CNC-Werkzeugmaschinen als modernste Technologie für die Herstellung von Werkstücken
Die Verwendung von Werkzeug gehört zu den ureigensten Eigenschaften des Menschen. Die maschinelle Umsetzung dieser Idee geht bis in das Altertum zurück, aber in größerem Umfang haben Werkzeugmaschinen ihren Siegeszug mit der industriellen Revolution angetreten. Das Ziel dieser Technologie ist die automatische Handhabung von Werkzeugen wie Bohrköpfen oder Vorrichtungen zur Zerspanung. Für diese Führung von Werkzeugen ist sowohl Energie zum Antrieb als auch Information zur Steuerung erforderlich.
Was versteht man unter CNC?
Die Buchstaben stehen für Computerized Numerical Control und bezeichnen die computergestützte Steuerung einer Werkzeugmaschine. Deren Aufbau entspricht dem beabsichtigten mechanischen Zweck, CNC-Werkzeugmaschinen zeichnen sich durch eine Steuerung aus, die ohne Maschinenbediener auskommt.
CNC-Werkzeugmaschinen haben eine ganze Reihe von Vorteilen.
- Die Fertigung erfolgt mit hoher Präzision, die durch die Möglichkeit genauer Ansteuerung von Punkten und Bahnen entsteht. Sensoren messen diese Position und ermöglichen der computerisierten Steuerung eine genaue Kontrolle der Abläufe.
- Die Steuerung ist schneller und genauer wiederholbar, als das menschlichen Operatoren möglich wäre.
- Die Fertigung kommt mit weniger Personal aus.
- Die CNC-Werkzeugmaschine ist sehr flexibel, denn die Herstellung eines neuen Werkstücks erfordert nur das Laden eines entsprechenden Programms.
- Es ist möglich und entspricht auch der üblichen Vorgangsweise, ein Werkstück auf einem CAD-System zu entwerfen. Dann erfolgt eine automatische Umwandlung der Spezifikation des Werkstücks in ein Programm für die CNC-Maschine.
Welcher Kontrolle wird die Arbeit einer CNC-Werkzeugmaschine unterworfen?
Sowohl die Qualitätskontrolle der gefertigten Stücke als auch die Kontrolle des Zustands der in der Maschine verwendeten Werkzeuge kann automatisch erfolgen.
Was für CNC-Maschinen gibt es?
CNC-Werkzeugmaschinen werden nach verschiedenen Gesichtspunkten unterschieden. Zu den wesentlichsten gehören die Art der Fertigung und die Art der Steuerung.
CNC kommt für Werkzeugmaschinen aller Art zum Einsatz. Dazu gehören also Dreh-, Fräs- und Bohrmaschinen sowie beispielsweise auch Schweißautomaten. Die präzise Bewegung von Halterungen für Fräsköpfe ist ein typisches Anwendungsfeld für CNC. So können mit CYTEC Fräsköpfen kompliziert geformte Bauteile genau und vor allem in gleichbleibender Qualität gefräst werden. Allgemein gilt das für alle Werkzeuge zur Zerspanung, in der kleine Teile von einem Ausgangsstück abgetragen werden, bis die angestrebte Form des Werkstücks erreicht ist.
Für die CNC-Technologie selbst wird nach dem Typ der Steuerung unterschieden. Die einfachste Art der Steuerung ist die Punktsteuerung oder PTP, was für Point-to-point steht. In dieser Technologie sind nur der Anfangs- und Endpunkt der Bewegung des Werkzeugs festgelegt. Die Bahn zwischen diesen Punkten wird nicht definiert. Diese Art der Steuerung ist geeignet für Anwendungen wie Punktschweißen oder Bohren.
Anspruchsvoller ist die Streckensteuerung. Das Werkzeug wird dabei auf einer festgelegten Bahn geführt. Die Bewegung des Werkzeugs kann nur in einer Richtung erfolgen. Es ist aber möglich, eine Abfolge solcher Bearbeitungsschritte vorzunehmen und dafür verschiedene Achsenrichtungen vorzusehen. Typische Anwendungen für solche CNC-Werkzeugmaschinen sind Drehbänke, besonders geeignet sind sie allgemein für Techniken wie Zerspanung.
Die aufwendigste Art der Steuerung von CNC-Werkzeugmaschinen ist die Bahnsteuerung. Wie die Bezeichnung nahelegt, wird die ganze vom Werkzeug beschriebene Bahn von der Steuerung definiert. Das Werkzeug kann entlang mehrerer Achsen gleichzeitig bewegt werden. Solche CNC-Maschinen eignen sich für Fräsköpfe, die beispielsweise Turbinenschaufeln herstellen.
Wie genau arbeitet eine CNC Maschine?
Dafür gibt es zwei typische Kriterien. Die Positioniergenauigkeit gibt an, wie genau die CNC-Maschine mit einem Werkzeug einen bestimmten Punkt im Raum anfahren kann. Dafür sind Genauigkeiten von 0,001 mm erreichbar.
Wichtiger ist allerdings die Wiederholgenauigkeit, die angibt, um wie viel sich die mehrmals angefahrenen Positionen für einen Raumpunkt oder eine Bahn unterscheiden. Wird beispielsweise bei einer Zerspanung ein Arbeitsschritt in mehrere Durchgänge aufgeteilt, müssen die Fräsköpfe eine vorgegebene Bahn mehrmals genau gleich abfahren können.
Wie viel kostet eine CNC Maschine?
Wenn Sie die enorme Verschiedenheit von CNC-Werkzeugmaschinen betrachten, wird klar werden, wie unterschiedlich auch die Kosten ausfallen werden. Kleine solche Maschinen für Experimente und kleine Serien sind schon für einige Tausend Euro erhältlich. Für Großgeräte mit höchstem Anspruch an Präzision gibt es kaum eine Preisgrenze nach oben.
Nicht zuletzt sind CNC-Werkzeugmaschinen ein aktives Forschungsgebiet an vorderster Front der Technologie. Das bedeutet auch, dass die in einer bestimmten Hinsicht beste Maschine vor einiger Zeit noch gar nicht erhältlich war.
