Überall, wo es in der modernen Fertigung auf Präzision ankommt, sind CNC-Maschinen nicht mehr wegzudenken. Die computergesteuerten Werkzeugmaschinen eignen sich zur Bearbeitung von metallischen und nichtmetallischen Werkstücken.
Sie können für die Fertigung von Prototypen ebenso wie für die Massenfertigung genutzt werden, da jedes Produkt mit der gleichen Präzision und Genauigkeit hergestellt wird. Einmal programmiert, sind CNC-Maschinen effizient, verkürzen die Vorlaufzeit und ermöglichen höhere Produktionsraten. CNC-Maschinen steigern die Wirtschaftlichkeit von Unternehmen durch präzise, automatisierte Fertigung und reduzierte Produktionskosten.
Inhaltsverzeichnis
Funktionsweise von CNC-Maschinen
CNC ist die Abkürzung für Computer Numerical Control. Diese Werkzeugmaschinen werden mit einem Computerprogramm gesteuert und verfügen über eine numerische Steuerung. Die Maschinen arbeiten mit Programmen für das computergestützte Design (CAD) und die computergestützte Fertigung (CAM). Deutschland ist CNC-Europameister, da es in der Präzision und Qualität von CNC-Technologien führend ist.
Die Programme steuern die Bewegung von Schneidwerkzeugen und Werkstücken, sodass nahezu jede Form hergestellt werden kann.
Über das Computerprogramm erhalten CNC-Maschinen ausführliche Anweisungen zur Bewegung der Werkzeuge. Die Programme werden häufig mit einer CAD-Software erstellt und in einem bestimmten Dateiformat an die Maschine übertragen. Ist die Anweisung geladen, wird das Schneidwerkzeug durch die Motoren der Maschine entsprechend den vorgegebenen Koordinaten bewegt.
Arten von CNC-Maschinen
Bei den CNC-Maschinen werden zahlreiche Arten unterschieden. Die grundlegende Kategorisierung erfolgt nach Design und Funktion der Maschinen.
CNC-Fräsmaschinen
CNC-Fräsmaschinen werden zur Bearbeitung metallischer und nichtmetallischer Werkstücke mit Fräswerkzeugen genutzt. Sie sind die am häufigsten verwendeten CNC-Maschinen. Ein rotierendes Mehrpunkt-Schneidwerkzeug ist an einer CNC-gesteuerten Spindel befestigt. Die Spindel kann sich über mehrere Achsen bewegen. CNC-Fräsmaschinen können mit verschiedenen Werkzeugen ausgestattet werden, darunter mit Schaftfräsern, Planfräsern, Bohrern, Gewindebohrern und Reibahlen.
Bei den CNC-Fräsmaschinen werden vertikale und horizontale CNC-Fräsmaschinen unterschieden.
Die Spindel der vertikalen CNC-Fräsmaschinen ist vertikal ausgerichtet. Horizontale CNC-Fräsmaschinen verfügen über eine horizontal ausgerichtete Spindel und ermöglichen einen aggressiveren Materialabtrag sowie eine bessere Spanabfuhr. Zu den Horizontalfräsmaschinen gehören Bettfräsmaschinen wie die Bettfräsmaschine bei Mach4Metal. Mit den Bettfräsmaschinen lassen sich größere Werkstücke bearbeiten als mit Vertikalfräsmaschinen.
CNC-Drehmaschinen
Mit CNC-Drehmaschinen werden metallische und nichtmetallische Werkstücke durch das Drehen von Werkzeugen bearbeitet. CNC-Drehmaschinen ermöglichen die Produktion präziser und wiederholgenauer Teile. Das Werkstückmaterial wird um eine Mittelachse gedreht. Der Materialabtrag und die entsprechende Formung erfolgen durch ein Schneidwerkzeug. Das nicht rotierende Werkzeug bewegt sich linear auf dem rotierenden Werkstück. CNC-Drehmaschinen können zum Drehen, Plandrehen, Schneiden, Schleifen und Bohren genutzt werden.
Mit CNC-Drehmaschinen können nur symmetrische Bauteile gefertigt werden. Bei den CNC-Drehmaschinen werden verschiedene Arten unterschieden:
- horizontale CNC-Drehmaschinen
- vertikale CNC-Drehmaschinen
- Schrägbett-Drehmaschinen
- Mehrachsen-Drehmaschinen
- Schweizer Drehmaschinen
Schweizer Drehmaschinen eignen sich für die Fertigung von kleinen Teilen und mikroskopisch kleinen Details.
CNC-Bohrmaschinen
CNC-Bohrmaschinen werden zum Bohren von Löchern in metallische und nichtmetallische Werkstücke verwendet. Der Bohrer lässt sich in seiner Bewegung präzise positionieren und steuern, um hochpräzise Bohrvorgänge zu ermöglichen. Toleranzen von nur 0,001 mm sind beim Bohren möglich. Der Bohrer rotiert und bohrt Löcher in ein feststehendes Werkstück.
Mit der CNC-Bohrmaschine können Durchgangslöcher, Sacklöcher und Senkungen gefertigt werden.
Als Bohrer werden Tiefbohrer, Anbohrer, Schraubmaschinenbohrer, Spannreibahlen, Spiralbohrer, Nietenbohrer, Stufenbohrer und Ringbohrer verwendet. Viele CNC-Bohrmaschinen verfügen über einen Werkzeugkopf, der mehrere Bohrer aufnehmen kann und einen schnellen Wechsel ermöglicht.
CNC-Schleifmaschinen
CNC-Schleifmaschinen dienen zum Präzisionsschleifen von Werkstücken und erreichen Genauigkeiten im Mikro- und sogar im Nanobereich. Die Position der Bewegungsbahn des Schleifwerkzeugs ist präzise regulierbar. Einige dieser Schleifmaschinen können mehrere Prozesse in einer Aufspannung ausführen, darunter Schleifen und Polieren. Mit CNC-Schleifmaschinen können glatte Oberflächen erzielt werden.
CNC-Schleifmaschinen arbeiten mit rotierenden Schleifscheiben.
Abhängig von der Geometrie der zu schleifenden Teile werden Schleifscheiben in verschiedenen Formen verwendet. Die Teile können innen und außen geschliffen werden. Schleifscheiben bestehen aus unterschiedlichen Schleifmaterialien wie Granat, Korund oder Quarz.
CNC-Schneidmaschinen
Abhängig von den zu schneidenden Materialien werden drei verschiedene Arten von CNC-Schneidmaschinen unterschieden:
- CNC-Laserschneidmaschinen ermöglichen außerordentlich präzise Schnitte und arbeiten mit einem CNC-gesteuerten Laserkopf, der den Weg des fokussierten Laserstrahls bestimmt. Mit CNC-Laserschneidmaschinen lassen sich Schnitte, Formen, Muster und Gravuren erzeugen. Sie arbeiten mit großer Hitze und können harte Materialien bearbeiten.
- CNC-Plasmaschneidmaschinen arbeiten mit einem Hochtemperatur-Plasmalichtbogen, der durch eine Hochfrequenzentladung zwischen Elektrode und Werkstück entsteht. Beim Plasma handelt es sich um einen Strom aus ionisierten Gasen mit außerordentlich hohen Temperaturen. Der kontrollierte Plasmastrom wird durch eine Düse geleitet und schneidet oder formt leitfähige Werkstücke. Ein Plasmabrenner wird vom CNC-System gesteuert und in das Werkstück geführt. Plasmaschneidmaschinen können nur für leitfähige Materialien verwendet werden und erlauben keine so hohe Präzision wie Laserschneidmaschinen.
- CNC-Wasserstrahlschneidmaschinen nutzen zum Schneiden von Material einen Hochdruckwasserstrom, der mit Schleifmittel vermischt sein kann. Als Schleifmittel können Siliziumkarbid, Aluminiumoxid oder Diamant verwendet werden. Beim Wasserstrahlschneiden handelt es sich um ein Kaltschneideverfahren. Die physikalischen Eigenschaften des Materials werden nicht verändert. Wasserstrahlschneidmaschinen eignen sich zum Schneiden temperaturempfindlicher, harter und dicker Materialien.
CNC-Elektroerosionsmaschinen
CNC-Elektroerosionsmaschinen werden auch als elektrische Entladungs-CNC-Maschinen bezeichnet und arbeiten mit einer Funkenentladung. Mit einer elektrischen Entladung wird das Werkstück in die gewünschte Form gebracht. Das Werkstück wird auf die Elektroden gelegt. Das Computerprogramm bestimmt, welche Entladungen durch die Elektroden erzeugt werden. Die Funken werden auf einem vorgegebenen Weg erodiert. Das Material wird durch eine lokale Erhitzung geschmolzen und verdampft.
Bei den CNC-Elektroerosionsmaschinen werden Draht-Erosionsmaschinen, Senk-Erosionsmaschinen und Lochbohr-Erosionsmaschinen unterschieden. Mit den CNC-Elektroerosionsmaschinen lassen sich Rillen, interne Kanäle, Mikrohohlräume und kleine Löcher erzeugen. Die Maschinen eignen sich zur Bearbeitung spröder und leitfähiger Materialien und zur Fertigung von Präzisionsteilen.
3D-Drucker
Zu den CNC-Maschinen gehört auch der 3D-Drucker als additive Fertigungsmaschine. Die Fertigung erfolgt im Gegensatz zu anderen CNC-Maschinen nicht subtraktiv durch Abtragen, sondern additiv durch Auftragen von Material.
Objekte werden dreidimensional in einzelnen Schichten gedruckt.
Für das Produkt werden ein Entwurf und eine Zeichnung im CAD-/CAM-Verfahren hergestellt. Häufig werden Prototypen und kleine Chargen gedruckt.
Weitere Unterteilungen von CNC-Maschinen
CNC-Maschinen werden abhängig vom Bearbeitungsverfahren in gewöhnliche CNC-Maschinen und CNC-Bearbeitungszentren unterteilt. Gewöhnliche CNC-Maschinen werden für einen einzelnen technologischen Bearbeitungsschritt wie Fräsen, Bohren oder Drehen genutzt. CNC-Bearbeitungszentren sind komplex und können automatisch die Bearbeitungswerkzeuge tauschen. Sind die Werkstücke einmal eingespannt, können mehrere Arbeitsgänge ausgeführt werden.
CNC-Maschinen werden auch nach der Anzahl der Achsen unterschieden. Eine Unterscheidung ist weiterhin nach der Art der Steuerung möglich. CNC-Maschinen können über eine Punktsteuerung zur genauen Positionierung der beweglichen Teile, eine lineare Steuerung für die Positionierung und die Bewegungsbahn sowie über eine Konturensteuerung als kontinuierliche Steuerung verfügen.
