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Numerische Kontrolle ist die Steuerung von Werkzeugen über Koordinaten, zum Beispiel wird NC bei Operationen wie such drehen und Mahlen, in Blechbearbeitungsmaschinen und Industrie Roboter. Der Hauptanwendungsbereich ist die numerische Computersteuerung.
Allgemeines
Bei der spanende Bearbeitung der Werkstücke auf Werkzeugmaschinen Dabei spielen zwei Bewegungsarten eine Rolle:
- die Schnittgeschwindigkeit und
- die zu beschreibende Bahn von Werkzeug und Werkstück relativ zueinander.
Die Schnittgeschwindigkeit wird in der Regel durch eine Drehung des Werkzeugs (bohren, Fräse) oder Werkstück (Drehbank). Die Werkstückform entsteht durch Aneinanderbewegen von Werkzeug und Werkstück, meist mit Hilfe von Schiebern.
Der erste Schritt zur Entlastung des Bedieners ist die Mechanisierung der Schnittgeschwindigkeit. Der zweite Schritt besteht darin, den zu beschreibenden Job zu automatisieren. Bei geradlinigen Bewegungen kann dies leicht durch mechanisch angetriebene Schieber erfolgen. Mit Hilfe von einstellbaren Anschlägen können Schiebergrenzen definiert werden. Um gekrümmte Bahnen zu beschreiben, ist mehr Aufwand erforderlich.
Zunächst wurden hierfür Kopiermechanismen entwickelt, bei denen Taster die Form von Formen (Kurvenscheiben auf Drehmaschinen, Schablonen auf Fräsmaschinen) auf das Werkstück übertragen. Da die Herstellung solcher Formen zeitaufwendig und teuer ist, wurde nach flexibleren Systemen gesucht. Dies führte zur numerischen Steuerung und später zur numerische Computersteuerung.
Geschichte
In den Jahren 1949-1952 am MIT (Massachusetts Institute of Technology) ein System, das entwickelt wurde, um es Werkzeugen zu ermöglichen, einen Pfad entlang einer Reihe von Koordinaten zu beschreiben. Zu diesem Zweck wurde ein 1946 entwickelter elektronischer Digitalrechner (Computer) verwendet ENIACBei der ersten mit diesem System ausgestatteten Maschine, einer Cincinnati Hydrotel von 1952, lieferte ein Computer (vorprogrammierte) Bewegungsbefehle, überprüfte diese Bewegungen mit auf den Schlitten montierten Messsystemen und korrigierte sie bei Abweichungen. Geschwindigkeiten und Verarbeitungsgeschwindigkeiten wurden ebenfalls programmiert.
Um die oft komplizierten Bearbeitungsprogramme (zB Tragflächen) erstellen zu können, wurde 1958 ein Computerprogramm entwickelt: APT (Automatic Programming of Tools). Dort festgelegte Codes werden auch heute noch oft verwendet. Stanzbänder wurden zunächst verwendet, um NC-Programme vom Programmiersystem auf die NC-Maschine zu übertragen.
Als 1968 die ersten ICs (Integrierte Schaltkreise) als Ersatz für Elektronenröhren zur Verfügung stehen, werden numerische Steuerungen plötzlich billiger, kleiner und zuverlässiger, wodurch sich die Zahl der Anwendungen stark erhöht. Selbst relativ einfache Prozesse, wie Bohren oder Stanzen eines Lochbildes oder das Biegen von Rohren, werden heute auf NC-Maschinen ausgeführt, wodurch Bohrlehren überflüssig werden. Die Programmierung kann dann sogar ohne Computerhilfe erfolgen, indem Bewegungsbefehle in ein Programmierformular eingegeben und dort per Fernschreiber ein Lochstreifen erstellt wird (manuelle Programmierung).
Eine nächste Entwicklung ist der Einsatz von Computern in Maschinensteuerungen, zunächst Minicomputer (1972) und kurz darauf auch Mikrocomputer. Von diesem Moment an reden wir über CNC (Computergestützte numerische Steuerung). Dies hat zu einer wahren Revolution im NC-Bereich geführt. Die wichtigsten Vorteile sind:
- Kontrollen werden kleiner und billiger;
- Steuerungen werden flexibler (keine maschinenspezifischen Steuerungen mehr nötig: durch ein anderes Softwarepaket für mehr Anwendungen nutzbar)
- Einfache Erweiterung der zu steuernden Achsen, z. B. bei Fräseinheiten an Drehmaschinen oder Industrierobotern mit vielen Freiheitsgraden (Bewegungsmöglichkeiten)
- Die Steuerung kann jetzt auch als Programmierplatz genutzt werden, indem sie mit einem Dialogprogramm und einem grafischen Display ausgestattet wird, das auch simuliert werden kann
- Das Übertragen und Archivieren von NC-Programmen ist über Linienverbindungen, Netzwerke oder eingebauten Speicher (keine Stempel mehr erforderlich) viel einfacher und sicherer.
CAD CAM
Wenn NC-Programmierung, Archivierung, NC-Bearbeitung, Werkzeugverwaltung und Werkstattplanung in einem Rechnersystem vereint sind, spricht man von CAM (computergestützte Fertigung). Erfolgt die Konstruktion von Produkten computergestützt, kommt CAD zum Einsatz (Computer Aided Design). Sind die Computersysteme der Konstruktionsabteilung und der Fertigung verbunden (zB über das Internet), wird die Abkürzung CAD/CAM verwendet.
Eine moderne Anwendung von CAD/CAM ist Rapid-Prototyping, wobei ein neues Produkt (mit CAD entworfen) prototypisiert wird, indem es auf einer speziellen (NC) Maschine aus Kunststoffschichten aufgebaut wird. Das Computerdesign wird direkt an der RP-Maschine präsentiert, woraufhin nach wenigen Stunden ein Prototyp zur Verfügung steht. Diese Technik wird beispielsweise auch in der Medizin erfolgreich eingesetzt. Das belgische Unternehmen materialisieren hat zu diesem Zweck eine Software entwickelt, mit der anhand von CT- und MRT-Aufnahmen im Krankenhaus Modelle des menschlichen Körpers erstellt werden können. Damit lassen sich beispielsweise Implantate nach Maß anfertigen oder komplizierte Operationen wie Schädelkorrekturen außerhalb des Körpers vorbereiten.
Literatur
- Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal; CNC-Handbuch 2011/2012, Carl Hanser Verlag; ISBN 3-446-42594-2