Welche Faktoren bestimmen die Arbeitszeiten der CNC-Bearbeitung?

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In CNC-Bearbeitungswerkstätten – sei es bei der Herstellung von Komponenten für Automobilmotoren oder Teilen für medizinische Geräte – ist die Arbeitszeit der CNC-Bearbeitung wirken sich direkt auf die Produktionspläne aus, Arbeitskosten, und Lieferzeiten für Bestellungen. Diese Schlüsselmetrik ist nicht zufällig; Es kommt auf eine Mischung aus Produktdesign an, Geräteleistung, Prozessstrategien, und Betriebsdetails. In diesem Artikel werden die wichtigsten Einflussfaktoren aufgeschlüsselt, Schritt-für-Schritt-Bewertungsmethoden, typische Szenariooptimierungen, und Lösungen für häufige Missverständnisse, helping you accurately calculate and efficiently reduce machining hours.

1. What Are the Core Influencing Factors of CNC Machining Working Hours?

Die CNC-Bearbeitungsstunden werden durch vier miteinander verbundene Kategorien geprägt, jeweils mit spezifischen Unterfaktoren, die die Zykluszeiten verlängern oder verkürzen können. Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Aufschlüsselung mit quantifizierbaren Auswirkungen:

1.1 Product Design Features (Konto für 30-40% of Total Hours)

Die Komplexität des Designs erhöht direkt die Schwierigkeit des Werkzeugwegs und der Verarbeitungsschritte.

DesignfaktorAuswirkungen auf die ArbeitszeitenBeispiel für reale WeltOptimierungstipp
FormkomplexitätNicht standardmäßige Oberflächen, dünnwandige Strukturen, oder tiefe schmale Rillen hinzufügen 20-50% zu Stunden vs. einfache BlöckeLuftfahrtstützen mit komplexen Rippen erfordern eine 5-Achsen-Gestängebearbeitung (8-12 Stunden/Teil) vs. 2-3 Stunden für einfache KlammernVereinfachen Sie unkritische Konturen; Vermeiden Sie unnötig tiefe Rillen (>10x Durchmesser)
Genauigkeit & OberflächenanforderungenHochpräzise Funktionen (Z.B., Löcher auf IT6-Niveau) benötigen 2-3x mehr Zeit für die Vorbearbeitung + TestenHochglanzpolierte Formeinsätze erfordern reduzierte Vorschubgeschwindigkeiten (50-100mm/min) vs. 300-500mm/min für Oberflächen mit Ra 6,3 μmVerwenden Sie eine mehrstufige Endbearbeitung (rau → halbfertig → fertig) statt wiederholter Korrekturen
MaterialtypSchwer zu schneidende Materialien verlangsamen die Verarbeitung 30-60% vs. leicht zu schneidende MetalleEdelstahl (304) erfordert eine Schnittgeschwindigkeit von 80–120 m/min vs. 300-500m/min für AluminiumlegierungenWählen Sie Hartmetallwerkzeuge für Stahl; Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS) Nur für kleinvolumige Weichmetallteile
Feature-Menge & LayoutDichte kleine Löcher/Fäden hinzufügen 15-30% Zeit aufgrund von WerkzeugwechselnEine 50 mm × 50 mm große Aluminiumplatte mit 20 M3-Gewinde benötigt 40+ Minuten (vs. 15 Minuten für 5 Themen)Gruppieren Sie Features mit gleichem Durchmesser, um Werkzeugwechsel zu reduzieren; Verwenden Sie Mehrspindelköpfe für Lochanordnungen

1.2 Werkzeugmaschinen & Process Conditions (Konto für 25-35% of Total Hours)

Die Leistungsfähigkeit der Ausrüstung und die Rüsteffizienz bestimmen, wie schnell Teile bearbeitet werden können.

BedingungsfaktorAuswirkungen auf die ArbeitszeitenSchlüsselparameterKosten-Nutzen-Hinweis
GeräteleistungMaschinen mit hoher Steifigkeit verkürzen die Schruppzeit 20-30% vs. ältere ModelleEin neues vertikales Bearbeitungszentrum (VMC) Mit 12.000 U/min bearbeitet die Spindel einen Stahlblock 4 Stunden vs. 6 Stunden auf einem VMC mit 8.000 U/minSpindeln aufrüsten (von 8.000 bis 15.000 U/min) rettet 15-25% auf dünnwandigen Teilstunden
WerkzeugkonfigurationUnzureichende Kapazität des Werkzeugmagazins fügt hinzu 10-20% manuelle WerkzeugwechselzeitEin 24-Werkzeug-Magazin verarbeitet ein Teil mit 5 Arbeitsgängen 3 Stunden vs. 4 Stunden mit einem 8-fach Werkzeugmagazin (Bedürfnisse 2 manuelle Änderungen)Priorisieren Sie Werkzeuge für Hochfrequenzoperationen; Verwenden Sie Werkzeugvoreinstellgeräte, um die Rüstzeit zu verkürzen
KlemmsystemSchnellspannwerkzeuge reduzieren die Ausfallzeit um 40-60% vs. manuelle AusrichtungEin hydraulischer Schraubstock spannt ein Teil ein 2 Minuten vs. 10 Minuten für die manuelle BolzenspannungNutzen Sie Nullpunkt-Positionierungssysteme für die Serienproduktion (Wiederholen Sie die Einrichtung <1 Minute)
Kühlung & SchmierungSchlechte Kühlung kommt hinzu 15-25% Zeit aufgrund von klebrigen Spänen oder WerkzeugverschleißBeim Trockenschneiden von Aluminium sind zwei bis drei Mal mehr Werkzeugwechsel erforderlich (jede Einnahme 5-10 Minuten) vs. HochdrucknebelkühlungVerwenden Sie wasserlösliche Kühlmittel für Stahl; Luft-Öl-Nebel für Aluminium (reduziert die Spanreinigung)

1.3 Procedures & Operation Strategies (Konto für 20-25% of Total Hours)

Eine intelligente Prozessplanung eliminiert überflüssige Schritte und optimiert Werkzeugwege.

StrategiefaktorAuswirkungen auf die ArbeitszeitenPraktisches BeispielHäufiger Fehler
WerkzeugwegplanungRingschneiden ist 20-30% schneller als Reihenschnitt für große FlächenEs braucht eine 200mm×200mm große Aluminiumplatte 30 Minuten mit Ringschneiden vs. 45 Minuten mit ReihenschneidenVermeiden Sie, dass die Z-Achse gerade nach unten verläuft (verursacht Werkzeugschock); Für tiefe Hohlräume verwenden Sie die Spirale nach unten
MargenzuteilungZu große Schruppspannen (Z.B., >5mm) doppelte EndzeitEs wird ein Stahlteil mit 3mm Schruppspielraum genommen 2 Stunden bis zum Ende vs. 1 Stunde mit 1,5 mm RandFolgen Sie „rau 70-80% von Material, 20-30 % beenden“ für das Gleichgewicht
AusnahmebehandlungUngeplante Ausfallzeit (Z.B., Werkzeugbruch) aufnehmen kann 10-15% der GesamtstundenEin verpasster Notrückzugsraum führt zu einem Werkzeugschlag, Hinzufügen 2-3 Stunden ReparaturzeitReservieren Sie 5-10 mm Rückzugsraum; Verwenden Sie eine Software zur Kollisionserkennung

2. How to Evaluate CNC Machining Working Hours Step-by-Step?

Eine genaue Stundenauswertung erfordert die Kombination theoretischer Berechnungen mit praktischen Messungen. Nachfolgend finden Sie eine dreistufige Methode, um Rätselraten zu vermeiden:

2.1 Bühne 1: Basic Data Collection (Lays the Foundation)

Sammeln Sie wichtige Informationen, um Berechnungsparameter festzulegen.

DatentypSammelmethodeKritische Ausgabe
ZeichnungsanalyseÜberprüfen Sie die Toleranzzonen, Form-/Positionstoleranzen, und Anforderungen an WärmebehandlungTeilen Sie die Verarbeitung in Phasen ein (Z.B., Schruppen vor der Wärmebehandlung → Schlichten nach der Wärmebehandlung)
Passende AusrüstungWählen Sie Werkzeugmaschinen nach Teilegröße aus (Z.B., Portal für >1m Teile, VMC für <1m Teile)Berechnen Sie die Nebenzeit (Z.B., Portalmaschinen bewegen sich mit 10 m/min vs. 20m/min für kleine VMCs)
Vorbereitung der WerkzeuglisteWerkzeugtyp auflisten, Durchmesser (D), und Anzahl der Zähne; Schnittgeschwindigkeit berechnen (Vc)Formel verwenden: Spindelgeschwindigkeit (S) = (Vc×1000)/(π×D) (Z.B., Vc=300 m/min für Aluminium, D=10mm → S=9549 U/min)

2.2 Bühne 2: Segmented Timing & Überprüfung (Validates Theoretical Data)

Testen und passen Sie Berechnungen mit realen Maschinenläufen an.

  1. Leerer Lauftest: Sperren Sie die Spindel und führen Sie das Programm aus. Aufzeichnen:
  • Zeit der Achsenbewegung (Z.B., Verfahrzeit der X/Y/Z-Achse zwischen Features);
  • Schnelle Positionierungsfrequenz (Jede Positionierung fügt hinzu 2-5 Sekunden);
  • Redundante Leerstriche (Z.B., unnötiges Werkzeug kehrt nach Hause zurück).

Ergebnis: Beseitigen 5-10% of non-cutting time by optimizing tool path order.

  1. First Piece Trial Cutting: Run actual machining and log:
  • Start/end time for each process (Rauen, Halbfinish, fertig);
  • Tool change intervals (each manual change takes 3-8 Minuten, automatic takes 10-30 Sekunden);
  • Spindle start/stop delays (hinzufügen 2-3 Sekunden pro Zyklus).

Ergebnis: Adjust theoretical parameters (Z.B., reduce feed rate if tool vibration occurs).

  1. Abnormal Time Statistics: Track non-value-added time:
  • Tool replacement (5-15 minutes per broken tool);
  • Program debugging (10-20 minutes for complex parts);
  • Measurement waiting (5-10 minutes for CMM checks).

Ergebnis: These times often account for 10-20% of total hours—plan buffers accordingly.

2.3 Bühne 3: Experience Coefficient Modification (Ensures Practicality)

Adjust theoretical hours to account for real-world variables.

Modification FactorAdjustment RatioGrund
Safety BufferingHinzufügen 5-15% to theoretical hoursCopes with material hardness fluctuations (Z.B., ±10% in aluminum alloy hardness) or tool wear
Batch EffectFirst part: +30-50% (includes tool setting/program verification); Subsequent parts: -10-20%The first part of a batch takes 4 Stunden vs. 2.5-3 hours for parts 2-100
Environmental CompensationHinzufügen 5-10% in extreme temperatures (>30°C or <10° C)Shop floor heat causes machine thermal deformation, requiring more in-line measurements

3. How to Optimize Working Hours in Typical CNC Machining Scenarios?

Different part types have unique time-consuming pain points—targeted optimizations deliver quick results. Below are two common scenarios:

3.1 Szenario 1: Aluminum Alloy Gearbox Housing

  • Merkmale: Thin-walled cavity (2-3mm Dicke) + 4 mounting surfaces + 12 M8 threaded holes.
  • Key Time-Consuming Points:
  1. Roughing uses a large-diameter face mill (φ50mm) but requires 8-10 passes to remove material;
  2. Finishing needs a long-handled small-diameter tool (φ6mm) to clean cavity roots (langsame Vorschubgeschwindigkeit: 80-120mm/min);
  3. Threaded holes have aluminum chip clogging, erfordern 3-5 blows per hole.
  • Optimization Results:
Optimization MeasureZeit gespeichertNew Total Hours
Switch to honeycomb lightweight cutterhead (φ63mm)20-25% (reduces passes to 5-6)Aus 5 Stunden bis 4 Std.
Pre-coat tool with anti-stick coating (Z.B., Tialn)15-20% (speeds root cleaning to 150-200mm/min)Aus 4 Stunden bis 3.3 Std.
Use air blow + vacuum suction during threading10-15% (eliminates re-blowing)Aus 3.3 Stunden bis 2.9 Std.

3.2 Szenario 2: Medizinisches chirurgisches Instrument aus Edelstahl

  • Merkmale: Micron-level tolerance (± 0,005 mm) + mirror surface (Ra ≤0.2μm) + complex curve contours.
  • Key Time-Consuming Points:
  1. Engraving complex curves at slow speed (50-80mm/min) to avoid surface scratches;
  2. Manual grinding removes tool marks (nimmt 30-45 Minuten pro Teil);
  3. 3D inspection (CMM) is done 3x per part (gesamt 20-30 Minuten).
  • Optimization Results:
Optimization MeasureZeit gespeichertNew Total Hours
Introduce ultrasound-assisted cutting (20-50kHz vibration)30-40% (speeds engraving to 120-150mm/min)Aus 8 Stunden bis 6 Std.
Use diamond-plated tools (Ra ≤0.1μm) for one-pass finishing40-50% (eliminates manual grinding)Aus 6 Stunden bis 4 Std.
Combine in-line laser measurement with final CMM check50-60% (reduces inspection to 10-12 Minuten)Aus 4 Stunden bis 3.7 Std.

4. Was sind häufige Missverständnisse über die Arbeitszeiten bei der CNC-Bearbeitung??

Misconceptions lead to inaccurate planning and wasted resources. Below are two key myths and their solutions:

MisunderstandingRealityPractical Countermeasure
“Same drawing = same working hours”Equipment generation differences matter: Old CNC systems (≥10 years) process complex G-code 20-30% slower than new systems (≤5 years)Establish an enterprise-level database: Store hours by material, equipment model, und Prozess; Update monthly
“Ignore non-cutting time”Non-cutting time (Werkzeugänderungen, tool setting, Messung) Konten für 25-40% der Gesamtstunden (nicht 5-10% as assumed)Use automatic tool changers (ATCs) für >5-Werkzeugteile; Adopt quick-setup fixtures (Z.B., zero-point systems)

5. Die Sicht von Yigu Technology auf die Arbeitszeiten der CNC-Bearbeitung

Bei Yigu Technology, Wir sehen Arbeitszeit der CNC-Bearbeitung as a “mirror of process efficiency”—it reflects not just speed, but also the rationality of design, Ausrüstung, and operations. Unsere Daten zeigen 60% of hour waste comes from “hidden inefficiencies” (Z.B., poor tool path planning, redundant inspections) rather than equipment speed limits.

We recommend a “digital-driven optimization” approach: For batch parts, we use CAM software to simulate tool paths (Schneiden 10-15% of empty time) and MES systems to track real-time machine data; Für komplexe Teile, we apply machine learning to historical data (Z.B., 10,000+ part records) to auto-recommend optimal parameters (Z.B., Futterrate, Spindelgeschwindigkeit). By combining standardized processes (for similar parts) and intelligent monitoring, we help clients reduce average working hours by 20-30% while maintaining quality.

6. FAQ: Häufige Fragen zu den Arbeitszeiten der CNC-Bearbeitung

Q1: Kann ich dieselbe Stundenberechnungsformel für verschiedene Materialien verwenden??

NEIN. The core formula (cutting time = material volume / (feed rate × spindle speed × tool efficiency)) must be adjusted for material hardness. Zum Beispiel, Edelstahl (304) braucht a 0.6-0.8 efficiency coefficient vs. 1.0 for aluminum alloy—ignoring this leads to 20-40% underestimation of hours.

Q2: Wie viel Zeit benötigt ein automatischer Werkzeugwechsler? (ATC) Einsparung im Vergleich zum manuellen Werkzeugwechsel?

An ATC takes 10-30 seconds per tool change vs. 3-8 minutes for manual changes. For a part needing 8 Werkzeuge, das spart 20-60 Minuten pro Teil – entscheidend für Chargen >50 Teile. Für kleine Chargen (<10 Teile), Manuelle Änderungen können günstiger sein (Keine ATC-Einrichtungszeit).

Q3: Warum verlängern sich die Stunden bei Teilen mit dünnen Wänden? (<3mm) auch wenn sie eine einfache Form haben?

Dünne Wände erfordern eine geringere Schnittkraft (um Verformungen zu vermeiden), was langsamere Vorschubgeschwindigkeiten bedeutet (50-70% des Standards) und geringere Schnitttiefe (0.1-0.3mm vs. 0.5-1mm). Zum Beispiel, eine 2mm Aluminiumwand benötigt 40 Minuten bis zum Ende vs. 25 Minuten für eine 5-mm-Wand – sogar bei gleicher Fläche.

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