NC-Bearbeitung erklärt: Definition, Anwendungen & Kernprinzipien

Was ist NC-Bearbeitung?

Numerische Steuerung (auch computergestützte numerische Steuerung, allgemein CNC genannt) ist die automatisierte Steuerung von Bearbeitungswerkzeugen (wie Bohrer, Drehmaschinen, Fräsen und 3D-Druckern) mittels eines Computers.

Eine CNC-Maschine bearbeitet ein Stück Material (Metall, Kunststoff, Holz, Keramik oder Verbundwerkstoff) nach 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 Maschinensteuerungsbefehlen wie G-Code und M-Code übermittelt und dann ausgeführt.

Das Programm kann von einer Person geschrieben oder, viel häufiger, durch grafische 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 verwenden ebenfalls G-Code.

CNC ist eine enorme Verbesserung gegenüber nicht-computergestützter Bearbeitung, die manuell gesteuert werden muss (z. B. mit Handrädern oder Hebeln) oder mechanisch durch vorgefertigte Musterführungen (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 „Post-Prozessor“-Software) in die spezifischen Befehle transformiert, die für eine bestimmte Maschine notwendig sind, um das Bauteil herzustellen, und dann in die CNC-Maschine geladen.

Da ein bestimmtes Bauteil die Verwendung mehrerer 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 Schritte, die zur Herstellung eines Teils erforderlich sind, hochautomatisiert und produziert ein Teil, das dem ursprünglichen CAD-Zeichnung sehr genau entspricht.

Was ist eine NC-Maschine?

Numerische Steuerung ist definiert als die Form der programmierbaren Automatisierung, in der Zahlen, Buchstaben und Symbole den Betrieb 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.

Typen 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 gesteuert. Die Bewegung zwischen verschiedenen Positionen erfolgt mit der für das Werkzeugmaschine zulässigen Verfahrgeschwindigkeit und auf dem kürzesten Weg.

2. Konturierungssystem (Contouring System)

Konturierungs-NC-Systeme sind in der Lage, nicht nur die Positionen, sondern auch die Komponentenbewegung zu 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. Allerdings findet NC seine Hauptanwendung in Metallbearbeitungsoperationen. Es ist darauf ausgelegt, praktisch den gesamten Metallabtragsprozess durchzuführen. (Beispiel für Metallbearbeitung: Drehen, Sägen, Schleifen, Fräsen, Bohren, Bohren).

Die Produktionsaufträge, für die numerisch gesteuerte Maschinen am geeignetsten sind, sind unten aufgeführt.

• NC-Technologie eignet sich für Folge/Serie von Bearbeitungsprozessen.
• Teilageometrie ist komplex, teuer. Fehler im Prozess führen zu hohem Verlust.
• Es werden zukünftige Konstruktionsänderungen erwartet.
• Hohe Metallabtragsraten sind erforderlich.
• Das Werkstück erfordert 100 % Inspektion.
• Es müssen enge Toleranzen am Werkstück eingehalten werden.
• Wenn viele Operationen bei der Bearbeitung durchgeführt werden müssen. Häufig wird in kleinen Losgrößen in Chargen verarbeitet.

Vorteile von NC-Maschinen

• Größere Fertigungsflexibilität. NC kann sich leicht an Konstruktionsänderungen und Verschiebungen im Produktionsplan anpassen.
• Reduzierte Fertigungsdurchlaufzeit. Der Auftrag kann mit NC einfach und schnell eingerichtet werden.
• Reduzierte unproduktive Zeit. Bei komplexer Bearbeitung hilft NC, unproduktive Zeit zu reduzieren. Aufgrund von schnellem/automatischem Werkzeugwechsel, schneller Einrichtung und reduzierter Werkstückhandhabungszeit.
• Reduzierte Vorrichtungen. Die in NC-Operationen erforderlichen Vorrichtungen sind einfacher und kostengünstiger, weil das NC-Band die Positionierung übernimmt statt Lehren und Vorrichtungen.
• Reduzierter Lagerbestand. Dies ist das Ergebnis weniger Einrichtungszeiten und reduzierter Durchlaufzeiten.
• Verbesserte Qualitätskontrolle. Kein Risiko menschlicher Fehler. Es produziert das Teil mit hoher Genauigkeit. Es reduziert auch die Mannstunden für die Inspektion.
• Größere Bedienersicherheit.
• Reduzierter Ausschuss. Die hohe Genauigkeit der NC-Maschine hilft, Ausschussmaterial zu reduzieren.
• Reduzierter Platzbedarf. Da eine NC-Maschine eine Vielzahl von Operationen durchführen kann, ersetzt sie mehrere konventionelle Maschinen.

Nachteile von NC-Maschinen

• Hohe Investitions- und Wartungskosten. Die komplexeste und anspruchsvollste Technologie kostet mehr als konventionelle Maschinen.
• Erfordert qualifizierte Bediener. Das Finden und Schulen von NC-Personal muss berücksichtigt werden.
• Verschleiß und Abnutzung von Lochbändern und weniger zuverlässige Lochbandkomponenten.
• Teilprogrammierfehler in Lochbändern.
• Keine optimale Vorschub- und Drehzahl. Konventionelle NC-Maschinen bieten keine Option, Schnittgeschwindigkeit und Vorschub während des Betriebs zu ändern.