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Die Konstruktion für die CNC-Bearbeitung erfordert umfassende Überlegungen hinsichtlich der Herstellbarkeit, Genauigkeit und Kosten; zentrale Herausforderungen bestehen in sechs Dimensionen:
Komplexe Merkmale wie tiefe Hohlräume, Hinterschneidungen, dünne Wände und gekrümmte Flächen erfordern eine sorgfältige Prüfung der Werkzeugzugänglichkeit, des Werkzeugkollisionsrisikos und des erforderlichen Spannraums. Konstruktionen mit unzureichender Herstellbarkeit führen zu erhöhten Kosten, verlängerten Lieferzeiten oder sogar zu nicht bearbeitbaren Strukturen.
Hochpräzise Teile erfordern eine strenge Kontrolle von Maßtoleranzen, Formtoleranzen und Lageabweichungstoleranzen (z. B. Konzentrizität, Senkrechtigkeit, Ebenheit). Verformungen durch Schnittkräfte, thermische Verformungen während der Bearbeitung sowie Spannfehler beeinflussen die endgültige Genauigkeit und erfordern umfassende prozessbedingte Kompensationen.
Verschiedene Werkstoffe weisen erhebliche Unterschiede in der Zerspanbarkeit auf. Gehärteter Stahl, Titanlegierungen, Superlegierungen und andere schwer zerspanbare Materialien führen zu schnellem Werkzeugverschleiß, schlechter Oberflächenqualität und leichter Verformung des Werkstücks und erfordern spezielle Werkzeuge, Zerspanparameter sowie Kühlkonzepte.
Komplexe Teile erfordern in der Regel mehrere Bearbeitungsverfahren, mehrere Aufspannungen und sogar mehrere Werkzeugmaschinen. Bei der Gestaltung der Fertigungsfolge muss die Reihenfolge von Vor-, Fein- und Wärmebehandlung sinnvoll festgelegt sowie die kumulativen Fehler aus mehrfachen Aufspannungen kontrolliert werden – dies setzt umfangreiche Erfahrung im Bereich der Fertigungstechnik voraus.
Dünnwandige Strukturen, schlanke Wellen und Werkstücke mit geringer Steifigkeit neigen unter der Schnittkraft zur elastischen Verformung, was zu Maßabweichungen, Schwingungserscheinungen (Chatter) und schlechter Oberflächenqualität führt. Konstruktion und Fertigungsprozess müssen gleichzeitig optimiert werden, um die strukturelle Steifigkeit und die Bearbeitungsstabilität sicherzustellen.
die 5-Achsen- und Multitasking-Bearbeitung erfordert eine komplexe Werkzeugwegprogrammierung und Bewegungssimulation. Die Ingenieure müssen Kollisionsrisiken zwischen Spindel, Werkzeughalter, Werkstück, Spannmittel und Maschinenbett überprüfen – dies setzt fachkundige Programmierkenntnisse sowie den Einsatz von Simulationssoftware voraus.