CNC-Bearbeitung ist ein Fertigungsprozess, bei dem vorprogrammierte Computersoftware die Bewegung von Fabrikwerkzeugen und -maschinen steuert. Das Verfahren kann zur Steuerung einer Reihe komplexer Maschinen eingesetzt werden, von Schleif- und Drehmaschinen bis hin zu Fräsmaschinen und Oberfräsen. Mit CNC-Bearbeitung lassen sich dreidimensionale Schneidaufgaben mit nur einem Befehl erledigen.
CNC steht für „Computerized Numerical Control“ und steht im Gegensatz zu manueller Steuerung und überwindet dadurch deren Grenzen. Bei dieser Steuerung sind Bediener erforderlich, die die Befehle der Bearbeitungswerkzeuge über Hebel, Knöpfe und Rädchen steuern. Auf den ersten Blick mag ein CNC-System wie ein normaler Computer aussehen, doch die bei der CNC-Bearbeitung verwendeten Softwareprogramme und Konsolen unterscheiden es von allen anderen Berechnungsformen.
Wie funktioniert CNC-Bearbeitung?
Wenn ein CNC-System aktiviert wird, werden die gewünschten Schnitte in die Software programmiert und den entsprechenden Werkzeugen und Maschinen vorgegeben, die die maßlichen Aufgaben wie angegeben ausführen, ähnlich wie ein Roboter.
Bei der CNC-Programmierung geht der Codegenerator des numerischen Systems oft davon aus, dass die Mechanismen fehlerfrei sind, obwohl Fehler möglich sind. Diese sind größer, wenn eine CNC-Maschine gleichzeitig in mehrere Richtungen schneiden soll. Die Platzierung eines Werkzeugs in einem numerischen Steuerungssystem wird durch eine Reihe von Eingaben, das sogenannte Teileprogramm, festgelegt.
Bei CNC-Maschinen werden Programme über Lochkarten eingegeben. Im Gegensatz dazu werden die Programme von CNC-Maschinen über kleine Tastaturen in den Computer eingespeist. Die CNC-Programmierung wird im Speicher des Computers gespeichert. Der Code selbst wird von Programmierern geschrieben und bearbeitet. CNC-Systeme bieten daher eine deutlich höhere Rechenkapazität. Das Beste daran: CNC-Systeme sind keineswegs statisch, da durch überarbeiteten Code neue Eingabeaufforderungen zu bestehenden Programmen hinzugefügt werden können.
CNC-MASCHINENPROGRAMMIERUNG
Bei CNC-Maschinen erfolgt der Betrieb mittels numerischer Steuerung, wobei ein Softwareprogramm zur Steuerung eines Objekts dient. Die Sprache hinter der CNC-Bearbeitung wird auch als G-Code bezeichnet und dient der Steuerung verschiedener Verhaltensweisen einer entsprechenden Maschine, wie Geschwindigkeit, Vorschub und Koordination.
Grundsätzlich ermöglicht die CNC-Bearbeitung die Vorprogrammierung von Geschwindigkeit und Position von Werkzeugmaschinenfunktionen und deren Ausführung per Software in repetitiven, vorhersehbaren Zyklen – und das mit minimalem Bedienaufwand. Dank dieser Möglichkeiten hat sich das Verfahren in allen Bereichen der Fertigungsindustrie durchgesetzt und ist insbesondere in der Metall- und Kunststoffproduktion von entscheidender Bedeutung.
Zunächst wird eine 2D- oder 3D-CAD-Zeichnung erstellt, die dann in Computercode übersetzt wird, der vom CNC-System ausgeführt wird. Nach der Eingabe des Programms führt der Bediener einen Probelauf durch, um sicherzustellen, dass der Code fehlerfrei ist.
Offene/geschlossene Bearbeitungssysteme
Die Positionsregelung erfolgt über ein offenes oder geschlossenes Regelsystem. Bei offenem Regelkreis verläuft die Signalübertragung zwischen Steuerung und Motor nur in eine Richtung. Bei einem geschlossenen Regelkreis kann die Steuerung Rückmeldungen empfangen, die eine Fehlerkorrektur ermöglichen. So kann ein geschlossenes Regelkreissystem Unregelmäßigkeiten in Geschwindigkeit und Position korrigieren.
Bei der CNC-Bearbeitung erfolgt die Bewegung üblicherweise über die X- und Y-Achse. Das Werkzeug wird wiederum über Schritt- oder Servomotoren positioniert und geführt, die die vom G-Code vorgegebenen Bewegungen exakt nachbilden. Bei minimaler Kraft und Geschwindigkeit kann der Prozess im offenen Regelkreis ausgeführt werden. Für alle anderen Prozesse ist eine geschlossene Regelung erforderlich, um die für industrielle Anwendungen, wie beispielsweise die Metallbearbeitung, erforderliche Geschwindigkeit, Konsistenz und Genauigkeit zu gewährleisten.
Die CNC-Bearbeitung ist vollständig automatisiert
Bei modernen CNC-Verfahren erfolgt die Teileproduktion mithilfe vorprogrammierter Software größtenteils automatisiert. Die Abmessungen eines Teils werden mithilfe von CAD-Software (Computer-Aided Design) festgelegt und anschließend mithilfe von CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) in ein fertiges Produkt umgewandelt.
Für jedes Werkstück können verschiedene Werkzeugmaschinen wie Bohrer und Fräser erforderlich sein. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, vereinen viele moderne Maschinen mehrere Funktionen in einer Zelle. Alternativ kann eine Anlage aus mehreren Maschinen und Roboterhänden bestehen, die Teile von einer Anwendung zur anderen transportieren, wobei alles vom selben Programm gesteuert wird. Unabhängig von der Konfiguration ermöglicht der CNC-Prozess eine Konsistenz in der Teileproduktion, die manuell nur schwer oder gar nicht reproduzierbar wäre.
DIE VERSCHIEDENEN ARTEN VON CNC-MASCHINEN
Die ersten numerisch gesteuerten Maschinen stammen aus den 1940er Jahren, als Motoren erstmals zur Steuerung der Bewegung vorhandener Werkzeuge eingesetzt wurden. Mit fortschreitender Technologie wurden die Mechanismen durch Analogrechner und schließlich durch Digitalrechner erweitert, was zur Entstehung der CNC-Bearbeitung führte.
Die überwiegende Mehrheit der heutigen CNC-Maschinen ist vollständig elektronisch. Zu den gängigsten CNC-gesteuerten Prozessen gehören Ultraschallschweißen, Lochstanzen und Laserschneiden. Zu den am häufigsten in CNC-Systemen eingesetzten Maschinen gehören:
CNC-Fräsen
CNC-Fräsen können mit Programmen laufen, die aus Zahlen- und Buchstabenanweisungen bestehen und die Werkstücke über verschiedene Distanzen führen. Die Programmierung einer Fräsmaschine kann entweder auf G-Code oder einer speziellen, vom Fertigungsteam entwickelten Programmiersprache basieren. Einfache Fräsen bestehen aus einem Drei-Achsen-System (X, Y und Z), die meisten neueren Fräsen verfügen jedoch über drei zusätzliche Achsen.
Drehmaschinen
Drehmaschinen schneiden Werkstücke mit Wendeschneidplatten kreisförmig. Dank CNC-Technologie werden die Schnitte präzise und schnell ausgeführt. CNC-Drehmaschinen ermöglichen die Herstellung komplexer Konstruktionen, die mit manuell betriebenen Maschinen nicht realisierbar wären. Die Steuerungsfunktionen von CNC-Fräs- und Drehmaschinen sind grundsätzlich ähnlich. Wie bei CNC-Fräsmaschinen können Drehmaschinen per G-Code oder eigenem Code gesteuert werden. Die meisten CNC-Drehmaschinen verfügen jedoch über zwei Achsen – X und Z.
Plasmaschneider
Bei einem Plasmaschneider wird Material mit einem Plasmabrenner geschnitten. Das Verfahren wird hauptsächlich bei Metallen angewendet, kann aber auch auf anderen Oberflächen eingesetzt werden. Um die zum Schneiden von Metall erforderliche Geschwindigkeit und Hitze zu erzeugen, wird Plasma durch eine Kombination aus Druckluft und Lichtbögen erzeugt.
Elektroerosionsmaschinen
Elektroerosion (EDM) – auch Senkerodieren oder Funkenerosion genannt – ist ein Verfahren, bei dem Werkstücke durch elektrische Funken in bestimmte Formen gebracht werden. Beim EDM entstehen Stromentladungen zwischen zwei Elektroden, die Teile eines Werkstücks abtragen.
Wenn der Abstand zwischen den Elektroden kleiner wird, wird das elektrische Feld intensiver und damit stärker als das Dielektrikum. Dadurch kann ein Strom zwischen den beiden Elektroden fließen. Folglich werden von jeder Elektrode Teile eines Werkstücks abgetragen. Zu den Unterarten der Funkenerosion gehören:
● Drahterodieren, wobei durch Funkenerosion Teile aus einem elektrisch leitfähigen Material entfernt werden.
● Senkerodieren, bei dem eine Elektrode und ein Werkstück zur Werkstückbildung in eine dielektrische Flüssigkeit getaucht werden.
Bei einem als Spülen bezeichneten Vorgang werden die Rückstände jedes fertigen Werkstücks durch ein flüssiges Dielektrikum abtransportiert. Dieses erscheint, sobald der Strom zwischen den beiden Elektroden unterbrochen ist, und soll weitere elektrische Ladungen beseitigen.
Wasserstrahlschneider
Bei der CNC-Bearbeitung werden harte Materialien wie Granit und Metall mithilfe von Wasserstrahlen unter hohem Druck geschnitten. In manchen Fällen wird dem Wasser Sand oder andere stark abrasive Substanzen beigemischt. Durch diesen Prozess werden häufig Maschinenteile geformt.
Wasserstrahlen werden als kühlere Alternative für Materialien eingesetzt, die den hitzeintensiven Prozessen anderer CNC-Maschinen nicht standhalten. Daher werden Wasserstrahlen in verschiedenen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie und im Bergbau, wo das Verfahren unter anderem zum Schnitzen und Schneiden eingesetzt wird. Wasserstrahlschneider werden auch für Anwendungen verwendet, die sehr komplizierte Materialschnitte erfordern, da die fehlende Hitze eine Veränderung der Materialeigenschaften verhindert, die beim Metall-auf-Metall-Schneiden entstehen kann.
DIE VERSCHIEDENEN ARTEN VON CNC-MASCHINEN
Wie zahlreiche Videodemonstrationen von CNC-Maschinen zeigen, wird das System verwendet, um hochdetaillierte Schnitte aus Metallteilen für industrielle Hardwareprodukte vorzunehmen. Neben den oben genannten Maschinen werden in CNC-Systemen unter anderem folgende Werkzeuge und Komponenten eingesetzt:
● Stickmaschinen
● Holzfräsen
● Revolverlocher
● Drahtbiegemaschinen
● Schaumstoffschneider
● Laserschneider
● Rundschleifmaschinen
● 3D-Drucker
● Glasschneider
Wenn komplizierte Schnitte in verschiedenen Ebenen und Winkeln an einem Werkstück vorgenommen werden müssen, ist dies mit einer CNC-Maschine innerhalb weniger Minuten erledigt. Sofern die Maschine mit dem richtigen Code programmiert ist, führen die Maschinenfunktionen die von der Software vorgegebenen Schritte aus. Sofern alles gemäß dem Design programmiert ist, sollte am Ende des Prozesses ein detailreiches und technologisch hochwertiges Produkt entstehen.
Veröffentlichungszeit: 31. März 2021
