Alles, was Sie über CNC-Maschinen wissen müssen

Geschichte

CNC-Maschinen sind elektromechanische Geräte, die mit Hilfe von Computerprogrammierung die Werkzeuge in der Werkstatt manipulieren. Der Name "CNC" steht eigentlich für Computer Numerical Control. Sie ist eine von zwei Standardmethoden (die andere ist die 3D-Drucktechnologie wie SLA, SLS/SLM und FDM), um Prototypen aus einer digitalen Softwaredatei zu erzeugen. Ingenieurbüros und Prototyping-Unternehmen können CNC-Maschinen zum Fräsen und Bearbeiten verschiedener Materialien wie Holz, Metalle und Kunststoffe einsetzen.

Die ersten CNC-Maschinen wurden in den 1940er und 1950er Jahren entwickelt und basierten auf einer in der Telekommunikation weit verbreiteten Datenspeichertechnologie, die als "Lochstreifen" oder "perforiertes Papierband" bekannt ist. Die Lochbandtechnologie ist längst veraltet, da das Datenmedium in den 1950er und 1960er Jahren schnell auf analoge und dann digitale Computerverarbeitung umgestellt wurde. Mit der Einführung neuer Technologien und verbesserter digitaler Verarbeitungsleistung wird die Effizienz von CNC-Maschinen immer weiter gesteigert.

Wie sie funktioniert

Im Allgemeinen ist die maschinelle Bearbeitung ein Weg, um ein Ausgangsmaterial, wie z. B. einen Kunststoffblock, umzuwandeln und ein fertiges Produkt (typischerweise ein Prototypenteil) unter Verwendung eines kontrollierten Materialabtrags zu erhalten. Ähnlich wie eine andere Technologie zur Entwicklung von Prototypen, FDM (3D-Druck), basiert die CNC-Bearbeitung auf digitalen Anweisungen aus einer CAM- (Computer-Aided Manufacturing) oder CAD-Datei (Computer-Aided Design) wie Solidworks 3D. Die CAM- oder CAD-Datei steuert zwar nicht die CNC-Maschine selbst, aber sie liefert den Fahrplan für die CNC-Maschine zur Herstellung der Designs. Die CNC-Maschine interpretiert das Design als Anweisungen zum Schneiden von Prototypenteilen.

Die Möglichkeit, Computergeräte zur Steuerung von Werkzeugmaschinen zu programmieren, steigert die Produktivität der Werkstatt durch die Automatisierung der hochtechnischen und arbeitsintensiven Prozesse rapide. Automatisierte Schnitte verbessern sowohl die Geschwindigkeit als auch die Genauigkeit, mit der Prototypenteile erstellt werden können - vor allem, wenn das Material kritisch ist (wie es bei Polypropylen der Fall ist).

Häufig erfordern Bearbeitungsprozesse den Einsatz mehrerer Werkzeuge, um die gewünschten Schnitte durchzuführen (z. B. Bohrer unterschiedlicher Größe). CNC-Maschinen fassen in der Regel Werkzeuge zu gemeinsamen Einheiten oder Zellen zusammen, aus denen die Maschine schöpfen kann. Einfache Maschinen bewegen sich in einer oder zwei Achsen, während fortgeschrittene Maschinen sich seitlich in der x-, y-Achse, längs in der z-Achse und oft auch rotierend um eine oder mehrere Achsen bewegen. Mehrachsige Maschinen sind in der Lage, Teile automatisch umzudrehen, so dass Sie Material entfernen können, das zuvor "darunter" lag. Dadurch müssen die Arbeiter das Material des Prototyps nicht mehr umdrehen und Sie können alle Seiten schneiden, ohne dass ein manueller Eingriff erforderlich ist. Völlig automatisierte Schnitte sind im Allgemeinen genauer als das, was mit manuellen Eingaben möglich ist. Das heißt, manchmal sind Nachbearbeitungen wie Ätzen besser von Hand zu erledigen und einfache Schnitte, die umfangreiche Konstruktionsarbeiten erfordern würden, um die Maschine für die Automatisierung zu programmieren.

Typen von CNC-Maschinen

Bei der Entscheidung, welche CNC-Maschinen Sie in Ihrem Betrieb einsetzen wollen, müssen Sie einige Überlegungen anstellen. CNC-Maschinen fallen typischerweise in eine der beiden allgemeinen Kategorien: konventionelle Bearbeitungstechnologien und neuartige Bearbeitungstechnologien. Jeder Typ bietet Ihnen Vor- und Nachteile. Sie müssen die besonderen Anforderungen Ihres Projekts berücksichtigen, wenn Sie den Typ der CNC-Maschine auswählen, den Sie in Ihrer Werkstatt einsetzen möchten. Die folgende Infografik zeigt einige der Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen konventionellen und neuartigen CNC-Maschinen:

Konventionelle Technologien:

1) Bohrer_BitDrills: Bohrer arbeiten durch das Drehen eines Bohrers und das Bewegen des Bohrers um und in Kontakt mit einem stationären Block aus Ausgangsmaterial. CNC-Bohrer helfen dabei, Präzisionslöcher dort herzustellen, wo Sie sie benötigen.

2) Drehbänke_BitLathes: Drehbänke, so ziemlich das Gegenteil von Bohrern, drehen den Materialblock gegen den Bohrer (anstatt den Bohrer zu drehen und ihn in Kontakt mit dem Material zu bringen). Drehbänke stellen den Kontakt mit dem Material typischerweise her, indem sie ein Schneidwerkzeug seitlich bewegen, bis es nach und nach das sich drehende Material berührt. Hauptsächlich bei Metallen und Holz eingesetzt, entfernen Drehbänke das unerwünschte überschüssige Material und hinterlassen ein schönes und letztlich nützlicheres Bauteil.

3) Fräsen_BitFräsmaschinen: Fräsmaschinen sind wahrscheinlich die heute am häufigsten verwendeten CNC-Maschinen. Sie verwenden rotierende Schneidwerkzeuge, um Material vom Rohteil zu entfernen. Sie können verschiedene Funktionen ausführen, einschließlich Bohren, Ausbohren, Schneiden von Zahnrädern und Herstellen von Schlitzen in einem bestimmten Stück Material.

Neuartige Technologien:

1) Elektrische und/oder chemische Bearbeitung: Es gibt eine Reihe von neuartigen Technologien, die spezielle Techniken zum Schneiden von Material verwenden. Beispiele hierfür sind die Elektronenstrahlbearbeitung, die elektrochemische Bearbeitung, die Funkenerosion (EDM), die fotochemische Bearbeitung und die Ultraschallbearbeitung. Die meisten dieser Technologien sind hochspezialisiert und werden in besonderen Fällen für die Massenproduktion mit einer bestimmten Art von Material eingesetzt.

2) Andere Schneidemedien: Es gibt eine Reihe weiterer neuartiger Technologien, die verschiedene Medien zum Schneiden von Material verwenden. Beispiele hierfür sind Laserschneidmaschinen, Autogenschneidmaschinen, Plasmaschneidmaschinen und die Wasserstrahlschneidetechnik. Diese Maschinen haben in den letzten Jahren in verschiedenen Branchen an Popularität gewonnen, sind jedoch immer noch hochspezialisierte Geräte.

Verwendete Materialien

Nahezu jedes Material kann in einer CNC-Maschine verwendet werden - es kommt auf die Anwendung an. CNC-Maschinen bieten der Produktion ein hohes Maß an Vielseitigkeit, von der eine Vielzahl von Projekten profitieren kann. Zu den gängigen Materialien gehören Metalle wie Aluminium, Messing, Kupfer, Stahl, Titan, Holz, Schaumstoff, Glasfaser und Kunststoffe wie Polypropylen.

Anwendung für Rapid Prototyping

CNC-Maschinen waren der erste bedeutende Durchbruch auf dem Gebiet des Rapid-Prototyping. Vor der numerischen Steuerung (im Falle der Lochbandtechnik) und der numerischen Computersteuerung (mit analoger und digitaler Berechnung) mussten die Teile von Hand bearbeitet werden. Dies führte unweigerlich zu größeren Fehlermargen bei den Endprototypen und erst recht, wenn Maschinen für die Fertigung größerer Serien manuell eingesetzt wurden. CNC-Maschinen trugen dazu bei, die Fähigkeit der Fertigungswelt zu revolutionieren, verschiedene Materialien, Teile und andere Maschinen durch die erhöhte Präzision, die sie bieten, schnell zu prototypisieren.

Anwendung für die Fertigung

Viele neuartige CNC-Sondermaschinen werden speziell für Nischenfertigungsprozesse gebaut. Zum Beispiel wird die elektrochemische Bearbeitung verwendet, um hochbeständige Metallprodukte zu schneiden, die sonst nicht machbar sind. Konventionelle CNC-Maschinen sind eher für die Entwicklung von Prototypen geeignet und werden typischerweise für diese eingesetzt als für die Fertigung.

Was ist besser? CNC oder 3D-Druck?

Die ehrliche Wahrheit ist, dass es auf das Material, die Komplexität des Teils und die wirtschaftlichen Faktoren ankommt. 3D-Drucktechnologien wie FDM-Maschinen bauen Teile von unten nach oben auf. Sie können komplexe Formen und interne Komponenten etwas schneller erstellen als eine CNC-Maschine. Der 3D-Druck bietet Produktdesignern und -herstellern ein Maß an Flexibilität und Kreativität, das CNC-Maschinen auf herkömmliche Weise nicht bieten können.

Im Gegensatz dazu sind konventionelle CNC-Maschinen durch die verfügbaren Werkzeuge und die Drehachsen, die die Maschine nutzen kann, etwas eingeschränkt. Obwohl sie mit einer Vielzahl von Materialien verwendet werden können, sind diese Maschinen in eine relativ strenge Reihe von Grenzen und Einschränkungen hinsichtlich der Interaktion mit den verschiedenen Materialien eingesperrt.

Auf der anderen Seite ist das FDM-Prototyping durch die Materialien viel stärker eingeschränkt als ein gefräster Materialblock. FDM-Prototyping erfordert bestimmte Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden können. CNC-Maschinen bieten eine größere Vielfalt an Materialien, die sie manipulieren und mit denen sie arbeiten können, um bestimmte Teile zu erstellen. Wenn Sie z. B. einen Prototyp eines lebenden Scharniers benötigen, würden Sie eine CNC-Maschine und Polypropylen verwenden wollen. Möchten Sie mehr erfahren? Lesen Sie hier.

So gut wie alles kann maschinell bearbeitet werden, während im Gegensatz dazu nur bestimmte Materialien in Filamente umgewandelt wurden, die für den 3D-Druck geeignet sind.

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