Was ist Computer Numerische Steuerung (CNC)?

Computer Numerische Steuerung (CNC) ist eine Fertigungsmethode, die die Steuerung, Bewegung und Präzision von Werkzeugmaschinen durch den Einsatz vorprogrammierter Computersoftware automatisiert, die in die Werkzeuge eingebettet ist.

CNC wird häufig in der Fertigung zur Bearbeitung von Metall- und Kunststoffteilen eingesetzt. Fräsmaschinen, Drehmaschinen, Oberfräsen, Bohrer, Schleifmaschinen, Wasserstrahl- und Lasermaschinen sind gängige Schneidwerkzeuge, deren Vorgänge auch mit CNC automatisiert werden können. Es kann auch zur Steuerung nicht-maschineller Werkzeuge wie Schweiß-, Elektronikmontage- und Filamentwickelmaschinen verwendet werden.

Bei der CNC erhält jedes zu fertigende Objekt ein individuelles Computerprogramm, das normalerweise in einer internationalen Standardsprache namens G-Code geschrieben ist und in der Maschinensteuereinheit (MCU), einem an die Maschine angeschlossenen Mikrocomputer, gespeichert und von dieser ausgeführt wird. Die M-Code-Sprache wird auch in Verbindung mit G-Code in CNC-Operationen verwendet.

Während der G-Code die Bewegung und Funktionsweise der Maschine steuert, steuert der M-Code die externen Bewegungen des Betriebs. Das Programm enthält auch die Anweisungen und Parameter, denen die Werkzeugmaschine folgt, wie etwa die Vorschubgeschwindigkeit der Materialien sowie die Positionierung und Geschwindigkeit der Werkzeugkomponenten.

Zu Beginn des Prozesses erstellen Ingenieure eine CAD-Zeichnung (Computer Aided Design) des herzustellenden Teils und übersetzen die Zeichnung dann in G-Code. Das Programm wird auf die MCU geladen und ein Maschinenbediener führt einen Testlauf ohne Rohmaterial durch, um die richtige Positionierung und Leistung sicherzustellen. Dieser Schritt ist wichtig, da eine falsche Geschwindigkeit oder Positionierung sowohl die Maschine als auch das Teil beschädigen kann.

Wenn alles fertig ist, führt die CNC-Maschine ihr Programm aus und erledigt die Aufträge präzise wie angewiesen. Die Aufträge können alles umfassen, von der Erstellung von Grund auf über das Schneiden eines Werkstücks bis hin zum Drucken.

Mithilfe der numerischen Steuerung können Maschinen Artikel schneller und mit besserer Oberflächengüte herstellen, ohne dass manuelle Bearbeitungen oder umfangreiche menschliche Eingriffe erforderlich sind.

Im Folgenden sind einige Vorteile von CNC-Systemen aufgeführt:

Neben den wunderbaren Vorteilen, die CNC-Maschinen bieten, sind sie tendenziell teurer, erfordern mehr Wartung als andere Produktionsmethoden und zwingen Unternehmen dazu, einen erfahrenen CNC-Programmierer einzustellen.

CNC spielt eine wesentliche Rolle in kritischen Industrien und Sektoren wie Medizin, Luft- und Raumfahrt, Militär und Verteidigung. Da der Ausfall einer Komponente lebensgefährlich sein könnte, fordern Unternehmen in diesen Branchen ein Höchstmaß an Präzision bei ihren Teilen, das CNC-Maschinen bieten können.

Im Folgenden sind einige Branchen aufgeführt, die CNC-Maschinen einsetzen.

Die Genauigkeit, die zur Herstellung aller Komponenten eines Flugzeugs erforderlich ist, wird durch CNC erhöht. Dies umfasst alles von der Außenhülle bis zu den innersten Teilen. Bei der Herstellung von CNC-bearbeiteten Luft- und Raumfahrtkomponenten ist ein Höchstmaß an Präzision und Genauigkeit erforderlich, da diese häufig geschäftskritisch sind. Außerdem werden häufig strenge Anforderungen an Ebenheit, Rundheit und Zylindrizität gestellt, die nur mit computergestützter Bearbeitung erfüllt werden können, und Toleranzen von nur 0,00004 Zoll sind keine Seltenheit.

Aluminium, Edelstahl, Messing, Nickel, Bronze, Keramik, Kunststoffe, Magnesium, Titan und Hochleistungslegierungen wie Inconel und Kovar sind einige der Materialien, die bei der CNC-Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden können.

Einige Beispiele für CNC-bearbeitete Komponenten sind die folgenden:

Um den Bedürfnissen der Patienten gerecht zu werden, ist die Medizinbranche in erster Linie auf spezialisierte, präzise und qualitativ hochwertige Produkte angewiesen, die mit CNC-Maschinen hergestellt werden. Während der COVID-19-Pandemie, als der Bedarf an medizinischen Produkten wie Masken und Atemschutzmasken stieg, verstärkte sich diese Abhängigkeit von CNC-Maschinen. Medizinische Einweggeräte werden häufig auch verwendet, um zu verhindern, dass Menschen während der medizinischen Versorgung ansteckende Krankheiten bekommen. Aus diesem Grund ist es für den medizinischen Sektor umso wichtiger, CNC einzusetzen, um die Produktion medizinischer Produkte zu steigern und zu beschleunigen.

Typische Beispiele für Produkte, die mit CNC-Maschinen hergestellt werden, sind die folgenden:

Einer der Schlüsselmärkte für die CNC-Bearbeitung ist die Automobilindustrie. Jeder Schritt der Automobilindustrie, vom Prototyping in Forschung und Entwicklung bis hin zur Produktion großer Teilemengen, profitiert von der CNC-Bearbeitung.

Darüber hinaus wird eine breite Palette von Komponenten, darunter massive Motorblockabschnitte sowie kleine Zahnräder und Platten, mit CNC-Fräsmaschinen und Drehmaschinen hergestellt. Allein für einen Verbrennungsmotor werden mehrere CNC-Maschinen benötigt. Diese können zur Umwandlung massiver Metallblöcke in Motorgehäuseteile und zur Herstellung der Zylinder, Kolben und anderer Komponenten verwendet werden, aus denen die Zylinderbaugruppe im Motorblock besteht.

Einige der durch CNC-Bearbeitung hergestellten Komponenten sind die folgenden:

Die CNC-Bearbeitung ist aufgrund ihrer Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit eine nützliche Fertigungsmethode für die Elektronikbranche. Mit CNC-Maschinen können sowohl leitende als auch nicht leitende Metalle sowie eine Vielzahl von Polymeren bearbeitet werden. Mit der CNC-Technologie ist kein Vorproduktionswerkzeug erforderlich, was die Produktion elektronischer Komponenten beschleunigt. Entwürfe können auch mit minimaler Aufsicht leicht geändert und wiederholt werden. Berichten zufolge verfügt Apple über 10.000 CNC-Maschinen und stellt in großem Umfang CNC-gefräste Laptops her.

Einige Beispiele für mit CNC-Maschinen hergestellte Artikel sind die folgenden:

Große Maschinen, die in Bohrinseln und Raffinerien zum Einsatz kommen, werden mit CNC-Maschinen konstruiert, um eine einwandfreie Passung zu gewährleisten. Ein mangelhafter Sitz kann dazu führen, dass sich Zylinder nicht füllen, Kolben nicht den richtigen Druck ausüben und Ventile undicht werden. Um sicherzustellen, dass die Teile genau wie erforderlich passen, verwenden petrochemische Unternehmen daher Teile, die CNC-gefräst wurden.

Einige Beispiele für Teile, die mit CNC-Maschinen hergestellt wurden, sind die folgenden:

Da hochpräzise Teile erforderlich sind, um Schiffe am Laufen und über Wasser zu halten, ist die Schifffahrtsindustrie stark auf CNC-Maschinen angewiesen. Wasserfahrzeuge benötigen eine Fülle an Ausrüstung, darunter Unterwassersensoren und Kommunikationsgeräte. Daher muss die Schifffahrtsindustrie bei der Herstellung von Booten und anderer Schiffsausrüstung auf CNC-Präzision zurückgreifen.

Einige gängige Teile, die mit CNC-Maschinen hergestellt werden, sind die folgenden:

In den letzten Jahrzehnten hat sich die CNC-Technologie von lochbandgesteuerten Geräten zu Maschinen weiterentwickelt, die CNC-Programmiereingaben akzeptieren und 3D-Maschinenteile mit äußerster Präzision herstellen.

Die Ursprünge von CNC-Maschinen gehen auf John Parsons zurück. Ihm wird die Entwicklung der ersten numerisch gesteuerten Maschine im Jahr 1949 zugeschrieben, die so konzipiert war, dass sie direkt über einen Satz Lochkarten lief, die der Maschine sagten, wohin sie sich bewegen sollte. Die Cincinnati Milacron Hydrotel, die erste kommerziell erhältliche CNC-Maschine, wurde später im Jahr 1952 von einem Team von Forschern des Massachusetts Institute of Technology eingeführt.

CNC-Maschinen wurden erstmals 1958 patentiert.

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