Was ist CNC-Bearbeitung?

Heutzutage scheint es, als ob jede Maschine früher ohne die Vorteile der CNC-Bearbeitung betrieben wurde wurde jetzt mit Servomotoren nachgerüstet und irgendwie programmierbar Steuerung oder Computer. Wie wurden die Teile hergestellt, bevor CNC-Maschinen (computernumerisch gesteuert) vor Ort ankamen?

Nun, es war einmal, oder sagen wir vor 50 Jahren oder mehr, Transistoren gab es nicht. Dann, in den frühen 60er Jahren, wurden Transistorradios immer mehr zu unverzichtbaren Gadgets. Je mehr kleine Geräte hergestellt wurden, desto wohler wurden alle Beteiligten:Chiphersteller, Assembler, Designer usw. mit der neuen Technologie. Dies legte den Hintergrund für die Entwicklung des PCs, dessen kleiner als der Mainframe benötigt wurde, um ihn mit einer Maschine zu verbinden.

Bevor Sie über CNC-Bearbeitungsgeräte sprechen, ist es wichtig zu verstehen, wie die Dinge vor ihrer Existenz hergestellt wurden. Vor der CNC-Bearbeitung liefen Maschinen mechanisch. Es wurden Relais, Kondensatoren und andere etwas hilfreiche Timing-Hilfen verwendet, sowie eine begrenzte Verwendung von Fluidik. Die meisten Bewegungsmuster wurden jedoch unter Verwendung von Nocken, Gestängen, Böschungen, Zahnrädern und anderen mechanischen Elementen erzeugt. Das serienmäßige Kupplungsschaltgetriebe ist ein gutes Beispiel für eine solche Maschine. Es ist im Grunde ein Getriebe mit einem Bedienelement (dem Schaltknauf) und einem manuellen Gangwechselaktivator (der Kupplung). Obwohl es im Vergleich zu einem modernen Automatikgetriebe primitiv war, ermöglichte es es einem Fahrzeug, sich zu bewegen.

Nocken wurden von etwa 1880 bis Anfang der 1970er Jahre häufig zur Steuerung von Drehautomaten verwendet. Sie sind unregelmäßig geschnittene Platten oder Trommeln, in die gewundene Bahnen geschnitten sind. Jeder Nocken hat einen Mitnehmer, der dem Werkzeug oder der Achse darüber entsprechend den unregelmäßigen Ausbuchtungen und Bahnen auf dem Nocken eine Bewegung und ein Timing verleiht. Es wurden Programme und Algorithmen entwickelt, um die verschiedenen Aktionen zu koordinieren, um Konflikte und Kollisionen zu eliminieren. Werkzeugmacher waren notwendig, um spezielle Werkzeuge herzustellen, die für die Herstellung eines bestimmten Teils erforderlich sein könnten. Oftmals wurden Produktionsdrehmaschinen bereits vorgerüstet verkauft, um nur ein oder zwei spezifische Teile herzustellen. Beispielsweise wurden Schraubendrehergriffe jahrelang komplett auf Brown- und Sharpe-Maschinen hergestellt. Die Maschinerie wurde auch speziell für das Einsetzen von Schraubendreherschaft und Klinge angepasst.

Glauben Sie nicht, dass diese älteren Maschinen ungenau oder unfähig waren. Die besseren Nicht-CNC-Maschinen könnten immer noch deutlich unter einem Tausendstel Zoll halten. Sie waren auch erheblich schneller als alle bis auf die teuersten CNC-Maschinen, die heute hergestellt werden. Tatsächlich werden auch heute noch einige große Drehautomaten wie die Acme Gridley von namhaften Unternehmen eingesetzt. Sie werden umgebaut und zumindest teilweise mit modernen CNC-Schlitten und anderen Komponenten bestückt. Die CNC-Version dieser Maschine wird noch gebaut, wenn auch nicht von Acme-Gridley. Es ist auch eine Mehrspindelmaschine. Dies bedeutet, dass es sich im Wesentlichen um eine Gatling-Pistole handelt, die Material durch Rohre statt durch Kugeln befördert. Jedes Mal, wenn sich die Maschine dreht, trifft das herzustellende Teil auf ein oder mehrere andere Werkzeuge, die eine andere Operation daran ausführen. Die letzte Station ist natürlich meist das Trennwerkzeug. Das Material schreitet dann vorwärts und der gesamte Prozess beginnt von vorne. Aufgrund der für den Einsatz dieser Maschinen erforderlichen Rüstzeiten und der allgemeinen Komplexität werden in der Regel nur große Auflagen entweder in der manuellen oder in der CNC-Version ausgeführt. Sehen Sie sich ein Video von einer dieser Maschinen an:

Trotz der Tatsache, dass sich elektromechanische Systeme immer weiter weiterentwickelten, verwendeten die ersten NC-Maschinen (mit Lochstreifen, keine echte computergesteuerte Einheit) Vakuumröhren, die, um die Spannungen zu handhaben, manchmal riesige Kunstwerke für sich waren . Rohre mit einer Länge von 24 Zoll waren beispielsweise keine Seltenheit. Angesichts der verschiedenen Schwierigkeiten bei der Verwendung von Vakuumröhren mit extremer Konstruktion war es nicht überraschend, dass Ingenieure die Verwendung von Transistoren und integrierten Schaltungen aufgriffen, als sie verfügbar wurden. Als dann Controller wie die damals angebotenen primitiven Allen Bradleys ans Netz kamen, begann der langsame Wandel von analog zu digital. Zum ersten Mal konnte so ziemlich alles, was zum Beispiel in eine bestimmte Mühlengröße passte, ohne viele ungenaue Einrichtun- gen komplett bearbeitet werden. Dies bedeutete, dass so einfache Dinge wie 45-Grad-Schnitte ohne spezielle Vorrichtungen durchgeführt werden konnten. Es bedeutete auch, dass bessere Steuerungen bessere Antriebe und Motoren sowie Kugelgewindetriebe und Lager mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit erforderten. So ging die Entwicklung von CNC-Maschinen Hand in Hand mit der Entwicklung leistungsfähigerer, genauerer Servomotoren, Schrittmotor-Encoder und anderer CNC-Komponenten. Die Entwicklung dieser Komponenten wiederum führte zu schnelleren und genaueren Maschinen. Heute sollte zum Beispiel eine anständige CNC-Fräse den ganzen Tag ein bis zwei Zehntausendstel Zoll halten können.

Was ist schließlich eine CNC-Maschine? Angesichts der heutigen Allgegenwart von CNC-Maschinen gibt es natürlich keine einzige Antwort. Aber die meisten CNC-Fräsen, Drehmaschinen und dergleichen haben einige Gemeinsamkeiten. Erstens erhalten sie ihre Anweisungen von einem Computer, der entweder eine dedizierte Architektur haben kann oder neuerdings einen Standardcomputer als Herzstück hat. Der Motoren, die Antriebskraft bereitstellen, sind größtenteils, wenn nicht vollständig, servogesteuerte Motoren der einen oder anderen Art. Es gibt (sind) Encoder, die U/min und Linearbewegung übertragen und an die Steuerung zurückgeben. Es gibt mindestens zwei oder drei gleichzeitig angesteuerte Achsen, die es ermöglichen, mit Hilfe einer Software, die in der Lage ist, aus einem CAD-Modell eine Werkzeugbahn zu generieren, nahezu jede gewünschte Form herzustellen. Mit Vier- und Fünf-Achs-Maschinen können natürlich noch kompliziertere Formen, wie zum Beispiel Turbinenschaufeln, hergestellt werden. Moderne CNC-Werkzeugmaschinen verfügen zudem über Steckplätze für viele Zusatzwerkzeuge, sodass Programmänderungen vorgenommen werden können, ohne immer jedes Werkzeug wechseln zu müssen. Die Steuerung speichert auch die Werkzeugkorrekturen für all diese, so dass, sobald ein Werkzeug berührt wird, seine Korrekturnummern dauerhaft gespeichert werden, bis sie geändert werden müssen. Heute ist diese Technologie so günstig und weit verbreitet, dass es Leute gibt, die selbstgebaute CNC-Maschinen herstellen, die möglicherweise nicht die Genauigkeit und Leistung der im Laden gekauften Varianten aufweisen, die aber zum Ausschneiden von Schildermaterial oder anderen leichten Aufgaben völlig ausreichend sind. Übrigens ist es diese Popularisierung von CNC-Komponenten, die auch die enorme Zunahme der Entwicklung und des Einsatzes von Robotik sowohl in der Industrie als auch als Hobby angeheizt hat.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CNC-Maschinen im Allgemeinen viel vielseitiger sind als kurvengesteuerte Maschinen. Es gibt jedoch Spezialprodukte, die mit Nicht-CNC-Geräten noch besser und billiger hergestellt werden.

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