10 Arten von CNC-Maschinen

Was ist eine CNC-Werkzeugmaschine?

Eine CNC-Werkzeugmaschine ist eine Werkzeugmaschine, die durch ein Computerprogramm gesteuert werden kann. Sie kann verschiedene komplexe Bearbeitungsaufgaben automatisch gemäß voreingestellter Bearbeitungsprogramme ausführen. CNC ist die Abkürzung für „Computer Numerical Control“ (computergesteuerte numerische Steuerung).

Die CNC-Bearbeitung ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem computergesteuerte Werkzeugmaschinen Material vom Werkstück abtragen, um Teile herzustellen. Normalerweise planen CNC-Werkzeugmaschinen den Bearbeitungspfad automatisch anhand des dreidimensionalen CAD-Modells und steuern das Werkzeug entlang dieses Pfades, um die gewünschte Form des Teils zu erzielen.

Dieser Artikel stellt die verschiedenen Arten von CNC-Werkzeugmaschinen und ihre Funktionsweise vor.

1. CNC-Fräsmaschine

Eine CNC-Fräsmaschine ähnelt einer CNC-Fräsmaschine, wird aber im Allgemeinen zur Bearbeitung weicherer Materialien eingesetzt und ist typischerweise weniger präzise. CNC-Fräsmaschinen sind bekannt für ihre Fähigkeit, mithilfe der numerischen Steuerung (CNC) Spindel- und Werkzeugwege zu berechnen und so Materialien wie Holz, Stahl, Schaumstoff, Verbundwerkstoffe, Aluminium und Kunststoff zu bearbeiten und zu formen.

CNC-Fräsmaschinen bestehen typischerweise aus Schrittmotoren, Schrittmotortreibern, einem mechanischen Grundkörper, einer Spindel, Steuerungen und einem Netzteil. CNC-Fräsmaschinen tragen dazu bei, Abfall zu reduzieren, Produktivität und Genauigkeit zu steigern und Produkte schneller herzustellen.

2. CNC-Bohrmaschine

 Eine CNC-Bohrmaschine wird für Bearbeitungsprozesse eingesetzt, bei denen zylindrische Löcher in ein Werkstück gebohrt werden müssen. Sie verwendet rotierende Bohrer, deren Konstruktion es ermöglicht, dass die Späne während des Bohrvorgangs vom Werkstück abfallen.

Es gibt verschiedene gängige Bohrertypen für CNC-Bohrmaschinen, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Dazu gehören Anbohrer zum Vorbohren, Tiefbohrer für Bohrungen, Drehautomatenbohrer für präzise Bohrungen und Reibahlen zum Fertigbohren von Löchern auf das gewünschte Maß.

Wie andere CNC-Maschinen nutzt auch eine CNC-Bohrmaschine die computergesteuerte numerische Steuerung (CNC), um den Bohrvorgang zu automatisieren. Sie steuert die Positionen und Bewegungsmuster des Bohrers gemäß programmierten Werkzeugwegen. Dies ermöglicht das präzise Bohren mehrerer Löcher in ein Werkstück mit hoher Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit. CNC-Bohrmaschinen sind besonders nützlich, wenn große Stückzahlen von Teilen mit identischen Lochmustern oder -größen durch automatisierte Bohrprozesse gefertigt werden müssen.

3. CNC-Drehmaschine

Eine CNC-Drehmaschine wird für Bearbeitungsprozesse eingesetzt, bei denen rotierende Werkstücke gedreht oder geformt werden. Sie verwendet Einpunkt-Schneidwerkzeuge, deren Konstruktion je nach Drehanwendung variiert, z. B. Schruppen, Schlichten, Plandrehen, Gewindeschneiden, Umformen, Hinterschneiden, Abstechen und Einstechen.

Die CNC-Drehmaschine automatisiert den Drehprozess durch computergesteuerte numerische Steuerung. Sie steuert die Positionen und Bewegungen der Schneidwerkzeuge gemäß programmierten Werkzeugwegen. Dadurch lassen sich komplexe Formen und Geometrien aus zylindrischen Werkstücken präzise und wiederholgenau herstellen.

Es gibt verschiedene Arten von CNC-Drehmaschinen für unterschiedliche Anwendungen. Zu den gängigen Typen gehören Revolverdrehmaschinen für die Serienfertigung mit automatischem Werkzeugwechsel, Motordrehmaschinen für allgemeine Dreharbeiten und Sonderdrehmaschinen für spezielle Geometrien oder Materialien.

Das CNC-Drehen steigert die Produktivität gegenüber manuellen Drehmaschinen durch den mannlosen Betrieb und die Fertigung mehrerer Teile nach exakten Vorgaben. CNC-Drehmaschinen sind besonders in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Präzisionsfertigungsindustrie von Vorteil, wo eine große Anzahl von Drehteilen präzise und effizient bearbeitet werden muss.

4. 5-Achs-CNC-Maschine

Eine 5-Achs-CNC-Maschine erweitert die Möglichkeiten herkömmlicher 3-Achs-Fräsmaschinen durch das Hinzufügen zweier weiterer Drehachsen und ermöglicht so die Bearbeitung komplexer Geometrien in einer einzigen Aufspannung.

Zusätzlich zu den drei linearen Achsen (X, Y, Z) zur Positionierung des Schneidwerkzeugs verfügt eine 5-Achs-CNC-Maschine entweder über zwei zusätzliche Drehachsen an der Schneidspindel oder einen Schwenk-/Drehtisch. Dies bietet zwei weitere Freiheitsgrade für die Werkstückpositionierung.

Durch Neigen und Drehen der Werkstückaufnahmevorrichtung (Schwenktisch) ermöglicht die 5-Achs-Maschine dem Schneidwerkzeug, fünf Flächen eines prismatischen Werkstücks in 90-Grad-Winkeln zu bearbeiten, ohne dass das Werkstück zwischen den Arbeitsgängen neu positioniert werden muss.

Die beiden zusätzlichen Drehachsen (üblicherweise A-Achse und C-Achse genannt) verbessern die Bearbeitungseffizienz deutlich, da mehrere Spannvorgänge und Aufspannungen entfallen. Komplexe Geometrien wie Skulpturen lassen sich auf einer 5-Achs-CNC-Maschine komplett in einer einzigen Aufspannung bearbeiten.

Die 5-Achs-CNC-Bearbeitung findet breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, im Werkzeug- und Formenbau sowie in der Medizintechnik, wo komplexe Bauteile üblich sind. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Freiformflächen zu bearbeiten, wird sie auch häufig für die Bildhauerei eingesetzt.

5. CNC-Fräsmaschine

Eine CNC-Fräsmaschine nutzt rotierende Mehrpunkt-Schneidwerkzeuge, um Werkstücke präzise zu formen und zu bearbeiten. Gängige Fräswerkzeuge sind Schaftfräser, Spiralfräser und Fasenfräser, die je nach Anwendung horizontal oder vertikal ausgerichtet werden können.

Die CNC-Fräsmaschine automatisiert den Fräsprozess mittels computergesteuerter numerischer Regelung. Sie steuert die Position und den Bewegungspfad des Schneidwerkzeugs gemäß den programmierten Werkzeugwegen. Dadurch lassen sich komplexe Profile und Geometrien aus Rohmaterialien oder Gussteilen präzise und wiederholgenau herstellen.

CNC-Fräsmaschinen, auch Fräsmaschinen genannt, sind in horizontaler und vertikaler Ausführung erhältlich. Einfache CNC-Fräsmaschinen bieten drei lineare Bewegungsachsen (X, Y, Z), während fortschrittlichere Modelle zusätzliche Drehachsen für eine verbesserte Zugänglichkeit aufweisen.

Zu den gängigen CNC-Fräsmaschinen gehören Handfräsmaschinen für kleine Teile, Flach- oder Vertikalfräsmaschinen für die allgemeine Bearbeitung, Universalfräsmaschinen, die für eine Vielzahl von Operationen geeignet sind, und Omniversalfräsmaschinen, die durch vier oder fünf Achsen maximale Flexibilität bieten.

Das CNC-Fräsverfahren steigert die Produktivität gegenüber manuellen Fräsmaschinen. Es ermöglicht die mannlose Massenproduktion von gefrästen Bauteilen mit engen Toleranzen. CNC-Fräsmaschinen werden in der Fertigungsindustrie häufig zur Bearbeitung von Teilen aus Metallen, Kunststoffen, Holz, Verbundwerkstoffen und anderen Materialien eingesetzt.

6. CNC-Laserschneidmaschine

 Eine CNC-Laserschneidmaschine nutzt einen Hochleistungslaser, um Materialien durch Schmelzen, Verbrennen oder Verdampfen zu schneiden. Sie ermöglicht das präzise Schneiden von komplexen Mustern und Profilen.

Zu den wichtigsten Arten von Industrielasern, die in Laserschneidmaschinen eingesetzt werden, gehören:

CO₂-Laser: Einer der gebräuchlichsten Gaslaser, der mit einem Kohlendioxid-Gasgemisch arbeitet. Geeignet zum Schneiden von Nichtmetallen wie Holz, Kunststoffen und Textilien. Kann auch einige Baustähle schneiden.

Festkörperlaser: Typischerweise Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (YAG-Laser), die Neodym als aktives Element verwenden. Sie sind leistungsstärker als CO₂-Laser und können dickere und härtere Metalle schneiden.

Faserlaser: Ein neuerer Festkörperlasertyp mit überlegener Strahlqualität. Sehr effizient für präzise Metallbearbeitungsanwendungen.

CNC-Laserschneidmaschinen führen den Laserstrahl mithilfe von XY-Portalen und CNC-Steuerung entlang programmierter Werkzeugwege. Gängige Werkstückgrößen reichen von Desktop-Maschinen bis hin zu Großformatmaschinen.

Der Laser ermöglicht einen sauberen Schnitt mit hoher Genauigkeit und minimaler Wärmeeinflusszone. Er erlaubt das präzise Schneiden verschiedenster Materialien. Laserschneiden findet breite Anwendung in der Fertigung, im Prototypenbau sowie in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.

7. CNC-Plasmaschneidmaschine

Eine CNC-Plasmaschneidmaschine nutzt einen Plasmabrenner zum Schneiden elektrisch leitfähiger Materialien. Sie funktioniert, indem ein Hochgeschwindigkeitsgas, wie Sauerstoff oder Luft, durch eine Düse geleitet wird und unter dem Brenner ein Lichtbogen entsteht, der das Gas zu einem leitfähigen Plasmastrom ionisiert.

Der Plasmastrahl überträgt dann Wärme und Elektrizität auf das Werkstückmaterial und schneidet es durch Schmelzen und Verdampfen. Gängige Werkstoffe, die mit Plasmaschneidmaschinen bearbeitet werden, sind Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing und Kupfer.

Bei einer CNC-Plasmaschneidmaschine wird der Plasmabrenner vom CNC-System gemäß programmierten Werkzeugwegen gesteuert. Dies ermöglicht das präzise computergesteuerte Schneiden komplexer 2D- und 3D-Formen aus Metall.

Zu den wichtigsten Merkmalen von CNC-Plasmaschneidmaschinen gehören die Fähigkeit, dicke Blechmaterialien zu schneiden, eine gute Schnittqualität mit minimalen Wärmeeinflusszonen und hohe Schnittgeschwindigkeiten. Sie eignen sich hervorragend für Fertigungs-, Wartungs- und Reparaturanwendungen.

Das CNC-System ermöglicht automatisierte, wiederholbare Schnitte und den unbemannten Betrieb. Plasmaschneiden findet breite Anwendung in Branchen wie der Automobilindustrie, der Fertigungsindustrie, dem Schiffbau und dem Bauwesen zum Schneiden, Anfasen und Auskeilen von Metallteilen und -komponenten.

8. CNC-Maschine für Funkenerosion

Eine CNC-Maschine zur elektrischen Entladung, auch bekannt als EDM (elektrische Entladungsbearbeitung) oder Funkenerosions-CNC-Maschine, nutzt den thermoelektrischen Prozess elektrischer Funken zum Schneiden elektrisch leitfähiger Materialien.

Das Verfahren nutzt elektrische Funken, die durch eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Elektroden – einer Werkzeugelektrode und dem Werkstückmaterial – erzeugt werden, um durch Schmelzen und Verdampfen geringe Materialmengen abzutragen. Deionisiertes Wasser dient zum Abspülen der Rückstände.

Bei einer CNC-Erodiermaschine ist die Werkzeugelektrode mit dem CNC-System verbunden und wird präzise gemäß programmierten Werkzeugwegen positioniert und gesteuert. Dies ermöglicht die Bearbeitung komplexer 3D-Formen aus harten Metallen und Legierungen, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu bearbeiten sind.

Zu den wichtigsten Vorteilen von EDM-CNC-Maschinen gehören die Fähigkeit, sehr harte Materialien zu bearbeiten, Teile mit sehr hoher Genauigkeit und Oberflächengüte herzustellen sowie komplexe innere Hohlräume und Profile zu schneiden.

Typische Anwendungsgebiete sind Formen, Werkzeuge, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie chirurgische Implantate, da das Verfahren berührungslos ist und nur minimale mechanische Kräfte auf das Werkstück ausübt. CNC-Erodiermaschinen eignen sich hervorragend für die Kleinserienfertigung komplexer Teile.

9. Hier die wichtigsten Punkte zu einer CNC-Schleifmaschine:

1. Eine CNC-Schleifmaschine verwendet eine rotierende Schleifscheibe, um Metallteile durch den mechanischen Prozess des Abschleifens zu schneiden und zu formen.
2. Die Schleifscheibe, üblicherweise aus Diamant oder CBN (kubischem Bornitrid), trägt beim Kontakt mit dem Werkstück kleine Metallspäne ab. Für enge Toleranzen ist eine präzise Steuerung erforderlich.
3. Bei einer CNC-Schleifmaschine werden Schleifscheibe und Werkstück vom CNC-System gemäß einem programmierten Code präzise positioniert und bewegt. Dadurch können komplexe 3D-Profile automatisch geschliffen werden.
4. Zu den gängigen Schleifverfahren gehören das Rundschleifen (Außen- oder Innenflächen), das Flächenschleifen (ebene Flächen), das spitzenlose Schleifen und das Profilschleifen.
5. Teile, die mit CNC-Schleifmaschinen hergestellt werden, erfordern eine sehr hohe Genauigkeit und Oberflächengüte. Es handelt sich häufig um Präzisionsbauteile wie Nockenwellen, Kugellager und Zahnräder.
6. Zu den Branchen, die CNC-Schleifen einsetzen, gehören die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und allgemeine Fertigungsindustrie, in der enge Toleranzen von entscheidender Bedeutung sind.
7. Zu den Vorteilen gegenüber dem herkömmlichen Schleifen gehören wiederholbare Genauigkeit, Mehrachsensteuerung und die Möglichkeit, komplexe Konturen und Profile unbeaufsichtigt zu schleifen.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass eine CNC-Schleifmaschine Metallteile durch automatisierte Schleifscheibenbearbeitung, gesteuert durch ein computergesteuertes numerisches Steuerungssystem, präzise formt.

10. Hier die wichtigsten Punkte zu einer CNC-Maschine mit automatischem Werkzeugwechsel:

1. - Sie verfügt über ein Werkzeugmagazin/Karussell, das mehrere Werkzeuge wie Bohrer, Fräsen, Oberfräsen usw. neben dem Arbeitsbereich der Maschine aufnimmt.
2. - Der automatische Werkzeugwechsler ermöglicht den schnellen und automatischen Austausch von Werkzeugen nach Bedarf während des CNC-Bearbeitungsprozesses ohne manuelles Eingreifen.
3. Dies steigert die Produktivität erheblich, da die Nebenzeiten im Vergleich zu manuellen Werkzeugwechseln minimiert werden. Komplexe Teile, die mehrere Werkzeuge erfordern, können bearbeitet werden, ohne den Produktionsprozess zu unterbrechen.
4. Die Werkzeuge werden robotisch aus dem Magazin entnommen/ausgetauscht und mithilfe eines automatischen Werkzeugwechslers unter CNC-Steuerung an der Spindel montiert.
5. - Es erhöht die Werkzeugaufnahmekapazität der Maschine über ein einzelnes Werkzeug hinaus und ermöglicht so die Bearbeitung komplexerer Teile, ohne dass Werkzeuge manuell nachgeladen werden müssen.
6. Defekte oder verschlissene Werkzeuge können im laufenden Betrieb ausgetauscht werden, ohne die Produktion zu unterbrechen. Dies verbessert die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit.
7. - Eine automatische Werkzeugkalibrierung ist ebenfalls möglich, um die geometrische Genauigkeit nach jedem Wechsel zu gewährleisten.
8. - Es treibt die CNC-Bearbeitung hin zu einer effizienteren, mannlosen Produktion mit minimalem menschlichen Eingriff voran.

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass der automatische Werkzeugwechsel die Flexibilität und Produktivität von CNC-Maschinen verbessert.