CNC Fertigung

CNC-Maschinen sind integrierte Roboter mit numerischen Steuerungstechnik. Sie ermöglichen die automatisierte Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken und Frästeilen mit hoher Wiederholgenauigkeit und Fertigungseffektivität. Unter anderem können, je nach Verwendungszweck, verschiedene Materialien wie Aluminium, Stahl und Polymere bearbeitet werden.

Unterschiedliche Anforderungen an das fertige Werkstück, zum Beispiel gekrümmte Flächen oder hochkomplexe Oberflächen und Formen, haben Auswirkungen auf die Anzahl der Achsen im Werkzeugträger. Daher ist es möglich, dass auch CNC-Fräs- und CNC-Drehmaschinen mit mehr als 3 Achsen, Schaftfräser, Karrusseldrehbänke oder Bohrfräsmaschinen zum Einsatz kommen.
Häufig verfügen die Maschinen über dreh- beziehungsweise schwenkbare Werkzeuge oder Werkstück-Aufnahmen. Ausserdem sind Differenzierungen des Ständers und die Lage der Hauptspindel möglich.

Grundsätzlich haben Fräsmaschinen ähnliche oder gleiche Funktionsprinzipien jedoch auch Unterschiede in folgenden Bereichen:

1. Maschinenständer und Unterkonstruktion
2. Maschinentisch und Maschinenbett
3. Fräskopf und Spindel
4. Vorschub

• Schaftfräser
• Torusfräser
• Radiusfräser
• Lollipopfräser
• Viertelkreisfräser
• Entgratfräser
• Vor- und Rückwärtsentgrater
• Winkelfräser
• Schlitzfräser
• Fräser konisch
• Walzenstirnfräser
• Scheibenfräser

Waagerechtfräsmaschinen werden waagerechte und längsgerichtete Bewegungen, Senkrechtfräsmaschinen hingegen werden vertikale Bewegungen von Werkzeugen oder Werkstücken ermöglicht. Mit so genannten Rundfräsmaschinen kann man zylindrische Flächen erzeugen.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit CNC-Verfahren treten hohe Schnittkraftschwankungen und sich fortwährend in ihrer Richtung ändernde Zerspahnkräfte auf. Hierdurch werden hohe Anforderungen an gute dynamische Eigenschaften der Fräsmaschinen gestellt, da die unterschiedlich grossen und richtungsändernden Werkzeuge hohe statische Beanspruchungen erzeugen können.

Die hohe technische Entwicklung von CNC-Werkzeugmaschinen führt zu einer zügigen Signalverarbeitung der CNC-Maschinenprozessoren. Damit kommt es zu schnelleren Taktungen, höheren Beschleunigungen und schnelleren Vorschüben. Aufgrund der dabei entstehenden starken physikalischen Kräften, und damit verbundenen Gefahren, ist eine Einhausung des Arbeitsraums bei modernen Maschinen unabdingbar. Die Einhausungen bieten Schutz vor herumfliegenden Spänen und vor unvorhergesehen losen Teilen. Umweltaspekte und Arbeitsschutz sind weitere hinzukommende Punkte, die mit Einhausungen verbessert werden.

Ziele der „digitalen Fertigung“ ist es mit CNC-Fertigungssysteme, möglichst ohne Umspannen und Nacharbeiten, direkt einsatzfähige Werkstücke zu erzeugen. Die Maschinen sind dafür ausgelegt, komplexe Formen mit einer Fertigungsgenauigkeit bis in den Nanometerbereich, Rentabilität und Flexibilität herzustellen. Daher sind gerade bei großen Stückzahlen optimierte Fertigungs- und Überwachungsprozesse von essentieller Bedeutung.

Ermöglicht wird dies über 3D-Messtechniken und den hohen Automatisierungsgrad, immer kürzer werdender Werkzeug-Wechselzeiten und durch über unbemannte Fertigung. Bediener müssen häufig nur bei Störungen eingreifen.

Mit Simulationssystemen ist es möglich Fertigungslinien für neue Produkte bereits zu einem Zeitpunkt zu planen, an dem die endgültige Form, Größe und die Bearbeitung der Teile noch nicht final feststehen. Hierdurch ist es möglich die voraussichtlichen Investitionen sehr präzise im voraus zu planen. Spätere Änderungen können leicht berücksichtigt werden.

Gerade für den Formen- und Werkzeugbau sind diese Möglichkeiten, aus CAD-Modellen originale Werkstücke herzustellen, hilfreich.

CNC-Werkzeugmaschinen, auch unterschiedlicher Maschinentypen, arbeiten nach den gleichen Prinzipien. Sie sind mit mehreren numerisch gesteuerten Hauptachsen, einfachen Hilfsachsen und vielen Schaltfunktionen ausgestattet, welche differenzierte Bearbeitungsarten, durchführen. Bei hochkomplexen Werkstücken können auch zusätzliche rotatomische oder teilweise parallele Achsen bei der Bearbeitung hinzukommen und am Werkstück arbeiten.

Das Werkzeug wird durch die im Raum zueinander stehenden X, Y oder Z-Achsen positioniert. Für die Steuerung der Maschinen werden die Weginformationen numerischen programmiert. Welche Arten von Maschinen und wie viele Achsen und für die finale Herstellung gebraucht werden wird vollautomatisch festgelegt. Das Werkzeug bewegt sich dabei um das ruhende Werkstück, bei einer positiven Achsrichtung.

3 Achsen Simultanverfahren
unebene, runde oder Freiformflächen möglich

4 Achsen Simultan
Möglich 4 Achsen Simultan zu verfahren ist es z.B. Möglich Spiralformen, wie eine Nut zu fräsen und sprichwörtlich das Werkstück zu umwickeln komplizierte Konturen Fräsen.

5 Achsen
Simultan eine weitere Achse mehr