EINFÜHRUNG
Eine CNC-Fräse ist eine CNC-Maschinenbausatz deren Werkzeugwege über eine computergestützte numerische Steuerung gesteuert werden können. Es handelt sich um eine computergesteuerte Maschine zum Schneiden verschiedener harter Materialien wie Holz, Verbundwerkstoffe, Aluminium, Stahl, Kunststoffe und Schaumstoffe. Es handelt sich um eine von vielen Arten von Werkzeugen, die CNC-Varianten haben. Ein CNC-Fräser ist vom Konzept her sehr ähnlich zu einem CNC-Fräsmaschine.
CNC-Fräser gibt es in vielen Konfigurationen, von kleinen CNC-Fräsern für den Heimgebrauch bis hin zu großen CNC-Fräsern mit Portalantrieb, die in Bootsbauwerken verwendet werden. Obwohl es viele Konfigurationen gibt, bestehen die meisten CNC-Fräser aus einigen spezifischen Teilen: einem dedizierten CNC-Controller, einem oder mehreren Spindelmotoren, Wechselstrom-Wechselrichtern und einem Tisch.
CNC-Fräser sind im Allgemeinen in 3-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Formaten erhältlich.
Der CNC-Fräser wird von einem Computer gesteuert. Die Koordinaten werden von einem separaten Programm in die Maschinensteuerung hochgeladen. Besitzer von CNC-Fräsern haben oft zwei Softwareanwendungen – ein Programm zum Erstellen von Entwürfen (CAD) und ein anderes zum Übersetzen dieser Entwürfe in ein Befehlsprogramm für die Maschine (CAM). Wie CNC-Fräsmaschinen können CNC-Fräser direkt durch manuelle Programmierung gesteuert werden, aber CAD/CAM eröffnet breitere Möglichkeiten für die Konturierung, beschleunigt den Programmierprozess und ermöglicht in einigen Fällen die Erstellung von Programmen, deren manuelle Programmierung, wenn nicht wirklich unmöglich, so doch sicherlich kommerziell unpraktisch wäre.
CNC-Router kann bei der Ausführung identischer, sich wiederholender Arbeiten sehr nützlich sein. Ein CNC-Fräser liefert in der Regel konsistente und qualitativ hochwertige Arbeit und verbessert die Fabrikproduktivität.
Eine CNC-Fräse kann Abfall, Fehlerhäufigkeit und die Zeit, die das fertige Produkt benötigt, um auf den Markt zu kommen, reduzieren.
Ein CNC-Fräser verleiht dem Herstellungsprozess mehr Flexibilität. Er kann zur Herstellung vieler verschiedener Gegenstände verwendet werden, wie Türschnitzereien, Innen- und Außendekorationen, Holzpaneele, Schilder, Holzrahmen, Zierleisten, Musikinstrumente, Möbel usw. Darüber hinaus erleichtert der CNC-Fräser die Thermoformung von Kunststoffen, indem er den Trimmvorgang automatisiert. CNC-Fräser tragen dazu bei, die Wiederholbarkeit der Teile und eine ausreichende Werksleistung sicherzustellen.
NUMERISCHE STEUERUNG
Die CNC-Technik, wie wir sie heute kennen, entstand Mitte des 20. Jahrhunderts. Sie geht zurück auf das Jahr 1952, die US Air Force und die Namen John Parsons und des Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, MA, USA. In der Produktion wurde sie erst in den frühen 1960er Jahren eingesetzt. Der eigentliche Boom kam in Form von CNC um das Jahr 1972 und ein Jahrzehnt später mit der Einführung erschwinglicher Mikrocomputer. Die Geschichte und Entwicklung dieser faszinierenden Technik wurde in vielen Veröffentlichungen ausführlich dokumentiert.
Im Fertigungsbereich und insbesondere im Bereich der Metallverarbeitung hat die CNC-Technologie eine Revolution ausgelöst. Schon damals, bevor Computer zur Standardausstattung in jedem Unternehmen und in vielen Haushalten wurden, hatten die mit CNC-Systemen ausgestatteten Werkzeugmaschinen ihren besonderen Platz in den Werkstätten. Die jüngste Entwicklung der Mikroelektronik und die nie endende Computerentwicklung, einschließlich ihrer Auswirkungen auf die CNC-Steuerung, haben im Fertigungssektor im Allgemeinen und in der Metallverarbeitungsindustrie im Besonderen erhebliche Veränderungen mit sich gebracht.
DEFINITION DER NUMERISCHEN STEUERUNG
In verschiedenen Veröffentlichungen und Artikeln wurden im Laufe der Jahre viele Beschreibungen verwendet, um zu definieren, was numerische Steuerung ist. Viele dieser Definitionen basieren auf derselben Idee, demselben Grundkonzept, verwenden nur unterschiedliche Formulierungen.
Die meisten der bekannten Definitionen lassen sich in einer relativ einfachen Aussage zusammenfassen:
Unter numerischer Steuerung versteht man den Betrieb von Werkzeugmaschinen mittels speziell codierter Anweisungen an das Maschinensteuerungssystem.
Die Anweisungen sind Kombinationen aus Buchstaben des Alphabets, Ziffern und ausgewählten Symbolen, beispielsweise einem Dezimalpunkt, dem Prozentzeichen oder den Klammersymbolen. Alle Anweisungen sind in einer logischen Reihenfolge und einer vorgegebenen Form geschrieben. Die Sammlung aller Anweisungen, die zur Bearbeitung eines Teils erforderlich sind, wird als NC-Programm, CNC-Programm oder Teileprogramm bezeichnet. Ein solches Programm kann für eine spätere Verwendung gespeichert und wiederholt verwendet werden, um jederzeit identische Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.
NC- und CNC-Technik
Streng genommen gibt es einen Unterschied in der Bedeutung der Abkürzungen NC und CNC. NC steht für die ursprüngliche numerische Steuerungstechnologie, während die Abkürzung CNC für die neuere computergestützte numerische Steuerungstechnologie steht, eine moderne Abwandlung ihres älteren Verwandten. In der Praxis ist CNC jedoch die bevorzugte Abkürzung. Um die korrekte Verwendung der einzelnen Begriffe zu klären, sehen Sie sich die Hauptunterschiede zwischen den NC- und den CNC-Systemen an.
Beide Systeme führen die gleichen Aufgaben aus, nämlich die Manipulation von Daten zum Zweck der Bearbeitung eines Teils. In beiden Fällen enthält das interne Design des Steuerungssystems die logischen Anweisungen, die die Daten verarbeiten. An diesem Punkt enden die Ähnlichkeiten.
Das NC-System (im Gegensatz zum CNC-System) verwendet feste logische Funktionen, die in die Steuereinheit integriert und fest verdrahtet sind. Diese Funktionen können vom Programmierer oder Maschinenbediener nicht geändert werden. Aufgrund der festen Schreibweise der Steuerlogik kann das NC-Steuerungssystem ein Teileprogramm interpretieren, lässt jedoch keine Änderungen zu, die außerhalb der Steuerung vorgenommen werden müssen, typischerweise in einer Büroumgebung. Außerdem erfordert das NC-System die obligatorische Verwendung von Lochstreifen zur Eingabe der Programminformationen.
Das moderne CNC-System, nicht jedoch das alte NC-System, verwendet einen internen Mikroprozessor (d. h. einen Computer). Dieser Computer enthält Speicherregister, in denen eine Vielzahl von Routinen gespeichert sind, die logische Funktionen manipulieren können. Das bedeutet, dass der Teileprogrammierer oder der Maschinenbediener das Programm der Steuerung selbst (an der Maschine) ändern kann, mit sofortigen Ergebnissen. Diese Flexibilität ist der größte Vorteil der CNC-Systeme und wahrscheinlich das Schlüsselelement, das zu einer so weit verbreiteten Verwendung der Technologie in der modernen Fertigung beigetragen hat. Die CNC-Programme und die logischen Funktionen werden als Softwareanweisungen auf speziellen Computerchips gespeichert. Sie werden nicht von den Hardwareverbindungen wie Drähten verwendet, die die logischen Funktionen steuern. Im Gegensatz zum NC-System wird das CNC-System synonym mit dem Begriff „softwired“ verwendet.
Bei der Beschreibung eines bestimmten Themas im Zusammenhang mit der numerischen Steuerungstechnologie wird üblicherweise entweder der Begriff NC oder CNC verwendet. Beachten Sie, dass NC im alltäglichen Sprachgebrauch auch CNC bedeuten kann, CNC sich jedoch niemals auf die hier unter der Abkürzung NC beschriebene Auftragstechnologie beziehen kann. Der Buchstabe „C“ steht für computerisiert und ist nicht auf fest verdrahtete Systeme anwendbar. Alle heute hergestellten Steuerungssysteme sind CNC-Systeme. Abkürzungen wie C&C oder C'n'C sind nicht korrekt und werfen ein schlechtes Licht auf jeden, der sie verwendet.
AGB
Absoluter Nullpunkt
Dies bezieht sich auf die Position aller Achsen, wenn sie sich an dem Punkt befinden, an dem die Sensoren sie physisch erkennen können. Eine absolute Nullposition wird normalerweise nach der Ausführung eines Home-Befehls erreicht.
Achse
Eine feste Referenzlinie, um die sich ein Objekt verschiebt oder dreht.
Kugelgewinde
Eine Kugelumlaufspindel ist ein mechanisches Gerät zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Linearbewegung. Sie besteht aus einer Kugelumlaufmutter, die in einer Spindel mit Präzisionsgewinde läuft.
CAD
Beim computergestützten Design (CAD) wird eine breite Palette computergestützter Werkzeuge eingesetzt, die Ingenieure, Architekten und andere Designfachleute bei ihren Designaktivitäten unterstützen.
CAM
Computergestützte Fertigung (CAM) ist die Verwendung einer breiten Palette computergestützter Softwaretools, die Ingenieure und CNC-Maschinisten bei der Herstellung oder Prototypisierung von Produktkomponenten unterstützen.
CNC
Die Abkürzung CNC steht für Computer Numerical Control und bezieht sich speziell auf einen Computer-„Controller“, der G-Code-Anweisungen liest und die Werkzeugmaschine steuert.
Controller
Ein Steuerungssystem ist ein Gerät oder eine Gruppe von Geräten, die das Verhalten anderer Geräte oder Systeme verwalten, steuern, lenken oder regeln.
Tageslicht
Dies ist der Abstand zwischen dem niedrigsten Teil des Werkzeugs und der Oberfläche des Maschinentisches. Der maximale Abstand bezieht sich auf den Abstand vom Tisch zum höchsten Punkt, den ein Werkzeug erreichen kann.
Bohrbanken
Diese auch als Multibohrer bezeichneten Sätze von Bohrern sind üblicherweise in Abständen von 32 mm angeordnet.
Vorschubgeschwindigkeit
Oder die Schnittgeschwindigkeit ist der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Schneidwerkzeug und der Oberfläche des Teils, an dem es arbeitet.
Vorrichtungsversatz
Dies ist ein Wert, der den Referenznullpunkt einer bestimmten Vorrichtung darstellt. Er entspricht dem Abstand in allen Achsen zwischen dem absoluten Nullpunkt und dem Vorrichtungsnullpunkt.
G-Code
G-Code ist eine gebräuchliche Bezeichnung für die Programmiersprache zur Steuerung von NC- und CNC-Werkzeugmaschinen.
Startseite
Dies ist der programmierte Referenzpunkt, auch als 0,0,0 bezeichnet, der entweder als absoluter Maschinennullpunkt oder als Vorrichtungsoffsetnullpunkt dargestellt wird.
Lineare und zirkulare Interpolation ist eine Methode zum Erstellen neuer Datenpunkte aus einem diskreten Satz bekannter Datenpunkte. Mit anderen Worten: Auf diese Weise berechnet das Programm den Schnittpfad eines vollständigen Kreises, wenn nur der Mittelpunkt und der Radius bekannt sind.
Maschine nach Hause
Dies ist die Standardposition aller Achsen der Maschine. Bei der Ausführung eines Homing-Befehls bewegen sich alle Antriebe in ihre Standardpositionen, bis sie einen Schalter oder Sensor erreichen, der ihnen das Stoppsignal gibt.
Nesten
Es bezieht sich auf den Prozess der effizienten Herstellung von Teilen aus Blechen. Mithilfe komplexer Algorithmen bestimmt eine Nesting-Software, wie die Teile so angeordnet werden, dass der verfügbare Bestand optimal genutzt wird.
Offsetdruck
Es bezieht sich auf den Abstand von der Mittellinienmessung, der von der CAM-Software stammt.
Huckepack-Werkzeuge
Mit diesem Begriff werden luftbetriebene Werkzeuge bezeichnet, die neben der Hauptspindel montiert sind.
Postprozessor
Software, die eine abschließende Verarbeitung der Daten durchführt, z. B. die Formatierung für die Anzeige, den Druck oder die Bearbeitung.
Programm Null
Dies ist der im Programm angegebene Referenzpunkt 0,0. In den meisten Fällen unterscheidet er sich vom Maschinennullpunkt.
Zahnstange und Ritzel
Eine Zahnstange und ein Ritzel sind Zahnräder, die eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandeln.
Spindel
Eine Spindel ist ein Hochfrequenzmotor, der mit einer Werkzeughalterung ausgestattet ist.
Spoilboard
Es wird auch als Opferplatte bezeichnet und ist das Material, das als Unterlage für das zu schneidende Material verwendet wird. Es kann aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt werden, am gebräuchlichsten sind MDF und Spanplatten.
Werkzeugbeladung
Damit ist der Druck gemeint, der auf ein Werkzeug ausgeübt wird, während es Material schneidet.
Werkzeuggeschwindigkeit
Sie wird auch Spindeldrehzahl genannt. Dabei handelt es sich um die Rotationsfrequenz der Spindel der Maschine, gemessen in Umdrehungen pro Minute (U/min).
Werkzeugbau
Überraschenderweise sind die Werkzeuge oft der am wenigsten verstandene Aspekt einer CNC-Maschine. Da sie das Element sind, das die Schnittqualität und die Schnittgeschwindigkeit am meisten beeinflusst, sollten Bediener mehr Zeit darauf verwenden, sich mit diesem Thema zu befassen.
Schneidwerkzeuge bestehen normalerweise aus drei verschiedenen Materialien: Schnellarbeitsstahl, Hartmetall und Diamant.
Schnellarbeitsstahl (HSS)
HSS ist von den drei Materialien das schärfste und preisgünstigste, es nutzt sich jedoch am schnellsten ab und sollte nur für nicht abrasive Materialien verwendet werden. Es muss häufig gewechselt und geschärft werden und wird daher hauptsächlich dann eingesetzt, wenn der Bediener für eine spezielle Arbeit ein individuelles Profil im eigenen Haus schneiden muss.
Vollhartmetall
Hartmetallwerkzeuge gibt es in verschiedenen Formen: mit Hartmetallspitze, Hartmetalleinsätze und Vollhartmetallwerkzeuge. Bedenken Sie, dass Hartmetall nicht gleich Hartmetall ist, da die Kristallstruktur je nach Hersteller dieser Werkzeuge stark variiert. Daher reagieren diese Werkzeuge unterschiedlich auf Hitze, Vibration, Stöße und Schnittbelastungen. Im Allgemeinen verschleißen und splittern kostengünstige Hartmetallwerkzeuge schneller als teurere Markenwerkzeuge.
Siliziumkarbidkristalle werden in ein Kobaltbindemittel eingebettet, um das Werkzeug zu bilden. Wenn das Werkzeug erhitzt wird, verliert das Kobaltbindemittel seine Fähigkeit, die Karbidkristalle festzuhalten, und es wird stumpf. Gleichzeitig füllt sich der Hohlraum, der durch das fehlende Karbid entsteht, mit Verunreinigungen aus dem zu schneidenden Material, was den Abstumpfungsprozess verstärkt.
Diamantwerkzeuge
Die Preise für diese Werkzeugkategorie sind in den letzten Jahren gesunken. Aufgrund ihrer bemerkenswerten Abriebfestigkeit eignen sie sich ideal zum Schneiden von Materialien wie Hochdrucklaminaten oder MDF. Einige behaupten, dass sie bis zu 100-mal haltbarer sind als Hartmetall. Werkzeuge mit Diamantspitze neigen zum Absplittern oder Reißen, wenn sie auf einen eingewachsenen Nagel oder einen harten Ast treffen. Einige Hersteller verwenden Diamantwerkzeuge zum Grobschneiden abrasiver Materialien und wechseln dann für die Feinbearbeitung zu Hartmetall- oder Wendeschneidwerkzeugen.
Werkzeuggeometrie
Shank
Der Schaft ist der Teil des Werkzeugs, der vom Werkzeughalter gehalten wird. Es ist der Teil des Werkzeugs, der keine Spuren einer Bearbeitung aufweist. Der Schaft muss frei von Verunreinigungen, Oxidation und Kratzern gehalten werden.
Schnittdurchmesser
Dies ist der Durchmesser oder die Breite des Schnitts, den das Werkzeug erzeugt.
Schnittlänge
Dies ist die effektive Schnitttiefe des Werkzeugs oder wie tief das Werkzeug in das Material schneiden kann.
Flöten
Dies ist der Teil des Werkzeugs, der das geschnittene Material herausfördert. Die Anzahl der Nuten eines Fräsers ist für die Bestimmung der Spanlast von Bedeutung.
Werkzeugprofil
Es gibt viele Profile von Werkzeugen in dieser Kategorie. Die wichtigsten sind Aufwärts- und Abwärtsspiralen, Kompressionsspiralen,
Schrupp-, Schlicht-, Flachspiral- und Geradschnittwerkzeuge. Alle sind in einer Kombination aus einer bis vier Schneiden erhältlich.
Durch die Aufwärtsspirale werden die Späne nach oben aus dem Schnitt geschleudert. Dies ist gut für Blindschnitte oder gerade nach unten gerichtete Bohrungen. Diese Werkzeuggeometrie fördert jedoch das Anheben und neigt dazu, die Oberkante des zu schneidenden Materials herauszureißen.
Downcut-Spiralwerkzeuge drücken die Späne nach unten in den Schnitt, was zwar tendenziell den Halt des Teils verbessert, in bestimmten Situationen jedoch zu Verstopfungen und Überhitzung führen kann. Dieses Werkzeug neigt außerdem dazu, die Unterkante des zu schneidenden Materials herauszureißen.
Sowohl die Aufwärts- als auch die Abwärtsspiralwerkzeuge sind mit einer Schrupp-, Spanbrecher- oder Schlichtschneide ausgestattet.
Kompressionsspiralen sind eine Kombination aus aufwärts und abwärts geschnittenen Nuten.
Kompressionswerkzeuge drücken die Späne von den Kanten weg zur Mitte des Materials und werden beim Schneiden doppelseitiger Laminate oder wenn das Ausreißen der Kanten ein Problem darstellt, verwendet.
Spiralbohrer mit niedriger oder hoher Spiralhöhe werden zum Schneiden weicherer Materialien wie Kunststoff und Schaumstoff verwendet, wenn Schweißen und Spanabfuhr von entscheidender Bedeutung sind.
Chiplast
Der wichtigste Faktor zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer ist die Ableitung der vom Werkzeug aufgenommenen Wärme. Dies gelingt am schnellsten, indem man mehr Material abschneidet, statt langsamer vorzugehen. Späne entziehen dem Werkzeug mehr Wärme als Staub. Außerdem entsteht durch das Reiben des Werkzeugs am Material Reibung, die sich in Wärme umwandelt.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor beim Streben nach einer Verlängerung der Werkzeuglebensdauer besteht darin, das Werkzeug, die Spannzange und den Werkzeughalter sauber und frei von Ablagerungen oder Korrosion zu halten und so durch unausgeglichene Werkzeuge verursachte Vibrationen zu verringern.
Die Dicke des von jedem Zahn des Werkzeugs entfernten Materials wird als Spanlast bezeichnet.
Die Formel zur Berechnung der Spanlast lautet wie folgt:
Spanvolumen = Vorschubgeschwindigkeit / U/min / Anzahl der Schneiden
Bei erhöhter Spanlast erhöht sich die Standzeit des Werkzeugs, während die Zykluszeit verkürzt wird. Darüber hinaus lässt sich mit einem breiten Spektrum an Spanlasten eine gute Kantengüte erzielen. Um den optimalen Wert zu ermitteln, sehen Sie am besten in der Spanlasttabelle des Werkzeugherstellers nach. Die empfohlenen Spanlasten liegen normalerweise zwischen 0.003" und 0.03" bzw. 0.07 mm und 0.7 mm.
Zubehör
Etikettendruck
Diese Option wird in der Branche immer beliebter, insbesondere seit CNC-Maschinen immer stärker in die gesamte Geschäftsformel integriert werden. Der Controller kann an die Verkaufs- oder Planungssoftware angeschlossen werden und Teileetiketten werden gedruckt, sobald das Teil bearbeitet wurde. Einige Anbieter verwenden Etiketten, um übrig gebliebenes Material zu kennzeichnen, damit es später leicht wiedergefunden werden kann.
Optische Lesegeräte
Diese sogenannten Barcode-Lesegeräte können in die Steuerung integriert werden, sodass ein Programm durch Scannen eines Barcodes im Arbeitsplan aufgerufen werden kann. Diese Option spart wertvolle Zeit, da der Programmladevorgang automatisiert wird.
Tastköpfe
Diese Messgeräte gibt es in verschiedenen Formen und sie erfüllen viele verschiedene Funktionen. Einige Sonden messen lediglich die Oberfläche h8, um bei empfindlichen Anwendungen eine korrekte Ausrichtung sicherzustellen. Andere Sonden können die Oberfläche eines dreidimensionalen Objekts automatisch scannen, um sie später zu reproduzieren.
Werkzeuglängensensor
Ein Werkzeuglängensensor fungiert als Sonde, die den Abstand bzw. die Distanz zwischen dem Ende des Fräsers und der Oberfläche des Arbeitsbereichs misst und diese Zahl in die Werkzeugparameter der Steuerung eingibt. Diese kleine Ergänzung erspart dem Bediener den langwierigen Prozess, der bei jedem Werkzeugwechsel erforderlich ist.
Laserprojektoren
Diese Geräte wurden erstmals in der Möbelindustrie in CNC-Lederschneidern eingesetzt. Ein über dem CNC-Arbeitstisch montierter Laserprojektor projiziert ein Bild des zu schneidenden Teils. Dies vereinfacht die Positionierung des Rohlings auf dem Tisch erheblich, um Defekte und andere Probleme zu vermeiden.
Schneideplotter
In der Schilderindustrie sieht man häufig einen Vinylmesseraufsatz. Dabei handelt es sich um einen Fräser, der an der Hauptspindel oder an der Seite angebracht werden kann und über ein frei drehbares Messer verfügt, dessen Druck mit einem Knopf eingestellt werden kann. Mit diesem Aufsatz kann der Benutzer seinen CNC-Fräser in einen Plotter verwandeln, um Vinylmasken zum Sandstrahlen oder Vinylbuchstaben und -logos für LKWs und Schilder herzustellen.
Kühlmittelspender
Kaltluftpistolen oder Zerstäuber für Schneidflüssigkeit werden mit einer Oberfräse zum Schneiden von Aluminium oder anderen Nichteisenmetallen verwendet. Diese Aufsätze blasen einen Kaltluftstrahl oder einen Sprühnebel aus Schneidflüssigkeit in die Nähe des Schneidwerkzeugs, um sicherzustellen, dass es während der Arbeit kühl bleibt.
Graveur
Graviergeräte sind an der Hauptspindel montiert und bestehen aus einem schwebenden Kopf, der ein Graviermesser mit kleinem Durchmesser hält, das sich mit 20,000 bis 40,000 U/min dreht. Der schwebende Kopf sorgt dafür, dass die Gravurtiefe konstant bleibt, auch wenn sich die Materialstärke ändert. Diese Option wird am häufigsten in der Schilderherstellung verwendet, obwohl Trophäenhersteller, Gitarrenbauer und Tischlerwerkstätten sie für Intarsienarbeiten verwenden.
Rotierende Achse
Eine Drehachse entlang der X- oder Y-Achse kann den Fräser in eine CNC-Drehmaschine verwandeln. Einige dieser Drehachsen sind einfach nur eine rotierende Spindel, während andere indexierbar sind, was bedeutet, dass sie zum Schnitzen komplizierter Teile verwendet werden können.
Schwimmender Schneidkopf
Schwimmende Schneidköpfe halten den Fräser in einem bestimmten Abstand von h8 zur Oberfläche des zu schneidenden Materials. Dies ist wichtig, wenn Merkmale auf die Oberfläche eines Teils geschnitten werden, das möglicherweise keine ebene Oberfläche aufweist. Ein Beispiel hierfür ist das Schneiden einer V-Nut auf der Oberfläche eines Esstischs.
Plasma Schneider
Plasmaschneider sind eine Zusatzausstattung einiger Maschinen und ermöglichen dem Benutzer, Blechteile unterschiedlicher Dicke zu schneiden.
Aggregierte Werkzeuge
Aggregatewerkzeuge können für viele Operationen verwendet werden, die mit einem geraden Fräser nicht ausgeführt werden können.
KONVENTIONELLE UND CNC-BEARBEITUNG
Was macht die CNC-Bearbeitung den konventionellen Verfahren überlegen? Ist sie überhaupt überlegen? Wo liegen die Hauptvorteile? Vergleicht man die CNC- und die konventionellen Bearbeitungsverfahren, ergibt sich ein allgemeiner Ansatz für die Bearbeitung eines Teils:
1. Besorgen und studieren Sie die Zeichnung
2. Wählen Sie die am besten geeignete Bearbeitungsmethode
3. Entscheiden Sie sich für die Einrichtungsmethode (Werkstückspannung)
4. Wählen Sie die Schneidwerkzeuge
5. Geschwindigkeiten und Vorschübe festlegen
6. Das Teil bearbeiten
Der grundlegende Ansatz ist für beide Bearbeitungsarten gleich. Der Hauptunterschied besteht in der Art und Weise, wie verschiedene Daten eingegeben werden. Eine Vorschubgeschwindigkeit von 10 Zoll pro Minute (10 in/min) ist bei manueller Bearbeitung gleich.
Oder CNC-Anwendungen, aber nicht die Methode ihrer Anwendung. Dasselbe gilt für ein Kühlmittel – es kann durch Drehen eines Knopfs, Drücken eines Schalters oder Programmieren eines speziellen Codes aktiviert werden. Alle diese Aktionen führen dazu, dass ein Kühlmittel aus einer Düse strömt. Bei beiden Arten der Bearbeitung ist ein gewisses Maß an Wissen seitens des Benutzers erforderlich. Schließlich ist die Metallbearbeitung, insbesondere das Metallschneiden, in erster Linie eine Fertigkeit, aber es ist auch in hohem Maße eine Kunst und ein Beruf, den viele Menschen ausüben. Dasselbe gilt für die Anwendung der computergestützten numerischen Steuerung. Wie bei jeder Fertigkeit, Kunst oder jedem Beruf ist die Beherrschung bis ins letzte Detail notwendig, um erfolgreich zu sein. Man braucht mehr als technisches Wissen, um ein CNC-Maschinist oder CNC-Programmierer zu sein. Berufserfahrung, Intuition und das, was manchmal als „Bauchgefühl“ bezeichnet wird, sind eine dringend notwendige Ergänzung jeder Fertigkeit.
Bei der konventionellen Bearbeitung richtet der Maschinenbediener die Maschine ein und bewegt jedes Schneidwerkzeug mit einer oder beiden Händen, um das gewünschte Teil herzustellen. Das Design einer manuellen Werkzeugmaschine bietet viele Funktionen, die den Prozess der Teilebearbeitung erleichtern – Hebel, Griffe, Zahnräder und Zifferblätter, um nur einige zu nennen. Die gleichen Körperbewegungen werden vom Bediener für jedes Teil in der Charge wiederholt. Allerdings bedeutet das Wort „gleich“ in diesem Zusammenhang eigentlich „ähnlich“ und nicht „identisch“. Menschen sind nicht in der Lage, jeden Prozess jederzeit genau gleich zu wiederholen – das ist die Aufgabe der Maschinen. Menschen können nicht immer auf dem gleichen Leistungsniveau arbeiten, ohne Pause. Jeder von uns hat gute und schlechte Momente. Die Ergebnisse dieser Momente sind bei der Bearbeitung eines Teils schwer vorherzusagen. Es wird einige Unterschiede und Inkonsistenzen innerhalb jeder Teilecharge geben. Die Teile werden nicht immer genau gleich sein. Die Einhaltung von Maßtoleranzen und Oberflächenqualität sind die typischsten Probleme bei der konventionellen Bearbeitung. Einzelne Maschinisten haben möglicherweise ihre Kollegen. Die Kombination dieser und anderer Faktoren führt zu großen Inkonsistenzen.
Die Bearbeitung unter numerischer Steuerung beseitigt die meisten Unstimmigkeiten. Sie erfordert nicht den gleichen physischen Einsatz wie die Bearbeitung. Numerisch
Für die kontrollierte Bearbeitung sind keine Hebel, Drehknöpfe oder Griffe erforderlich, zumindest nicht im gleichen Sinne wie für die konventionelle Bearbeitung. Sobald sich das Teileprogramm bewährt hat, kann es beliebig oft verwendet werden und liefert stets konsistente Ergebnisse. Das bedeutet jedoch nicht, dass es keine einschränkenden Faktoren gibt. Die Schneidwerkzeuge verschleißen, der Materialrohling einer Charge ist nicht identisch mit dem Materialrohling einer anderen Charge, die Einstellungen können unterschiedlich sein usw. Diese Faktoren müssen berücksichtigt und bei Bedarf ausgeglichen werden.
Das Aufkommen der numerischen Steuerung bedeutet nicht das sofortige oder gar langfristige Ende aller manuellen Maschinen. Es gibt Zeiten, in denen eine traditionelle Bearbeitungsmethode einer computergestützten Methode vorzuziehen ist. Beispielsweise kann ein einfacher, einmaliger Auftrag auf einer manuellen Maschine effizienter ausgeführt werden als auf einer CNC-Maschine. Bestimmte Arten von Bearbeitungsaufträgen profitieren von manueller oder halbautomatischer Bearbeitung gegenüber numerisch gesteuerter Bearbeitung. Die CNC-Werkzeugmaschinen sollen nicht alle manuellen Maschinen ersetzen, sondern nur ergänzen.
In vielen Fällen basiert die Entscheidung, ob bestimmte Bearbeitungen auf einer CNC-Maschine durchgeführt werden oder nicht, ausschließlich auf der Anzahl der benötigten Teile. Obwohl das Volumen der pro Charge bearbeiteten Teile immer ein wichtiges Kriterium ist, sollte es nie der einzige Faktor sein.
Auch die Komplexität des Teils, seine Toleranzen, die erforderliche Qualität der Oberflächenbeschaffenheit usw. müssen berücksichtigt werden. Oftmals profitiert ein einzelnes komplexes Teil von der CNC-Bearbeitung, während dies bei fünfzig relativ einfachen Teilen nicht der Fall ist.
Bedenken Sie, dass die numerische Steuerung noch nie ein einzelnes Teil allein bearbeitet hat. Die numerische Steuerung ist nur ein Prozess oder eine Methode, die es ermöglicht, eine Werkzeugmaschine produktiv, genau und konsistent zu nutzen.
VORTEILE DER NUMERISCHEN STEUERUNG
Was sind die Hauptvorteile der numerischen Steuerung?
Es ist wichtig zu wissen, welche Bereiche der Bearbeitung davon profitieren und welche besser auf herkömmliche Weise erledigt werden können. Es ist absurd zu glauben, dass eine 2 PS starke CNC-Fräse Aufträge übernehmen kann, die derzeit auf einer zwanzigmal stärkeren manuellen Fräse erledigt werden. Ebenso unvernünftig sind Erwartungen, dass Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubgeschwindigkeiten gegenüber einer herkömmlichen Maschine deutlich verbessert werden. Wenn die Bearbeitungs- und Werkzeugbedingungen gleich sind, wird die Schnittzeit in beiden Fällen sehr ähnlich sein.
Einige der wichtigsten Bereiche, in denen der CNC-Benutzer Verbesserungen erwarten kann und sollte:
1. Verkürzung der Rüstzeit
2. Verkürzung der Vorlaufzeit
3. Genauigkeit und Wiederholbarkeit
4. Konturierung komplexer Formen
5. Vereinfachte Werkzeug- und Werkstückspannung
6. Konstante Schnittzeit
7. Allgemeine Produktivitätssteigerung
Jeder Bereich bietet nur eine potenzielle Verbesserung. Einzelne Benutzer werden tatsächlich unterschiedliche Grade der Verbesserung feststellen, abhängig vom vor Ort hergestellten Produkt, der verwendeten CNC-Maschine, den Einrichtungsmethoden, der Komplexität der Vorrichtungen, der Qualität der Schneidwerkzeuge, der Managementphilosophie und dem technischen Design, dem Erfahrungsniveau der Belegschaft, den Einstellungen der einzelnen Benutzer usw.
Reduzierung der Rüstzeit
In vielen Fällen kann die Rüstzeit für eine CNC-Maschine verkürzt werden, manchmal sogar ganz erheblich. Es ist wichtig zu wissen, dass die Einrichtung ein manueller Vorgang ist, der stark von der Leistung des CNC-Bedieners, der Art der Vorrichtung und den allgemeinen Praktiken der Maschinenwerkstatt abhängt. Rüstzeit ist unproduktiv, aber notwendig – sie ist Teil der Gemeinkosten des Geschäftsbetriebs. Die Rüstzeit auf ein Minimum zu beschränken, sollte eine der Hauptüberlegungen jedes Werkstattleiters, Programmierers und Bedieners sein.
Aufgrund der Konstruktion von CNC-Maschinen sollte die Rüstzeit kein großes Problem darstellen. Modulare Vorrichtungen, Standardwerkzeuge, feste Positionierer, automatischer Werkzeugwechsel, Paletten und andere erweiterte Funktionen machen die Rüstzeit effizienter als vergleichbare Rüstzeiten bei herkömmlichen Maschinen. Mit guten Kenntnissen der modernen Fertigung kann die Produktivität erheblich gesteigert werden.
Die Anzahl der in einem Setup bearbeiteten Teile ist ebenfalls wichtig, um die Kosten der Rüstzeit zu ermitteln. Wenn in einem Setup eine große Anzahl von Teilen bearbeitet wird, können die Rüstkosten pro Teil sehr gering sein. Eine sehr ähnliche Reduzierung kann durch die Gruppierung mehrerer verschiedener Vorgänge in einem einzigen Setup erreicht werden. Selbst wenn die Rüstzeit länger ist, kann sie im Vergleich zur Zeit, die zum Rüsten mehrerer herkömmlicher Maschinen erforderlich ist, gerechtfertigt sein.
Reduzierung der Durchlaufzeit
Sobald ein Teileprogramm geschrieben und erprobt ist, kann es auch kurzfristig wieder verwendet werden. Obwohl die Vorlaufzeit für den ersten Durchlauf normalerweise länger ist, beträgt sie für alle nachfolgenden Durchläufe praktisch null. Selbst wenn eine technische Änderung des Teiledesigns eine Programmänderung erfordert, kann dies normalerweise schnell durchgeführt werden, wodurch die Vorlaufzeit verkürzt wird.
Die lange Vorlaufzeit, die für die Konstruktion und Herstellung mehrerer spezieller Vorrichtungen für herkömmliche Maschinen erforderlich ist, kann häufig durch die Vorbereitung eines Teileprogramms und die Verwendung vereinfachter Vorrichtungen verkürzt werden.
Genauigkeit und Wiederholbarkeit
Der hohe Grad an Genauigkeit und Wiederholbarkeit moderner CNC-Maschinen ist für viele Benutzer der einzige große Vorteil. Egal, ob das Teileprogramm auf einer Diskette oder im Computerspeicher oder sogar auf einem Band (die ursprüngliche Methode) gespeichert ist, es bleibt immer gleich. Jedes Programm kann nach Belieben geändert werden, aber sobald es sich bewährt hat, sind normalerweise keine Änderungen mehr erforderlich. Ein bestimmtes Programm kann beliebig oft wiederverwendet werden, ohne dass ein einziges darin enthaltenes Datenbit verloren geht. Zwar muss das Programm veränderlichen Faktoren wie Werkzeugverschleiß und Betriebstemperaturen entsprechen und sicher gespeichert werden, aber im Allgemeinen ist nur sehr wenig Eingreifen des CNC-Programmierers oder -Bedieners erforderlich. Die hohe Genauigkeit von CNC-Maschinen und ihre Wiederholbarkeit ermöglichen die immer wieder konstante Herstellung qualitativ hochwertiger Teile.
Konturierung komplexer Formen
CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren können Konturen verschiedenster Formen herstellen. Viele CNC-Benutzer haben ihre Maschinen nur gekauft, um komplexe Teile bearbeiten zu können. Gute Beispiele sind CNC-Anwendungen in der Flugzeug- und Automobilindustrie. Die Verwendung einer Form computergestützter Programmierung ist für jede dreidimensionale Werkzeugpfadgenerierung praktisch obligatorisch.
Komplexe Formen, wie Gussformen, können ohne die zusätzlichen Kosten für die Herstellung eines Modells zum Nachzeichnen hergestellt werden. Gespiegelte Teile können buchstäblich auf Knopfdruck, mit Schablonen, Holzmodellen und anderen Werkzeugen zur Musterherstellung hergestellt werden.
Vereinfachte Werkzeug- und Werkstückhalterung
Durch die Verwendung von Standardwerkzeugen, die speziell für numerische Steuerungen entwickelt wurden, können keine Standard- und selbstgebauten Werkzeuge ersetzt werden, die die Werkbänke und Schubladen rund um eine herkömmliche Maschine verstopfen. Mehrstufige Werkzeuge wie Pilotbohrer, Stufenbohrer, Kombinationswerkzeuge, Senkbohrer und andere werden durch mehrere einzelne Standardwerkzeuge ersetzt. Diese Werkzeuge sind oft billiger und einfacher zu ersetzen als spezielle und nicht standardmäßige Werkzeuge. Kostensenkungsmaßnahmen haben viele Werkzeuglieferanten gezwungen, ihre Produktion niedrig oder sogar ganz aufzugeben. Standardwerkzeuge von der Stange sind normalerweise schneller erhältlich als nicht standardmäßige Werkzeuge.
Vorrichtungen und Werkstückhalterungen für CNC-Maschinen haben nur einen Hauptzweck: das Teil für alle Teile einer Charge starr und in derselben Position zu halten. Für CNC-Arbeiten konzipierte Vorrichtungen erfordern normalerweise keine Spannvorrichtungen, Führungslöcher und andere Lochpositionierungshilfen.
Verkürzung der Arbeitszeit und Steigerung der Produktivität
Die Bearbeitungszeit der CNC-Maschine wird allgemein als Zykluszeit bezeichnet und ist immer gleich. Anders als bei einer herkömmlichen Bearbeitung, bei der die Fähigkeiten, die Erfahrung und die persönliche Ermüdung des Bedieners schwanken können, wird die CNC-Bearbeitung von einem Computer gesteuert. Der geringe Anteil manueller Arbeit beschränkt sich auf das Einrichten und das Laden und Entladen des Teils. Bei großen Chargenläufen werden die hohen Kosten der unproduktiven Zeit auf viele Teile verteilt, wodurch sie weniger ins Gewicht fallen. Der Hauptvorteil einer gleichbleibenden Bearbeitungszeit liegt bei sich wiederholenden Aufträgen, bei denen die Produktionsplanung und Arbeitszuweisung an einzelne Werkzeugmaschinen sehr genau erfolgen kann.
Der Hauptgrund, warum Unternehmen häufig CNC-Maschinen kaufen, ist rein wirtschaftlicher Natur – es handelt sich um eine ernsthafte Investition. Außerdem ist jedem Betriebsleiter ein Wettbewerbsvorteil wichtig. Die numerische Steuerungstechnologie bietet hervorragende Möglichkeiten, die Fertigungsproduktivität deutlich zu verbessern und die Gesamtqualität der hergestellten Teile zu steigern. Wie jedes Mittel muss sie mit Bedacht und Sachkenntnis eingesetzt werden. Da immer mehr Unternehmen die CNC-Technologie einsetzen, bietet der bloße Besitz einer CNC-Maschine keinen zusätzlichen Vorteil mehr. Die Unternehmen, die die Nase vorn haben, sind diejenigen, die wissen, wie man die Technologie effizient einsetzt und sie einsetzt, um in der globalen Wirtschaft wettbewerbsfähig zu sein.
Um eine deutliche Produktivitätssteigerung zu erreichen, ist es wichtig, dass die Benutzer die grundlegenden Prinzipien verstehen, auf denen die CNC-Technologie basiert. Diese Prinzipien können viele Formen annehmen, z. B. das Verständnis der elektronischen Schaltkreise, komplexer Kontaktplandiagramme, Computerlogik, Messtechnik, Maschinendesign, Maschinenprinzipien und -praktiken und viele andere. Jedes dieser Prinzipien muss von der verantwortlichen Person studiert und beherrscht werden. In diesem Handbuch liegt der Schwerpunkt auf den Themen, die sich direkt auf die CNC-Programmierung und das Verständnis der gängigsten CNC-Werkzeugmaschinen, der Bearbeitungszentren und der Drehmaschinen (manchmal auch Drehzentren genannt) beziehen. Die Berücksichtigung der Teilequalität sollte für jeden Programmierer und Werkzeugmaschinenbediener sehr wichtig sein, und dieses Ziel spiegelt sich auch im Handbuchansatz sowie in zahlreichen Beispielen wider.
Arten von CNC-Werkzeugmaschinen
Die verschiedenen Arten von CNC-Maschinen decken eine extrem große Vielfalt ab. Ihre Zahl nimmt mit fortschreitender Technologieentwicklung rapide zu. Es ist unmöglich, alle Anwendungen aufzuzählen; sie würden eine lange Liste ergeben. Hier ist eine kurze Liste einiger Gruppen, zu denen CNC-Maschinen gehören können:
1. Fräsen und Bearbeitungszentren
2. Drehmaschinen und Drehzentren
3. Bohrmaschinen
4. Bohrwerke und Profiler
5. Erodiermaschinen
6. Stanzpressen und Scheren
7. Brennschneidmaschinen
8. Router
9. Wasserstrahl- und Laserprofilsensoren
10. Rundschleifmaschinen
11. Schweißmaschinen
12. Biegemaschinen, Wickel- und Spinnmaschinen usw.
CNC-Bearbeitungszentren und Drehmaschinen dominieren die Anzahl der Installationen in der Industrie. Diese beiden Gruppen teilen sich den Markt ungefähr zu gleichen Teilen. Einige Branchen haben je nach Bedarf möglicherweise einen höheren Bedarf an einer Maschinengruppe. Man muss bedenken, dass es viele verschiedene Arten von Drehmaschinen und ebenso viele verschiedene Arten von Bearbeitungszentren gibt. Der Programmiervorgang für eine vertikale Maschine ist jedoch ähnlich dem für eine horizontale Maschine oder eine einfache CNC-Fräse. Selbst zwischen verschiedenen Maschinengruppen gibt es eine große Anzahl allgemeiner Anwendungen und der Programmiervorgang ist im Allgemeinen derselbe. Beispielsweise hat eine mit einem Schaftfräser gefräste Kontur viel mit einer mit einem Draht geschnittenen Kontur gemeinsam.
Fräsen und Bearbeitungszentren
Die Standardanzahl der Achsen einer Fräsmaschine beträgt 3: die X-, Y- und Z-Achse. Der auf einem Frässystem eingestellte Teil ist ein Schneidwerkzeug, das sich dreht und auf und ab (oder hinein und heraus) bewegt werden kann, aber physisch nicht dem Werkzeugpfad folgt.
CNC-Fräsen, manchmal auch CNC-Fräsmaschinen genannt, sind normalerweise kleine, einfache Maschinen ohne Werkzeugwechsler oder andere automatische Funktionen. Ihre Nennleistung ist oft recht gering. In der Industrie werden sie für die Werkzeugraumarbeit, Wartungszwecke oder die Produktion kleiner Teile verwendet. Im Gegensatz zu CNC-Bohrern sind sie normalerweise für die Konturbearbeitung ausgelegt.
CNC-Bearbeitungszentren sind beliebter und effizienter als Bohr- und Fräsmaschinen, vor allem aufgrund ihrer Flexibilität. Der Hauptvorteil eines CNC-Bearbeitungszentrums ist die Möglichkeit,
mehrere verschiedene Vorgänge in einem einzigen Setup. Beispielsweise können Bohren, Ausbohren, Senken, Gewindeschneiden, Plansenken und Konturfräsen in ein einziges CNC-Programm integriert werden. Darüber hinaus wird die Flexibilität durch automatischen Werkzeugwechsel mithilfe von Paletten zur Minimierung von Leerlaufzeiten, Indexierung auf eine andere Seite des Teils, Verwendung einer Drehbewegung zusätzlicher Achsen und eine Reihe anderer Funktionen verbessert. CNC-Bearbeitungszentren können mit spezieller Software ausgestattet werden, die die Geschwindigkeiten und Vorschübe, die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs, die automatische Messung und Versatzanpassung während des Prozesses sowie andere produktionssteigernde und zeitsparende Geräte steuert.
Es gibt zwei Grundausführungen eines typischen CNC-Bearbeitungszentrums. Es gibt das vertikale und das horizontale Bearbeitungszentrum. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Typen ist die Art der Arbeiten, die auf ihnen effizient erledigt werden können. Für ein vertikales CNC-Bearbeitungszentrum sind flache Teile am besten geeignet, die entweder an der Vorrichtung auf dem Tisch montiert oder in einem Schraubstock oder einem Spannfutter eingespannt sind. Arbeiten, die die Bearbeitung von zwei oder mehr Flächen in einer einzigen Aufspannung erfordern, lassen sich besser auf einem horizontalen CNC-Bearbeitungszentrum erledigen. Ein gutes Beispiel sind Pumpengehäuse und andere kubische Formen. Einige Mehrflächenbearbeitungen kleiner Teile können auch auf einem vertikalen CNC-Bearbeitungszentrum mit Drehtisch durchgeführt werden.
Der Programmiervorgang ist bei beiden Ausführungen gleich, allerdings wird bei der horizontalen Ausführung eine zusätzliche Achse (normalerweise eine B-Achse) hinzugefügt. Diese Achse ist entweder eine einfache Positionierachse (Indexierungsachse) für den Tisch oder eine vollrotative Achse für die simultane Konturbearbeitung.
Dieses Handbuch konzentriert sich auf die Anwendung von CNC-Vertikalbearbeitungszentren, wobei ein spezieller Abschnitt die horizontale Einrichtung und Bearbeitung behandelt. Die Programmiermethoden sind auch auf kleine CNC-Fräsen oder Bohr- und/oder Gewindeschneidmaschinen anwendbar, aber der Programmierer muss deren Einschränkungen berücksichtigen.
Drehmaschinen und Drehzentren
Eine CNC-Drehmaschine ist normalerweise eine Werkzeugmaschine mit zwei Achsen, der vertikalen X-Achse und der horizontalen Z-Achse. Der Hauptunterschied zwischen einer Drehmaschine und einer Fräse besteht darin, dass sich das Werkstück um die Mittellinie der Maschine dreht. Außerdem ist das Schneidwerkzeug normalerweise stationär und in einem verschiebbaren Revolver montiert. Das Schneidwerkzeug folgt der Kontur des programmierten Werkzeugwegs. Bei einer CNC-Drehmaschine mit Fräsaufsatz, sogenanntem Live Tooling, verfügt das Fräswerkzeug über einen eigenen Motor und dreht sich, während die Spindel stationär ist.
Moderne Drehmaschinen können horizontal oder vertikal konstruiert sein. Der horizontale Typ ist weitaus gebräuchlicher als der vertikale Typ, es gibt jedoch beide Konstruktionsarten für beide Gruppen. Eine typische CNC-Drehmaschine der horizontalen Gruppe kann beispielsweise mit Flachbett oder Schrägbett, als Stangentyp, Futtertyp oder Universaltyp konstruiert sein. Zusammen mit diesen Kombinationen oder vielen Zubehörteilen ist eine CNC-Drehmaschine eine äußerst flexible Werkzeugmaschine. Typischerweise sind Zubehörteile wie ein Reitstock, Lünetten oder Nachlauflünetten, Teilefänger, Ausziehfinger und sogar ein Fräsaufsatz für die dritte Achse beliebte Komponenten einer CNC-Drehmaschine. Eine CNC-Drehmaschine kann sehr vielseitig sein – so vielseitig, dass sie häufig als CNC-Drehzentrum bezeichnet wird. In allen Texten und Programmbeispielen in diesem Handbuch wird der traditionellere Begriff CNC-Drehmaschine verwendet, aber dennoch werden alle modernen Funktionen berücksichtigt.
PERSONAL FÜR CNC
Computer und Werkzeugmaschinen besitzen keine Intelligenz. Sie können nicht denken und eine Station nicht rational bewerten. Das können nur Menschen mit bestimmten Fähigkeiten und Kenntnissen. Im Bereich der numerischen Steuerung liegen die Fähigkeiten normalerweise in den Händen von zwei Schlüsselpersonen: einer für die Programmierung und der andere für die Bearbeitung. Ihre jeweilige Anzahl und ihre Aufgaben hängen normalerweise von den Unternehmenspräferenzen, der Größe des Unternehmens und dem dort hergestellten Produkt ab. Jede Position ist jedoch recht unterschiedlich, obwohl viele Unternehmen die beiden Funktionen zu einer einzigen kombinieren, die oft als CNC-Programmierer/-Bediener bezeichnet wird.
CNC-Programmierer
Der CNC-Programmierer ist normalerweise die Person mit der größten Verantwortung in der CNC-Werkstatt. Diese Person ist oft für den Erfolg der numerischen Steuerungstechnologie in der Anlage verantwortlich. Ebenso wird diese Person für Probleme im Zusammenhang mit den CNC-Vorgängen verantwortlich gemacht.
Obwohl die Aufgaben unterschiedlich sein können, ist der Programmierer auch für eine Reihe von Aufgaben im Zusammenhang mit der effektiven Nutzung der CNC-Maschinen verantwortlich. Tatsächlich ist diese Person oft für die Produktion und Qualität aller CNC-Vorgänge verantwortlich.
Viele CNC-Programmierer sind erfahrene Maschinenbediener, die über praktische Erfahrung im Umgang mit Werkzeugmaschinen verfügen. Sie wissen, wie man technische Zeichnungen liest und können die technische Absicht hinter dem Design verstehen. Diese praktische Erfahrung ist die Grundlage für die Fähigkeit, ein Teil in einer Büroumgebung zu „bearbeiten“. Ein guter CNC-Programmierer muss in der Lage sein, alle Werkzeugbewegungen zu visualisieren und alle möglicherweise beteiligten einschränkenden Faktoren zu erkennen. Der Programmierer muss in der Lage sein, alle gesammelten Daten zu erfassen, Prozesse zu analysieren und logisch in ein klares, zusammenhängendes Programm zu integrieren. Einfach ausgedrückt muss der CNC-Programmierer in der Lage sein, sich in jeder Hinsicht für die beste Fertigungsmethode zu entscheiden.
Neben den Bearbeitungsfähigkeiten muss der CNC-Programmierer ein Verständnis für mathematische Prinzipien haben, vor allem für die Anwendung von Gleichungen, Lösungen von Bögen und Winkeln. Ebenso wichtig sind Kenntnisse der Trigonometrie. Selbst bei computergestützter Programmierung ist das Wissen über manuelle Programmiermethoden für das gründliche Verständnis der Computerausgabe und die Steuerung dieser Ausgabe absolut notwendig.
Die letzte wichtige Eigenschaft eines wirklich professionellen CNC-Programmierers ist seine Fähigkeit, den anderen Leuten zuzuhören – den Ingenieuren, den CNC-Bedienerinnen und -Bediener, den Managern. Gute Listening-Fähigkeiten sind die erste Voraussetzung, um flexibel zu werden. Ein guter CNC-Programmierer muss flexibel sein, um eine hohe Programmierqualität bieten zu können.
CNC-Maschinenbediener
Der CNC-Maschinenbediener ist eine ergänzende Position zum CNC-Programmierer. Programmierer und Bediener können in einer Person sein, wie dies in vielen kleinen Werkstätten der Fall ist. Obwohl die meisten Aufgaben eines herkömmlichen Maschinenbedieners auf das CNC-Programm übertragen wurden, hat der CNC-Bediener viele einzigartige Verantwortlichkeiten. In typischen Fällen ist der Bediener für die Einrichtung von Werkzeug und Maschine, für den Teilewechsel und oft sogar für einige laufende Kontrollen verantwortlich. Viele Unternehmen erwarten eine Qualitätskontrolle an der Maschine – und der Bediener jeder Werkzeugmaschine, ob manuell oder computergesteuert, ist auch für die Qualität der an dieser Maschine geleisteten Arbeit verantwortlich. Eine der sehr wichtigen Verantwortlichkeiten des CNC-Maschinenbedieners besteht darin, dem Programmierer Ergebnisse zu jedem Programm mitzuteilen. Selbst mit den besten Kenntnissen, Fähigkeiten, Einstellungen und Absichten kann das „endgültige“ Programm immer verbessert werden. Der CNC-Bediener, der der tatsächlichen Bearbeitung am nächsten ist, weiß genau, wie groß solche Verbesserungen sein können.
Rechtfertigung der CNC-Kosten
Die Kosten einer CNC-Maschine dürften die meisten Hersteller beunruhigen, doch die Vorteile eines eigenen CNC-Fräsers werden die Kosten höchstwahrscheinlich innerhalb kürzester Zeit rechtfertigen.
Der erste zu berücksichtigende Kostenfaktor sind die Maschinenkosten. Einige Anbieter bieten Paketangebote an, die Installation, Softwareschulung und Versandkosten beinhalten. In den meisten Fällen wird jedoch alles separat verkauft, um eine individuelle Anpassung des CNC-Fräsers zu ermöglichen.
Light Duty
Low-End-Maschinen kosten ab $2000 bis $10,000. Es handelt sich normalerweise um Bausätze zum Selbstbauen aus gebogenem Blech und mit Schrittmotoren. Sie werden mit einem Schulungsvideo und einer Bedienungsanleitung geliefert. Diese Maschinen sind für den Heimwerkergebrauch, für die Schilderindustrie und andere sehr leichte Arbeiten gedacht. Sie werden normalerweise mit einem Adapter für eine herkömmliche Tauchfräse geliefert. Zubehör wie eine Spindel und eine Vakuum-Werkstückhalterung sind optional. Diese Maschinen können sehr erfolgreich in eine Hochproduktionsumgebung als dedizierter Prozess oder als Teil einer Fertigungszelle integriert werden. Beispielsweise kann eine dieser CNCs so programmiert werden, dass sie vor der Montage Hardwarelöcher in Schubladenfronten bohrt.
Medium Duty
Mittelklasse-CNC-Maschinen kosten zwischen $10,000 und $100,000. Diese Maschinen sind aus dickerem Stahl oder Aluminium gefertigt. Sie verwenden möglicherweise Schrittmotoren und manchmal Servos sowie Zahnstangen- und Ritzelantriebe oder Riemenantriebe. Sie verfügen über eine separate Steuerung und bieten eine gute Auswahl an Optionen wie automatische Werkzeugwechsler und Vakuum-Plenum-Tische. Diese Maschinen sind für den Einsatz mit höherer Beanspruchung in der Schilderindustrie und für Anwendungen zur Verarbeitung von Leichtplatten vorgesehen.
Sie stellen eine gute Option für Start-ups mit begrenzten Ressourcen oder Arbeitskräften dar. Sie können die meisten Vorgänge im Möbelbau durchführen, allerdings nicht mit dem gleichen Grad an Komplexität oder Effizienz.
Industrielle Stärke
High-End-Router kosten über $100,000. Dazu gehört eine ganze Reihe von Maschinen mit 3 bis 5 Achsen, die für ein breites Anwendungsspektrum geeignet sind. Diese Maschinen werden aus dickem, geschweißtem Stahl gebaut und sind je nach Anwendung komplett ausgestattet mit automatischem Werkzeugwechsler, Vakuumtisch und anderem Zubehör. Diese Maschinen werden normalerweise vom Hersteller installiert und Schulungen sind oft inbegriffen.
Versand
Der Transport eines CNC-Fräsers ist mit erheblichen Kosten verbunden. Bei Fräsern, die zwischen einigen hundert Pfund und mehreren Tonnen wiegen, können die Kosten für fr8 zwischen $200 zu $5.000 oder mehr, je nach Standort. Bedenken Sie, dass, sofern die Maschine nicht in der Nähe gebaut wurde, die versteckten Kosten für den Transport von Europa oder Asien zum Ausstellungsraum des Händlers wahrscheinlich enthalten sind. Zusätzliche Kosten können auch allein für den Transport der Maschine in den Ausstellungsraum nach der Lieferung anfallen, da es immer eine gute Idee ist, für diese Art von Operationen professionelle Monteure einzusetzen.
Installation und Schulung
CNC-Anbieter berechnen in der Regel $300 zu $1.000 pro Tag für Installationskosten. Die Installation und der Test des Routers können zwischen einem halben Tag und einer ganzen Woche dauern. Diese Kosten können im Kaufpreis der Maschine enthalten sein. Einige Anbieter bieten kostenlose Schulungen zur Verwendung der Hardware und Software an, normalerweise vor Ort, während andere Gebühren erheben. $300 zu $1.000 pro Tag für diesen Service.
SICHERHEIT BEI CNC-ARBEITEN
An der Wand vieler Unternehmen hängt ein Sicherheitsplakat mit einer einfachen, aber eindringlichen Botschaft:
Die erste Sicherheitsregel besteht darin, alle Sicherheitsregeln einzuhalten.
Die Überschrift dieses Abschnitts gibt nicht an, ob sich die Sicherheit auf die Programmier- oder die Bearbeitungsebene bezieht. Wichtig ist, dass die Sicherheit völlig unabhängig ist. Sie steht für sich und regelt das Verhalten aller in und außerhalb einer Maschinenwerkstatt. Auf den ersten Blick könnte es so aussehen, als hätte Sicherheit etwas mit der Bearbeitung und dem Maschinenbetrieb zu tun, vielleicht auch mit der Einrichtung. Das ist definitiv richtig, stellt aber kaum ein vollständiges Bild dar.
Sicherheit ist das wichtigste Element bei Programmierung, Einrichtung, Bearbeitung, Werkzeugbau, Vorrichtungsbau, Inspektion, Zerspanung und anderen Vorgängen im Alltag einer typischen Maschinenwerkstatt. Sicherheit kann nie genug betont werden. Unternehmen sprechen über Sicherheit, führen Sicherheitsbesprechungen durch, hängen Plakate auf, halten Reden, rufen Experten an. Diese Fülle an Informationen und Anweisungen wird uns allen aus sehr guten Gründen präsentiert. Nicht wenige davon beruhen auf tragischen Ereignissen in der Vergangenheit – viele Gesetze, Regeln und Vorschriften wurden als Ergebnis von Untersuchungen und Untersuchungen zu schweren Unfällen verfasst.
Auf den ersten Blick mag es so aussehen, als sei die Sicherheit bei der CNC-Arbeit zweitrangig. Es gibt viel Automatisierung; ein Teileprogramm wird immer wieder ausgeführt, Werkzeuge werden schon früher verwendet, die Einrichtung ist einfach usw. All dies kann zu Selbstgefälligkeit und der falschen Annahme führen, dass für die Sicherheit gesorgt ist. Diese Ansicht kann schwerwiegende Folgen haben.
Sicherheit ist ein großes Thema, aber einige Punkte, die sich auf die CNC-Arbeit beziehen, sind wichtig. Jeder Maschinist sollte die Gefahren mechanischer und elektrischer Geräte kennen. Der erste Schritt zu einem sicheren Arbeitsplatz ist ein sauberer Arbeitsbereich, in dem sich keine Späne, Ölflecken und andere Ablagerungen auf dem Boden ansammeln dürfen. Ebenso wichtig ist die persönliche Sicherheit. Lockere Kleidung, Schmuck, Krawatten, Schals, ungeschützte lange Haare, unsachgemäße Verwendung von Handschuhen und ähnliche Verstöße sind in der Bearbeitungsumgebung gefährlich. Schutz von Augen, Ohren, Händen und Füßen wird dringend empfohlen.
Während eine Maschine in Betrieb ist, sollten Schutzvorrichtungen vorhanden sein und es sollten keine beweglichen Teile freiliegen. Besondere Vorsicht ist in der Nähe von rotierenden Spindeln und automatischen Werkzeugwechslern geboten. Andere Geräte, die eine Gefahr darstellen können, sind Palettenwechsler, Späneförderer, Hochspannungsbereiche, Hebezeuge usw. Das Trennen von Verriegelungen oder anderen Sicherheitsfunktionen ist gefährlich – und ohne entsprechende Fähigkeiten und Befugnisse auch illegal.
Beim Programmieren ist auch die Einhaltung von Sicherheitsregeln wichtig. Eine Werkzeugbewegung kann auf viele Arten programmiert werden. Geschwindigkeiten und Vorschübe müssen realistisch sein, nicht nur mathematisch „korrekt“. Schnitttiefe, Schnittbreite, die Werkzeugeigenschaften – all das hat einen großen Einfluss auf die Gesamtsicherheit.
All diese Ideen sind nur eine sehr kurze Zusammenfassung und eine Erinnerung daran, dass Sicherheit immer ernst genommen werden sollte.
