Die Abkürzung CNC steht für Computerized Numerical Control. Nach DIN 66257 definiert, bezeichnet der Begriff CNC-Technik "numerisch gesteuerte Arbeitsmaschinen". Gemeint ist damit eine rechnergestützte Automatisierungtechnik , bei der die Steuerung der Maschine mit Hilfe eines Computersystems erfolgt. Die CNC-Technik ist daher eng verwandt mit der Industrierobotik.
In den 1960er Jahren entstanden die ersten numerischen Steuerungen für Werkzeugmaschinen. Im Verlauf der 1970er entwickelten sich aus diesen numerischen Steuerungen (NC) durch Computer gesteuerte Systeme, also Computerized Numerical Control Systeme (CNC). Der Einsatz der Computertechnik steigerte die Produktivität deutlich, womit auch die Anforderungen an die Anwender wuchsen.
Durch die CNC-Technik können Maschinen verschiedene Fertigungsanwendungen wie das Zerspanen, Umformen oder Abtragen übernehmen. Somit leisten die CNC-Technik einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung von Arbeitsabläufen in der Fertigungstechnik.
Der Einsatz von CNC-Technik ist sehr verbreitet. Der Grund: Die Steuerungstechnik bietet die Möglichkeit, Werkstücke oder Bauteile aus viele verschiedenen Materialien automatisiert herzustellen. Unter Anwendung zugeschnittener Computerlösungen (CNC-Programmierung) sind CNC-Maschinen in der Lage, diese Werkstoffe zu zerspanen, umzuformen oder abzutragen.
Die Computerlösung setzt sich aus einem Betriebssystem und einem User-Interface zusammen. Man arbeitet mit einem System für die computergestützte Fertigung, einem sogenannten CAM (Computer Aided Manufacturing). Die benötigten Daten stammen aus einem CAD-Programm (Computer Aided Design), das die Bauteile vorab konstruiert und bei dem anstelle des manuellen Zeichens automatisierte Prozesse ablaufen. Anschließend folgt die Übertragung der Daten an das CAM-System.
CNC-Maschinen und damit ihre Anwendungsvielfalt können durch diverses Zubehör erweitert werden. Typisch sind beispielsweise Fräsen, Gravierstichel, Spannzeuge, Nutenplatten, Drehachsen oder 3D-Scanner.
Es gibt drei verschiedene Steuerungsarten für die CNC-Technik:
Dieses Steuerverfahren wird vor allem für Werkzeugmaschinen und in der Robotik eingesetzt. Wie der Name schon sagt, wird beim Point-to-Point-Verfahren ein Endpunkt definiert, sodass das jeweilige Ziel direkt angefahren werden kann.
PTP-Steuerungen lassen sich in eine synchrone und asynchrone Variante unterteilen. Während die Achsen bei der synchronen Anwendung gleichzeitig ihr Ziel erreichen, sind sie bei der asynchronen Steuerung unterschiedlich schnell und erreichen das Ziel daher zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Die Streckensteuerung ähnelt der PTP-Steuerung, die Verfahren unterscheiden sich aber hinsichtlich der Bewegungsgeschwindigkeit einer der Achsen. Bei der Streckensteuerung sind achsparallele Bewegungen möglich, außerdem lässt sich die Position genau bestimmen. Darüber hinaus kann das Achsenwerkzeug am Werkstück entlang fahren und so beispielsweise eine gerade Nut fräsen.
Bei der Bahnsteuerung lassen sich mehrere Achsen zur gleichen Zeit bewegen. Dabei sind der Verlauf und die Geschwindigkeit der Steuerung genau festgelegt.
Die verschiedenen Verfahren der CNC-Technik werden zur CNC-Bearbeitung in Maschinen im Werkzeugbau, Formen- und Modellbau sowie im Gravurbereich eingesetzt. CNC-Technik kommt also in vielen industriellen Bereichen zum Einsatz. Dazu zählen vor allem der Maschinenbau, die Automobil- sowie die Luft- und Raumfahrtbranche oder der Schiffbau. Auch die Schmuck- und Spielzeugindustrie oder die Medizin- und Dentaltechnik sind wichtige Anwendungsbereiche.
Meist wird CNC-Technik für die Herstellung von Kleinserien, von Einzelteilen oder Prototypen eingesetzt. Für die CNC-Bearbeitung nutzt man vor allem Metalle (unter anderem Kupfer, Aluminium, Messing, Kohlenstoffstahl, Edelstahl) und Kunststoffe (unter anderem Polyethylen, PET, PMMA, PVC), aber auch Holz.
Für die CNC-Bearbeitung stehen je nach Einsatzbereich und gewünschtem Ergebnis verschiedene Methoden zur Auswahl:
CNC-Fräsen: Beim CNC-Fräsen kommen Fräswerkzeuge, sogenannte Fräser, zum Einsatz. Diese Fräsmaschinen erledigen spanabhebende Arbeiten an verschiedenen Materialien. Die Fräser sind im Gegensatz zu anderen Werkzeugen fest eingespannt (auf einer Fräsmaschine) und führen rotierende Bewegungen aus. Da CNC-Fräsmaschinen ihre Aufgaben komplett eigenständig erledigen, benötigen sie keine ständige Betreuung durch den Menschen. Sogar die Qualitätskontrolle und das Überwachen von Verschleiß – zum beispiel von Industrieersatzteilen – und Werkzeugbruch können von der Maschine übernommen werden.
CNC-Drehen: Mit Hilfe des CNC-Drehens werden Werkstücke computergestützt und automatisiert in bestimmte Formen gebracht (Zerspanung). Die Methode kommt hauptsächlich in der metall- und kunststoffverarbeitenden Industrie zum Einsatz. Das Ergebnis der Drehbearbeitung sind rotationssymmetrische Werkstücke. Das Verfahren bietet den Vorteil einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit und damit – gerade für die Serienfertigung – eine hohe Wirtschaftlichkeit.
CNC-Bohren: Das CNC-Bohren ist eine Technik des Bohrens von Löchern in ein Werkstück. Auch hier birgt es den Vorteil einer hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Arbeitsschrittes.
CNC Optische Glasbearbeitung: Die Techniken der optischen Glasbearbeitung sind vielfältig. So können mittels CNC-Maschinen sowohl Zuschnitte, als auch Bohrungen, Schleif- und Polierarbeiten und vieles mehr an optischen Gläsern vorgenommen werden.
Die CNC-Technik bietet in fast allen Anwendungsbereichen und Branchen zahlreiche Vorteile. Die jeweiligen Verfahren erfüllen genau die Anforderungen, die mittelständische, aber auch große Betriebe an ein Produktionsverfahren stellen. Die verschiedenen Verfahren werden sowohl in der Automobilindustrie sowie im Maschinen- und Anlagenbau als auch zur Fertigung von Kleinstteilen – beispielsweise für die Elektro- und Medizintechnik – eingesetzt. Wirtschaftlich rentabel sind sowohl Groß- als auch Kleinserien.
Weitere Vorteile der CAD- und CNC-Technik haben wir im Folgenden zusammengefasst:
Hohe Präzision bei der Herstellung von Werkstücken: Daten können aus dem Computer direkt an die CNC-Maschine übermittelt werden. Dadurch wird die Fertigung weitaus exakter und es entstehen Ergebnisse, die andernfalls nicht möglich wären. CNC-Maschinen sind sogar in der Lage, Bauteile mit verflochtenen Formen (zwei- oder dreidimensional) herzustellen, deren einzelne Elemente nahezu identisch sind.
Einsparen von Produktionskosten und Ressourcen: Durch den Einsatz von CAD/CAM-Software entfällt die Notwendigkeit, die Maschine immer wieder neu zu programmieren. Die menschlichen Arbeitskräfte werden somit entlastet. Hinzu kommt, dass der Materialausschuss bei der hochpräzisen CNC-Bearbeitung sehr gering ist. In der Folge sinken die Produktionskosten und es kommt zu weniger Materialverschwendung.
Vereinfachung der Produktdiversifikation: CNC macht es viel leichter, neue Produkte herzustellen. Das liegt zum einen an der Flexibilität der CNC-gesteuerten Maschinen, zum anderen an der vereinfachten Fertigung im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsverfahren.
Automatisierung der Produktion: Mit der CNC-Technik kann man unterschiedliche Werkstücke mit einer Maschine anfertigen, ohne diese umrüsten zu müssen. Um die CNC-Maschine zu starten, reicht meist das Einspannen des Materials. Das Gerät führt die jeweiligen Arbeitsschritte dann komplett selbstständig aus. Dadurch entfällt das Umspannen von Materialien, stattdessen reicht ein bloßer Wechsel des Programms. Das spart Zeit und damit Kosten.
Sei es in der Automobilbranche, im Maschinen- und Anlagenbau oder in der Medizintechnik: Zahlreiche Branchen setzen in der Fertigung zum großen Teil auf CNC-Technik. Der Grund: CNC-Maschinen sind in Sachen Präzision nicht zu übertreffen, wenn es um das Anfertigen von Frästeilen, Markierungen oder Gravuren geht. Typische Anwendungsgebiete sind das CNC-Fräsen, -Bohren, -Drehen und die CNC-Glasbearbeitung.
