Die CNC-Technologie (oder Computergesteuerte numerische Steuerung) ist eine der wichtigsten Revolutionen im Bereich der Herstellung und Materialverarbeitung. Durch ihre Einführung in den 1950er Jahren wurde die Herstellung von großen Bauteilmengen beschleunigt und der Preis vieler Endprodukte reduziert, wodurch sich der Zugang zu vielen Waren, die zuvor als Luxusgüter betrachtet wurden (z. B. Autos), verbesserte.
Mehr als 70 Jahre nach der Einführung der CNC-Technologie auf dem Markt ist sie nach wie vor eines der "Schlüsselwörter", die für diejenigen, die mit dem Thema nicht vertraut sind, für "Modernität, Technologie und Präzision" stehen. Und obwohl jede dieser Behauptungen wahr ist, ist die CNC-Bearbeitung selbst viel mehr als das.
Was ist CNC-Technologie und welche Anwendungsmöglichkeiten hat sie?
CNC, auch "CNC-Technologie" oder "computergesteuerte numerische Steuerung" (von Computerized Numerical Control) genannt, ist eine automatische Steuerung von Geräten und Maschinen mit Hilfe eines Computers (heute: Mikrocomputer, früher wurden auch Lochkarten verwendet), die vor allem bei der Bearbeitung und Herstellung von Bauteilen eingesetzt wird.
CNC-Steuerungsgeräte schicken ihre Befehle in einer bestimmten Reihenfolge und Form an die ausführenden Geräte (z.B. CNC-Drehmaschinen), die mit G-Code programmiert werden (d.h. einer standardisierten Sprache zum Schreiben von Befehlen, die von numerisch gesteuerten Geräten ausgeführt werden).
Dies ermöglicht eine präzise Programmierung der Arbeit und einen Herstellungsprozess von reproduzierbaren Teilen mit minimalen Toleranzen (je nach Material, Art des Teils und Bearbeitung sogar unter 0,01 mm).
Die Maschine funktioniert jedoch nicht allein, und die Programmierung einer Steuerung - einer CNC-Fräs-, Dreh- oder einer Schleifmaschine - erfordert Wissen und Erfahrung.
Die Einführung des richtigen Arbeitsprogramms (z.B. die Übertragung des CAD-Entwurfs in den Maschinensteuerungsplan - CAM), die Prüfung der Korrektheit am Testmaterial oder schließlich die Vorbereitung der gesamten Produktion nehmen viel Zeit in Anspruch.
Das ist einer der Gründe, warum CNC-Maschinen am besten für die Massenproduktion geeignet sind und nicht für die Herstellung von Einzelteilen.
Für solche Zwecke werden nach wie vor klassische, manuell gesteuerte Schneidemaschinen eingesetzt (z.B. zum Drehen einzelner Stifte oder zum Fräsen einer kleinen Anzahl von Kunststoffobjekten).
Bei der Herstellung von mehr als 20 oder 50 Komponenten (je nach Art des Objekts) kann die CNC-Technologie jedoch die Arbeitszeit und die Kosten für die Herstellung einer größeren Anzahl von Objekten erheblich reduzieren.
Deshalb hat sich die CNC-Bearbeitung in den Fertigungslinien verschiedener Industriezweige, die große Mengen an wiederholbaren Teilen benötigen, am meisten durchgesetzt.
Ein weiterer wichtiger Bereich, in dem sich die Vorteile der CNC-Bearbeitung zeigen, ist die Herstellung komplex geformter Komponenten, die aus einem einzigen Materialblock geformt werden müssen (z.B. geschmiedetes Aluminium, wie einige Motorblöcke).
Während sich die CNC-Technologie jahrelang auf die 2-dimensionale Bearbeitung konzentriert hat, wurden in den letzten Jahrzehnten verschiedene Arten von Werkzeugmaschinen entwickelt, die in mehr als 2 Achsen arbeiten.
Mit 5-Achsen-Fräsmaschinen ist es z.B. möglich, sehr komplex geformte Objekte aus einem einzigen Materialblock herzustellen, ohne das Werkstück zwischen den Frästischen hin- und herzubewegen.
Das ermöglicht eine höhere Präzision (das Objekt ist fixiert und die Fräsmaschine führt die Befehle eines einzigen Programms von Anfang bis Ende aus), ein gleichzeitiges und flüssiges Fräsen in allen fünf Achsen (x-, y-, z- und zwei Drehachsen) und eine schnellere Herstellung von Komponenten.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Arten von Fräsmaschinen, die eine mehrachsige Bearbeitung durchführen (z.B. 3+2), aber deren Betrieb wäre ohne CNC-Technologie unmöglich.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz der numerischen Steuerung bei der Herstellung von Bauteilen Folgendes ermöglicht:
- eine deutliche Beschleunigung der Komponentenherstellung,
- eine höhere Wiederholbarkeit bei der Herstellung von Objekten
- niedrigere Stückkosten,
- eine höhere Marge auf das Endprodukt für den Kunden,
- eine Verringerung der Toleranzen der hergestellten Objekte, was sich in ihrer
- Langlebigkeit und ihrem störungsfreien Betrieb niederschlägt,
- Optimierung der Logistikprozesse, wichtig zum Beispiel in der Automobilindustrie.
Geschichte der CNC-Technologie
Die Geschichte der Entwicklung der CNC-Bearbeitungstechnologie hat ihre Grundlagen in den 1950er Jahren in den USA.
Sie wurde auf Wunsch der US Air Force in Zusammenarbeit mit dem bekannten MIT (Massachusetts Institut für Technologie) entwickelt.
Sie ermöglichte die präzise und reproduzierbare Herstellung von Bauteilen, die für die Konstruktion von Unterbaugruppen für Düsenflugzeuge ( einer damals neuen Technologie) äußerst wichtig waren und für die eine hohe Fertigungsgenauigkeit und eine bestmögliche Auswuchtung erforderlich waren, um die Leistungsfähigkeit zu erhalten.
Die ersten nummerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen werden als NC (von numerische Steuerung) beschrieben und wurden mit Lochkarten programmiert (so wurden auch die Daten in die ersten Computer eingegeben).
Mit der Entwicklung der Computertechnologie und der Entwicklung der ersten Mikrocomputer wurden in den 1970er und 1980er Jahren die so genannten computergesteuerten oder CNC-Maschinen entwickelt.
Mit diesem technologischen Durchbruch ermöglichte die CNC-Technologie sowohl eine höhere Präzision und Reproduzierbarkeit als auch einen schnelleren Ablauf des gesamten Prozesses.
Die Lochkarten mussten nicht mehr separat vorbereitet werden und die gesamte Programmierung konnte auf einer einzigen Maschine erfolgen.
Auch die Ausweitung des Arbeitsspeichers oder die Entwicklung von Technologien, die den "kinetischen" Teil der CNC-Bearbeitung unterstützen (z.B. höhere Vorschubgeschwindigkeiten oder Frässpindeldrehzahlen), haben den Betrieb von CNC-Werkzeugmaschinen schneller gemacht, und die Maschinen selbst können größere Bauteile mit höchster Präzision bearbeiten.
Es ist auch bemerkenswert, dass die Entwicklung der CNC-Technologie einer der wichtigsten Meilensteine der 3. und 4. technologischen Revolution ist und einen direkten Einfluss auf die Verbesserung der Lebensqualität der Menschen auf der ganzen Welt hat.
Anwendungen der CNC-Technologie in der Industrie
CNC-Maschinen werden heute in fast allen Bereichen eingesetzt, in denen es um die Herstellung von Teilen oder Komponenten größerer Anlagen geht.
Ihre wichtigsten Vorteile machen diese Technologie beinahe sofort zum Standard:
- hohe Produktionsgeschwindigkeit,
- hohe Reproduzierbarkeit,
- intuitives Steuerungssystem (insbesondere für erfahrene Anwender),
- eine breite Auswahl an CNC-Bearbeitungsmaschinen - Fräsmaschinen, Drehbänke oder Schleifmaschinen, die die Herstellung und Endbearbeitung von Komponenten und Teilen in fast jeder Form und aus einer Vielzahl von Materialien ermöglichen,
- eine Reduzierung der Kosten pro Bauteil für die Massenproduktion.
Heute dominieren CNC-Maschinen in den Bereichen:
- Metallbearbeitung (z.B. Stahl, Aluminium, Messing),
- Bearbeitung von Kunststoffen (z.B. POM, Acrylglas),
- der Holzbearbeitung,
- Bearbeitung anderer Materialien, wie Epoxidharze.
CNC-Bearbeitungsmaschinen ermöglichen die schnelle Herstellung von Teilen in vielen Branchen, wie z.B.:
- Automobilindustrie - von Komponenten des Antriebsstrangs (z.B. Motorblöcke und -köpfe oder Getriebegehäuse) über die Bearbeitung von Karosserieteilen und Fahrzeugskeletten bis hin zur Herstellung von kleinen Innenraumkomponenten,
- Luft- und Raumfahrtindustrie - von Triebwerksteilen (die sehr hohe Präzision erfordern und mit Hartmetalllegierungen arbeiten) bis zu Innenraumkomponenten (z.B. Kabinen),
- Energieindustrie - z.B. Herstellung von Transformatorenteilen oder Schrankkomponenten,
- Computerindustrie - z.B. Präzisionsbearbeitung von Computerteilen oder
- Computerschränken und -gehäusen,
- Fertigungsindustrie - Herstellung einer breiten Palette größerer und kleinerer Teile für Maschinen und Anlagen (z.B. Bolzen, Zahnräder),
- Luft- und Raumfahrtindustrie - ähnlich wie in der Luft- und Raumfahrt ist hier höchste Präzision bei der Herstellung von Komponenten mit geringsten Toleranzen gefragt,
- Fahrradindustrie - von Fahrradrahmen bis hin zu kleinen Antriebskomponenten, wie Kassetten oder Kurbelarme,
- die Medizinindustrie - medizinische Instrumente oder Geräte für medizinische Anlagen werden in der Regel mit CNC-Bearbeitungsmaschinen hergestellt
- die Möbel- und breit gefasste "Heimdekor"-Industrie - Möbel, Ornamente oder andere Objekte werden sehr oft auf CNC-Maschinen im Massenproduktionsprozess bearbeitet.
Wie Sie sehen, hat die Benutzung von modernen CNC-Steuerungssystemen ihre Anwendungen in der Praxis jeder Branche.
Numerische Steuerungssysteme haben einen direkten Einfluss auf die Reduzierung der Kosten der Endprodukte, ihre längere Lebensdauer und bessere Verfügbarkeit.
Wie funktioniert eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine?
CNC-gesteuerte Bearbeitungsmaschinen - der Begriff könnte darauf hindeuten, dass es sich um komplexe Maschinen handelt, und... ja, das sind sie.
Für diejenigen, die mit CNCs nicht vertraut sind, ist die einfachste Erklärung jedoch folgende: "Es handelt sich um Geräte, die den Betrieb von Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschinen steuern und bestimmte Bewegungsfolgen anordnen, um ein bestimmtes Objekt herzustellen".
Anders ausgedrückt: Die numerische Steuerungstechnik steuert die Arbeit und verringert so das Risiko eines Fehlers (wie bei der Arbeit mit einer Vorlage oder der Bearbeitung von Hand), der dazu führen kann, dass das Werkstück verworfen werden muss.
Die wichtigsten Elemente beim Betrieb von CNC-Bearbeitungsmaschinen sind:
- die richtige Pflege, die Kalibrierung und die Instandhaltung der Maschinen,
- die Verwendung von entsprechenden Techniken, Geschwindigkeiten und Bearbeitungswerkzeugen (Fräser, Drehmesser, Schleifscheiben usw.),
- die richtige Programmierung der Arbeiten und, falls erforderlich, die Erstellung von Prototypen und das Testen der korrekten Durchführung des gesamten Programms vor Beginn der eigentlichen Bearbeitung.
Das bedeutet, dass die Herstellung von Teilen mit Hilfe von CNC zwar nicht zeit- und arbeitsintensiv ist (wenn sie erst einmal begonnen hat), aber dennoch eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, um sie zum Laufen zu bringen.
Daher ist die Kosten-Nutzen-Grenze ein so wichtiger Parameter bei der Preisgestaltung für die Herstellung von Teilen mit CNC-Technologie.
Die Programmierung der Herstellung selbst einfacher Formen kann sehr zeitaufwendig sein. Deshalb wird das genannte "Limit" in der Phase der Produktionsbewertung individuell mit dem Kunden festgelegt.
Bei Radmot gehen wir davon aus, dass sie bei etwa 100 Elementen liegt, je nach Objekttyp kann sie jedoch niedriger oder höher sein.
Jeder Auftrag wird individuell behandelt, und unsere erfahrenen Mitarbeiter führen jede Bewertung durch, wobei sie sowohl die vom Kunden ausgewählten Materialien als auch die Erwartungen an das Endprodukt berücksichtigen.
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