CNC Fräsen

Das CNC-Fräsen gehört zu den spanabhebenden Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide am Werkzeug. Ziel des Verfahrens ist es, Werkstücke mit vordefinierter, geometrisch bestimmter Gestalt herzustellen. Beim Fräsen wird Material vom Werkstück entfernt, in dem das Werkzeug in Rotation um die eigene Achse versetzt wird und entweder das Werkzeug die Kontur abfährt oder das Werkstück entsprechend bewegt wird (beispielsweise durch Verfahren des Maschinentisches).

Geschichte CNC Fräsen

Während fast alle anderen formgebenden Verfahren, beispielsweise das Bohren oder das Drehen, seit der frühen Antike bekannt sind, ist das Fräsen eine vergleichsweise junge Erfindung. Das Fräsen wurde erst Anfang des 19. Jahrhunderts gemeinsam mit den entsprechenden Fräsmaschinen entwickelt. Die älteste noch erhaltene Fräsmaschine stammt aus dem Jahr 1818 – eine Erfindung des amerikanischen Ingenieurs Eli Whitney. Im frühen 20. Jahrhundert wurden die bestehenden Fräsmaschinen durch Elektromotoren und eingeführten elektrischen Steuerungen erstmals verbessert.

Entstehung des CNC-Fräsens

Im modernen Formenbau, aber auch in der Serienfertigung, dem Werkzeugbau und teilweise in der Einzelteilfertigung sind CNC Maschinen nicht mehr wegzudenken. Wir benutzen das Wort CNC in unserem Arbeitsalltag täglich, ohne uns groß Gedanken über die Bedeutung dieser Technologie zu machen.

Doch was bedeutet CNC-Fräsen eigentlich genau?

Hervorgegangen ist die „Computerized Numerical Control“ aus der numerischen Steuerung. Bei dieser wurden Informationen zu Drehzahlen, Schnittgeschwindigkeiten, Vorschub und der Kontur nicht als Komplettprogramm in der Steuerung einer Maschine hinterlegt, sondern wurden satzweise von einem Lochstreifen eingelesen. Ab den 1970er Jahren, mit fortschreitender Weiterentwicklung der Computersysteme, wurden CNC-Steuerungen immer mehr zum Standard an Werkzeugmaschinen. Der Einsatz von CNC ermöglichte eine erheblich schnellere und extrem genaue Bewegung der Achsen von Werkzeugmaschinen, was zu einer Rationalisierung in der Fertigung führte.

CNC-Fräsen in der Fertigung

In der modernen Fertigung, wo es auf anspruchsvolle Konturen und Geometrien ankommt, werden hauptsächlich Bahnsteuerungen eingesetzt. Bekannte Anbieter sind Heidenhain mit der aktuellen Version TNC 640 oder Siemens mit der 840D Steuerung. Vorrangig im asiatischen Raum ist der Anbieter Fanuc weit verbreitet. Darüber hinaus existiert eine große Anzahl maschinenhersteller-spezifischer Steuerungen, beispielsweise von Mazak oder Okuma.
Bahnsteuerungen realisieren beliebige Verfahrbewegungen der Maschinen mit mindestens zwei gleichzeitig gesteuerten Achsen. Damit das Werkzeug möglichst genau der programmierten und korrigierten Bahn folgt, werden die einzelnen Achsen interpoliert. Dies bedeutet, dass unabhängige Bewegungsabläufe in unterschiedlichen Achsen miteinander durch die CNC-Steuerung miteinander synchronisiert werden. Beim CNC-Fräsen ist das Interpolieren von mindestens drei Achsen heute Standard – man nennt diese Art der Steuerung auch 3D-Bahnsteuerung. Verfügt die Maschine zusätzlich über Achsen für dreh- und schwenkbare Werkzeugaufnahmen (beispielsweise im Fräskopf) oder Werkstückaufnahmen (Drehtische), steigt die Anzahl der interpolierbaren Achsen entsprechend.

Programmierung

Beim CNC-Fräsen muss der Maschine durch die Eingabe von Codes mitgeteilt werden, wie die Achsen verstellt und welche Werkzeuge eingesetzt werden sollen, um eine gewünschte Kontur zu erzielen. Bei der Programmierung wird zwischen „maschinennah“ und „maschinenfern“ unterschieden. Bei der maschinennahen Programmierung gibt der Bediener die entsprechenden Codes direkt in die Steuerung der Maschine ein, während bei der maschinenfernen Programmierung die Steuerung über einen externen Programmierplatz mit Informationen gefüttert wird.

Frühe Steuerungen ließen sich hauptsächlich direkt an der Maschine mit dem sogenannten G-Code programmieren. Dieser nach DIN/ISO genormte Code stellt eine Maschinensprache da, anhand dessen alle benötigten Informationen herstellerunabhängig von den Steuerungen interpretiert werden können. In der modernen Fertigung wird der Bediener durch dialogorientierte Programmierung unterstützt. Hier sorgen grafische Aufbereitungen, Abfrage von Parametern oder Hinweise dafür, die Programmierung möglichst einfach zu gestalten.

Für den Formenbau überaus relevant ist die maschinelle Programmierung an CAD/CAM Arbeitsplätzen. Hier werden vorliegende 2D-Geometrien oder 3D-Modelle durch den Einsatz von Prä- und Postprozessoren in maschinenverständliche Programme „übersetzt“. Dies reduziert den Programmieraufwand wesentlich, verringert so die Stückkosten und sorgt für höhere Sicherheit hinsichtlich der zu erstellenden Geometrien am Werkstück.

Vorteile beim CNC-Fräsen

Die Vorteile einer CNC-gesteuerten Bearbeitung liegen einerseits in der wirtschaftlichen Herstellung von überaus komplexen, dreidimensionalen Geometrien und andererseits in der hohen Geschwindigkeit, mit der die Fertigung durchgeführt werden kann. Durch abgespeicherte Programme können Serienteile ohne menschlichen Eingriff hergestellt werden – was wiederrum die Lohnkosten senkt und dadurch die Stückkosten wettbewerbsfähig hält.

Kategorie:
Formentechnik
Zugriffe:
1396