CNC-Werkzeugmaschinen
Als CNC-Werkzeugmaschinen bezeichnet man Werkzeugmaschinen, die mittels Computersteuerung Werkstücke vollautomatisch fertigen können. CNC ist die Abkürzung für Computerized Numerical Control was übersetzt „computerisierte numerische Steuerung“ heißt und elektronische Werkzeugmaschinensteuerung mittels Computer bedeutet. Computer numerisch besagt, dass sämtliche Soll-Vorgaben der Steuerung in Zahlenform codiert an die Werkzeugmaschine mitgeteilt werden und im Arbeitsprozess mittels Regeleinrichtungen ständig verglichen werden. Verfahren werden die Achsen mit Servomotoren, welche ihre Position und Verfahrwege von Wegmesssystemen mitgeteilt bekommen. Übermittelt werden die Lage des Werkzeugs und des Werkstücks, die Achsbewegungen, die Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe.
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Entstehung
Die Nutzung der CNC-Technologie begann Mitte der 1970er Jahre. Sie sollte Einsparungen in der Serienfertigung durch erheblich schnellere Fertigungszeiten aufgrund optimal programmierter Arbeitsschritte ermöglichen. In den 1980er Jahren Fing man an eine werkstattorientierten Programmierung (WOP) zu entwickeln. Sie sollte das Lochstreifensystem und die DIN - Programmierung ablösen und es dem Maschinenbediener ermöglichen mit einfachen Schritten in der Werkstatt selber Programme zu erstellen. Dies führte später zur Dialog - Programmierung.
Typen
Die verbreitesten Typen von CNC-Werkzeugmaschinen sind
Verbindet man diese Maschinen miteinander spricht man von einer Fertigungslinie an der ein oder mehrere Bauteile vom Rohteil bis hin zum Fertigenteil komplett hergestellt werden können.
Einsatz
CNC-Werkzeugmaschinen werden überall dort eingesetzt wo Konturen gefertigt werden müssen die nicht mit konventionellen Werkzeugmaschinen hergestellt werden können oder wo große Stückzahlen den hohen Aufwand des Programmierens und des Rüstens wieder kompensieren.
Vorteile
- Erhöhung der Produktivität
- größere Wiederholgenauigkeit
- Reduzierung des Werkzeugverschleißes (durch konstante Bedingungen)
- konstante Fertigungszeiten
- große Vielfalt der Bearbeitungsmöglichkeiten
- Mehrmaschinenbedienbarkeit
- Bearbeitung komplexer Konturen bis hin zur Komplettbearbeitung des Werkstückes
- Werkstücke können vor der Fertigung simuliert werden um Maschinencrashes zu vermeiden
Nachteile
- hohe Anschaffungskosten der Maschine und der Werkzeuge
- Schulungen für Mitarbeiter nötig
- Arbeitsvorbereitung muss umstrukturiert werden
- Reparaturen aufgrund der Komplexität der Maschine meist nur durch den Hersteller möglich
Einlesemöglichkeiten
Um Werkstücke an CNC-Werkzeugmaschinen fertigen zu können muß man außer der Werkzeuge und des Werkstücks zusätzlich noch das CNC-Programm einlesen. Dies ist notwendig um die Maschine über das Werkstück und die Art und Weise der gewünschten Fertigungsart zu informieren.
Lochstreifen
Lochstreifen sind lange, meist aus Papier oder Kunststoff bestehende Bänder, die ihre Informationen über eingestanzte Löcher abgeben. Diese Löcher werden mit einem Lesegerät entweder mechanisch durch Kontakte oder optisch mit Lichtschranken abgetastet und in Befehle umgewandelt die für die Maschine umsetzbar sind. Dieses Datenformat wurde schon im 18. Jahrhundert zur "Steuerung" von Webstühlen verwendet. Damals waren Lochstreifen aus Holz . Metall-Kunststoff-Laminat-Lochstreifen sind noch Heute im Einsatz.
DIN - Programm
Bei der Programmierung nach DIN 66025/ISO 6983 programmiert der Facharbeiter alle werkstück- und maschinenrelevanten Daten in einzelnen Sätzen mit so genannten G-Befehlen die der Maschine Verfahrbewegungen der vorhandenen Achsen angeben sowie mit M-Befehlen welche Zusatzbefehlen für das Programm sind, jedoch nichts mit dem Werkstück selbst, sondern nur mit seiner Fertigung zu tun haben.
Ein CNC-Programm nach DIN für die unten links als Zeichnung dargestellte Tasche, würde man an einer Fräsmaschine mit einem 8mm Schaftfräser wie unten rechts geschrieben programmieren.
G00 G40 X0 Y0 Werkzeug im Eilgang ohne Radienkompensation auf Koordinaten X0 Y0 positionieren
G00 Z2 Im Eilgang Sicherheitsabstand 2mm über dem Werkstück anfahren
M3 M8
Werkzeugspindel Rechtslauf und Kühlschmiermittel einschalten
G01 Z-1 F100 Mit Vorschub 100mm/min 1mm in das Werkstück eintauchen
G01 G41 Y15 F200 Vorschub 200mm/min Koordinate X0 Y15 Radienkompensation Gleichlaufinnen
G01 X-5 Radienkompensation und Vorschub selbsthaltend Position X-5 Y15 anfahren
G03 X-10 Y10 I0 J-5 Position X-10 Y10 Radius 5
G01 Y-10 Position X-10 Y-10
G03 X-5 Y-15 I5 J0 Position X-5 Y-15 Radius 5
G01 X5 Position X5 Y-15
G03 X10 Y-10 I0 J5 Position X10 Y-10 Radius 5
G01 Y10 Position X10 Y10
G03 X5 Y15 I-5 J0 Position X5 Y15 Radius 5
G01 X-1 Position X-1 Y15
G01 Z2 Position X-1 Y15 Z2
Dialog - Programm
Die Dialogsteuerung ist eine sehr moderne und bedienerfreundliche Programmiermöglichkeit, da der Mitarbeiter nachdem er die Kontur definiert hat nun nur noch in verschiedenen Masken am Bildschirman nach Bearbeitungsart und Schnittdaten abgefragt wird.
CAD
Wenn Zyklen der Dialogsteuerung an ihre Grenzen stoßen und die Rechenarbeit für DIN - Programme und Lochstreifen zu groß oder unmöglich wäre wie zum Beispiel bei einem Impeller, kommt das Computer Aided Design (CAD) die Rechnerunterstützte Konstruktion zum Einsatz. Hier werden 3D Zeichnungen als Eingangsdaten für ein CNC - Programm verwendet welche in ein für die Maschine geeignetes Programm umgewandelt werden. Bei dieser Methode gibt der Bediener nur die zu benutzenden Werkzeuge und die Art der Aufspannung an.
Quellen
- Europa Lehrmittel, Tabellenbuch Metall, 42. Auflage
- Friedrich, Tabellenbuch Metall- und Maschinentechnik, 1151.-1165. Auflage
- Stam, Berufsfeld Metall Industriemechanik, 2. Auflage
Weblinks
Hersteller
Videos
- Herstellung einer Kurbelwelle an einer MAZAK 5-ACHS CNC Drehmaschine
- 5 Achsen Impeller Bearbeitung mit einer Hermle CNC Fräsmaschine
- Komplettbearbeitung eines Hydraulikkolbens mit einer Tornos CNC Drehmaschine
Informationen
- Dokumentation über CNC nach DIN-Programmierung
- CNC-Arena
- Theodor Schönwald CAD und CNC
- CNC Beitrag auf Wikipedia
- Info zum Thema Programmieren lernen
