Was macht eine CNC-Maschine?

Eine computergestützte numerische Steuerung (CNCEine CNC-Maschine ist ein Bearbeitungswerkzeug, das Rohmaterialien in die gewünschte Form schneidet. CNC-Maschinen verwenden Software zur Steuerung der Bewegung komplexer Maschinen wie Fräsen, Schleifmaschinen und Drehmaschinen. Diese computergestützten Fertigungsverfahren ermöglichen die Bearbeitung einer Vielzahl komplexer und präziser CNC-Bearbeitungsaufgaben. CNC-Bearbeitung findet breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigungsindustrie und der Automobilindustrie.

In der Industrie wird CNC häufig zum Schneiden von Metall- und Kunststoffteilen eingesetzt. Zu den gängigen Schneidwerkzeugen gehören Fräsen, Drehmaschinen, Schneidemaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Wasserstrahlmaschinen und Laser. Diese Werkzeuge können für den CNC-Betrieb automatisiert werden. Darüber hinaus können CNC-Maschinen auch für die Steuerung nicht-maschineller Werkzeuge eingesetzt werden, beispielsweise für Schweiß-, Montage- und Drahtwickelmaschinen.

Lassen Sie uns anhand des folgenden Inhalts einen genaueren Blick darauf werfen: Was leistet eine CNC-Maschine?

Geschichte der Computergestützten numerischen Steuerung

In den letzten Jahrzehnten hat sich die CNC-Technologie von Geräten, die durch Lochbänder gesteuert werden, zu Maschinen entwickelt, die CNC-Codes lesen und sehr genaue dreidimensionale mechanische Teile herstellen können.

John Parsons war der Mann, der die Idee für CNC-Maschinen hatte. Er baute 1949 die erste CNC-Maschine. Diese Maschine funktionierte mit Hilfe von Lochkarten, die ihr Anweisungen gaben. Später, im Jahr 1952, baute eine Gruppe von Experten am Massachusetts Institute of Technology die Cincinnati Milacron Hydrotel, die erste öffentlich erhältliche CNC-Maschine.

Wie funktionieren computergestützte numerische Steuerungen?

In einem CNC-System ist die Maschinensteuereinheit (MCU) ein mit der Maschine verbundener Mikrocomputer. Dieser Mikrocomputer speichert und führt für jedes zu fertigende Werkstück ein individuelles Computerprogramm aus. Diese Programme sind üblicherweise in der internationalen Standardsprache G-Code geschrieben. Die Programmiersprache M-Code kann auch in Kombination mit G-Code für CNC-Arbeiten verwendet werden.

Der G-Code gibt der Werkzeugmaschine die Bewegungs- und Arbeitsrichtung vor, während der M-Code dem Programm die externe Bewegung vorgibt. Das Programm enthält außerdem Anweisungen und Einstellungen für die Werkzeugmaschine, beispielsweise die Geschwindigkeit der Materialzufuhr sowie die Position und Geschwindigkeit der Werkstückbewegung.

Zu Beginn des Prozesses zeichnet der Ingenieur mithilfe von CAD (Computer-Aided Design) ein Diagramm des zu fertigenden Teils. Die Zeichnung wird anschließend in G-Code umgewandelt. Das Programm wird auf dem Mikrocontroller installiert. Anschließend wird ein Testlauf ohne Rohmaterial durchgeführt, um sicherzustellen, dass alles korrekt eingerichtet ist und einwandfrei funktioniert. Dieser Schritt ist sehr wichtig, da eine falsche Einstellung von Geschwindigkeit oder Position zu Schäden an Maschine und Teil führen kann.

Sobald alles bereit ist, startet die CNC-Maschine das Programm und führt den Auftrag wie gewünscht aus. Diese Aufgaben können von Grund auf neu erstellt, gedruckt oder geschnitten werden.

Gängige Arten von CNC-Maschinen umfassen (sind aber nicht beschränkt auf):

• CNC-Drehmaschinen: Wird für Drehoperationen verwendet
• CNC-Fräsen: Wird für Schneid- und Bohrvorgänge verwendet
• CNC-Plasmaschneider: Wird zum Schneiden von Metall mit einem Plasmabrenner verwendet
• CNC-Fräser: Wird zum Schneiden verschiedener Materialien wie Holz, Kunststoff und Metall verwendet
• 3D-Drucker: Additive Fertigungsmaschinen, die Objekte Schicht für Schicht aufbauen

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Hauptfunktionen von CNC-Werkzeugmaschinen

In der Industrie werden CNC-Maschinen am häufigsten für folgende Zwecke eingesetzt:

Schneiden

CNC-Maschinen eignen sich ideal für Projekte, die präzises und schnelles Schneiden erfordern. Sie sind mit zwei der modernsten Schneidtechnologien kompatibel: Funkenerosion (EDM) und Drahterodiermaschinen.

Beim Funkenerosionsschweißen entsteht thermische Erosion durch die Wechselwirkung zweier Elektroden. Eine davon ist eine Kupfer- oder Graphitelektrode, die am Werkzeug befestigt ist. Die andere ist eine dielektrische Flüssigkeit, die das Werkstück umgibt. Erstaunlicherweise stehen Werkzeug und Werkstück während des Prozesses nie in direktem Kontakt. Drahtschneidearbeiten basiert auf dem gleichen Prinzip wie EDM, mit dem Unterschied, dass hier eine Drahtelektrode als präzises Schneidwerkzeug verwendet wird.

Bohren

Bei dieser präzisen Bohrmethode werden mit einem rotierenden Schneidwerkzeug kreisförmige Löcher in ein ruhendes Werkstück gebohrt. Beispiele hierfür sind Bohrmaschinen oder Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahlen. Meistens werden diese Löcher für die Montage von Schrauben und Muttern verwendet.

Schleifen

CNC-Werkzeuge werden oft mit Schleifscheiben ausgestattet, um eine nahezu perfekte Oberfläche zu erzeugen. Dieses subtraktive Schleifen ist deutlich präziser als jedes additive Fertigungsverfahren. Es kann Defekte von nur einem Zehntel der Breite eines Haares beseitigen.

Mahlen

CNC-Fräsmaschinen ähneln einfachen Fräsmaschinen und anderen manuellen Fräsmaschinen. Sie verwenden eine Drehbank, einen Wasserstrahl oder ein Drehwerkzeug, um Material von einem stationären Ausgangsmaterial zu entfernen. CNC-Fräsmaschinen können sich entlang mehrerer Achsen bewegen, sodass Arbeiter präzise horizontale, vertikale, geneigte und Planfräsen Arbeit. Da der Maschinist das Rohmaterial nicht mehrmals wechseln und neu befestigen muss, beschleunigen diese Mehrwinkelfunktionen den Prozess der Herstellung komplexer Teile aus Holz, Metall und Kunststoff.

Drehen

Dieser Vorgang an einer CNC-Maschine ähnelt dem Fräsen, allerdings wird das Rohmaterial nicht an der Arbeitsstation befestigt. Stattdessen wird es an einem schnell rotierenden Drehmechanismus befestigt. Der Arbeiter entfernt dann mithilfe einer Drehbank oder CNC-Maschine mit ähnlichen Werkzeugen kleine Materialstücke, bis das Rohmaterial die gewünschte Form erreicht hat.

Warum ist CNC wichtig?

Mit CNC, verschiedene Werkzeugmaschinen können schneller glattere und präzisere Produkte hergestellt werden. Dieser Prozess macht manuelle Bearbeitung oder schweren Arbeitsaufwand überflüssig. Das spart viel Zeit und Arbeitskosten.

Hier sind einige der Vorteile von CNC:

Reduzierte Kosten

Da CNC-Werkzeuge präziser bearbeitet werden können, sinken die Produktionskosten und die Wirtschaftlichkeit steigt. Weniger Materialabfall, höhere Produktivität und die Möglichkeit zur Skalierung führen zu einem geringeren Energieverbrauch und damit zu niedrigeren Betriebskosten. Auch die finanziellen Verpflichtungen im Zusammenhang mit der Arbeitssicherheit entfallen, was ebenfalls zur Kostensenkung beiträgt.

Weniger Abfall

Dank der Verbesserungen durch Simulation und iterative Optimierung konnte die Software, mit der verschiedene Arten von CNC-Maschinen erzeugt wenig Abfall während des Herstellungsprozesses. Das bedeutet, dass die Reduzierung des Materialabfalls auch die Bearbeitungskosten weiter senkt.

Verbesserte Arbeitssicherheit

CNC-Computer machen übermäßige menschliche Interaktion überflüssig und gewährleisten so die Sicherheit der Mitarbeiter und verhindern Unfälle. Die meisten CNC-Maschinen arbeiten heute selbstständig und können von Menschen aus der Ferne gesteuert werden, um Software-Updates, Designänderungen oder andere routinemäßige Wartungsarbeiten durchzuführen.

Reduzierung menschlicher Fehler

CNC-Maschinen bieten angeblich höhere Präzision, Komplexität, Geschwindigkeit, Freiheit und Wiederholgenauigkeit. Dies liegt daran, dass sie Fehler im Herstellungsprozess verhindern. Letztendlich bedeutet dies, dass bei der Herstellung eines Produkts weniger Fehler gemacht werden.

Schneiden entlang der Kontur

Mit einer CNC-Maschine können Sie beispielsweise Konturen erstellen. So können Sie Formen mit Kurven fräsen, genau wie beim 3D-Druck und Design. Dies eröffnet Ihnen auch mehr Optionen und Möglichkeiten für die Bearbeitung von Teilen.

Schnellerer MCU-Code

Einige CNC-Steuerungen verfügen über integrierte CAD-Software und CAD-Software (Computer-Aided Manufacturing). Dies kann das Schreiben von MCUs beschleunigen. Eine höhere Programmiergeschwindigkeit bedeutet auch kürzere Bearbeitungsprozesse und sorgt für eine effizientere Teilebearbeitung.

Verbessern Sie die operative Intelligenz

Der Einsatz von Enterprise-Resource-Planning-Software und verwandten Programmen wie Enterprise-Asset-Management-Software kann Betriebs- und Business-Intelligence-Aufgaben vereinfachen. Dies trägt zur Verbesserung der Anlagenleistung und -wartung bei und führt zu einer kostengünstigeren Anlage.

Keine Engpässe

CNCs verbessern die Dinge, da sie mehr automatisierte Geräte verwenden, was den Durchsatz und die Engpässe in der Produktion reduziert.

Obwohl CNC-Maschinen viele Vorteile haben, weisen sie auch einige Nachteile auf. CNCs sind teurer, erfordern mehr Wartung und erfordern, dass Unternehmen qualifizierte CNC-Programmierer einstellen.

Wichtige Anwendungsbereiche der CNC

CNC-Maschinen spielen in vielen wichtigen Bereichen eine wichtige Rolle, beispielsweise im Gesundheitswesen, der Luft- und Raumfahrt, dem Militär und der Verteidigung. Unternehmen in diesen Bereichen benötigen möglichst präzise Teile, da ein defektes Teil lebensgefährlich sein kann. CNC-Werkzeuge bieten diese Präzision.

Im Folgenden sind die Branchen aufgeführt, in denen häufig CNC-Maschinen eingesetzt werden.

Luft- und Raumfahrt

CNC-Technologie ermöglicht die Herstellung aller Flugzeugteile mit der erforderlichen Präzision. Dazu gehören Außengehäuse und Innenkomponenten. Wenn CNC-Bearbeitung von FlugzeugkomponentenSie müssen so präzise und genau wie möglich sein, da sie oft betriebskritisch sind. Darüber hinaus ist computergestützte Bearbeitung oft die einzige Möglichkeit, strenge Standards für Ebenheit, Rundheit und Zylindrizität zu erfüllen. Toleranzen von nur 0,00004 Zoll sind ebenfalls üblich.

CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt kann mit vielen verschiedenen Materialien durchgeführt werden. Zu diesen Materialien gehören Aluminium, Edelstahl, Messing, Nickel, Bronze, Keramik, Kunststoffe, Magnesium, Titan und Hochleistungsmetalle wie Inconel.

Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für mit CNC-Maschinen hergestellte Teile:

• Fahrwerkskomponenten
• Titan-Abdeckungen
• Tragflächenprofile
• Buchsen
• Statorbaugruppen
• Verteiler
• Magnesium-Getriebegehäuse
• Elektrische Steckverbinder

Medizinische Geräte

Um den Bedürfnissen der Patienten gerecht zu werden, Der medizinische Bereich ist stark auf CNC-Werkzeugmaschinen angewiesen zur Herstellung präziser, hochwertiger und maßgeschneiderter Produkte. Während der COVID-19-Pandemie erhöhte der Bedarf an Masken und Beatmungsgeräten die Abhängigkeit von CNC-Maschinen. Auch medizinisch versorgte Menschen verwenden häufig medizinische Einweginstrumente, um sich vor Infektionskrankheiten zu schützen. Daher ist es für den medizinischen Bereich umso wichtiger, CNC-Maschinen einzusetzen, um schneller mehr medizinisches Material herzustellen.

Hier sind einige der gängigen Produkte, die auf CNC-Maschinen hergestellt werden können:

• Magnetresonanztomographiegeräte
• Implantate
• Orthesen
• Elektronikgehäuse für Überwachungsgeräte
• Forschungsausstattung
• Geschirmte Gehäuse
• Teile aus Hochtemperaturkunststoffen
• Medizinische Instrumente
• Kundenspezifische Sterilverpackungen
• Von der Food and Drug Administration zugelassene Produkte

Automobilindustrie

Die Automobilindustrie ist eine der wichtigsten Branchen für die CNC-Bearbeitung. Von der Prototypenerstellung für Forschung und Entwicklung bis hin zur Fertigung großer Stückzahlen – jeder Aspekt der Automobilindustrie muss durch CNC-Bearbeitung optimiert werden.

Darüber hinaus werden CNC-Fräs- und Drehmaschinen zur Herstellung verschiedenster Teile eingesetzt, von großen Motorblockteilen bis hin zu kleinen Zahnrädern und Platten. Allein für Verbrennungsmotoren werden mehrere CNC-Werkzeuge benötigt. Mit diesen Werkzeugen lassen sich große Metallstücke zu Motorkarosserieteilen verarbeiten sowie Zylinder, Kolben und andere Teile herstellen, die zum Zusammenbau der Zylinderkomponenten in einem Motorblock dienen.

Hier sind einige der Teile, die mit CNC-Maschinen bearbeitet werden können:

• Getriebe
• Motorteile
• Achsen
• Ventile
• Dashboard-Panels
• Zylinderblöcke
• Gasmessgeräte

Elektronik

CNC-Schneiden ist präzise und flexibel und eignet sich daher hervorragend zur Herstellung von Artikeln für die Elektronikindustrie. CNC-Werkzeuge können daher mit einer Vielzahl von Polymeren und Metallen arbeiten, darunter auch leitfähige und nicht leitfähige Materialien.

Die Herstellung von Computerteilen mit CNC ist schneller, da keine vorgefertigte Form benötigt wird. Designs können zudem ohne große Anleitung immer wieder modifiziert und ausprobiert werden. Berichten zufolge verfügt Apple über 10.000 CNC-Maschinen und hat eine große Anzahl von Laptops mit CNC-Maschinen hergestellt.

Mit CNC-Maschinen können folgende Produkte hergestellt werden:

• Unterhaltungselektronik
• Halbleiter
• Kühlkörper
• Leiterplatten
• Elektrische Isolierung
• Verstärkergehäuse
• Abschirmungen gegen Hochfrequenzstörungen

Gas und Öl

CNC-Werkzeugmaschinen werden verwendet, um die großen Maschinen auf Bohrinseln und in Fabriken zu konstruieren und sicherzustellen, dass sie perfekt zusammenpassen. Wenn Teile nicht richtig zusammenpassen, können sich Zylinder nicht aufpumpen, Kolben nicht genügend Druck freigeben und Ventile können undicht sein. Aus diesem Grund verwenden Ölfirmen CNC-gefräste Teile um sicherzustellen, dass die Teile perfekt passen.

Hier sind einige Beispiele für die Herstellung mit CNC-Maschinen:

• Bohrer
• Stangen
• Kolben
• Ventile
• Hydraulikkomponenten
• Ventilsysteme

Marine

Die Schifffahrtsindustrie ist stark auf CNC-Werkzeugmaschinen angewiesen, da Schiffe hochpräzise Komponenten benötigen, um schwimmfähig zu bleiben und zu funktionieren. Schiffe benötigen vielfältige Ausrüstung, wie beispielsweise Unterwassersensoren und Getriebe. Daher ist die Schifffahrtsindustrie bei der Herstellung von Booten und anderer Schiffsausrüstung auf CNC-Präzision angewiesen.

Hier sind einige der gängigen Teile, die auf CNC-Maschinen hergestellt werden:

• Propeller
• Isolierhüllen
• Komponenten für den Motor
• Prototypenformen
• Rippen
• Stachel

Schlussbemerkungen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CNC-Werkzeugmaschinen ein technologisches Wunderwerk sind, das die Fertigung und Bearbeitung revolutioniert hat. Ihre Fähigkeit, komplexe Aufgaben auf Basis digitaler Entwürfe präzise und effizient auszuführen, hat Branchen von der Luft- und Raumfahrt bis zur Holzverarbeitung revolutioniert.

Diese computergesteuerten Maschinen erreichen ein bisher unvorstellbares Maß an Präzision und Wiederholgenauigkeit. Mit dem technologischen Fortschritt werden sich die Fähigkeiten von CNC-Maschinen voraussichtlich weiter ausweiten und neue Möglichkeiten für eine komplexe und effiziente Produktion in zahlreichen Branchen eröffnen.

Im Grunde sind CNC-Maschinen mehr als nur ein Werkzeug. Sie bilden den Grundstein der modernen Fertigung, rationalisieren Prozesse und bringen den Bereich der Feinmechanik voran.