Die CNC-Bearbeitung

Bei der CNC-Bearbeitung (Computerised Numerical Control, engl. computergestützte numerische Steuerung) wird zwischen zwei Hauptarten der Bearbeitung differenziert. Steht das Werkzeug fest und das Werkstück bewegt sich, so spricht man vom Drehen. Das Werkstück bewegt sich also rotatorisch, das Werkzeug translatorisch, um zum Bearbeitungsort zu verfahren. Steht das Werkstück fest und das Werkzeug bewegt sich, so spricht man vom Fräsen. Der Unterschied besteht also in der Energieeinfuhr. 

Da das Werkstück beim Drehen beschleunigt wird, um die Energie zur Bearbeitung aufzubringen, können ausschließlich rotationssymmetrische Teile bearbeitet, bzw. rotationssymmetrische Geometrien erzeugt werden. Der mechanisch Grundaufbau von Drehmaschinen ist etwas weniger komplex im Vergleich zu Fräsmaschinen sowie der Materialabtrag höher, weshalb sie sowohl kostengünstiger in der Anschaffung sind als auch kosteneffizienter arbeiten, aber nur limitierte Bearbeitungseingriffe erzielen können. Je nach Komplexität der zu fertigenden Geometrie werden verschiedene Bewegungsfreiheitsgrade erforderlich. Dazu kann eine Fräsmaschine mit drei, vier oder fünf Achsen ausgerüstet sein. Während mit einer 3-Achs-Fräsmaschine gewöhnliche Geometrie gefertigt werden können, sind mit einer 5-Achs-Fräsmaschine auch komplexe Strukturen realisierbar.

Bevor die eigentliche Bearbeitung des zu bearbeitenden Werkstücks beginnen kann, müssen sowohl an der CNC-Maschine selbst eine Vorkehrungen getroffen werden, als auch das Halbzeug in einen verarbeitungsfähigen Zustand gebracht werden. Im Folgenden werden die drei wesentlichen Vorbereitungsschritte sowohl der Fertigungsprozess an sich beschrieben und erläutert.

Bevor die Fertigung überhaupt beginnen kann, muss in einer für die CNC-Maschine verständlichen Sprache definiert und beschrieben werden, welche Arbeitsschritte notwendig sind. Dafür gibt es NC-Programme. In diesem Bearbeitungsprogramm wird der Maschine die technische Zeichnung verständlich gemacht. Ihr also vorgegeben, welche Bohrung, welches Gewinde, welche Fase, etc. wo gefräst werden soll. Derartige Programme können mittels der eigenen Steuerung direkt an der Maschine oder über CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) erzeugt werden. Auch kann das Gerüst des Programms bereits aus der Zeichnung im CAD-Programm erstellt und exportiert werden. Eine vollständige Automatisierung ohne individuelle Anpassung an die Gegebenheiten der Maschine ist allerdings noch nicht möglich. Eine saubere und vollständige technische Zeichnung stellt immer die Basis einer effizienten Programmierung dar.

Sofern die Werkstücke nicht bereits in verarbeitungsfähiger Dimension vorhanden sind, sondern bspw. als Stangenmaterial angeliefert wurden, müssen die Halbzeuge zunächst in verarbeitungsgerechte Stücke zerteilt und ggf. entgratet werden. Zur Vorbereitung der Halbzeuge können unterschiedliche vorbereitende Schneidverfahren zum Einsatz kommen, z.B. Sägen, Laser- oder Wasserstrahlschneiden. Bei uns übernimmt diese Arbeit eine Abkantschere oder Metallkreissäge und, bei Bedarf, eine Trowaliermaschine, um die auf Länge gebrachten Halbzeuge von Span oder scharfen Kanten zu befreien. 

In diesem Arbeitsschritt wird die CNC-Maschine für die Bearbeitung eines Halbzeugs vorbereitet. Bevor dieses in die Spannbacken eingespannt wird, werden die Fräswerkzeuge auf Vollständigkeit sowie Messgenauigkeit überprüft und ggf. erneut vermessen oder ersetzt, sollte an der Schnittkante des Werkzeugs nicht mehr ausreichend scharf sein. Für die Einspannung stehen konventionelle Spannbacken oder eine Vakuumplatte zur Auswahl. Bei der Auswahl der Einspannung werden die zu fertigende Geometrie des Werkstücks sowie die Bearbeitungskräfte berücksichtigt. Ebenfalls ist die Abfolge der Arbeitsschritte relevant, wenn beispielsweise auch die Fläche bearbeitet werden soll, an der das Werkstück im ersten Arbeitsschritt eingespannt wird. Das Rüsten kann aufgrund des teils großen technischen und organisatorischen Aufwands einen erheblichen Kostentreiber in der CNC-Fertigung darstellen.

Nun kann die eigentliche Fertigung des Werkstücks beginnen. Die Fertigungszeit setzt sich aus der Haupt- und Nebenzeit zusammen. Die Hauptzeit summiert alle Zeiten der tatsächlichen Bearbeitung des Werkstücks, die Nebenzeit summiert alle nicht-wertschöpfenden, aber notwendigen Zeiten, z.B. das Wechseln von Werkzeugen für einen folgenden Bearbeitungsschritt. Die Hauptzeit wird maßgeblich von dem realisierten Zeitspanvolumen beeinflusst. Diese Messgröße wird allgemein durch den Vorschub und die Schnitttiefe des Werkzeugs definiert und beschreibt den Spanabtrag über die Zeit, also die Produktivität einer CNC-Maschine.