Seit der industriellen Revolution suchen Unternehmen nach neuen und effektiveren Möglichkeiten, ihre Produktion zu steigern und ihre Ressourcen optimal zu nutzen.
In den späten 40er Jahren entwickelte John T. Parsons das Konzept der „Numerischen Steuerung“ (NC) mit Lochstreifenmaschinen und dies war der Beginn von etwas, das nachhaltige Auswirkungen haben sollte.
CNC oder „Computer Numerical Control“ war die technologische Weiterentwicklung dieses Prozesses und existiert seit 1952, als Richard Kegg (in Zusammenarbeit mit dem MIT) die erste CNC-Fräsmaschine entwickelte (die Cincinnati Milacron Hydrotel – 1958 patentiert als „Motor Controlled Apparatus for Positioning Machine Tool“). Dies war die wahre kommerzielle Geburtsstunde dieser Technologie und sie hat seitdem einen langen Weg zurückgelegt.
Da Fortschritte in der Computertechnologie, beim 3D-Druck und anderen Innovationen die Technologielandschaft verändern, werden die Komplexität und die Feinheit vieler Schneid- und Bearbeitungsaufgaben immer komplexer, und die CNC-Bearbeitung musste sich anpassen, um Schritt zu halten, insbesondere mit dem Aufkommen des 3D-Drucks (der wohl einer seiner größten Konkurrenten ist).
CNC ist ein programmierbarer Code, der entworfen und in bestimmte Maschinen eingegeben wird und es ihnen ermöglicht, präzise Bewegungen auszuführen – indem ein virtuelles Objekt (das Design) in ein reales Objekt (das Produkt) umgewandelt wird.
Da dieser Code in „kartesische Koordinaten“ umgewandelt wird, funktionieren die Maschinen fast wie Roboter – und liefern ein Höchstmaß an Präzision und eine Qualität, die immer so gut ist wie bei der ursprünglichen Konstruktion.
Wenn wir von CNC-„Bearbeitung“ sprechen, sprechen wir von Fräsen, Drehen und Bohren – aber insgesamt deckt der Begriff „Bearbeitung“ ein breites Spektrum mechanischer Technologien ab, bei denen physischer Kontakt zum Abtragen von Material erforderlich ist und dabei eine Reihe von Werkzeugen eingesetzt werden .
Bei der gesamten CNC-Bearbeitung kommen CNC-Maschinen zum Einsatz, aber nicht alle davon dienen der Bearbeitung – und das liegt an der numerischen Computersteuerung und der Verwendung computergestützter Systeme, die eine Automatisierung des Verfahrens ermöglichen – CNC-Maschinen können verschiedene Arten von Fräsern enthalten (z. B B. Plasma oder Laser), Abkantpressen usw., aber auch Computer.
In diesem Artikel werden wir uns das CNC-Fräsen und das CNC-Bohren genauer ansehen und besprechen, was diese Begriffe bedeuten, wie die Maschinen funktionieren und was der Unterschied zwischen diesen beiden Technologiearten ist. Anschließend werden wir uns ansehen, wie sie eingesetzt werden und was die Zukunft für die CNC-Bearbeitung im Wettbewerb mit anderen Technologien und Innovationen bereithält.
Was ist CNC-Fräsen?
Beim CNC-Fräsen handelt es sich um einen subtraktiven Prozess, bei dem das numerische Computersteuerungssystem zur Automatisierung und zum Basteln genutzt wird, indem Materialien weggenommen werden, bis die endgültigen und fertigen Entwürfe formuliert sind.
Unter Fräsen versteht man den Vorgang des Schneidens und Bohrens von Materialien (häufig Holz, Kunststoff oder Metall). Dabei kommt im Allgemeinen ein rotierendes zylindrisches Werkzeug (ein Fräser) zum Einsatz, das in einer Spindel gehalten wird. Diese können in Form und Größe variieren und bieten die Möglichkeit, sich entlang einer anderen Achse zu bewegen, um in verschiedenen Winkeln zu schneiden und so Schlitze, Löcher und Details im Material zu erzeugen.
Vor der CNC-Technologie gab es Fräsmaschinen in verschiedenen Typen (von 2- bis 5-achsigen Maschinen), wobei jeder fortlaufende Zahlenwert eine andere Achse oder Funktion hinzufügte. Da CNC-Fräsmaschinen computergesteuert sind, nutzen sie eine beliebige Anzahl von Achsen (von 2 bis 5) und erfordern keine manuelle Bedienung.
Moderne CNC-Fräsmaschinen können sowohl als horizontale als auch als vertikale Bearbeitungszentren aufgebaut werden – bei einer vertikalen Maschine ist die Achse in vertikaler Position ausgerichtet und sie verfügt in der Regel über lange, dünne Schneidwerkzeuge – diese sind im Allgemeinen günstiger als horizontale Fräsmaschinen (die Preise können bis zu 4 % betragen). 5x unterschiedlich) und werden häufiger in Werkstätten verwendet (aufgrund der Verfügbarkeit durch den niedrigeren Preis) und gelten als einfacher zu verwenden (mit besserer Sichtbarkeit des Arbeitsbereichs für den Benutzer).
Horizontalmaschinen sind mit horizontaler Achse ausgerichtet und verfügen im Allgemeinen über kürzere und dickere Schneidwerkzeuge. Im Vergleich gelten horizontale Maschinen als weniger vielseitig, eignen sich aber auch deutlich besser für die Bearbeitung langer Materialien, da sie auch die Herstellung von Teilen mit weniger Arbeitsgängen, einer besseren Oberflächengüte und schnellerem Fräsen ermöglichen.
Aufgrund der großen Vielfalt an Designs, die mit einer CNC-Maschine erstellt werden können, ist es keine Überraschung, dass es eine Reihe unterschiedlicher Arten von CNC-Fräsmaschinen gibt, die sich in ihrer Größe unterscheiden, um besser zu den Aufgaben zu passen, für die sie verwendet werden – wie z Revolvermühlen, die vertikal mit einer festen Spindel arbeiten (der Tisch passt sich der Arbeit an), eignen sich am besten für Detailarbeiten, oder Bettmühlen, die auf größeren, steiferen Rahmen aufgebaut sind und häufig für mittelgroße Produktionen eingesetzt werden Der Turm wäre zu klein für die Handhabung.
Die Auswahl der richtigen Maschine für die jeweilige Aufgabe ist eine wichtige Entscheidung, da die unterschiedlichen Größen, Funktionen und Bedienmöglichkeiten eine große Rolle dabei spielen, ob sie für den jeweiligen Zweck geeignet ist oder nicht.
Der Fräsprozess besteht aus mehreren verschiedenen Schritten, die ihn von Anfang bis Ende durchziehen – das Entwerfen des erforderlichen Teils in CAD (Computer-Aided Design), das Übersetzen dieser Datei in Maschinencode, das Einrichten der Maschine und die Erstellung des Teils.
Insbesondere in der Anfangsphase muss darauf geachtet werden, dass das entworfene Modell auch produziert werden kann und die Maschine entsprechend eingerichtet ist.
Was ist CNC-Bohren?
Im Gegensatz zum CNC-Fräsen, bei dem mehrere Achsen und Bewegungen zum Formen eines Produkts oder Teils genutzt werden, handelt es sich beim CNC-Bohren um einen Prozess, bei dem ein rotierendes Schneidwerkzeug zum Erzeugen runder Löcher zum Einsatz kommt. Dies erfolgt in einem stationären Werkstück und wird als solches üblicherweise für die Massenproduktion eingesetzt sorgt für eine effizientere Produktionslinie.
Ähnlich wie die CNC-Fräsmaschine verwenden diese Maschinen Computercode, um den Bohrvorgang zu automatisieren, während sie mit CNC-Software zusammenarbeiten, die einen im CAD erstellten Entwurf in Code formatiert und in die Maschine eingibt, wo sie den Anweisungen zum Bohren mit erhöhter Geschwindigkeit folgt Genauigkeit und Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.
Während CNC-Bohrmaschinen häufiger in industriellen Umgebungen zu finden sind, wird eine größere Auswahl an günstigeren Maschinen angeboten, die auch für Hobbybastler und kleinere Unternehmen eingesetzt werden können.
Diese Maschinen sind in der Lage, verschiedene Materialien wie Glas, Holz, Kunststoffe und Weichmetalle zu bearbeiten. Es gibt sie in verschiedenen Größen und Ausführungen, darunter Stand-, Tisch- und Radialmaschinen – und jede Maschine verfügt über mehrere Elemente, wie die Spindel (zur Befestigung des Bohrfutters und des Bohrers) und den Tisch (zur Bereitstellung des Arbeitsraums für das Bohren). Maschine), eine Säule (zur Unterstützung der CNC-Maschinenelemente), ein Bohrer (für die eigentliche Arbeit) und eine Schnittstelle (zur Steuerung von Maschinen mit Bedienereingabe).
Bei der Auswahl einer CNC-Bohrmaschine sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, darunter die Größe des verfügbaren Arbeitsbereichs, ihre Kompatibilität mit den jeweiligen Projekten, die Haltbarkeit, das Drehmomentniveau, die Spindeldrehzahl und die Benutzerfreundlichkeit.
Sobald eine Maschine eingerichtet ist, beginnen die Usability-Phasen damit, dass der Bediener den CAD- oder CAM-Entwurf (Computer-Aided Manufacturing), der in Code umgewandelt werden soll, hochlädt, den richtigen Bohrer installiert, das Rohmaterial auf dem Tisch befestigt und den Bohrvorgang startet durch die Schnittstelle führen und die Maschine mit dem Bohren von Löchern geeigneter Größe und Durchmesser beginnen lassen.
Einsatzmöglichkeiten des CNC-Fräsens
CNC-Fräsmaschinen mit ihren vielseitigen Schneidfähigkeiten und ihrer überragenden Präzision werden in vielen verschiedenen Branchen und für eine Reihe unterschiedlicher Teile oder Produkte eingesetzt.
Für die meisten Maschinen steht eine große Auswahl an Schneidwerkzeugen zur Verfügung, die eine größere Flexibilität und die Möglichkeit bieten, mit verschiedenen Materialien zu arbeiten, was die Anwendbarkeit des CNC-Fräsens in verschiedenen Arbeitsbereichen weiter erhöht.
Die vier Hauptarten der Fräsabdeckung:
- Normalfräsen
- Dies wird auch als Platten- oder Flächenfräsen bezeichnet und dient der Erzeugung einer ebenen Oberfläche
- Planfräsen
- Die Drehachse ist senkrecht zur Materialoberfläche angeordnet und mit Zahnschnittwerkzeugen kombiniert, um Rohmaterialien zu schneiden, wobei diejenigen, die mit dem flachen Material in Kontakt kommen, zum Veredeln verwendet werden.
- Winkelfräsen
- Wie der Name schon vermuten lässt, wird die Achse des Werkzeugs dabei in einem Winkel zur Oberfläche des Rohmaterials angesetzt, wodurch ein Mittelpunkt zwischen Planfräsen und Planfräsen entsteht.
- Formfräsen
- Hierbei handelt es sich um das Fräsen, das zur Herstellung von Teilen verwendet wird, die keine flache Oberfläche haben. Die beteiligten Maschinen werden während der Aufgabe häufig mit mehreren verschiedenen Werkzeugen ausgestattet, um die gewünschten Kurven oder Formen zu erhalten.
Aufgrund der Vielseitigkeit, die das CNC-Fräsverfahren mit sich bringt (Sie sind praktisch nur durch die Verarbeitbarkeit des Designs eingeschränkt), werden die Techniken für eine Vielzahl von Projekten eingesetzt. Sie werden vielleicht am häufigsten mit der Automobil- und Luftfahrtindustrie in Verbindung gebracht (Herstellung von Auto- bzw. Flugzeugteilen), aber aufgrund ihrer Kompatibilität mit einer Vielzahl von Materialien (wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Titan, Bronze, Holz, Nylon, extrudiertem Polyurethan, Stein und Kunststoff) wird das Verfahren auch für Projekte wie diese eingesetzt:
- Skulptur
- Prototyp und Modellierung
- Holzbearbeitung
- Instrumente
- Aluminiumbearbeitung
- Kunststoffbearbeitung
- Möbel
- Beschilderung und Leitsysteme
- Schrank und Regal
Je nach Projekt, Verwendung (ob durch einen Hobbybastler oder einen Industriekomplex) und Umfang des Projekts gibt es ein riesiges Einsatzspektrum für CNC-Fräsmaschinen.
Einsatzmöglichkeiten des CNC-Bohrens
Für Projekte, die ein höheres Maß an Genauigkeit, größere Vielseitigkeit und größere Reproduzierbarkeit erfordern, sind CNC-Bohrmaschinen eine clevere Option – da sie nach dem Entwurf arbeiten, ist kein menschliches Versagen mit dem Prozess verbunden, die Maschinen erstellen Teile, die das CAD reproduzieren / CAM-Design, das eine hohe Konsistenz über und zwischen Chargen ermöglicht – dies hat dazu geführt, dass CNC-Bohren eine beliebte Option für die Herstellung von Teilen wie Naben, Maschinenwellen, Getrieberohlingen, Aluminium- oder Kunststoffprofilen und mehr ist.
Bohrmaschinen mit CNC werden hauptsächlich zum Reiben, Anfasen und Bohren verwendet – und werden hauptsächlich in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie, im Schiffbau und im Maschinenbau für komplexe Teile eingesetzt.
Zu den üblichen Anwendungen dieser Maschinen gehören:
- Metallverarbeitung
- Zur Herstellung von Präzisionsteilen werden Präzisionslöcher in massive Metallmaterialien gebohrt. Diese Techniken werden häufig in Projekten der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Bauindustrie zur Herstellung von Endteilen eingesetzt.
- Holzverarbeitung
- Die CNC-Maschine gehört zum Standardbetrieb von Holzverarbeitern (z. B. Möbelbauer, Schreiner etc.). Die Bohrmaschine wird häufig in Verbindung mit anderen CNC-Maschinen verwendet, um standardisierte Stufen zum Drehen, Fräsen und Schleifen bereitzustellen.
- Herstellung von Komponenten und Teilen.
- Es ist üblich, dass Hersteller zum Bohren eine CNC-Maschine verwenden, insbesondere in Branchen, in denen Präzision und Wiederholgenauigkeit nicht nur eine schöne Sache, sondern entscheidend für den Erfolg der Produkte sind (z. B. in der Informatik).
- Kunststoffherstellung
- Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und der Fähigkeit, mit verschiedenen Stilen und Werkzeugen zur Herstellung standardisierter Produkte zu arbeiten, nutzen Hersteller verschiedener Kunststoffe auch CNC-Bohren zur Herstellung elektronischer Teile.
- Elektrische Anwendungen
- CNC-Bohrmaschinen (und andere CNC-Maschinen) sind für Unternehmen in der Elektroindustrie unerlässlich. Es ist bekannt, dass Hersteller von Bohrmaschinen diese in mehreren Fällen als Funkenerosionsmaschinen einsetzen.
Der Typ und die Größe der Maschine, das verwendete Werkzeug oder der Bohrer sowie die Komplexität der Aufgabe spielen alle eine Rolle dabei, welche Bohrmaschine für die jeweilige Aufgabe am besten geeignet ist, jedoch mit austauschbaren Teilen und der Fähigkeit, feine Präzisionsteile herzustellen Dank der zuverlässigen Wiederholung ist die CNC-Bohrmaschine sicherlich ein wertvolles Werkzeug in den Werkstätten vieler Unternehmen.
Der Unterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Bohren
CNC-Fräsen und -Bohren sind beides subtraktive Technologien, bei denen ein größerer Materialanteil benötigt wird, um ihn bis zum fertigen Produkt zu zerkleinern. Die Technologien schließen sich nicht gegenseitig aus und ihr Einsatz hängt weitgehend davon ab, was getan werden muss.
Obwohl die Maschinen ähnlich aussehen und ähnlich funktionieren, unterscheiden sich ihre Funktionen erheblich.
Der Hauptunterschied zwischen CNC-Fräsen und CNC-Bohren besteht in der Funktionalität, Bewegung und dem gewünschten Ergebnis – für Projekte, die nur Löcher erfordern, ist Bohren die am besten geeignete Option, wenn das Design jedoch komplexer ist und andere Formen oder Oberflächen erfordert Dann ist eine CNC-Fräsmaschine die beste Wahl.
CNC-Bohrer werden verwendet, um durch das Material zu drücken und präzise Löcher in einer flachen Oberfläche zu erzeugen, wohingegen Fräsen von verschiedenen Achsen aus schneiden und aufgrund der Beweglichkeit entlang dieser Achsen eine Vielzahl von ausgeschnittenen Formen im Material erzeugen können.
Mit Fräsmaschinen können Sie Bohrer zum Auf- und Abschneiden verwenden, mit Bohrmaschinen können Sie jedoch nicht horizontal mit Fräsern schneiden.
Die meisten CNC-Fräsmaschinen verfügen über eingebaute Tische, um Materialien und Projekte an Ort und Stelle zu halten. Bei CNC-Bohrmaschinen ist das jedoch nicht immer der Fall – sie werden möglicherweise mit einem Schraubstock geliefert, der sie bei der Aufstellung in Bereichen mit eingeschränkten Platzverhältnissen flexibler macht.
Bohrmaschinen haben auch den Vorteil, dass sie oft wesentlich weniger sperrig sind als Fräsmaschinen, obwohl keine der beiden besonders für den mobilen Einsatz geeignet ist.
Beide Technologien haben ihre Vor- und Nachteile. Bei der Entscheidung, ob eine CNC-Bohr- oder Fräsmaschine am besten geeignet ist, kommt es vor allem auf die Art der Arbeit an, für die sie angeschafft wird, auf den verfügbaren Platz zum Aufstellen, die Geschwindigkeit und Qualität der Computerschnittstelle und der verfügbaren Verbindungen (z. B. Internetgeschwindigkeit) sowie die Budgetbeschränkungen des Unternehmens.
Außerdem muss berücksichtigt werden, dass viele CNC-Geräte (über Fräse und Bohrer hinaus) zusammenarbeiten können. Wenn Sie über genügend Platz und Budget verfügen, um andere Bereiche und Maschinen zu erweitern, können Sie die verfügbaren Produktivitäts- und Kreativoptionen erheblich steigern.
CNC-Fräsen und CNC-Bohren im Fazit
Technologische Fortschritte verändern weiterhin die Landschaft der Branche, und subtraktive Techniken sind möglicherweise nicht mehr so wünschenswert wie früher, insbesondere wenn Optionen wie der 3D-Druck verfügbar sind, der ein Muster aufbaut, anstatt Materialien wegzuschlagen, um es zu erstellen .
Das heißt aber nicht, dass die Zukunft des CNC-Fräsens oder Bohrens begrenzt ist – die Technologie entwickelt sich weiter und verändert sich, da die Computerprogrammierung flexibler wird, bisher unerreichbare Designs herstellbar werden und verschiedene Materialien in den allgemeinen Gebrauch eingeführt werden.
CNC bietet immer noch erhebliche Verbesserungen bei der Geschwindigkeit, mit der Metallprodukte hergestellt werden können, und bei größeren Teilen übertreffen die Maschinen immer noch die Fähigkeiten ihrer nächsten technologischen Konkurrenten.
Die Zukunft der CNC liegt in der weiteren Integration und Synchronisierung zwischen mehreren Maschinen, um die Effizienz und Leistungsfähigkeit des gesamten Teileherstellungsprozesses zu steigern, was natürlich zu einer Verkürzung der Produktionszeiten führt, ohne dass dies entsprechende Auswirkungen auf die Qualität hat.
Da die Werkzeuge immer spezialisierter und individueller werden, steigt die Produktivität und Genauigkeit und es sind weniger Ausfall- oder Abkühlzeiten erforderlich, da diese Technologie die Weiterentwicklung kreativerer und spezialisierterer Produkte weiter vorantreibt.
Wenn es um Fertigungsprozesse geht, gilt jedoch immer noch das alte Sprichwort: „Man muss das richtige Werkzeug für die richtige Aufgabe auswählen.“
