Computerized Numerical Control – das ist die computergestützte numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen. Aber was bedeutet das eigentlich in der Praxis, und wie wird die Technologie heute eingesetzt? Das und mehr lesen Sie hier.
Wer die erste Fräsmaschine baute, darüber wird noch immer diskutiert. Fakt ist aber, dass die Fräsen irgendwann um 1850 in Erscheinung traten. Der Amerikaner Eli Whitney setzte die Maschinen in der Waffenproduktion ein – mit beeindruckendem Erfolg. Bei guter Pflege sind die entstandenen Exemplare bis heute funktionsfähig, erstaunlich präzise gefertigt und bei Sammlern sehr begehrt. Bis ca. 1900 waren Fräsmaschinen dann auch für die Zahnradproduktion ausgereift. Neben der Fräsmaschine entwickelten sich selbstverständlich auch andere Werkzeugmaschinen weiter – Drehbänke, Schleifmaschinen und viele mehr.
Geschulte Arbeiter konnten mit solchen Werkzeugmaschinen jetzt sehr viel schneller und produzieren. Ein Stichwort hier war – und ist bis heute – die Wiederholgenauigkeit. Von Hand gefräste Bauteile werden immer einige Abweichungen aufweisen, die schlicht im System Mensch-Maschine begründet sind. Insbesondere bei komplexen Geometrien wie zum Beispiel Radien kamen menschliche Bediener außerdem relativ schnell an ihre Grenzen. In Kombination mit der Serienproduktion von unterschiedlichsten Produkten wurde hier sehr früh der Wunsch nach Automatisierung laut.
Es dauerte trotzdem fast bis 1950, bis die Technik weit genug war für numerische Steuerungen (NC). Pioniere wie John T. Parsons und Frank L. Stulen führten das Konzept in der Flugzeugindustrie ein, wo der Bedarf an sehr präzisen Bauteilen besonders hoch war. Die ersten Entwicklungen von numerischen Steuerungen gemeinsam mit dem Massachusetts Institute of Technology nutzten Lochstreifen, um Programme und Abläufe zu speichern und wieder in die Maschinen einzuspeisen. Den Antrieb der Maschinen übernahmen dabei Schrittmotoren, die bereits eine teilweise Automatisierung ermöglichten. Die Verwendung von Transistoren ließ in den 1960er Jahren dann bereits Bahnsteuerungen mit Geraden- und Kreisinterpolation zu. So wurde auch die Automatisierung immer komplexerer Geometrien möglich, die vorher aufwändig von Hand berechnet werden mussten.
Ende der 60er Jahre eroberten sich integrierte Schaltkreise den Markt, und 1978 läutete die erste Mikroprozessor-CNC das Ende der NC-Systeme ein. Die neue Steuerung schuf Potential für Rationalisierung und Automatisierung in bisher nicht gekanntem Ausmaß. Immer schnellere Computer und immer präzisere Maschinen ermöglichen heute eine schnelle Fertigung mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich – weit weniger als ein menschliches Haar.
In Kombination mit CAD-Systemen (Computer-Aided Design) entfällt mittlerweile auch weitestgehend die Programmierung moderner CNC-Maschinen. Die Konstruktion wird automatisch an die Maschine übertragen und direkt in der Fertigung umgesetzt. Zusätzliche Automation von Werkzeugtischen, Werkzeugwechslern und Robotern zur Bestückung ermöglicht eine fast mannlose Fertigung über lange Zeiträume und hohe Losgrößen hinweg.
Fertigungsgeschwindigkeit, Präzision, Maschinenauslastung, Werkzeugverschleiß, Stückkosten – alle diese Parameter werden wesentlich von CNC-Steuerungen beeinflusst. Mit der konsequenten Erfassung von Daten und deren Auswertung eröffnen CNC-Steuerungen so auch den Weg zur neuen industriellen Revolution, der sogenannten Industrie 4.0.
CNC-Steuerungen sind aus der modernen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Sie bewegen sich aber von der Vorreiterstellung einer revolutionären Technologie mehr und mehr hin zu lediglich einem Teil der modernen Fertigung, die zunehmend von Daten und Algorithmen beherrscht wird.
Übrigens: Trotz aller Vorteile der CNC-Steuerungen gibt es auch heute noch einen erheblichen Altbestand an NC-Maschinen. Einzelanfertigungen von besonders spezialisierten Zerspanungsprofis werden nach wie vor durchaus von Hand hergestellt, und auch in der Ausbildung sind die Grundlagen unersetzlich, um sein Handwerk “von der Pike auf” zu beherrschen. Mehr zum Einsatz von altgedienten Maschinen bei Horstmann können Sie auch hier nachlesen.
Bildquellen: Horstmann Maschinenbau GmbH, Freepik