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.
Designfaktor | Auswirkungen auf die Arbeitszeiten | Beispiel für reale Welt | Optimierungstipp |
Formkomplexität | Nicht standardmäßige Oberflächen, dünnwandige Strukturen, oder tiefe schmale Rillen hinzufügen 20-50% zu Stunden vs. einfache Blöcke | Luftfahrtstützen mit komplexen Rippen erfordern eine 5-Achsen-Gestängebearbeitung (8-12 Stunden/Teil) vs. 2-3 Stunden für einfache Klammern | Vereinfachen Sie unkritische Konturen; Vermeiden Sie unnötig tiefe Rillen (>10x Durchmesser) |
Genauigkeit & Oberflächenanforderungen | Hochpräzise Funktionen (Z.B., Löcher auf IT6-Niveau) benötigen 2-3x mehr Zeit für die Vorbearbeitung + Testen | Hochglanzpolierte Formeinsätze erfordern reduzierte Vorschubgeschwindigkeiten (50-100mm/min) vs. 300-500mm/min für Oberflächen mit Ra 6,3 μm | Verwenden Sie eine mehrstufige Endbearbeitung (rau → halbfertig → fertig) statt wiederholter Korrekturen |
Materialtyp | Schwer zu schneidende Materialien verlangsamen die Verarbeitung 30-60% vs. leicht zu schneidende Metalle | Edelstahl (304) erfordert eine Schnittgeschwindigkeit von 80–120 m/min vs. 300-500m/min für Aluminiumlegierungen | Wählen Sie Hartmetallwerkzeuge für Stahl; Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS) Nur für kleinvolumige Weichmetallteile |
Feature-Menge & Layout | Dichte kleine Löcher/Fäden hinzufügen 15-30% Zeit aufgrund von Werkzeugwechseln | Eine 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.
Bedingungsfaktor | Auswirkungen auf die Arbeitszeiten | Schlüsselparameter | Kosten-Nutzen-Hinweis |
Geräteleistung | Maschinen mit hoher Steifigkeit verkürzen die Schruppzeit 20-30% vs. ältere Modelle | Ein 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/min | Spindeln aufrüsten (von 8.000 bis 15.000 U/min) rettet 15-25% auf dünnwandigen Teilstunden |
Werkzeugkonfiguration | Unzureichende Kapazität des Werkzeugmagazins fügt hinzu 10-20% manuelle Werkzeugwechselzeit | Ein 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 |
Klemmsystem | Schnellspannwerkzeuge reduzieren die Ausfallzeit um 40-60% vs. manuelle Ausrichtung | Ein hydraulischer Schraubstock spannt ein Teil ein 2 Minuten vs. 10 Minuten für die manuelle Bolzenspannung | Nutzen Sie Nullpunkt-Positionierungssysteme für die Serienproduktion (Wiederholen Sie die Einrichtung <1 Minute) |
Kühlung & Schmierung | Schlechte Kühlung kommt hinzu 15-25% Zeit aufgrund von klebrigen Spänen oder Werkzeugverschleiß | Beim Trockenschneiden von Aluminium sind zwei bis drei Mal mehr Werkzeugwechsel erforderlich (jede Einnahme 5-10 Minuten) vs. Hochdrucknebelkühlung | Verwenden 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.
Strategiefaktor | Auswirkungen auf die Arbeitszeiten | Praktisches Beispiel | Häufiger Fehler |
Werkzeugwegplanung | Ringschneiden ist 20-30% schneller als Reihenschnitt für große Flächen | Es braucht eine 200mm×200mm große Aluminiumplatte 30 Minuten mit Ringschneiden vs. 45 Minuten mit Reihenschneiden | Vermeiden Sie, dass die Z-Achse gerade nach unten verläuft (verursacht Werkzeugschock); Für tiefe Hohlräume verwenden Sie die Spirale nach unten |
Margenzuteilung | Zu große Schruppspannen (Z.B., >5mm) doppelte Endzeit | Es wird ein Stahlteil mit 3mm Schruppspielraum genommen 2 Stunden bis zum Ende vs. 1 Stunde mit 1,5 mm Rand | Folgen Sie „rau 70-80% von Material, 20-30 % beenden“ für das Gleichgewicht |
Ausnahmebehandlung | Ungeplante Ausfallzeit (Z.B., Werkzeugbruch) aufnehmen kann 10-15% der Gesamtstunden | Ein verpasster Notrückzugsraum führt zu einem Werkzeugschlag, Hinzufügen 2-3 Stunden Reparaturzeit | Reservieren 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.
Datentyp | Sammelmethode | Kritische Ausgabe |
Zeichnungsanalyse | Überprüfen Sie die Toleranzzonen, Form-/Positionstoleranzen, und Anforderungen an Wärmebehandlung | Teilen Sie die Verarbeitung in Phasen ein (Z.B., Schruppen vor der Wärmebehandlung → Schlichten nach der Wärmebehandlung) |
Passende Ausrüstung | Wählen 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 Werkzeugliste | Werkzeugtyp 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.
- 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.
- 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).
- 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 Factor | Adjustment Ratio | Grund |
Safety Buffering | Hinzufügen 5-15% to theoretical hours | Copes with material hardness fluctuations (Z.B., ±10% in aluminum alloy hardness) or tool wear |
Batch Effect | First 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 Compensation | Hinzufügen 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:
- Roughing uses a large-diameter face mill (φ50mm) but requires 8-10 passes to remove material;
- Finishing needs a long-handled small-diameter tool (φ6mm) to clean cavity roots (langsame Vorschubgeschwindigkeit: 80-120mm/min);
- Threaded holes have aluminum chip clogging, erfordern 3-5 blows per hole.
- Optimization Results:
Optimization Measure | Zeit gespeichert | New 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 threading | 10-15% (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:
- Engraving complex curves at slow speed (50-80mm/min) to avoid surface scratches;
- Manual grinding removes tool marks (nimmt 30-45 Minuten pro Teil);
- 3D inspection (CMM) is done 3x per part (gesamt 20-30 Minuten).
- Optimization Results:
Optimization Measure | Zeit gespeichert | New 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 finishing | 40-50% (eliminates manual grinding) | Aus 6 Stunden bis 4 Std. |
Combine in-line laser measurement with final CMM check | 50-60% (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:
Misunderstanding | Reality | Practical 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.