Die Geschichte der CNC-Maschinen

Eine moderne Hauptstütze der Fertigung und Produktion, Computer Numerical Control oder CNC, geht auf die 1940er Jahre zurück, als die ersten Numerical Control- oder NC-Maschinen auftauchten. Drehmaschinen tauchten jedoch schon vorher auf. Tatsächlich wurde 1751 eine Maschine erfunden, die handwerkliche Techniken ersetzen und die Präzision erhöhen sollte. Es sollte eine Weile dauern, bis das Konzept die Fähigkeiten eines modernen CNC-Produktionsunternehmens erreichen würde.

Die Bearbeitungstechniken, die zur CNC-Fertigung führten, markierten den Beginn der Industrialisierung. Die heutige Definition der CNC-Bearbeitung ist spezifischer. Dabei werden 3D-Dateien in einen Computer eingegeben, auf dem ein Programm läuft, das die Bewegung von Werkzeugen in einem Bearbeitungszentrum steuert. Der Prozess ist vollständig automatisiert, von der Achse und Rotationsgeschwindigkeit der Schneidwerkzeuge bis zum Erreichen der gewünschten Abmessungen des Teils.

Was ist eine CNC-Maschine?

Eine CNC-Maschine ist ein System, das mehrere Werkzeuge (einschließlich Bohrer, Drehmaschinen und Fräswerkzeuge) kombiniert, die in Zellen eingebaut sind, aus denen die Maschine sie auswählen und verwenden kann. Es ist für die Herstellung dreidimensionaler Teile ausgelegt. Die einfachsten Maschinen bewegen sich ein- oder zweiachsig. Fortgeschrittenere Systeme hingegen verfügen über eine X- und Y-Achsenbewegung und können sich in Längsrichtung in der Z-Achse bewegen. Viele sind in der Lage, sich zu drehen und Teile sogar automatisch umzudrehen, sodass das Material ohne manuellen Eingriff auf allen Seiten geschnitten werden kann.

Die Anfänge der CNC-Arbeit

Obwohl es die Idee schon seit einiger Zeit gab, wurde das erste Numerical Control-Konzept erst 1949 entwickelt. John T. Parsons, ein früher Computerpionier, entwickelte es im Rahmen eines Forschungsprojekts der Air Force, das am Massachusetts Institute of Technology durchgeführt wurde (MIT). Im Labor für Servomechanismen des Instituts wurde eine experimentelle Fräsmaschine gebaut, mit dem Ziel, mit motorisierten Achsen Hubschrauberblätter und steifere Außenhaut für Flugzeuge herzustellen.

Die Parsons Corporation in Traverse City, Michigan, hat bereits vor der MIT-Kollaboration an dem ersten System gearbeitet. Parsons war in der Lage, einen IBM 602A-Multiplikator zu verwenden, um Tragflächenkoordinaten zu berechnen. Die Datenpunkte wurden in einen Schweizer Schablonenbohrer eingespeist, indem Lochkarten in das System eingespeist wurden. Vorprogrammierte Informationen könnten verwendet werden, um Teile für Hubschrauber herzustellen; Dies war der Vorläufer der CNC-Maschinenprogrammierung.

Die Idee wurde weiterentwickelt und 1952 stellte Richard Kegg (in Zusammenarbeit mit dem MIT) die Cincinnati Hydro-Tel vor, eine 28-Zoll-Konturfräsmaschine mit vertikaler Spindel. Seine kommerzielle Einführung erfolgte mit einem Patent für eine „motorgesteuerte Vorrichtung mit positionierender Werkzeugmaschine“. Der ursprüngliche Prototyp wurde, obwohl er mit achtspaltigem Papierband, einem Bandleser und einem elektronischen Vakuumröhren-Steuersystem betrieben wurde, zu einem Schwerpunkt für zukünftige Entwicklungen.

Frühe CNC-Maschinen in den 1940er und 1950er Jahren verwendeten Lochstreifen, die damals häufig in der Telekommunikation und Datenspeicherung verwendet wurden. Diese Technologie wurde durch analoge Computertechnologien ersetzt. Von den 1960er bis in die 1970er Jahre kamen digitale Technologien auf, die den Produktionsprozess automatisierten und effizienter machten.

Parsons wurde für sein Frühwerk ausgezeichnet. 1968 erhielt er den ersten Joseph Marie Jacquard Memorial Award der Numerical Control Society. Die Society of Manufacturing Engineers verlieh ihm 1975 eine Ehrenplakette, die Parsons zum „Vater der zweiten industriellen Revolution“ ernannte.

Entwicklung der heutigen CNC-Fabrik

Die heute verwendeten hochautomatisierten Bewegungssteuerungssysteme der Hersteller basieren immer noch auf den drei Hauptkomponenten ihrer Vorgänger. Sie benötigen eine Befehlsfunktion (ob ein digitales oder analoges System, einen Nockenfolger oder einen Klappengriff, um sie zu aktivieren); ein Antriebs-/Bewegungssystem wie ein Motor, Zylinder, Ventil oder eine Kupplung; und ein System, das eine Rückmeldung bereitstellt, wie z. B. ein Codierer. Bei frühen NC-Maschinen lief eine Steuerebene auf einer Kurvenscheibe. Der Motor drehte sich wiederum, um die Maschine zu betreiben, aber wenn das Feedback-Kabel brach, konnte der Flüssigkeitsfluss nicht gestoppt werden.

Moderne CNC-Maschinen werden elektronisch gesteuert, sodass dieses Szenario höchst unwahrscheinlich ist. Die Endergebnisse sind jetzt vorhersehbarer. Außerdem können sie nahezu jedes Material verwenden, einschließlich Metall, Holz, Kunststoff, Glasfaser oder Schaumstoff.

Darüber hinaus wurden neuartige Bearbeitungsformen entwickelt. Sie verwenden das gleiche Konzept wie die CNC-Bearbeitung und umfassen die Elektronenstrahlbearbeitung, die Elektroerosionsbearbeitung und die fotochemische Bearbeitung. Diese und andere werden oft in Abhängigkeit von dem im Massenproduktionsprozess verwendeten Material ausgewählt. Ebenfalls üblich sind Laser-, Autogen-, Wasserstrahl- und Plasmaschneidemaschinen.

Auf Rapid Prototyping aufbauen

Die Perspektive des Rapid Prototyping hat sich im Laufe der Jahre geändert, aber das Konzept wurde von den allerersten Lochstreifen bis zu numerischen Steuerungssystemen angewendet. Davor wurden alle Teile von Hand bearbeitet; sogar Lochstreifensysteme revolutionierten den Prozess. Heutzutage stehen je nach verwendetem Material, Wirtschaftlichkeit und Komplexität der CNC-Teile viele Prototyping-Optionen zur Auswahl.

Die verfügbaren Werkzeuge und Rotationsachsen machen CNC-Maschinen nach wie vor attraktiv und äußerst nützlich. Mit dem Aufkommen des 3D-Drucks haben diese Vorteile begonnen, ihre Grenzen zu zeigen. Ein 3D-Drucker kann komplexe Teile einschließlich ihrer internen Komponenten herstellen. Je nach Anwendung kann die Materialauswahl eingeschränkt sein, daher bleiben CNC-Systeme die bevorzugte Wahl, insbesondere für die Prototypenentwicklung.

Bedeutung der CNC-Fertigung heute

Die Rolle der traditionellen Maschinisten schwindet schnell. Im 21. Jahrhundert wächst die Nachfrage nach CNC-Spezialisten. Organisationen wie das Institut für technische Berufe bieten Schulungen an, um Maschinisten mit den erforderlichen Fähigkeiten auszustatten, um für Arbeitgeber in diesem Bereich zu arbeiten. In vielen Branchen sind die Jobaussichten robust; Einige sagen voraus, dass Technologiejobs wie das Bedienen von CNC-Geräten 40 % der zukünftigen offenen Stellen ausmachen werden.1

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Quelle:

1. https://www.instituteoftechnicaltrades.com/blog/history-computer-numerical-control/