Umfassender Leitfaden zu CNC-Maschinen: Merkmale, Vorteile und Anwendungen

CNC steht für Computerized Numerical Control (computergesteuerte numerische Steuerung). Es ist eine weit verbreitete Funktion für Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen etc., um deren Arbeitsfähigkeit und Effizienz mithilfe eines Computers zu verbessern. Bis heute werden einige dieser Maschinen manuell bedient, was den Bedienern keine Möglichkeit zur Erholung oder Konzentration auf andere Aufgaben lässt. CNC-Maschinen gelten als hochpräzise, genau und zeiteffizient.

Heute betrachten wir Definition, Teile, Elemente, Funktionsprinzip, Typen, Spezifikationen, Anwendungen sowie Vor- und Nachteile von CNC-Maschinen.

Was ist eine CNC-Maschine?

Eine CNC-Maschine kann als Werkzeugmaschine definiert werden, die automatisch über einen Computer gesteuert wird. Die CNC-Maschine verarbeitet ein Stück Material wie Metall, Kunststoff, Holz, Keramik oder Verbundwerkstoff, um den Spezifikationen eines codierten Programmablaufs zu entsprechen – ohne manuellen Bediener.

Das Arbeitsprogramm wird von einer Person geschrieben oder durch grafikbasierte CAD-Software (Computer-Aided Design) generiert. Bei 3D-Druckern wird das zu druckende Teil vor der Programmerstellung auf dem Computer in Schichten gesliced. Der zweite Betriebsbereich von CNC-Maschinen ist die CAM (Computer-Aided Manufacturing), die thematisch ähnlich wie CAD ist, aber den Produktionsbereich behandelt.

Für Bauteile, die verschiedene Werkzeuge wie Bohrer, Fräser, Sägen etc. erfordern, fassen moderne Maschinen mehrere Werkzeuge in einer einzigen Zelle zusammen. Mehrere Maschinen nutzen jedoch einen externen Controller, wobei das Bauteil von Maschine zu Maschine durch menschliche oder Roboterbediener bewegt wird. In beiden Fällen werden die Schritte auf Teile angewendet, die eine sehr enge Übereinstimmung mit dem ursprünglichen CAD erfordern.

Wie CNC-Maschinen funktionieren:

Die Funktionsweise einer CNC-Maschine ist recht interessant, da sie computerbasiert ist. Die Maschine arbeitet auf Basis von CAD- und CAM-Programmen sowie Computersteuerung. Wie bereits erwähnt, ist CAD eine Zeichensoftware für das herzustellende Teil, die als Blaupause des Produkts dient. Der Computer produziert automatisch das, was die CAD-Anzeige zeigt. Es wird auch verwendet, um die Produktivität des Konstrukteurs zu verbessern, die Kommunikation durch Dokumentation zu verbessern, die Designqualität zu steigern und eine Sicherungsdatei für die nächste Produktion zu erstellen.

CAM (Computer-Aided Manufacturing) umfasst zwei verschiedene Codes wie G-Codes und M-Codes, auf denen alle Programme geschrieben und in die Maschine eingespeist werden, um verschiedene Operationen auszuführen – z. B. Dreh- und Nutenoperationen an einer Drehmaschine.

Das folgende Video zeigt die Funktionsweise einer CNC-Drehmaschine:

https://www.youtube.com/watch?v=peuvASjUsJI&vl=en

Nachfolgend sind Codes aufgeführt, die in der CNC-Programmierung verwendet werden:

Die M-Codes repräsentieren diverse Maschinenbefehle, die keine Achsbewegung befehlen. Das Format ist der Buchstabe M gefolgt von zwei bis drei Ziffern. Nachfolgend fünf Funktionen:

• M02 Programmende
• M03 Spindelstart – im Uhrzeigersinn
• M04 Spindelstart – gegen den Uhrzeigersinn
• M05 Spindelstopp
• M06 Werkzeugwechsel

G-Codes werden für die Steuerung spezifischer Maschinenbewegungen verwendet, wie Maschinenbewegungen oder Fräsfunktionen. G-Codes unterscheiden sich zwischen Dreh- und Fräsanwendungen. Das Format ist der Buchstabe G gefolgt von zwei bis drei Ziffern. Nachfolgend einige G-Code-Funktionen:

• G00 Schnelle Positionierung
• G01 Lineare Interpolation
• G02 Kreisförmige Interpolation – im Uhrzeigersinn
• G03 Kreisförmige Interpolation – gegen den Uhrzeigersinn

Teile der CNC-Maschine:

Werkzeugmaschinen mit CNC umfassen folgende Teile:

• Maschinenbett
• Hauptspindelstock
• Reitstock
• Reitstockquill
• Fußschalter oder Pedal
• Spannfutter
• Bedienfeld
• Werkzeughalter

Elemente des CNC-Maschinensystems:

Nachfolgend sind die Elemente des CNC-Bearbeitungssystems aufgeführt:

• Programm
• Lochstreifenleser
• Minicomputer
• Servosystem
• CNC-Maschine (Werkzeugmaschine)

Typen von CNC-Maschinen:

CNC-Maschinen können in folgende Typen klassifiziert werden:

• CNC-Laserschneidmaschine
• 5-Achs-Maschine
• CNC-Drehmaschine
• CNC-Fräsmaschine
• 3D-Drucker
• CNC-Fräsmaschine (Router)
• CNC-Plasmaschneidmaschine
• Pick-and-Place-Maschine

Spezifikationen:

Die Spezifikation einer CNC-Maschine kann in folgende Punkte kategorisiert werden:

Maschinenspezifikationen:

• Spitzenhöhe
• Abstand zwischen den Spitzen
• Schwenkdurchmesser über dem Bett
• Schwenkdurchmesser über dem Quertrieb
• Querbewegung des Quertriebs

Hauptspindelstock-Spezifikationen:

• Bohrung in der Hauptspindel
• Spindelende mit Kegel

Reitstock-Spezifikationen:

• Spindeldurchmesser
• Spindelendkegel
• Hülsenweg

Vorschubgeschwindigkeit:

• Schnellgang
• Programmierbare Vorschubgeschwindigkeit

Hauptspindel-Spezifikationen:

• Drehzahlbereich
• Ausgangsleistung

Anwendungen der CNC-Maschine:

Dies sind einige Anwendungen der CNC-Maschine:

1. Die Hauptanwendung der CNC-Maschine ist die Arbeit mit hoher Genauigkeit und die automatische Steuerung des Werkzeugs.
2. Sie wird auch in großen Fertigungsindustrien eingesetzt.
3. Diese Maschine wird für die automatische Metallabtragung vom Werkstück verwendet.

Vor- und Nachteile von CNC-Maschinen:

Vorteile

Nachfolgend sind die Vorteile von CNC-Maschinen aufgeführt:

• Fehler in Schnittbedingungen oder Abmessungen können leicht bearbeitet werden; bietet bessere Präzision und Genauigkeit am Werkstück.
• Weniger Arbeiter erforderlich, was Personalkosten spart.
• Hochqualifizierter Bediener nicht erforderlich.
• Komplexe Designs mit hoher Genauigkeit in minimaler Zeit können auf CNC-Maschinen produziert werden.
• Online-Editierprogramm: Änderungen können an den im Computer gespeicherten Teildaten vorgenommen werden, ohne das Band zur Nachbearbeitung zu senden.
• Einheitenumrechnung kann leicht durchgeführt werden (SI zu britisch oder umgekehrt).
• Eigene Fehlerdiagnose: Spezielle Software ermöglicht einfache Fehlersuche bei CNC-Systemausfall und unterstützt Wartung und Reparatur automatisch.
• Sicherheitsvorteile.
• Geringer Wartungsaufwand.
• Reduzierte Rüst- und Umrüstzeiten.
• Höhere Produktionskapazität und -leistung.
• Kann 24 Stunden am Tag laufen.
• Zuverlässig.

Nachteile

Trotz der großen Vorteile von CNC-Maschinen treten einige Limitationen auf. Hier sind einige Nachteile:

1. Die Installationskosten sind hoch.
2. Auch die Ersatzteile der CNC-Maschine sind teuer.
3. Bei Ausfällen werden hochqualifizierte Fachleute zur Problemlösung benötigt.
4. Computerkenntnisse sind erforderlich.
5. Programmierkenntnisse sind erforderlich.

Das war es für diesen Artikel „Alles, was Sie über CNC-Maschinen wissen müssen“. Ich hoffe, das Wissen wurde vermittelt. Sie können gerne Fragen über unseren Kommentarbereich stellen. Vergessen Sie nicht, mit anderen Studierenden zu teilen. Danke!