Zum Inhalt 
Was bedeutet computergestützte numerische Steuerung?
Computer Numerical Control ist eine automatisierte Technologie, die mechanische Werkzeuge mit vorprogrammierter Computersoftware steuert. Ein einzelnes Werkzeug kann mit einem benutzerdefinierten Computerprogramm mehrere Funktionen ausführen. Darüber hinaus können Sie das Programm ändern, um das Ergebnis des Prozesses zu ändern, ohne die Ausrüstung zu ändern.
Numerisch im CNC-Konzept weist auf die Fähigkeit der Technologie hin, Zahlen zur Steuerung mechanischer Werkzeuge zu verwenden. Diese Zahlen können kartesische Koordinaten, Grad, Geschwindigkeiten oder andere Bezeichnungen darstellen. Werkzeugmaschinen lesen diese Zahlen entsprechend den Befehlen im Programm.
CNC hat Produktionsprozesse in allen Fertigungsindustrien verändert. Diese Technologie ist mit allen industriellen Prozessen kompatibel, einschließlich 3D-Druck, Schweißen, Schleifen und Reinigen.
Wie funktioniert CNC-Technologie?
Die computergestützte numerische Bearbeitung erfolgt mit einem einzigartigen computergestützten Design. Jedes mit computernumerisch gesteuerter Technologie hergestellte Teil verfügt über ein CAD-Programm. Das CNC-System verwendet CAD-Software, um das Programm für den erforderlichen Prozess zu entwickeln. Daher können Sie kleinere Änderungen wie Teileabmessungen vornehmen, indem Sie die Werte im Programm bearbeiten.
Anschließend müssen Sie das Programm in eine für CNC-Maschinen verständliche Sprache, den sogenannten G-Code, umwandeln. Die dabei entstehenden Dateien werden als CAM-Modelle (Computer Aided Manufacturing) bezeichnet. CAD-Modelle enthalten Anweisungen, wie die Komponenten der CNC-Maschinen funktionieren sollen.
Grundkomponenten eines CNC-Systems
CNC-Systeme bestehen aus verschiedenen Komponenten, die alle gemeinsam funktionieren. Hier sind diese Grundkomponenten:
CNC-Steuerung: Der Controller oder die Machine Control Unit (MCU) dient als Gehirn der CNC-Maschine. Es steuert die Werkzeugmaschinen, nachdem es die CAD-Softwareprogramme gelesen hat. Die CNC-Steuerung stellt automatisierte Befehle wie die Drehung von Bohrern, die Bewegung des Roboterarms usw. bereit.
CNC-Software: CNC-Software ist der Kommunikationsmechanismus zwischen dem Produkthersteller und dem Steuerungssystem. Hersteller verwenden CAD-Software, um die grafische Darstellung des vorgesehenen Teils zu entwerfen. Mittlerweile hilft die CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) dabei, den CAD-Entwurf in eine maschinenlesbare Datei für CNC-Maschinen umzuwandeln.
Eingang/Ausgang (I/0): Eingabegeräte einschließlich Tastatur, Maus und Cursor. Maschinenbediener nutzen sie beim Einrichten von CNC-Maschinen. Andererseits sind Ausgabegeräte Alarme und Anzeigemonitore, die wichtige Informationen wie Maschinenstatus und Fehler anzeigen.
Kommunikationsprotokoll: Kommunikationsprotokolle sind die Mittel, mit denen jeder CNC-Maschinist Informationen an eine CNC-Maschine sendet. Beispielsweise müssen die CAD-Dateien nach dem Entwurf in die CNC-Maschine programmiert werden. Dies ist nur über Kommunikationsprotokolle wie USB, Ethernet, RS232, RS422 usw. möglich. Außerdem kann das Kommunikationsprotokoll Daten von einem CNC-System an einen zentralen Server senden.
Wie steuert die CNC-Technologie die Bewegung von CNC-Werkzeugmaschinen?
Die numerische Computersteuerungstechnologie steuert die Bewegung von CNC-Maschinen auf drei Arten. Wir werden diese Bewegungen im Folgenden besprechen:
Geradlinige Bewegung
Die geradlinige Bewegung oder Linieninterpolation ist eine Positionierungsmethode, bei der sich die Werkzeugmaschinen parallel zur X- und Y-Achse bewegen. Bei dieser Positionierungsmethode kommt es zu keiner diagonalen Bewegung. Die Steuerung kalibriert sich nach jeder Positionierung neu und beginnt mit der nächsten linearen Bewegung. Obwohl die lineare Positionierung einfach zu programmieren ist, ist sie langsamer als eine Eilgangbewegung.
Schnelle Bewegung
Die schnelle Bewegungspositionierung, auch Punktinterpolation genannt, ist eine weitere Positionierungsmethode für Werkzeugmaschinen. Dabei bewegt sich die Werkzeugmaschine auf dem kürzesten Weg zum Ziel. Dieses Positionierungssystem nutzt die maximale Bewegungsgeschwindigkeit. Dies ermöglicht eine schnellere Produktion. Dennoch müssen Sie die CNC-Werkzeugmaschine sorgfältig programmieren, um die Möglichkeit von Unfällen zu minimieren.
Kreisbewegung
Das kreisförmige Positionierungssystem dreht die Werkzeugmaschine rund um eine Mittelachse. Dieses Positionierungssystem eignet sich zum Bearbeiten runder Objekte wie Zylinder oder zum Lochen.
Codierung in CNC
CNC-Maschinenbediener kommunizieren mit CNC-Systemen mithilfe der CNC-Programmiersprache oder -codierung. Die Programmierung ist eine Hauptanforderung in der Maschinenautomatisierung, da neben der numerischen Steuerung auch der „Computer“ hinzukommt.
Moderne Softwareprogramme sind innovativ. Für eine effektive CNC-Programmierung ist es wichtig, die Codesprache zu erlernen. Sie können das Modell erstellen und es mithilfe des Softwarecodegenerators in Maschinensprache umwandeln. Sie müssen den automatisch generierten Code debuggen, um Fehler zu vermeiden. „G-Code“ und „M-Code“ sind die wichtigsten Codes für die CNC-Programmierung.
Was bedeutet G-Code in der CNC?
G-Code bedeutet geometrischer Code. Es gibt den Werkzeugmaschinen Anweisungen zum Bewegen. Der G-Code bestimmt alle Standortparameter, einschließlich des Startpunkts des Werkzeugs, des Endpunkts und des Pfads zwischen ihnen.
Die Semantik des G-Codes variiert häufig, obwohl alle CNC-Werkzeugmaschinen den G-Code verwenden. Die Anzahl der Nullen bzw. das Vorhandensein bzw. Fehlen von Leerzeichen kennzeichnen den Unterschied in der Semantik des G-Codes. Nachfolgend finden Sie Standard-CNC-G-Code-Programme:
- G: Stellt dem Tool Start- und Stoppanweisungen zur Verfügung
- F: Vorschubgeschwindigkeit vorgeben
- N: gibt die Zeilennummer an
- S: gibt die Drehzahl der Spindel an
- R: Versieht das Schneidwerkzeug mit dem Bogenradius
- T: Bietet Anweisungen zur Art des zu verwendenden Werkzeugs
- X, Y und Z: Geben Sie die kartesischen Koordinaten für den Standort an
Jeder Befehl kann einen weiteren Unterbefehl besitzen. Gängige Beispiele für diese Befehle zur Positionierung sind:
- G00: Erreichen Sie im Eilgang die gewünschte Position
- G01: Erreichen Sie die angezeigte Position in linearer Bewegung
- G02: Bilden Sie einen Bogen im Uhrzeigersinn mit einem bevorzugten Radius
- G03: Erstellen Sie einen Bogen gegen den Uhrzeigersinn mit einem bevorzugten Radius
Es ist jedoch hilfreich zu beachten, dass einige Systeme die oben genannten Befehle als G0, G1, G2 und G3 anzeigen können.
Was bedeutet M-Code in der CNC?
M-Code bestimmt verschiedene Funktionen der Maschine, die nichts mit der Positionierung oder dem Betrieb der Werkzeugmaschinen zu tun haben. In numerischer Steuerung geschriebener M-Code stellt Maschinencode oder sonstigen Code dar. Beispielsweise nutzen Maschinenprogrammierer den M-Code, um den Kühlmittelfluss zu steuern oder das Werkzeug automatisch zu wechseln.
M-Codes sind wie der G-Code; sie variieren manchmal in der Semantik. Einige Werkzeugmaschinen können beispielsweise den Befehl M01 akzeptieren, während andere erfordern, dass der M-Code als M1 geschrieben wird. Nachfolgend sind typische M-Codes aufgeführt, die Maschinenbediener verwenden:
- M00: Unterbrechen Sie die Programmausführung zur Hälfte
- M01: Optionaler Stopp der Programmausführung
- M02: Programmende
- M08: Beginnen Sie mit dem Kühlmittelfluss
- M09: Stoppen Sie den Kühlmittelfluss
Welche verschiedenen CNC-Programme werden bei der CNC-Bearbeitung verwendet?
CNC-Maschinensoftware kann in die folgenden Klassen eingeteilt werden
Computergestütztes Design (CAD)
Software für computergestütztes Design (CAD) verfügt über die Funktionen und Werkzeuge, die zum Entwerfen des Endprodukts erforderlich sind. Sie können den Entwurf in 2D und 3D entwerfen. Sie können 2D-Formen mit Vektorbasiszeichnungen entwickeln. Für die Gestaltung von 3D-Formen können Sie die Volumen- und Oberflächenmodellierung verwenden. CAD-Software ist mit mehreren zusätzlichen Funktionen erhältlich, wie zum Beispiel:
- Visualisierung
- Möglichkeit, die Kabelführung in das Design einzubeziehen
- Automatische Generierung regelmäßiger Designelemente
- Untersuchen der Masseneigenschaften des endgültigen Teils
Computergestützte Fertigung (CAM)
CAM-Softwareprogramme können die numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen ohne menschliche Arbeit steuern. Diese Programme haben dieselbe Sprache wie die eingebettete Sprache der CNC-Software. Moderne CAM-Softwareprogramme umfassen zusätzliche Funktionen wie das Sammeln von Feedback-Daten von CNC-Werkzeugen. Die Daten können Probleme erkennen und zur Optimierung der Produktionsrate beitragen.
Computergestütztes Engineering (CAE)
Computergestützte Engineering-Softwareprogramme sind weniger beliebt als CAD- und CAM-Software. CAE-Software ist bei der Handhabung komplexer technischer Teile wertvoll. CAE-Software hilft bei der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Teile. Mit den CAE-Softwareprogrammen können Sie thermische Eigenschaften, Physik, Festigkeit und Spannung visualisieren.
Typische Prozesse, die CNC-Systeme verwenden
Bei CNC-Systemen handelt es sich um unterschiedliche Prozesse in verschiedenen Branchen. Nachfolgend finden Sie typische Beispiele CNC-Operationen die numerische Computersteuerung verwenden:
CNC-Drehen
Beim CNC-Drehprozess wird mit einem nicht rotierenden Schneidwerkzeug Material von einem rotierenden Werkstück entfernt. Die Schneidwerkzeuge drücken gegen das rotierende Werkstück, um Material daraus abzutrennen. Dadurch entsteht durch die Bewegung ein kreisförmiges oder spiralförmiges Muster auf dem Werkstück. CNC-Drehen eignet sich am besten für die Bearbeitung von Aluminiumrohren, Zylindern, Rohrverbindungen und Wellen.
CNC Fräsen
Beim CNC-Fräsprozess wird ein auf einer Drehspindel platziertes Schneidwerkzeug verwendet, um Material von einem Werkstück zu entfernen. Der Tisch kann drehbar oder stationär sein. Darüber hinaus können die CNC-Systeme der Zerspaner an Fräsmaschinen über Mehrachsfunktionen verfügen.
5-Achsen- und 6-Achsen-CNC-Fräsmaschinen stellen Präzisionsteile für die Medizin-, Luft- und Raumfahrt- und Militärindustrie her. Außerdem sind CNC-Fräsmaschinen mit Metallen kompatibel, Kunststoffe, Holz, Legierungen usw.
CNC-Schleifen
Bei diesem Herstellungsprozess werden rotierende Schleifscheiben verwendet, um Material von einem Werkstück zu entfernen. CNC-Schleifmaschinen glätten die Werkstückoberfläche und sorgen so für eine hohe Präzision. Außerdem können diese Schleifmaschinen scharfe Ecken und Kanten von bearbeiteten Teilen entfernen. Hersteller aller Branchen nutzen häufig CNC-Schleifen als Endbearbeitungstechnik.
CNC-Wasserstrahlschneiden
CNC-Wasserstrahlschneiden ist ein fortschrittliches Verfahren, bei dem mit der Kraft von Hochdruckwasser Material von einem Werkstück entfernt wird. Die Wasserpumpe drückt das Wasser auf etwa 30,000 bis 90,000 psi, was ausreichend Druck ist, um verschiedene CNC-Materialien zu durchdringen, darunter Metalle, Glas, Holz und Legierungen mit Ausnahme von Diamanten. Es handelt sich um ein Kaltschneideverfahren mit hoher Genauigkeit. Das CNC-Steuerungssystem bestimmt die Bewegung der Wasserdüse.
Funkenerosion (EDM)
Die CNC-Funkenerosionsbearbeitung Der Prozess nutzt elektrische Impulse zwischen zwei Elektroden, um Material von einem Werkstück abzutragen. Die Elektrodenimpulse bilden einen Lichtbogen, der das Material an der gewünschten Stelle schmilzt. Obwohl CNC-Erodierverfahren genaue Ergebnisse liefern, sind sie nur mit Metallen kompatibel, weil diese Elektrizität leiten.
CNC-Laserschneiden
Bei diesem Bearbeitungsprozess wird die hohe Energie eines Laserstrahls genutzt, um Material aus einem Werkstück zu schneiden. Der CNC-Laser ist ein außergewöhnlich präzises Schneidwerkzeug. Sein Laserstrahl hat eine Breite, die geringer ist als die eines menschlichen Haares, und eine extrem hohe Frequenz. Das CNC-Steuerungssystem bewegt den Laserstrahl präzise entlang der vorgegebenen Bahn. Es kann auf Metallen und Nichtmetallen angewendet werden.
CNC-Fräsen
Beim CNC-Fräsen wird ein rotierendes Messer, das von der CNC-Maschine geführt wird, zum Schneiden eines Werkstücks verwendet. Die rotierende Klinge reicht bis unter die Basis des Arbeitstisches, um gerade Schnitte am Werkstück vorzunehmen. Der CNC-Fräser ist ein computergesteuertes System, das häufig in der Möbel- und Inneneinrichtungsindustrie eingesetzt wird Gravur, Fräsen und Schneiden. Aufwändige Holzschnitzereien an Möbeln und Türen sind ein typisches Beispiel für CNC-Fräsfunktionen.
CNC-Plasmaschneiden
Bei diesem Bearbeitungsvorgang werden ionisierte Gase verwendet, um gewünschte Schnitte im Werkstückmaterial vorzunehmen. Das CNC-Plasmaschneiden eignet sich am besten für die Arbeit mit leitfähigen Materialien wie z Aluminium, Kupferund Stahl, schwarz. Metallverarbeitungsbetriebe und die Automobilindustrie verwenden diese Schneidtechnik häufig zur Herstellung unterschiedlicher Teile und Komponenten.
3D Druck
Der 3D-Druck ist eine Standardmethode zur Herstellung von Polymerteilen. CNC-Systeme steuern eine Düse, die das Polymerfilament schmilzt und es in die gewünschte Form und Größe bringt. Der CNC-3D-Druck ist aufgrund der einfachen Bedienung und der skalierbaren Größe in kleinen Werkstätten und großvolumigen Fertigungsprozessen möglich. Allerdings ist der 3D-Druck nur mit Thermoplasten kompatibel.
CNC-Schweißen
CNC-Schweißen verbindet die Automatisierung der CNC-Bearbeitung mit manuellen Schweißtechnologien. CNC-Maschinen steuern die Bewegung der Schweißelektrode und führen sie über das Werkstück. Dieser Prozess erzeugt bei Bedarf hochpräzise und starke Schweißnähte. CNC-Schweißen ist ein schneller und zuverlässiger Prozess, der den Arbeitsaufwand eliminiert. Allerdings ist es nur mit elektrisch leitfähigen CNC-Materialien kompatibel.
Vorteile der computernumerischen Steuerungstechnologie
Die CNC-Technologie bietet zahlreiche Vorteile gegenüber manuellen Bearbeitungsprozessen. Hier sind die erwarteten Vorteile:
Geschwindigkeit: CNC-Systeme können Werkzeugmaschinen schneller manipulieren als Menschen. Dadurch können sie die Effizienz gewährleisten und die Produktion steigern, da es keine Pausen zwischen den Bewegungen gibt.
Selbstdiagnose: Computernumerisch gesteuerte Systeme erkennen und melden häufig Fehler in sich selbst. Das Selbstdiagnosesystem warnt den Bediener umgehend, wenn es einen Fehler erkennt. Diese Diagnose hilft, Unfälle wie Programmkonflikte, Maschinenausfälle, Überhitzung und Werkstückschäden zu verhindern.
Anpassung: Die CNC-Programmierung ist in hohem Maße anpassbar. Sie können dieselbe CNC-Werkzeugmaschine so programmieren, dass sie viele verschiedene Aufgaben ausführt. Beispielsweise kann eine CNC-Werkzeugmaschine einen Vollzylinder und eine Vollkugel schneiden, indem sie zu einem anderen Programm wechselt.
Fehlerkompensation: CNC-Maschinen können Bearbeitungsfehler vorhersehen und kompensieren, indem sie die Werkzeugbewegungen modifizieren. Dies geschieht in Echtzeit mit intelligenten maschinellen Berechnungen. Dadurch können Sie problemlos eine hohe Präzision bei Materialien mit geometrischen oder thermischen Komplikationen erreichen.
Kundenbindung: Hersteller müssen strenge Qualitätsstandards wie ANSI und ISO erfüllen. Die CNC-Technologie bietet die hohe Präzision, die erforderlich ist, um alle Compliance-Standards zu erfüllen.
Sicherheitsmaßnahmen: Jede CNC-Maschine verfügt über mehrere Maßnahmen, um die Sicherheit des CNC-Bedieners und des Arbeitsplatzes zu gewährleisten. Ebenso gibt es Notstopps, die Sie nutzen können, wenn ein unerwünschtes Ereignis eintritt.
Skalierbare Lösung: CNC-Systeme unterliegen keinen Größenbeschränkungen. CNC-Maschinen können Teile mit der Größe eines Schraubengewindes bearbeiten. Sie können auch komplette Flugzeugrahmen bearbeiten. Ebenso können Sie die Produktionsrate an die Nachfrage anpassen.
Komplexe Geometrie: Die CNC-Technologie kann mithilfe komplexer Werkzeuge und mehrachsiger Maschinen hochkomplexe Teile entwickeln. Daher entstehen bei der CNC-Bearbeitung Teile mit komplizierter Innengeometrie.
Qualitätskontrolle: Computernumerisch gesteuerte Systeme verfügen über integrierte Qualitätskontrollmaßnahmen. Der Sensor kann jedes bearbeitete Teil prüfen und es aussortieren, wenn es die erforderlichen Standards nicht erfüllt.
Gängige Branchen, die CNC-Technologie nutzen
Jede Branche ist auf computergestützte numerische Steuerungssysteme angewiesen. Die CNC-Technologie stellt entweder die Werkzeuge her, die in den Herstellungsprozessen dieser Branchen verwendet werden, oder die CNC-Maschinen stellen direkt das Endprodukt für die Branche her. Nachfolgend sind typische Branchen aufgeführt, die CNC-Technologien einsetzen:
- Luft-und Raumfahrtindustrie
- Automobilindustrie
- Architektur
- Möbelindustrie
- Healthcare Sector
- Elektronik-Industrie
- Baugewerbe
- Militärischer Sektor
- Marine und Schiffbau
- Schmuckindustrie
- Robotik
- Gummiprodukte
- Papierindustrie
- Metallverarbeitungsindustrie
- Lebensmittel-und Getränkeindustrie
- Glasindustrie
- Öl-und Gasindustrie
- Industriemaschinen
Wie optimieren CNC-Technologien die Effizienz in der Produktion?
Die hohe Effizienz der computergesteuerten Bearbeitung ist einer der Gründe, warum Hersteller aus allen Branchen diese Technologie nutzen. CNC-Werkzeugmaschinen können rund um die Uhr kontinuierlich Aufgaben ausführen, ohne dass Pausen und Schlaf erforderlich sind.
Sofern kein Fehler im Programm vorliegt oder der Maschinenbediener bei der Einrichtung keinen Fehler macht, machen die numerischen Computersteuerungssysteme keinen Fehler. Daher sind keine Nachbesserungen erforderlich. Darüber hinaus bietet die CNC-Technologie eine optimale Effizienz und Produktionsrate als jedes andere Herstellungsverfahren.
Zukunft der CNC-Technologie
Die CNC-Technologie hat den Weg für unermessliche Möglichkeiten in der Produktherstellung geebnet. Nachfolgend sind einige der Fortschritte in der CNC-Bearbeitung aufgeführt:
Künstliche Intelligenz
Die Kombination von künstlicher Intelligenz und CNC-Technologie ist für sein Wachstum von entscheidender Bedeutung. CNC-Maschinen können aus Bearbeitungsvorgängen lernen und zuverlässiges Feedback geben, um Fertigungsprozesse zu verbessern und Hindernisse zu beseitigen. Darüber hinaus können mehrere CNC-Systeme in einer einzigen Fertigungslinie kombiniert und über digitale Kanäle ferngesteuert werden.
Virtual Reality
Virtuelle Realität in CNC-Systemen ist ein wesentliches Werkzeug in der Bedienerschulung. Es hilft Bedienern, die Maschinenfunktionen in einer virtuellen Umgebung kennenzulernen, die einer realen Umgebung ähnelt. Sie erlernen schnell und ohne Unfallgefahr die Bedienung der Maschine. Darüber hinaus können Sie die verschiedenen komplexen Funktionen moderner CNC-Maschinen testen, ohne dass das Risiko einer Maschinenstörung besteht.
Robotik
Integration von CNC-Technologie und Robotik bildet fortschrittliche Maschinen und geht über die möglichen Grenzen hinaus. Jede Fertigungsindustrie kann jetzt Teile vollständig automatisiert von Anfang bis Ende herstellen. Darüber hinaus können Roboterarme das Be- und Entladen bearbeiteter Teile übernehmen. Durch die Integration von Robotik konnten Hersteller auch die Präzision und Produktivität ihrer Maschinen steigern.
Fazit
Die numerische Computersteuerung ist nach wie vor ein bedeutender Durchbruch in modernen Fertigungsprozessen. CNC-Systeme verfügen über einzigartige Fähigkeiten, die sie für jede Fertigungseinrichtung unverzichtbar machen. Die CNC-Bearbeitung bietet eine umfassende Möglichkeit, die Anforderungen Ihres Projekts zu erfüllen, unabhängig von der Komplexität.
AT-Machining ist eine zuverlässige moderne Maschinenwerkstatt mit jahrelanger Erfahrung in der Herstellung hochwertiger Teile für verschiedene Branchen. Unsere CNC-Werkstatt verfügt über moderne Maschinen wie Laser- und Wasserstrahlschneider, die für die Bearbeitung komplexer Teiledesigns mit den höchsten Designs geeignet sind. Reichen Sie noch heute Ihre CAD-Datei ein sofortige Zitate. Kontaktieren Sie uns noch heute und überlassen Sie uns die Abwicklung Ihres nächsten Bearbeitungsprojekts!
