinuierlich + unterbrochen) |
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Optimale Geometrieanpassung |
Prismatisch, kubisch, flach, dreidimensionale Freiform |
Zylindrisch, drehbar, rotationssymmetrisch |
Achsensymmetrischer Körper mit komplexer außermittiger Fräsung |
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Typische Rundheit (Außendurchmesser/Innendurchmesser) |
0,010 mm bis 0,025 mm (interpoliert) |
0,002 mm bis 0,005 mm (gedreht) |
0,003 mm bis 0,005 mm (gedreht) |
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Typische Oberflächenbeschaffenheit |
Ra 0,8 µm bis 1,6 µm (32–63 µin) |
Ra 0,4 µm bis 0,8 µm (16–32 µin) |
Ra 0,4 µm bis 0,8 µm (16–32 µin) |
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Zusätzliche Setups erforderlich |
2 bis 4 Aufspannungen für 6-seitige Teile |
2 Setups (OP10 vorne, OP20 hinten) |
1 Setup („Vorder- und Rückseite in einem Schritt“) |
Die Wahl der falschen Werkzeugmaschinenarchitektur führt zu überhöhten Zykluszeiten, teuren Sondervorrichtungen und einer beeinträchtigten GD&T-Genauigkeit.
Wenn die primäre Geometrie eines Bauteils durch rechteckige Flächen, Taschen und Montageflansche mit weniger als 20 % zylindrischen Merkmalen begrenzt wird, gehört es auf eine CNC-Fräsmaschine.
Wenn der Querschnitt eines Bauteils rund ist und vollständig durch Drehen des Teils gegen stationäre Werkzeuge erzeugt werden kann, ist die Bearbeitung auf einer CNC-Fräsmaschine ein wirtschaftliches Desaster.
Wenn ein zylindrisches Bauteil nicht-zylindrische Nachbearbeitungen erfordert (wie z. B. Querbohrungen, gefräste Sechskantflächen, Keilnuten, Exzenternocken oder abgewinkelte Ventilanschlüsse), benötigt man nach dem herkömmlichen Verfahren zwei separate Maschinen:
Bei diesem Arbeitsablauf mit zwei Maschinen vervielfachen sich Produktionsfehler und Qualitätsmängel.Die Dreh-Fräs-Multitasking-Methode vereint beide Arbeitsgänge in einem einzigen, kontinuierlichen Zyklus.
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Geometrisches Merkmal |
Standard-CNC-Fräsmaschine |
Standard-CNC-Drehmaschine |
Dreh-Fräs-Multifunktion |
Empfohlene Vorgehensweise |
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Große, flache, ebene Flächen |
Optimal |
Schwierig (nur frontal) |
Ausgezeichnet (Y-Achsen-Planfräser) |
Fräsmaschine oder Drehmühle |
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Hochpräzise gedrehte Außen-/Innendurchmesser |
Mangelhaft (interpoliert) |
Optimal |
Optimal |
Drehen oder Dreh-Fräsen |
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Tiefe rechteckige Innentaschen |
Optimal |
Unmöglich |
Ausgezeichnet (angetriebener Schaftfräser) |
Fräsmaschine oder Drehmühle |
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Radiale Querlöcher am Außendurchmesser |
Erfordert einen Index für die 4. Achse. |
Unmöglich (benötigt Live-Tool) |
Optimal (Getriebebohrer) |
Dreh-Fräsmaschine mit C-Achse |
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Schräge Anschlüsse (Verbundwinkel) |
Erfordert eine 5-Achs-Fräsmaschine. |
Unmöglich |
Optimal (Schwenkung der B-Achse) |
5-Achs-Fräsmaschine oder B-Achs-Drehfräsmaschine |
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Außensechskant / Schlüsselflächen |
Mäßig |
Unmöglich |
Optimal (Polygonfräsen) |
Dreh-Fräsmaschine mit C-Achse |
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Gewindezylinderenden |
Mäßig (Fadenmühle) |
Schnell (Einzelpunkt) |
Schnell (Einzelpunkt) |
Drehen oder Dreh-Fräsen |
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Exzentrische Stifte / Nockenprofile |
Schwierig (langsam) |
Benötigt ein 4-Backen-Handfutter |
Optimal (Polarinterpolation) |
Dreh- und Fräsmaschinen-Multitasking |
Hochwertiges Multitasking-Dreh-Fräszentrum mit B-Achsen-Fräskopf und zwei synchronisierten Spindeln zur Bearbeitung komplexer Luft- und Raumfahrt-Fluidkupplungen
Bei der Bewertung von Fertigungsangeboten vergleichen unerfahrene Käufer oft die Stundensätze für Spindeln in der Maschinenbauindustrie:
Auf den ersten Blick könnte ein Käufer schlussfolgern: „Ein Dreh-Fräszentrum kostet doppelt so viel pro Stunde. Es muss günstiger sein, mein Werkstück auf einer Standarddrehmaschine zu bearbeiten und es dann auf eine 3-Achs-Fräsmaschine zu übertragen.“
In der realen Präzisionsfertigung,Diese Logik ist völlig falsch.Die Spindelstundensätze machen nur einen Bruchteil der gesamten Produktionskosten aus. Die eigentlichen Kostentreiber sindRüstkosten, Abschreibungen auf Vorrichtungen, Wartezeiten für unfertige Erzeugnisse (WIP) und Ausschussquoten, die durch Nachspannfehler verursacht werdenDie
1.Spezielle Einrichtungskosten (300 bis 1.200 US-Dollar):Um ein teilweise gedrehtes Werkstück auf eine Fräsmaschine zu übertragen, werden speziell gefräste weiche Spannbacken oder Spannzangen-Teilblöcke benötigt, um den zylindrischen Körper zu halten, ohne die fertigen Oberflächen zu beschädigen oder zu zerkratzen.
2.Toleranzstapelung für Bezugsübertragungen:Jedes Mal, wenn ein Bediener ein Werkstück ausspannt und in einer zweiten Maschine wieder einspannt, verschlechtern sich die Rundlaufgenauigkeit und die Rechtwinkligkeit zwischen der gedrehten Achse und den gefrästen Bohrungen um0,020 mm bis 0,050 mm (0,0008" bis 0,0020")Die
3.Wartezeit und Lieferzeit ab Werk:In einer stark ausgelasteten Maschinenwerkstatt führt der Transport einer Charge von der Dreherei zur Fräserei zu Leerlauf- und Wartezeiten von 3 bis 5 Tagen, da auf eine freie Frässpindel gewartet werden muss.
4.Schrottmultiplikatoren:Wenn Bearbeitungsschritt 10 (Drehen) eine Fehlerquote von 1,5 % und Bearbeitungsschritt 20 (Fräsen) eine Fehlerquote von 2,5 % aufweist, beträgt der kumulierte Ausschuss 4,0 %. Schlimmer noch: Jeder Fehler in Bearbeitungsschritt 20 vernichtet den bereits in Bearbeitungsschritt 10 investierten Wert!
Um die tatsächlichen finanziellen Auswirkungen zu veranschaulichen, betrachten wir einen realen Hydraulikventilschieber für die Luft- und Raumfahrt, der in unserem Werk in Shenzhen hergestellt wurde (gedrehte Welle mit 6 Lagerzapfen, 4 quergebohrten radialen Ölanschlüssen und 2 gefrästen Flächen):
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Kostenfaktor |
Traditionelle geteilte Fertigungsroute (Drehmaschine + 4-Achs-Fräsmaschine) |
Dreh-Fräs-Mehrzweckroute (HONSCN "Erledigt in einem Arbeitsgang") |
Netto-Kostendifferenz und Nutzen |
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Anzahl der Maschineneinrichtungen |
3 separate Setups (Drehmaschine OP10, OP20 + Fräsmaschine OP30) |
1 Einzelaufbau (Komplettset) |
Erspart 2 komplette Maschineneinrichtungen |
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Investition in maßgefertigte Einrichtungsgegenstände |
650 $ (Sonderanfertigung: weiche Drehbankbacken + gefräste Vorrichtung) |
0 € (Standard-Hydraulikfutter & Gegenspindel) |
650 $ Einsparungen bei den Werkzeugkosten im Voraus |
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Bearbeitungszeit |
Insgesamt 16,5 Minuten an beiden Geräten |
8,2 Minuten insgesamt (Überlappung beider Spindeln) |
50,3 % Zykluszeitreduzierung |
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Einrichtungs- und Programmierarbeiten |
5,5 Stunden verteilt auf zwei Maschinen (275 $) |
3,5 Stunden am Dreh- und Fräszentrum (260 $) |
15 $ Arbeitskostenersparnis |
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Kosten für die Serienbearbeitung (250 Stück) |
18,50 $ pro Einheit (insgesamt 4.625 $) |
12,20 $ pro Einheit (insgesamt 3.050 $) |
1.575 $ Einsparungen durch Chargenvergleich (-34 %) |
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Ausschussquote (Datumsfehler) |
3,2 % (8 Teile wegen Rundlaufabweichung > 0,015 mm zurückgewiesen) |
0,4 % (1 Teil aufgrund von Werkzeugverschleiß zurückgewiesen) |
7 Teile vor dem Schrott gerettet (129 $) |
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Gesamte Werksvorlaufzeit |
12 Werktage (Maschinendurchlaufzeit + Wartezeit) |
4 Werktage (direkte Stangenzuführung) |
66 % schnellere Lieferung |
Drei Präzisionsmetallbauteile auf einer dunklen Granit-Prüfplatte: Vergleich eines prismatisch gefrästen Blocks, einer gedrehten Stufenwelle und eines hybriden Dreh-Fräs-Bauteils mit einem Mikrometer
Prüfen Sie die technische Zeichnung Ihres Bauteils anhand dieser verbindlichen Fertigungsauswahlmatrix:
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Hauptmerkmale |
Empfohlener CNC-Prozess |
Primärer Werkzeugmaschinentyp |
Wichtigste operative Begründung |
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Prismatischer/kubischer Block mit ebenen Flächen, dreidimensionalen Konturen, ohne zentrale runde Achse |
CNC-Fräsen |
3-Achsen- oder 5-Achsen-Bearbeitungszentrum/HPC |
Starre Tischaufspannung, Mehrfachtaschenbearbeitung, schweres Planfräsen |
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Rein zylindrische Welle, Bolzen, Buchse oder Ring mit 100% Rotationssymmetrie |
CNC-Drehen |
2-Achs-CNC-Drehmaschine |
Niedrigster Maschinenstundensatz, schnellste Zykluszeit, Ra < 0,4 µm |
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Gedrehte Welle mit 1 bis 2 einfachen Querbohrungen oder einer Keilnut am Außendurchmesser |
CNC-Drehen mit angetriebenen Werkzeugen |
3-Achs- oder 4-Achs-Drehzentrum (C-Achse + angetriebener Revolver) |
Fügt der Drehmaschine eine Fräsfunktion hinzu; vermeidet das Einrichten einer zweiten Maschine. |
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Schlankes Rotationsteil mit einem Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis L/D > 8:1 (bis zu 30:1) |
Langdrehautomat |
Schweizer Dreh-Fräsmaschine (Schiebespindelstock mit Führungsbuchse) |
Keine Bauteilverformung beim Drehen; gleichzeitige Rückbearbeitung |
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Komplex gedrehter Korpus mit außermittig angeordneten, schrägen Bohrungen, gefrästen Taschen und beidseitigen Merkmalen |
Dreh-Fräs-Multifunktion |
Dreh-Fräszentrum mit zwei Spindeln und B-Achse (z. B. DMG MORI NTX) |
In einem Schritt erledigtFertigstellung; beseitigt Datenstapelung; Übergabe der Gegenspindel |
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Dünnwandige, asymmetrische Halterung, die eine 5-seitige Ausfräsung und eine Lagerbohrung erfordert |
5-Achs-CNC-Fräsen |
5-Achs-Bearbeitungszentrum mit Schwenktisch |
Zentrifugale Unwucht verhindert Drehung; 5-seitige Indexierung setzt sich durch |
Direkte Antwort:Nein. Beim CNC-Drehen rotiert das Werkstück kontinuierlich gegen einen stationären, starren Einpunkt-Wendeschneidplattendrehbestückungseinsatz. Dadurch werden Rundheitstoleranzen bis zu 0,002 mm bis 0,005 mm (0,0001" bis 0,0002") und Oberflächengüten von Ra 0,4 µm (16 µin) erzielt. Beim CNC-Fräsen muss eine zylindrische Bohrung durch Kreisinterpolation (gleichzeitige Koordinaten der X- und Y-Achse) erzeugt werden. Aufgrund mikroskopischen Spiels an den Umkehrpunkten der Achse und der Werkzeugdurchbiegung weisen gefräste Bohrungen typischerweise Rundheitstoleranzen zwischen 0,010 mm und 0,025 mm (0,0004" bis 0,0010") auf. Für Lagerzapfen, die eine Rundheit im Sub-10-µm-Bereich erfordern, ist Drehen oder Nachschleifen zwingend notwendig.
Direkte Antwort:Eine CNC-Drehmaschine mit angetriebenen Werkzeugen ist im Prinzip eine Drehmaschine mit motorisierten, rotierenden Werkzeugen in einem herkömmlichen Werkzeugrevolver. Sie bietet typischerweise eine C-Achsen-Spindelindexierung und eine begrenzte Antriebsleistung (3 kW bis 5 kW), wodurch sich das Fräsen auf leichtes Querbohren, Gewindeschneiden und Nutenfräsen senkrecht oder parallel zur Hauptspindel beschränkt. Im Gegensatz dazu verfügt ein komplettes Dreh-Fräs-Multifunktionszentrum über eine unabhängige, leistungsstarke (12 kW bis 25 kW) schwenkbare B-Achsen-Frässpindel mit einem Schwenkbereich von ±120°, vollen Verfahrweg in Y-Richtung und eine Gegenspindel. Dies ermöglicht neben dem Hochgeschwindigkeitsdrehen auch die simultane 5-Achs-Konturbearbeitung, das Planfräsen und die Bearbeitung komplexer Winkel.
Direkte Antwort:Die gleichzeitige Bearbeitung von Dreh- und Frästeilen wird immer dann wirtschaftlicher, wenn ein gedrehtes Bauteil Nachbearbeitungen erfordert, die andernfalls kundenspezifische Vorrichtungen, separate Maschineneinrichtungen oder enge geometrische Toleranzen (Rundlauf oder Rechtwinkligkeit ≤ 0,020 mm) notwendig machen würden. Obwohl Dreh- und Fräszentren höhere Spindelstundensätze aufweisen (75–110 $/Std. gegenüber 35–50 $/Std. bei 3-Achs-Fräsmaschinen), fertigen sie das Teil in einer einzigen Aufspannung („Komplettbearbeitung“). Dadurch entfallen die Kosten für zusätzliche Vorrichtungen (500–1.200 $), die Wartezeiten zwischen den Abteilungen um 3 bis 5 Tage, die Gesamtzykluszeit um 30 % bis 50 % und der Ausschuss durch Fehler beim Umspannen.
Direkte Antwort:Standardmäßige CNC-Drehmaschinen spannen das Werkstück in ein Spannfutter ein und stützen das gegenüberliegende Ende mit einem Reitstock ab. Bei langen, schlanken Teilen mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis (L/D) von mehr als 4:1 führen die Schnittkräfte zu Verformungen und Rattern des Werkstücks. Langdrehautomaten verwenden einen verschiebbaren Spindelstock, der das Stangenmaterial durch eine präzise Führungsbuchse aus Wolframkarbid führt. Das Schneidwerkzeug ist nur Bruchteile eines Millimeters vom Auflagepunkt der Führungsbuchse entfernt positioniert, wodurch die Verformung unabhängig von der Gesamtlänge des Werkstücks praktisch null ist. Dies ermöglicht es Langdrehautomaten, Mikropräzisionsstifte, medizinische Knochenschrauben und Wellen mit L/D-Verhältnissen von 20:1 oder mehr mit Toleranzen innerhalb von ±0,003 mm herzustellen.
Direkte Antwort:„Done-in-One“ ist eine Fertigungsmethode, die auf multifunktionalen Werkzeugmaschinen basiert. Dabei werden alle Bearbeitungsvorgänge – Rohmaterialzufuhr, Drehen, 5-Achs-Fräsen, Querbohren, Gewindeschneiden, Tieflochbohren, Entgraten der Rückseite und das abschließende Abtrennen – in einem einzigen automatisierten Zyklus auf einer einzigen Maschine ausgeführt. Durch den synchronisierten, schwebenden Transfer des Werkstücks von der Hauptspindel zur Gegenspindel verlässt das Werkstück die Maschine vollständig bearbeitet und bereit zur Prüfung – ohne Eingriffe eines Bedieners oder zusätzliche Einrichtungsarbeiten.
Gegründet im Jahr 2003,HONSCN Precision Parts Co., Ltd.betreibt eine hochmoderne OEM-Fertigungsanlage in Shenzhen, China, die zertifiziert ist nachISO 9001:2015Seit über zwei Jahrzehnten investieren wir kontinuierlich in fortschrittliche Werkzeugmaschinenkinematik, um unseren internationalen Kunden einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil in Bezug auf Präzision, Liefergeschwindigkeit und Kosten zu verschaffen.
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