Die Computerisierte Numerische Steuerung (CNC) hat die Fertigungsindustrie revolutioniert. Diese elektronische Methode zur Steuerung und Regelung von Werkzeugmaschinen hat eine ganze Branche vorangetrieben. Doch was genau verbirgt sich hinter diesem Begriff?
Die Entstehung der CNC
Die CNC-Technologie hat ihren Ursprung in der Numerical Control (NC). Im Gegensatz zur CNC wurden bei der NC die Informationen satzweise von einem Lochstreifen eingelesen. Doch Mitte der 1970er Jahre setzte das Zeitalter der CNC-Technologie ein. Diese ermöglichte eine Rationalisierung in der Serienfertigung und Einzelfertigung durch schnellere und dennoch präzise Bewegungen der Achsen und Werkzeuge. Heutzutage sind nahezu alle neu entwickelten Werkzeugmaschinen mit einer CNC-Steuerung ausgerüstet.
Die Marktentwicklung
In den 1980er Jahren gab es Bestrebungen, die Programmierung der CNC zu vereinfachen und die DIN/ISO-Programmierung zu verlassen. Daraus entstand die werkstattorientierte Programmierung (WOP), die über eine benutzerführende, vereinfachte CAD-ähnliche Programmieroberfläche verfügt. Diese hat sich vor allem in der Holz- und Kunststoffbearbeitung etabliert.
Darüber hinaus wird die vernetzte Arbeitsteilung, Distributed Numerical Control (DNC), immer wichtiger, vor allem in der Einzelteil- und Kleinserienfertigung. Hier können die Stillstandszeiten zur Programmierung an der Maschine selbst reduziert werden, sodass die Maschinen effizienter genutzt werden können.
Zudem erobert die Soft-CNC den Markt der CNC-Steuerung. Bei dieser laufen sämtliche Steuerungsfunktionen nicht in Hardware ab, sondern als Programm in einem handelsüblichen Industrierechner. Diese Systeme sind kostengünstiger und leichter zu warten und anzupassen.
Steuern und Regeln
Computersteuerungen zur automatischen Positionierung von Geräten, Werkstücken oder Werkzeugen verwenden unterschiedliche präzise Methoden. Von geschalteten Maschinenachsen, gesteuerten Maschinenachsen bis hin zu geregelten und miteinander interpolierten Maschinenachsen gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Die gewünschte Form des Werkstücks und die angewendete Technologie werden im NC-Programm beschrieben. Ein Geometrieprogramm und ein Interpolationsprogramm berechnen dann Stützpunkte im Raster der Zykluszeit der Lageregler. Diese Stützpunkte stellen die Sollpositionen der Achsen dar. Encoder zur Positionserfassung liefern die Istwerte der Positionskoordinaten zur Berechnung der Stellgrößen der Lage. So wird die Präzision der Bearbeitung unabhängig von Lastwechseln gewährleistet.
Steuerungsarten
Die Steuerung einer CNC-Werkzeugmaschine erfolgt über einen integrierten Computer, der den IST-Zustand erfasst und nach Berechnung der Interpolation den SOLL-Zustand aus dem CNC-Programm regelt. Dabei werden beliebige Verfahrbewegungen mit mindestens zwei gleichzeitig geregelten Achsen realisiert. Die Bahnsteuerung ermöglicht die Interpolation von Achsen, während die Punktsteuerung nur den Endpunkt einer Bewegung festlegen kann.
Die Maschinenachsen
Moderne CNC-Steuerungen verwalten und regeln über 30 Achsen. Mit den Achsen X, Y und Z wird jeder Punkt im Bearbeitungsraum einer Werkzeugmaschine erreicht. Zusätzlich können Rotationsachsen zur Bearbeitung von kegeligen Formen verwendet werden. Diese ermöglichen hochpräzise Oberflächenqualität.
Programmierung
Es gibt verschiedene Programmierarten und -verfahren, wie die manuelle Programmierung, maschinelle Programmierung oder die Dialogprogrammierung. Die Programmierung erfolgt auf Basis des DIN/ISO-Programmierformats. Dabei werden numerische Steuerungs-Informationen in einem bestimmten Satz- und Adressaufbau beschrieben.
Vorteile der CNC-Steuerung
Die CNC-Steuerung bietet zahlreiche Vorteile. Sie ermöglicht die Bearbeitung komplexer Geometrien in 3D, eine hohe Bearbeitungs- und Wiederholgenauigkeit sowie eine schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeit. Durch die Möglichkeit, Programme zu speichern, können viele gleiche Teile automatisch und ohne menschliches Zutun produziert werden. Zudem ermöglicht die CNC-Technik innovative Maschinenkonzepte und verbesserte Fertigungsprozesse.
Mit der Computerisierten Numerischen Steuerung hat sich die Fertigungsindustrie weit vorangebracht. Dank der CNC-Technologie sind heute präzise und komplexe Bearbeitungen möglich. Diese Innovation hat die Art und Weise, wie Werkzeugmaschinen gesteuert werden, revolutioniert und eröffnet neue Möglichkeiten in der Fertigungstechnik.
