Die CNC-Fräsmaschine ist eine Fräsmaschine mit computergestützter numerischer Steuerung (CNC). Sie zählt zu den fortschrittlichsten Werkzeugmaschinen der Zerspanungsindustrie, da sie hochkomplexe Werkstücke in kurzer Zeit bearbeiten kann.
Merkmale der CNC-Fräsmaschine
Die CNC-Fräsmaschine ist im Grunde eine konventionelle Fräsmaschine mit computergestützter numerischer Steuerung. Die Einführung dieser Technologie bei verschiedenen Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen und Fräsmaschinen hat die Automatisierung der Fertigungsprozesse ermöglicht. Zudem kann die Maschine dank dieser Technologie Bewegungen ausführen, die manuell unmöglich wären.
Konventionelle Fräsmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die mit einem ein- oder mehrschneidigen Schneidwerkzeug, dem Fräser, arbeiten. Der rotierende Fräser wird an die Werkstückoberfläche herangeführt, um überschüssiges Material abzutragen. Eine CNC-Fräsmaschine arbeitet nach demselben Prinzip wie konventionelle Maschinen, verfügt aber zusätzlich über einen Computer. Dieser automatisiert den Prozess, denn er legt die verschiedenen Schnittparameter wie Geschwindigkeit und Zustellung fest. Er wählt auch das erforderliche Schneidwerkzeug aus und kann bei Bedarf sogar zwischen verschiedenen Werkzeugen wechseln.
Bauteile der CNC-Fräsmaschine
Die CNC-Fräsmaschine ähnelt stark der konventionellen und besitzt dieselben beweglichen Teile: Tisch, Spindelkopf, Spindel und Schlitten. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass CNC-Fräsmaschinen keine Handkurbeln oder Hebel zur Betätigung der beweglichen Teile haben. Stattdessen verfügt die CNC-Fräsmaschine über einen Bildschirm auf einem Bedienfeld sowie einen Metallschrank, in dem sich die elektrischen und elektronischen Komponenten der Maschine befinden. Diese steuern den Betrieb der Motoren.
Das Zusammenspiel von Motoren und CNC ermöglicht zahlreiche Bearbeitungsoperationen, auch an hochkomplexen Werkstücken. Die Bauteile dieser Maschine sind:
- Ständer.
- Arbeitstisch mit Verfahrbewegungen in den Y- und X-Achsen.
- Fräser bzw. Schneidwerkzeug.
- Fräskopf mit dem Spindelmotor.
- Computer bzw. CNC-Bedienfeld.
- Schläuche für die Kühlmittelzufuhr.
- Hauptachsen (X, Y und Z).
- Zusatzachsen (A und B).
Die Fräsachsen
Konventionelle Fräsmaschinen werden nach der Ausrichtung des Schneidwerkzeugs eingeteilt, aber auch nach der Anzahl der Achsen, über die sie verfügen und in denen die Maschine arbeiten kann. Eine CNC-Fräsmaschine besitzt die drei Hauptachsen X, Y und Z, kann aber zusätzlich zwei Zusatzachsen haben, die sie noch leistungsfähiger machen.
- Die X-Achse verläuft horizontal und parallel zur Werkstückaufnahmefläche.
- Y-Achse: Sie bildet mit der X- und der Z-Achse ein rechtshändiges Koordinatensystem. Der Tisch bewegt sich in der horizontalen Querebene.
- Z-Achse: Auf dieser Achse sitzt der Fräser; sie liefert die für die Zerspanung erforderliche Schnittleistung und führt eine vertikale Bewegung aus.
- A- und B-Achse: Bei CNC-Fräsmaschinen ermöglichen diese Achsen das Drehen und Schwenken der Werkstücke. Dadurch erreicht der Fräser Stellen am Werkstück, die auf konventionellen Fräsmaschinen nicht bearbeitet werden könnten.
Dank der CNC-Technik gibt es verschiedene Zusatzachsen, die unabhängig gesteuert werden und von der Bewegung der Drehtische und Schwenkköpfe abhängen.
Funktionsweise der CNC-Fräsmaschine
Die CNC steuert die Verfahrbewegungen von Tisch, Quer- und Längsschlitten sowie Spindel entlang der verschiedenen Maschinenachsen. Damit die Maschine einwandfrei arbeitet, müssen jedoch bestimmte Schnittparameter eingehalten werden. Woher weiß der Maschinenrechner, in welchen Achsen er den Tisch verfahren soll? Woher weiß er, welche Werkzeuge er mit welcher Geschwindigkeit einsetzen muss?
Dafür ist eine vorherige Konstruktion des Werkstücks unerlässlich. Der Rechner wird über eine Software gesteuert, die mit der Maschine geliefert wird und auf einer CNC-Programmiersprache basiert, etwa ISO, Fagor, Fanuc usw. Diese Software arbeitet mit Zahlen, Buchstaben und Symbolen, mit denen sich die Bearbeitung passend codieren lässt. Sie gibt der Maschine die Anweisungen.
Bevor die Maschine jedoch mit einer dieser alphanumerischen Sprachen arbeiten kann, muss die Konstruktion in den Hauptrechner eingespielt werden. Diese wird an einem externen Computer mit spezieller Software erstellt. Eine CNC-Fräsmaschine benötigt daher:
- CAD: Software zur Konstruktion des Werkstücks.
- CAM: Software für die rechnergestützte Fertigung. Sie berechnet die Verfahrwege der Achsen für die Bearbeitung und ergänzt Parameter wie Vorschub, Drehzahl und die benötigten Schneidwerkzeuge.
- Steuerungssoftware: Sie ist im Maschinenrechner integriert und empfängt die Anweisungen aus dem CAM, sobald diese in die Maschine geladen werden. Die Software setzt die im CAD erstellte Konstruktion nach den Vorgaben des CAM um.