How to Accurately Estimate and Optimize CNC Machining Time?

Die CNC-Bearbeitungszeit wirkt sich direkt auf die Produktionseffizienz aus, Kostenkontrolle, und Lieferpläne – daher ist eine genaue Schätzung und Optimierung für Hersteller von entscheidender Bedeutung. Ganz gleich, ob Sie kleine Präzisionsteile oder große Strukturbauteile bearbeiten, Das Verständnis der Faktoren, die die Bearbeitungszeit beeinflussen, und die Beherrschung praktischer Berechnungsmethoden können den Ausschuss erheblich reduzieren. In diesem Artikel werden die wichtigsten Einflussfaktoren aufgeschlüsselt, Schritt-für-Schritt-Berechnungslogik, und umsetzbare Optimierungsstrategien, die Ihnen helfen, die CNC-Bearbeitungszeit effektiv zu verwalten.

1. Kernfaktoren, die die CNC-Bearbeitungszeit beeinflussen

Die Bearbeitungszeit ist kein fester Wert, sondern hängt von einer Kombination von Werkstückeigenschaften ab, Materialeigenschaften, Prozessparameter, und Geräteleistung. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung anhand einer Kontrast- und Kausalkettenstruktur:

1.1 Geometrische Eigenschaften des Werkstücks

Die Komplexität und Größe des Werkstücks bestimmen direkt die Länge des Werkzeugwegs und die Schwierigkeit des Schneidens, Schaffung eines klaren Kausalzusammenhangs mit der Bearbeitungszeit:

• Komplexe Merkmale (gebogene Oberflächen, schmale Rillen, tiefe Hohlräume): Längere Werkzeugwege und geringere Vorschubgeschwindigkeiten (Genauigkeit sicherstellen) Zeitersparnis um 30–60 % im Vergleich zu einfachen Flachteilen. Zum Beispiel, a deep cavity with a depth-to-diameter ratio >5:1 erfordert schichtweises Schneiden, 2–3x mehr Zeitaufwand als bei einer flachen Kavität.
• Kleine Merkmale (0.5 mm breite Rippen): Begrenzt durch Maschinenbeschleunigung, Die Bearbeitung dauert 1,5–2x länger als bei großen Hobeln – selbst mit dem gleichen Material und den gleichen Parametern.
• Dünnwandige Teile: Unzureichende Steifigkeit führt zu einer verringerten Schnitttiefe (um Vibrationen zu verhindern), Erhöhung der Bearbeitungszeit um 30–50 % (Z.B., A 2 mm dicke Aluminiumhalterung nimmt 40 Minuten vs. 25 Minuten für eine solide Klammer).

1.2 Materialphysikalische Eigenschaften

Unterschiedliche Materialien erfordern unterschiedliche Schnittstrategien, die sich direkt auf Geschwindigkeit und Effizienz auswirken. In der folgenden Tabelle werden die wichtigsten Materialtypen und ihre zeitlichen Auswirkungen gegenübergestellt:

1.3 Prozessparameterkombination

Spindelgeschwindigkeit (S), Futterrate (F), und Schnitttiefe (ap/ae) ein optimales Verhältnis bilden – jede Abweichung erhöht die Zeit oder verringert die Qualität:

• Spindelgeschwindigkeit (S) & Futterrate (F): Zu hoch führt zu Werkzeugausbrüchen (Nacharbeit erforderlich, Zeit hinzufügen); zu niedrig führt zu Ineffizienz. Zum Beispiel, ein Stahlteil mit S=3.000 U/min und F=0,1 mm/U 30 Minuten, aber S=5.000 U/min (Chipping) fügt hinzu 20 Minuten Nacharbeit, während S = 1.000 U/min (Zu langsam) nimmt 60 Minuten.
• Schnitttiefe (ap/ae): Beim Schruppen können maximale Maschinengrenzen genutzt werden (Z.B., ap=5 mm für Stahl), aber die Endbearbeitung erfordert ae=0,1–0,3 mm (um die Oberflächenbeschaffenheit zu gewährleisten)– Allein die Endbearbeitung erhöht bei Präzisionsteilen 10–15 % der Gesamtzeit.

1.4 Werkzeugmaschine & Hilfsoperationen

Alte Geräte und zeitraubende Nebentätigkeiten werden oft zu Engpässen:

• Dynamische Eigenschaften von Werkzeugmaschinen: Bei alten Maschinen kommt es zu Verzögerungen bei der Servoreaktion – G00-Schnellbewegungen dauern 20–30 % länger als bei neuen 5-Achsen-Maschinen. Automatische Werkzeugwechsler (ATC) variieren: ein 40-fach Werkzeugmagazin fasst 15 Sekunden pro Änderung, Hinzufügen 2.5 Minuten für 10 Werkzeugwechsel in einem Mehrprozessteil.
• Hilfsbetriebe: Präzisionsteile erfordern Online-KMG-Inspektionen (30 jeweils Minuten), Das Anheben/Positionieren schwerer Teile dauert 10 bis 30 Minuten. Bei speziellen Vorrichtungen, bei denen das Risiko von Interferenzen besteht, kann die Probeinstallation ein bis zwei Stunden dauern, was die eigentliche Schneidzeit übersteigt.

2. Schritt-für-Schritt-Logik zur Berechnung der CNC-Bearbeitungszeit

Die Schätzung der Bearbeitungszeit erfordert einen strukturierten Ansatz: Berechnen Sie zunächst die Programmausführungszeit, Fügen Sie dann die nicht schneidende Zeit hinzu, und schließlich einen Sicherheitsspielraum reservieren.

2.1 Programmausführungszeit (Reine Schnittzeit)

Verwenden Sie die Kernformel:

T = L / (F × oder)

• T: Programmausführungszeit (Stunden/Minuten)
• L: Effektive Schnittweglänge (mm)
• F: Futterrate (mm/min)
• oder: Schnitteffizienzkoeffizient (0.7–0,9, Berücksichtigung von Beschleunigung/Verzögerung, Werkzeugheben, usw.)

Praktisches Beispiel

Bearbeitung eines Φ50 mm × 100 mm langer Achsenaußenkreis mit Aluminiumlegierung:

1. Layered Schneiden: ap=2 mm, also Anzahl der Schichten = 100 mm / 2 mm = 5 Schichten.
2. Pfadlänge pro Ebene: Umfang des Kreises = πD = 3.14 × 50 mm = 157 mm. Gesamt L = 157 mm × 5 Schichten = 785 mm.
3. Parameter: F=600 mm/min, H = 0,8.
4. Berechnung: T = 785 mm / (600 mm/min × 0.8) ≈ 1.64 Minuten (reine Schnittzeit).

2.2 Akkumulation von Nicht-Schnittzeiten

Fügen Sie feste und variable Gemeinkosten hinzu, die oft übersehen werden:

Für das Beispiel mit der langen Achse: Gesamte Nicht-Schnittzeit = 35 + 62.5 = 97.5 Minuten.

2.3 Einstellung der Sicherheitsmarge

Reservieren Sie 15–30 % der Gesamtzeit für unerwartete Probleme (Werkzeugkleidung, Stromausfälle, Prozessveränderungen):

• Gesamtzeit vor Marge = 1.64 (Schneiden) + 97.5 (nicht schneidend) = 99.14 Minuten.
• Sicherheitsmarge (20%) = 99.14 × 0.2 ≈ 19.83 Minuten.
• Endgültige geschätzte Zeit: 99.14 + 19.83 ≈ 119 Minuten (≈2 Stunden).

3. Praktische Strategien zur Optimierung der CNC-Bearbeitungszeit

Die Reduzierung der Bearbeitungszeit bedeutet keine Einbußen bei der Qualität – konzentrieren Sie sich auf intelligente Prozesse, Werkzeug, und Geräteanpassungen:

3.1 Optimierung der CAM-Programmierung

Verwenden Sie diese Techniken, um Leerschläge und überflüssige Bewegungen zu minimieren:

• Spiralabwärtsschneiden: Ersetzen Sie das vertikale Piercing (Dadurch besteht die Gefahr von Werkzeugbruch und langsamer Geschwindigkeit) mit spiralförmigen Bahnen – reduziert die Leerhubzeit um 20–30 %.
• Gemischter Ring + Reihenschneiden: Für Inselstrukturen (Z.B., ein Teil mit mehreren erhabenen Merkmalen), Dies vermeidet häufiges Anheben des Werkzeugs und spart 15–25 % der Wegzeit.
• Restleerfunktion: Lassen Sie nachfolgende Prozesse direkt in das verbleibende Material schneiden (statt den gesamten Bereich neu zu bearbeiten)– verkürzt die Weglänge um 10–15 %.

3.2 Grundsätze der Werkzeugauswahl

Die Wahl des richtigen Werkzeugs steigert die Geschwindigkeit und reduziert den Verschleiß:

• Rauen: Verwenden Sie Fräser mit großer Spannut und dichter Zahnung (Z.B., 4–6 Zähne) Steigerung der Materialabtragsleistung um 30–40 %.
• Fertig: Entscheiden Sie sich für feinverzahnte Werkzeuge (Z.B., TiAlN-Beschichtung) um hohe Vorschubgeschwindigkeiten ohne Oberflächenfehler aufrechtzuerhalten.
• Tiefe Hohlräume: Wählen Sie Langhals-Schrumpfstangenwerkzeuge mit Hochdruck-Innenkühlung – verbessert die Effizienz der Spanabfuhr, Verkürzung der Zeit um 25–35 %.
• Materialübereinstimmung: Hartmetallwerkzeuge halten zehnmal länger als Schnellarbeitsstahl (HSS)– auch bei höheren Vorabkosten, Sie verkürzen die Werkzeugwechselzeit um 50%.

3.3 Werkzeugmaschine & Workflow-Anpassung

Passen Sie die Ausrüstung an den Teilebedarf an, um Engpässe zu vermeiden:

• Große Werkstücke: Verwenden Sie Portalmaschinen (bessere Tragfähigkeit und Reichweite) statt vertikaler Spitzen – verkürzt die Nachspannzeit um 40–50 %.
• Präzisionsteile: Wählen Sie vertikale Bearbeitungszentren mit guter thermischer Stabilität (paired with a constant temperature workshop) to avoid rework from thermal drift—saving 1–2 hours per batch.
• Serienfertigung: Invest in special combination machines with parallel stations—e.g., a 2-station machine can cut cycle time by 50% (one station machines while the other loads/unloads).

4. Korrekturkoeffizienten für typische Arbeitsbedingungen

Adjust estimated time based on common challenging scenarios using the table below (multiply base time by the coefficient):

Perspektive der Yigu -Technologie

Bei Yigu Technology, we believe CNC machining time management is about balancing accuracy and efficiency. For clients across automotive and aerospace, we start with a data-driven approach: our historical database of 5,000+ parts lets us apply precise correction coefficients (Z.B., ×2.8 for titanium alloy right-angle parts) to avoid overestimating time. We also optimize toolpaths with UG/NX’s residual blank function, cutting empty strokes by 25%, and use carbide tools with high-pressure cooling to boost feed rates by 30% Für Aluminiumteile. Für die Serienproduktion, we’ve deployed 2-station combination machines that cut cycle time by 45% without compromising precision. Letztlich, the goal isn’t just faster machining—it’s predictable, cost-effective timeframes that keep projects on track.

FAQ

1. How do I adjust machining time estimates for a new material I’ve never used before?

Start with a “three-point estimation method”: calculate optimistic (best-case, Z.B., high speed with no issues), normal (average parameters), and pessimistic (slow speed with rework) mal. Verwenden Sie die Formel: (Optimistic + 4×Normal + Pessimistic)/6. Zum Beispiel, if titanium alloy parts have optimistic=60 min, normal=90 min, pessimistic=120 min, the estimate is (60 + 360 + 120)/6 = 90 min.

2. Can CAM software alone accurately estimate CNC machining time?

CAM -Software (Z.B., Mastercam, Und /nx) calculates program execution time well but often misses non-cutting time (Werkzeugänderungen, Inspektionen) and safety margins. Add 30–40% to CAM’s initial estimate to account for these—this aligns with real-world results for 80% von Teilen.

3. How much time can I save by upgrading from a 3-axis to a 5-axis CNC machine for complex parts?

For parts requiring multiple setups (Z.B., a 5-sided housing), 5-axis machines eliminate re-clamping—saving 40–60% of non-cutting time. For deep cavities or curved surfaces, 5-axis dynamic cutting also reduces tool path length by 20–30%, cutting total time by 30–50% compared to 3-axis machines.