Was ist CNC-Bearbeitung und wie funktioniert sie?

Hersteller und Maschinenwerkstätten verwenden häufig Computer Numerical Control- oder CNC-Maschinen, um ihre vielfältigen Werkzeugmaschinen zu steuern. Das Konzept der CNC-Bearbeitung entstand in den 1940er und 1950er Jahren. Damals wurden analoge Datenspeicher wie die Lochstreifentechnik verwendet. Heutzutage stützt sich die CNC-Produktion auf ausgeklügelte Computer Aided Manufacturing (CAM)- oder Computer Aided Design (CAD)-Software, um Konstruktionsanweisungen an Maschinen zu liefern, die Teile und Produktprototypen herstellen.

Als subtraktives Herstellungsverfahren ermöglicht die CNC-Bearbeitung ein höheres Maß an Komplexität. Es ist jetzt für Produktionsläufe in kleinen, mittleren und hohen Stückzahlen machbar, die eine hohe Präzision und Genauigkeit erfordern.

Die von den Herstellern verwendeten CNC-Maschinen können fräsen, schleifen, bohren und verschiedene andere Operationen ausführen. Einige Systeme können auch fertigstellen. Elektromechanische Geräte, die in CNC-Maschinen verwendet werden, unterscheiden sich in ihrer Ausgereiftheit und in den Werkzeugen, die sie manipulieren können. Sie können in drei bis fünf Achsen funktionieren, wobei jede Achse eine bestimmte Dimension ist, in der sich das Werkzeug bewegen kann.

• Seitliche Bewegung (nach oben oder unten, links oder rechts) wird durch x- und y-Achsen ermöglicht.
• Längsbewegungen werden typischerweise auf der z-Achse gesteuert.
• Rotation und zusätzliche Bewegungen werden mit zusätzlichen Achsen ermöglicht.

Je mehr Achsen eine Maschine hat, desto mehr Bewegungsfreiheit gibt es für Schnitt und Präzision.

CNC-Bearbeitungsmaterialien

Die meisten CNC-Maschinen sind sehr vielseitig. Sie werden häufig zum Fräsen von Metall verwendet, da eine Produktionsmaschine Stahl, Aluminium, Kupfer, Messing und Titan schneiden kann. Andere bearbeitbare Materialien umfassen verschiedene Arten von Kunststoffen, einschließlich Polypropylen, und verschiedene Formen von Holz, Glasfaser oder Schaumstoff.

Wie unterscheidet sich die CNC-Bearbeitung von anderen Computersystemen?

Der Computer, der zur Steuerung einer CNC-Maschine verwendet wird, ist nicht wie ein durchschnittlicher Heim- oder Geschäftscomputer. Code wird von erfahrenen Programmierern geschrieben und erfordert ein hohes Maß an Rechenleistung. Dieser Code kann auch im Laufe der Zeit überarbeitet werden, sodass bereits vorhandene Programme geändert und aktualisiert werden können. Das macht die CNC-Maschinenprogrammierung zu einem sich ständig weiterentwickelnden automatisierten Prozess. Dennoch wird es in praktisch allen Fertigungssektoren eingesetzt, die von der Software abhängig sind, um Geschwindigkeit, Position, Wiederholung und Vorhersagbarkeit ohne das Eingreifen menschlicher Bediener zu steuern.

Wie funktioniert die CNC-Fertigung?

Der Prozess beginnt in der Regel mit unbearbeitetem Lagermaterial. Beispielsweise kann ein Kunststoffblock in die Maschine eingelegt werden, bevor der Materialabtragungsprozess beginnt. Ähnlich wie beim 3D-Druck werden digitale Anweisungen von einem Softwareprogramm an die Maschine gesendet. Anweisungen aus diesen digitalen Anweisungen, auch G-Code genannt, werden in Anweisungen zum Schneiden der Teile umgewandelt.

Ein Prozess, der früher sehr technisch und arbeitsintensiv war, ist jetzt schneller und genauer. Prototypenteile können

mit hoher Produktivität hergestellt. Im Laufe des Bearbeitungsprozesses können mehrere Werkzeuge verwendet werden. Beispielsweise kann die Maschine aus einem Inventar von Bohrergrößen schöpfen. Eine seitliche Bewegung in der x- oder y-Achse, eine Längsbewegung in der z-Achse und sogar eine Drehbewegung können möglich sein.

Bei einer mehrachsigen Maschine können Teile ohne menschliches Eingreifen automatisch gewendet und positioniert werden. Es ist nicht erforderlich, den Prozess zu stoppen, um Teile manuell zu bewegen. Sobald das Teil automatisch positioniert ist, werden zusätzliche Schnitte vorgenommen und so weiter.

Eine CNC-Maschine ist hochpräzise. Die Messungen werden in Tausend Zoll berechnet, was bedeutet, dass ein Feinbearbeitungsprozess Toleranzen von etwa ±0,001 Zoll aufweisen kann. Wenn eine Maschine zum Polieren verwendet wird, kann diese Zahl bis zu ±0,00005 Zoll betragen. Die Dicke eines menschlichen Haares beträgt zum Vergleich etwa 0,00069. ¹ Das ist ziemlich genau, wenn man bedenkt, wie kompliziert und wiederholbar der Prozess ist.

Zu den typischen Phasen der CNC-Fertigung gehören:

• Entwurf des CAD-Modells :Konstrukteure können eine 2D-Vektor- oder 3D-Volumenteil-CAD-Konstruktion erstellen und dabei alle anwendbaren Abmessungen, Geometrien und anderen technischen Spezifikationen einbeziehen. Teileeigenschaften werden durch die Fähigkeiten der Maschine begrenzt. Die meisten CNC-Werkzeuge können nur gekrümmte Ecken erzeugen, was die Teilegeometrien einschränkt, während jede Maschine mini
• Mussteildicke, maximale Teilegröße und die Fähigkeit, komplexe interne Merkmale herzustellen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
• Dateikonvertierung :Sobald eine CAD-Datei durch die CAM-Software läuft, wird die Teilegeometrie extrahiert. Der digitale Programmiercode wird dann generiert und zur Steuerung der Maschine und ihrer Werkzeuge verwendet. Geometrischer Code oder G-Code teilt der Maschine mit, wann, wohin und wie sie sich bewegen soll, während verschiedene Funktionscodes oder M-Codes das Entfernen/Ersetzen von Maschinenabdeckungen und andere Hilfsfunktionen steuern.
• Maschineneinrichtung :Nach der Programmierung der CNC-Maschine muss das System vorbereitet werden. Werker müssen erste Schritte unternehmen, wie z. B. das Werkstück in die Maschine oder auf eine Spindel oder einen Schraubstock legen. Arbeitsgeräte müssen gesichert werden, bevor die Werkzeuge aktiviert werden. In einigen Fällen müssen Bohrer und Schaftfräser an den richtigen Komponenten angebracht werden, bevor die Maschine das Programm ausführen kann.
• Ausführung :Der Bediener initiiert das Programm, um die Maschine zum Starten des Prozesses aufzufordern. Befehle werden dann vom CNC-Programm ausgegeben und weisen den Computer in der Maschine an, mit dem Betrieb und der Manipulation seiner Werkzeuge fortzufahren. Das Programm erledigt den Rest, indem es das System bei der Ausführung jeder
  chen Operation anleitet, bis ein kundenspezifisches Teil oder Produkt fertiggestellt ist.

Arten von CNC-Maschinen und -Prozessen

Moderne CNC-Systeme vereinen konventionelle und neuartige Bearbeitungstechnologien und sind damit vielseitig einsetzbar in einem breiten Anwendungsspektrum. Zu den konventionelleren Arten von Geräten gehören:

• Mühlen :Fräsmaschinen sind flexible Systeme mit rotierenden Schneidwerkzeugen, die mit G-Code oder einer vom Hersteller entwickelten proprietären Sprache programmiert werden können. Die einfachsten Einheiten haben drei Achsen, aber neuere können bis zu drei mehr haben.
• Übungen :Ein Bohrwerkzeug dreht sich ein wenig, bemessen nach der spezifischen Operation, die das Schneiden durchführt
•  Kontakt mit einem stationären Stück Material. Bohrer sind hocheffizient beim Schneiden und verbessern die Produktivität einer Operation.
• Drehmaschinen :Eine Drehmaschine dreht einen Materialblock gegen einen Bohrer und nicht umgekehrt. Drehmaschinen sind in der Lage, komplexe Konstruktionen zu produzieren und arbeiten normalerweise in der x- und z-Achse und bewegen ein Material seitlich, um einen progressiven Schnitt auszuführen.

Zu den neueren Technologien, die heute verwendet werden, gehört die elektrische Entladungsbearbeitung (EDM), bei der elektrische Funken verwendet werden, um Teile von Werkstücken zu entfernen und sie gemäß dem digitalen Design zu formen. Elektrische Entladungen werden ausgelöst, indem der Abstand zwischen den Elektroden verringert wird, wodurch das elektrische Feld intensiviert wird. Zwei gängige Formen sind Drahterodieren, bei dem ein Draht verwendet wird, um Teile im Wesentlichen wegzubrennen (oder zu erodieren), und Senkerodieren, bei dem das Werkstück und die Elektrode in einer dielektrischen Flüssigkeit getränkt werden.

Plasmaschneiden beinhaltet die Verwendung eines Brenners zum Schneiden von Metall. Druckluftgas und Lichtbögen werden kombiniert, um Plasma zu erzeugen. Für die CNC-Bearbeitung kann jedoch ein bekannteres Medium, Wasser, verwendet werden. Wasserstrahlschneider verwenden konzentrierte Hochdruckwasserstrahlen, um Metall, Granit und andere harte Materialien zu schneiden. In einigen Fällen können Sand oder andere starke, abrasive Substanzen beigemischt werden, um die Wirkung zu verstärken. Wasserstrahlschneiden wird häufig bei weniger hitzebeständigen Materialien eingesetzt.

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