Seit ihrem Aufkommen im Jahr 1972 hat die computergestützte numerische Steuerung den Branchen, die sie einsetzen, ausschließlich große Vorteile gebracht. Die Bedeutung der CNC ist heute so groß, dass nahezu alle konventionellen Werkzeugmaschinen sie in ihre Systeme integriert haben, um höhere Präzision und Effizienz zu erreichen und die Fertigung zu beschleunigen.
Was ist CNC?
CNC bezeichnet ein System automatisierter Werkzeugmaschinen, die über programmierte Befehle aus einem Speichersystem (einem Computer) arbeiten. Genau das unterscheidet CNC von konventionellen Maschinen, die über Handräder oder Hebel bedient werden. Obwohl es sich um eine revolutionäre Technologie handelt, die fortschrittlichste der Branche, wurde CNC bereits im zwanzigsten Jahrhundert erfunden. Die ersten Maschinen stammen aus den 40er- und 50er-Jahren; dank der Fortschritte der Technik wurden sie nach und nach an analoge und digitale Systeme angepasst, bis in den 70er-Jahren offiziell die CNC entstand.
Möglich wurde dies durch die sinkenden Kosten der Prozessoren und ihre zunehmende Miniaturisierung. So entstand die Bezeichnung computergestützte numerische Steuerung (Computerized Numerical Control).
Funktionsprinzip der computergestützten numerischen Steuerung
Auf allen Werkzeugmaschinen werden Werkstücke über ein Koordinatensystem bearbeitet, das die Bewegung festlegt, der das Schneidwerkzeug folgen muss. Bei der CNC geschieht dies mithilfe eines Computerprogramms, das wiederum vom Rechner der Maschine ausgeführt wird. Die Bewegung der Achsen einer CNC-Maschine wird durch Regelkreise ermöglicht, die aus Linearmaßstäben (Encodern) und der Zentraleinheit bestehen. Jede Achse der Maschine wird über diese Regelkreise gesteuert.
Jede Werkzeugmaschine arbeitet mit unterschiedlichen Koordinaten. Die Drehmaschine etwa nutzt die X- und Z-Achse. Die erste ermöglicht die Längsbewegungen des Schlittens, die Z-Achse die Querbewegungen. Fräsmaschinen verfügen dagegen über eine dritte Achse, die Y-Achse, die vertikale Bewegungen ermöglicht.
Die Bedeutung der CNC
Die Bedeutung der CNC für Zerspanungsbetriebe liegt in der Fähigkeit, zahlreiche Arbeitsgänge in kurzer Zeit und mit minimalem menschlichem Eingriff auszuführen. Maschinen mit computergestützter numerischer Steuerung ermöglichen es, Fertigungsprozesse zu beschleunigen. Das bedeutet kürzere Lieferzeiten und natürlich niedrigere Preise für die Produkte sowie geringere Lohnkosten. Mit CNC kann ein einziger Bediener sogar mehrere Werkzeugmaschinen gleichzeitig betreuen.
Darüber hinaus ermöglicht die CNC die Bearbeitung hochkomplexer Werkstücke, die auf konventionellen Maschinen nicht oder nur mit sehr hohem Kostenaufwand hätten gefertigt werden können. Vor der CNC musste zum Beispiel ein Werkstück, das mehrere Bearbeitungsschritte erforderte, verschiedene Maschinen durchlaufen: eine Drehmaschine, die es formte und bohrte, und anschließend eine Schleifmaschine. Bei sehr kleinen Werkstücken mit hohen Genauigkeitsanforderungen entsprachen die Ergebnisse unter Umständen nicht den Erwartungen, oder ein Bediener war lange mit der Bearbeitung des Werkstücks beschäftigt, was hohe Fertigungskosten verursachte. Mit CNC lässt sich alles auf einer einzigen Maschine erledigen.
Die CNC wird jedoch nicht nur in der Metallbearbeitung für die Präzisionszerspanung eingesetzt. Diese Technologie dient auch zur Herstellung von Teilen in anderen Branchen, etwa in der Holzbearbeitung.
Eigenschaften und Vorteile der CNC
Höhere Präzision
Da die CNC mit Software zur Programmierung arbeitet, sind die Ergebnisse wesentlich präziser als bei konventionellen, manuell bedienten Werkzeugmaschinen. Und da die Prozesse von dieser Software gesteuert werden, lassen sie sich schnell abschließen, und die Zahl der Fehler an den Werkstücken sinkt.
Zudem können die CAM- und CAD-Programme der Maschinen denselben Prozess tausendfach mit gleichbleibender Präzision wiederholen. In der Serienfertigung beispielsweise muss die Maschine nicht immer wieder neu eingerichtet werden, denn sie speichert, was sie zu tun hat, und wiederholt den Prozess stets exakt.
Die Bedeutung der CNC für die Sicherheit in der Fertigung
Die Maschinen arbeiten nahezu vollständig automatisiert, sodass die Bediener den Maschinen nicht ausgesetzt sind. Dadurch steigt die Sicherheit, und das Unfallrisiko sinkt. Viele Maschinen ermöglichen die Integration von Roboterarmen zur Beladung, sodass die einzige Aufgabe der Bediener die Programmierung der Anlage wäre.
Weniger Abfall
Maschinen mit computergestützter numerischer Steuerung arbeiten spanend, haben aber den Vorteil, dass weniger Metallabfall entsteht. Das liegt daran, dass diese Anlagen mit Systemen zum Management der Späne ausgestattet sind, die diese Abfälle automatisch und damit sauberer abführen. Schließlich können CNC-Maschinen die verschiedenen Spanarten trennen, sodass sie wiederverwertet werden können.