NC-Bearbeitung verstehen: Definition, Prozess & Hauptvorteile

Was ist NC-Bearbeitung?

Numerische Steuerung (auch Computerized Numerical Control, allgemein CNC genannt) ist die automatisierte Steuerung von Bearbeitungswerkzeugen (wie Bohrer, Drehmaschinen, Fräsmaschinen und 3D-Druckern) mittels Computer.

Eine CNC-Maschine bearbeitet ein Materialstück (Metall, Kunststoff, Holz, Keramik oder Verbundwerkstoff) gemäß Spezifikationen, indem sie einem codierten programmierten Befehl folgt, ohne dass ein manueller Bediener den Bearbeitungsvorgang direkt steuert.

Eine CNC-Maschine ist ein motorisiertes, manövrierbares Werkzeug und oft eine motorisierte, manövrierbare Plattform, die beide von einem Computer gemäß spezifischen Eingabeanweisungen gesteuert werden. Anweisungen werden an eine CNC-Maschine in Form eines sequenziellen Programms von Maschinensteuerbefehlen wie G-Code und M-Code übermittelt und dann ausgeführt.

Das Programm kann von einer Person geschrieben oder, viel häufiger, durch grafikbasierte CAD-Software (Computer-Aided Design) und/oder CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) generiert werden. Bei 3D-Druckern wird das zu druckende Teil „gesliced“, bevor die Anweisungen (oder das Programm) generiert werden. 3D-Drucker nutzen ebenfalls G-Code.

CNC ist eine enorme Verbesserung gegenüber nicht-computergestützter Bearbeitung, die manuell gesteuert werden muss (z. B. über Handräder oder Hebel) oder mechanisch durch vorgefertigte Musterleiten (Nocken) gesteuert wird. In modernen CNC-Systemen sind das Design eines mechanischen Teils und sein Fertigungsprogramm hochautomatisiert.

Die mechanischen Abmessungen des Teils werden mit CAD-Software definiert und dann durch CAM-Software in Fertigungsanweisungen übersetzt. Die resultierenden Anweisungen werden (durch „Postprozessor“-Software) in die spezifischen Befehle transformiert, die für eine bestimmte Maschine zur Herstellung des Bauteils notwendig sind, und dann in die CNC-Maschine geladen.

Da ein bestimmtes Bauteil die Verwendung verschiedener Werkzeuge erfordern kann – Bohrer, Sägen etc. – kombinieren moderne Maschinen oft mehrere Werkzeuge in einer einzigen „Zelle“. In anderen Installationen werden mehrere verschiedene Maschinen mit einem externen Controller und menschlichen oder robotischen Bedienern verwendet, die das Bauteil von Maschine zu Maschine bewegen.

In beiden Fällen ist die Reihe der zur Herstellung eines Teils notwendigen Schritte hochautomatisiert und produziert ein Teil, das dem ursprünglichen CAD-Design sehr nahe kommt.

Was ist eine NC-Maschine?

Numerische Steuerung ist definiert als die Form programmierbarer Automatisierung, bei der Zahlen, Buchstaben und Symbole die Operation steuern. Diese Anweisung ist für einen bestimmten Job konzipiert. NC-Maschinen haben die Fähigkeit, das Programm für jeden Job zu ändern, d. h. wenn sich der Job ändert, wird auch die Programm-Anweisung geändert. Es ist einfacher, die Programm-Anweisung zu ändern, als die Produktionsausrüstung zu modifizieren. Diese Flexibilität reduziert die Gesamtproduktionskosten.

Arten von NC-Systemen

Die zwei Haupttypen von NC-Systemen sind:

1. Punkt-zu-Punkt-System (PTP)

PTP ist ein NC-System, das nur die Position der Komponenten steuert. In diesem System wird der Pfad der Komponentenbewegung relativ zum Werkstück nicht kontrolliert. Die Bewegung zwischen verschiedenen Positionen erfolgt mit der für das Werkzeugmaschine zulässigen Verfahrgeschwindigkeit und auf dem kürzesten Weg.

2. Kontursystem (Contouring)

Kontur-NC-Systeme können nicht nur die Positionen, sondern auch die Komponentenbewegung steuern, d. h. die Verfahrgeschwindigkeit und den programmierten Pfad zwischen den gewünschten Positionen.

Anwendungen der numerischen Steuerungstechnologie

Numerische Steuerungstechnologie findet Anwendung in einer Vielzahl von Produktionsoperationen wie Metallschneiden, automatischem Zeichnen, Punktschweißen, Pressen, Montage, Inspektion etc. Hauptanwendung findet NC jedoch in Metallbearbeitungsoperationen. Es ist für praktisch den gesamten Metallabtragsprozess ausgelegt (Beispiel: Drehen, Sägen, Schleifen, Fräsen, Bohren, Ausdrehen).

Produktionsaufträge, für die numerisch gesteuerte Maschinen am geeignetsten sind:

• NC-Technologie eignet sich für Folge/Serie von Bearbeitungsprozessen.
• Teilgeometrie ist komplex, teuer. Fehler im Prozess führen zu hohen Verlusten.
• Konstruktionänderungen sind in Zukunft zu erwarten.
• Hoher Metallabtrag erforderlich.
• Das Werkstück erfordert 100% Inspektion.
• Enge Toleranzen am Werkstück erforderlich.
• Viele Operationen bei der Bearbeitung nötig. Häufig Chargenfertigung mit kleinen Losgrößen.

Vorteile der NC-Maschine

• Größere Fertigungsflexibilität. NC kann sich leicht an Konstruktionsänderungen und Verschiebungen im Produktionsplan anpassen.
• Reduzierte Fertigungsdurchlaufzeit. Der Job kann mit NC einfach und schnell eingerichtet werden.
• Reduzierte unproduktive Zeit. Bei komplexer Bearbeitung hilft NC, unproduktive Zeit zu reduzieren. Durch schnellen/automatischen Werkzeugwechsel, schnelles Einrichten und reduzierte Werkstückhandhabungszeit.
• Reduzierte Vorrichtungen. Die in NC-Operationen erforderlichen Vorrichtungen sind simpler und kostengünstiger, da das NC-Band die Positionierung übernimmt statt Lehren und Vorrichtungen.
• Reduzierter Lagerbestand. Ergebnis weniger Einstellungen und reduzierter Durchlaufzeit.
• Verbesserte Qualitätskontrolle. Kein Risiko menschlicher Fehler. Produziert Teile mit hoher Genauigkeit. Reduziert auch Inspektionsstunden.
• Größere Bedienersicherheit.
• Ausschussreduzierung. Die hohe Genauigkeit der NC-Maschine hilft, Ausschussmaterial zu reduzieren.
• Reduzierter Platzbedarf. Da eine NC-Maschine eine Vielzahl von Operationen ausführen kann, ersetzt sie mehrere konventionelle Maschinen.

Nachteile der NC-Maschine

• Hohe Investitions- und Wartungskosten. Komplexeste und anspruchsvollste Technologie kostet mehr als konventionelle Maschinen.
• Erfordert qualifiziertes Personal. Suche und Ausbildung von NC-Personal muss berücksichtigt werden.
• Verschleiß und Abnutzung von Lochstreifen und weniger zuverlässige Lochstreifenkomponenten.
• Teilprogrammierfehler in Lochstreifen.
• Keine optimale Vorschub- und Drehzahl. Konventionelle NC-Maschinen bieten keine Option, Schnittgeschwindigkeit und Vorschub während der Operation zu ändern.