Häufig gestellte Fragen zum Thema CNC-Maschinen
Was sind CNC-Maschinen?
Im Bereich der modernen Werkzeugmaschinen finden sich die CNC-Maschinen (CNC: Computerized Numerical Control = rechnergestützte numerische Steuerung), mit denen Anwender hochwertige Bauteile fertigen. Diese Technologie unterstützt Verfahren wie Drehen, Fräsen, den Einsatz von CNC-Graviermaschinen.
Bezüglich der CNC-Steuerung unterscheidet die Industrie: PTP-Steuerung (PTP: Point to Point oder Punktsteuerung), Streckensteuerung (meist nur achsparallele Vorschubbewegungen) und Bahnsteuerung (mehrere Achsen gleichzeitig). Die neueren Modelle können über mehr als sechs Bearbeitungsachsen verfügen. Die vierte bis sechste Achse (A, B, C) dient als Hilfsachse.
ICNC-Hersteller jede Maschine durch Hinzufügen entsprechender Komponenten in eine CNC-Maschine umbauen. Bezüglich der traditionellen Fräsmaschinen ist anzumerken, dass der Anwender bzw. das Gegenlauffräsen hierbei das Umkehrspiel zwischen Maschinenspindel und Spindelmutter ausgleicht.
CNC-Maschinen weisen Antriebssysteme mit Kugelgewindetrieben oder Linearantrieben auf, die fast spielfrei sind und daher auch das Gleichlauffräsen erlauben.
Wie funktioniert eine CNC-Maschine?
Diese Maschinen funktionieren mittels CNC-Steuerung, mit der Weginformationen programmiert werden. Dabei handelt es sich um die Positionswerte für jede NC-Achse. Beim Einsatz des meist erforderlichen CAM-Software (CAM: computer-aided manufacturing = rechnerunterstützte Fertigung) werden Daten aus einem CAD-Software (CAD: computer-aided design = rechnerunterstütztes Design) unter Einbeziehung weiterer Parameter, z. B. Werkzeuggeometrie, Drehzahlen, Vorschübe, mittels eines Postprozessors in eine CNC-Steuerungssoftware übertragen. Anwender können die CNC-Steuerung alternativ manuell vorgeben, die neuere „Teach-in-Methode"* anwenden oder die Werkstattprogrammierung mit Eingabemasken nutzen.
Die bei Bahnsteuerungen notwendige fortlaufende Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Bauteil wird in einer CNC-Werkzeugmaschine gleichzeitig für jede NC-Achse kontinuierlich kalkuliert. Diese Aufgabe übernehmen Regelkreise für jede Bewegungsachse. Des Weiteren kontrollieren und übertragen Sensoren, Schalter, Lichtschranken etc. Parameter wie Öldruck und Kühlmittelzufuhr an die Maschine. Die Funktionstüchtigkeit von CNC-Werkzeugmaschinen können z. B. Temperaturschwankungen beeinträchtigen, hierbei schaffen Kompensationsfunktionen einer CNC-Maschine Abhilfe. CNC-Bediener müssen über Kenntnisse verfügen, wie die Koordinaten der Achsen zu regulieren sind, wie man die Maschine programmiert und welche Zerspanungswerkzeuge erforderlich sind.
*Programmierungsmöglichkeit eines Roboters: Ein Programmierer bringt einen Roboter mit einer Steuerkonsole in die vorgesehene Position. Alle so erstellten Koordinaten werden abgespeichert.
Für welche Verfahren werden CNC-Maschinen verwendet?
Fräsen: ist eins der wichtigsten Verfahren auf CNC-Maschinen. Dabei wird zwischen Gleichlauffräsen und Gegenlauffräsen unterschieden. Fräsmaschinen mit CNC-Technologie arbeiten mit vielen Materialien: unterschiedliche Holzarten, MDF (mitteldichte Holzfaserplatten), unterschiedliche Metalle und diverse Steinarten (Granit, Marmor, Schiefer u. a.). Darüber hinaus verwendet man CNC-Fräsmaschinen im Modellbau und im Kunstbereich.
Gravieren: Viele Betriebe arbeiten mit CNC-Graviermaschinen und verwenden dabei Holz, Stein, Metall und Glas. Beim Einsatz dieser Maschinen unterscheidet man u. a. die Verfahren Fotogravur, Ritzgravur, Diamantgravur, Lasergravur, Schildergravur, Schmuckgravur und Rundgravur. In Graviermaschinen wird das Material mittels rotierender Gravierwerkzeuge abgetrennt. Abhängig von Werkstoff, Werkzeug und der Gravurtiefe bringt man unterschiedliche Farbschichten in mehrlagigen Gravurmaterialien ein. Auf diese Weise graviert man beispielsweise Fotos auf Kunststoff oder Metall.
Schneiden: Es ist möglich, eine CNC-Fräse als Schneideplotter oder CNC-Schneidemaschine zu nutzen. Für dieses Verfahren nutzen Anwender Werkzeuge wie Tangentialmesser, Schleppmesser oder Fräser auf CNC-Maschinen. Mit einem Schleppmesser lassen sich Folien bis etwa 0,5 mm schneiden. CNC Schneideplotter eignen sich, um z. B. Logos abzubilden und aus Folie zu fertigen. Mit einem Tangentialmesser können Folien- und Flockmaterial, Pappen, dünner Kork, diverse Schäume und weniger harte oder feste Dichtungsmaterialien exakt bearbeitet werden.
Prägen/Beschriften: CNC-Maschinen kommen für das Prägen oder Beschriften von harten, flachen und zylindrischen Materialien zum Einsatz. Eine Maschine dieses Typs erlaubt, zwischen einer Beschriftung per Ritzgravur (Diamantgravur), Nadelpräger-Gravur oder Fräsgravur zu wählen.
Plasmaschneiden: meint das Schneiden von Metallen mithilfe eines Plasmas, das ein elektrischer Lichtbogen hervorruft. Eine CNC-Maschine für dieses Verfahren wird Plasmaschneideanlage genannt. Sie ist mit einem Vorschub von bis zu 2,5 m/Min. für alle Metalle, vor allem Stahl, der bis zu 44 mm dick sein kann, geeignet.
3-D-Scannen: 3-D-Scannen dient dem Rapid Prototypin g oder dem Digitalisieren von Objekten. 3-D-Scanner, z. B. das Modell SLS-2, dienen dazu, die Beschaffenheit von menschlichen Körpern und anderen gewünschten 3-D-Objekten zu erfassen. Der SLS-2 ist ein Farbsystem, das außer den Konturen die farblichen Texturen erfasst – d. h. er bildet 3-D-Objekte schnell und optimal ab.
Bohren: CNC-Maschinen sind den traditionellen Handbohrmaschinen weit überlegen. Schließlich erlauben sie eine schnellere, exaktere und sauberere Fertigung, vor allem, wenn Bohrlöcher in exakten Abständen einzuarbeiten sind.
Drehen: Firmen verwenden CNC-Drehmaschinen insbesondere für Großserien, denn auch bei umfangreichen Mengen von Werkstücken gewährleisten sie hochwertige Drehteile. CNC-Drehmaschinen bearbeiten vor allem zylindrische Bauteile bzw. sie erlauben die Herstellung von Kupplungs- und Antriebsscheiben.
Wo liegen die Vor- und Nachteile von CNC-Maschinen?
Vorteile:
- Aufwendige Werkstücke, die anderweitig, z. B. manuell, nur äußerst kompliziert zu fertigen wären, erstellen Betriebe mit CNC-Maschinen in kurzer Zeit.
- Exakte Fertigung: Diese Werkzeugmaschinen funktionieren nach einem bestimmten Programm und arbeiten die zuvor definierten Maße ab. Dabei fällt nur sehr wenig Ausschuss an.
- Weniger Rüstaufwand: Der Aufwand beim Wechseln von Werkzeugen wird deutlich vermindert oder kommt erst gar nicht auf. CNC-Maschinen verfügen über die unterschiedlichsten Werkzeuge, sodass ein Betrieb eine große Bandbreite an Werkstücken oder Produkten herstellen kann, ohne ein Werkzeug auszutauschen. Nur das Programm wird gewechselt.
- Automatisierte Werkzeugführung : Die Werkzeuge gelangen unter hoher Geschwindigkeit automatisch an die vorgesehene Stelle in der Werkzeugmaschine.
- Arbeitserleichterung für Maschinenbediener: Für sie entfallen aufwendige Kalkulationen. Ein einmal erstelltes Programm kann immer wieder genutzt werden, ohne dass der Anwender neu berechnen muss. Zwischenmessungen fallen kaum an – so spart man Zeit im Betrieb.
- Mit einer Aufspannung viel schaffen: Es sind mehrere Arbeitsschritte mit einer Aufspannung durchführbar. CNC-Maschinen machen Schluss mit dem Umspannen von Werkstücken.
- Einfache Programmierung: Änderungen an einem CNC-Programm sind einfach vorzunehmen – dies ist z. B. erforderlich, wenn eine andere Variante eines Bauteils zu erstellen ist.
- Zeitgewinn ergibt sich dadurch, dass Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten genau eingestellt werden können.
- Mehr Produktvielfalt: Eine Firma kann ihre Produktpalette durch die Nutzung einer solchen Werkzeugmaschine ausbauen und ihre Herstellung flexibler gestalten. So ermöglicht sie sich Wettbewerbsvorteile.
- Vielfalt der Maschinen: Es gibt Maschinen für viele Verfahren: Drehen, Fräsen (zu den Varianten gehören hier u. a. Portalfräsmaschinen), CNC-Graviermaschinen und weitere Typen.
Nachteile:
- Teurer Kauf: Für diese Modelle verlangen CNC-Hersteller in der Regel weitaus mehr Geld als für traditionelle Maschinen. Deshalb werden auch die Maschinenstundensätze höher kalkuliert. Daher setzt eine Firma ihre CNC-Maschinen am besten so oft wie möglich ein, damit die Produktion rentabel ist. Häufig stehen Betriebe bezüglich des Einsatzes einer CNC-Maschine unter Erfolgsdruck.
- Aufwand bei Wartung/Störung: Da eine CNC-Werkzeugmaschine eine aufwendige Konstruktion ist, ist auch die Wartung kompliziert und bedarf sehr gut ausgebildeter Mitarbeiter. Meist sind die Angestellten eines Betriebs nicht in der Lage, eine Störung an einer CNC-Maschine zu beheben. Dazu müssen Experten hinzugezogen werden, deren Arbeit teuer werden kann. Der Ausfall einer solchen Maschine kann einen Produktionsbetrieb empfindlich treffen, da Produkte oder Bauteile nicht wie geplant herzustellen sind.
- Aufwand bei Infrastruktur/Personal: Es ist eine aufwendige Infrastruktur erforderlich, um CNC-Werkzeugmaschinen zu unterhalten: CAD-Arbeitsplätze und Schnittstellen zwischen Programmen und Maschinen sind notwendig. Zudem müssen Betriebe großvolumige Aufträge ergattern, um rentabel mit diesen Maschinen zu arbeiten. Somit müssen sie über ein großes Lager und ausreichend gut geschultes Personal verfügen und auch in puncto Logistik effizient aufgestellt sein. Allerdings halten CNC-Maschinen das Vorhalten von Material in Grenzen.
Programmierung von CNC-Maschinen
Von Vorteil ist, dass viele CNC-Maschinen wenig Programmierungsleistung bei Anwendern voraussetzen. Dennoch zahlt es sich aus, diese Kenntnisse zu besitzen, um Fehler auszuräumen.
Das Vorgehen bei der Programmierung hängt ab von der Fertigungsweise und Art der Firma, vom Wissen der Mitarbeiter und Typ der Maschine. Eine Option besteht darin, die erforderlichen Befehle anhand einer Werkstückzeichnung direkt an der Bedientafel der CNC-Maschine einzugeben, wozu man jedoch die Programmiersprache beherrschen muss. Es existiert ein Standard gemäß DIN 66025, aber die CNC-Maschinenhersteller halten heutzutage darüber hinausgehende Funktionen bereit.
Auch kann die Programmierung direkt an der Maschine an ihre Grenzen stoßen. Obwohl mit diesen Maschinen überwiegend hauptzeitparallel programmiert werden kann, ist es im Umfeld der laufenden Herstellung schwierig, fehlerfrei zu programmieren.
Wenn Sie sich für den Kauf einer CNC-Maschine interessieren, können Sie auch auf die werkstattorientierten Bedienlösungen zugreifen, die einige CNC-Maschinenhersteller bieten. Diese Systeme haben oft Bearbeitungszyklen mit selbsterklärenden Grafiken als Grundlage. Somit benötigt ein Maschinenführer keine Kenntnisse bezüglich des DIN/ISO-Sprachcodes. Taschen, Bohrungen etc. sind dadurch leicht mittels Beschreiben von Parametern zu programmieren.
Wo werden CNC-Maschinen eingesetzt?
CNC-Maschinen sind essenzielle Komponenten in der metall- und holzverarbeitenden Industrie. Doch auch immer mehr Hobby-Anwender nutzen Modelle in kleinerer Bauform, um ihre Pläne und Vorstellungen umzusetzen.
Einsatzgebiete:
- Automobilbranche
- Flugzeugbau
- Mobilfunk
- Spielzeugbranche
- Metallverarbeitende Industrie, u. a. Produktion von Waschmaschinen, Fahrrädern, Maschinenkomponenten
- Holz (CNC-Fräsen)
- Modellbau
- Architektur
- Holzverarbeitende Industrie, u. a. Spielwaren, Wappen
- Dosieren/Auftragen von Klebstoff
- Bearbeiten von Granit, Marmor bzw. Fertigung von Büsten, Denkmälern, Grabsteinen, Gedenktafeln
- Schmuckindustrie
- Kunststoffverarbeitende Industrie
- Zahnmedizin
- Orthopädie
Worauf muss vor dem Kauf einer CNC-Maschine geachtet werden?
- Enorme Preisspanne: CNC-Maschinenhersteller oder Fachhändler bieten Modelle zwischen 500 Euro und mehreren hunderttausend Euro an.
- Neue Maschine kein Muss: Mit Reparaturen, Wartung sowie Ausbau einer solchen Werkzeugmaschine kommen Sie in puncto Kosten oft günstiger weg als beim Kauf eines neuen Modells.
- Fachhändler oder CNC-Hersteller: Immer ratsam ist, bei einem Fachhändler oder CNC-Maschinenhersteller zu kaufen. Denn nur ein Verkäufer mit Profiwissen ist in der Lage, auf Ihre Anforderungen als potenzieller Kunde einzugehen.
- Anforderungen an CNC-Maschine: Sie erhalten die beste Beratung, wenn Sie alle Ihre Anforderungen in puncto Größe, Leistung und zu bearbeitende Bauteile kennen.
- Service zählt: Vertrauen Sie bestenfalls einem Fachhändler, zu dessen Leistungen kostenloser Support gehört, denn das vereinfacht den Erstkauf eines solchen Modells und macht es günstiger für Sie. Eine Gratisvorführung sollte Teil des Services sein. Auch sollten Sie auf einen CNC-Hersteller setzen, der Reparaturen, Wartungen oder Ausbau durchführt.
- Vorsicht im niedrigen Preissegment: Günstige Werkzeugmaschinen können Kunden verleiten, minderwertige CNC-Maschinen ohne Garantie oder erforderliche CE-Erklärung (Kennzeichnung nach EU-Verordnung765/2008) EMV-Prüfung* zu kaufen. Des Weiteren werden mit hochwertigen Komponenten, die von Experten verbaut wurden, hohe Qualität und Zuverlässigkeit vorausgesetzt.
*Bestimmt die elektromagnetische Verträglichkeit eines elektrotechnischen oder elektronischen Produkts.
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