Typischerweise hat die CNC Maschine 3 bis 5 Achsen.
Am Beispiel einer CNC Fräsmaschine ermöglichen die ersten 3 Achsen die Bewegung des Werkstücks in den 3 Raumrichtungen (X, Y und Z).
Eine Achse besteht dabei jeweils aus mindestens einer hochgenauen CNC Linearführung und einem Linearantrieb. Der CNC Linearantrieb wird üblicherweise in Form eines Kugelgewindetriebs oder Trapezgewindetriebs ausgeführt. Die Mechanik der Linearachsen wird häufig durch hochdynamische Servomotoren oder Schrittmotoren angetrieben.
Die 4. Achse ist in der Regel ein Drehtisch oder Drehteller, auf welchem das Werkstück zusätzlich rotieren kann. Die 5. Achse ermöglicht das Schwenken des Fräskopfs gegenüber der Vertikalen.
Für optimale Positioniergenauigkeiten werden große Anstrengungen betrieben die Linearantriebe spielfrei zu gestalten.
Steuerung der CNC Maschine
Industriemaschinen sind mit einer SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ausgestattet. Sie ist die Schnittstelle zwischen CNC Steuerung und Anlage. In der SPS werden alle sicherheitsrelevanten Fail Safe Routinen durchgeführt. Sie stellt z.B. sicher, dass die Bearbeitungsspindel bei einer Kollision automatisch stoppt. Auch das Öffnen der Sicherheitstür führt zum Abschalten des rotierenden Werkzeugs.
Die SPS wird einmalig beim Hersteller programmiert und danach nicht mehr verändert. Dadurch ist sichergestellt, dass der Bediener keine Möglichkeit hat – bewusst oder unbewusst – in die Sicherheitsfunktionen der Maschine einzugreifen.
Bei der Achssteuerung der Maschine unterscheidet man zwischen Bahnsteuerung, Streckensteuerung und Punktsteuerung. Der Industriestandard ist die Bahnsteuerung, bei der das Werkzeug eine fest definierte Bahn im Raum abfährt. Dadurch ist die Bearbeitungskontur zwischen den Stützpunkten exakt definiert.
Vorteile von CNC Maschinen
Durch den automatischen Ablauf der Steuerung und der gleichzeitigen Überwachung der Qualität können Großserienteile in nahezu konstant gleichbleibender Qualität produziert werden.
Die Geometrie der Teile kann wesentlich komplexer sein, da die Berechnung der Werkzeugbahnen automatisch und in kürzester Zeit über das CAM Programm am PC abläuft. Aufwändige 3D Konturen könnte ein Mensch mit manueller Handbedienung (Kurbeln) in der geforderten Genauigkeit nicht herstellen.
Durch den Rechnereinsatz kann außerdem die Bedienersicherheit wesentlich erhöht werden, da z.B. das Öffnen von Schutztüren, das Fehlen von Kühlschmiermittel oder ein Werkzeugverschleiß durch die Steuerung erkannt werden.