Die computergestützte numerische Steuerung CNC ist ein System zur Automatisierung von Werkzeugmaschinen. Mit dieser Methode lassen sich Maschinen über am Computer programmierte Befehle betreiben. Sie wird in Zerspanungsbetrieben dank ihrer Präzision und Geschwindigkeit immer häufiger eingesetzt und senkt Produktionskosten und -zeiten.
Die CNC-Steuerung in der Metallverarbeitung
Die CNC-Steuerung stammt aus den 40er- und 50er-Jahren und geht auf Maschinen zurück, die mit einer manuellen numerischen Steuerung arbeiteten und Befehlen folgten, die auf Lochkarten codiert waren. Mit den Jahren und der Einführung analoger und digitaler Technik entwickelte sich die CNC zu einer der heute am häufigsten eingesetzten Methoden.
Durch die Weiterentwicklung der Prozessoren entstand die computergestützte numerische Steuerung, also die CNC-Steuerung. Heute ist die CNC eine echte Revolution für die Industrie, denn neben ihren zahlreichen Vorteilen hat sie auch Mikroprozessoren günstiger gemacht.
Die computergestützte numerische Steuerung CNC beruht auf dem Einsatz eines Computers, um die Bewegungen einer stationären oder tragbaren Werkzeugmaschine zu steuern und zu überwachen.
CNC-Maschinen
Immer mehr Werkzeugmaschinen sind mit dieser Technologie ausgestattet; dazu gehören zum Beispiel Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Schleifmaschinen, Laser- und Wasserstrahlschneidmaschinen sowie Pressen. Dank der Vielseitigkeit der CNC-Steuerung lässt sie sich in zahlreiche Maschinen integrieren, die die Arbeit der Werkstätten erleichtern, die Produktionskosten senken, die Geschwindigkeit erhöhen und nur einen minimalen menschlichen Eingriff erfordern.
Maschinen mit dieser Technologie besitzen einen integrierten Computer, der Teil der Anlage ist; die meisten verfügen über ein hochentwickeltes Rückkopplungssystem, das die Arbeit automatisieren sowie Geschwindigkeit, Druck, Werkstückposition usw. regeln kann, ohne dass ständig ein Bediener anwesend sein muss.
Außerdem arbeitet die CNC mit einem hochentwickelten System aus Motoren und Antriebskomponenten, die die Verfahrbewegung der Maschinenachsen entlang des zu bearbeitenden Werkstücks ermöglichen. Maschinen mit CNC-Steuerung folgen einer Reihe von Befehlen und Anweisungen, die über die alphanumerische CNC-Sprache in den Computer eingegeben werden. Anhand dieser Angaben kann die Anlage je nach Maschine zwischen verschiedenen Schneidwerkzeugen wechseln, um das Werkstück zu bearbeiten.
Wie funktionieren Maschinen mit CNC-Steuerung?
Das Funktionsprinzip dieser Maschinen ist sehr einfach: Sie benötigen ein Koordinatensystem (Befehle), das die Bewegung des Schneidwerkzeugs festlegt, sowie den Neigungswinkel des Werkstücks (manche Maschinen können das Werkstück selbstständig neu positionieren). Die Bewegungen erfolgen entlang der Koordinatenachsen der Maschine.
Woher weiß das Werkzeug, wohin es sich bewegen muss? Das gelingt dank der vorherigen Programmierung, die der Bediener in der alphanumerischen Sprache vornehmen muss. Die Maschine erhält die Anweisungen vom Computer über G- und M-Codes; anschließend wandelt das Programm bzw. die Software des Computers diese Codes in elektrische Signale um, die die Motoren und damit die Schneidwerkzeuge aktivieren.
Bestandteile einer CNC-Maschine
Eine Werkzeugmaschine mit CNC-Steuerung besteht aus sechs grundlegenden Teilen:
- Werkzeugmaschine (die Maschine selbst, an die Technologie angepasst: Drehmaschine, Fräsmaschine usw.).
- Eingabegerät.
- Steuerung.
- Antriebssysteme.
- Computer.
- Rückkopplungseinrichtung, nur bei einigen Arten von Werkzeugmaschinen vorhanden.
Die CNC-Programmiersprache
Um die CNC-Werkzeugmaschine zu betreiben, muss sie in einer spezifischen Sprache programmiert werden. Die Programmierung kann manuell oder automatisch erfolgen. Bei der manuellen Programmierung entwickelt der Bediener die Überlegungen und Berechnungen, die am Werkstück ausgeführt werden sollen, und gibt sie in den Computer ein.
Die automatische Programmierung zeichnet sich dagegen dadurch aus, dass die Berechnungen vom Computer anhand einer Reihe von Daten und Parametern des Bedieners erfolgen; das Ergebnis ist ein APT-Datenaustausch.
Die CNC-Sprache besteht aus Befehlsgruppen, die jeweils eine Bearbeitungsphase umfassen und als Blöcke oder Sätze bezeichnet werden. Diese Blöcke müssen alle geometrischen, technologischen und maschinenspezifischen Funktionen enthalten, die für die Bearbeitung nötig sind. Die von der CNC-Steuerung verwendeten Zeichen folgen den Normen DIN 66024 und 66025; dort finden sich unter anderem diese Codes:
- N, Adresse für die Block- bzw. Satznummer; programmierbar sind bis zu 1000 (N000 bis N999).
- X, Y, Z: Achsadressen der Maschine.
- G, Adresse, der die Wegbedingungen der Bearbeitung folgen. Sie beschreibt die Bewegungsfunktionen der Maschine.
- M, Adresse für Zusatzfunktionen bzw. ergänzende Funktionen (Drehungen, Halt usw.)
- F, Vorschubgeschwindigkeit.
- S, Drehzahl der Hauptspindel.