CNC-Maschinen

DeSta::Microcut
Juni 16, 2025

Computerized Numerical Control, kurz CNC, beschreibt die Kontrolle und Steuerung von mehrdimensional arbeitenden Maschinen mithilfe eines Computers. Eine CNC-Maschine ist demnach eine durch einen Computer gesteuerte Maschine, die auf Grundlage von vorher definierten technischen Vorgaben Werkstücke mit verschiedenen Werkzeugen und Parametern bearbeitet. Moderne CNC-Maschinen können alle relevanten Bearbeitungsvorgänge an einem Werkstück in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten durchführen und sind für die Fertigungsindustrie unverzichtbar. Die automatische Bearbeitung durch CNC-Maschinen ist durch hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit charakterisiert und insbesondere für komplexe Geometrien hervorragend geeignet.

Funktionsweise von CNC-Maschinen

Die grundsätzliche Funktionsweise einer CNC-Maschine basiert auf einem Computerprogramm, das exakte Befehle für die Steuerung der Schneidwerkzeuge der Maschine gibt. Die Befehle werden üblicherweise mithilfe einer CAD-Software (Computer Aided Design) definiert und in einer CAD-Datei im DXF-Format verwaltet. Eine CAM-Software (Computer Aided Manufacturing) generiert aus den CAD-Daten ein von der CNC-Maschine unmittelbar verarbeitbares Endformat. Meist handelt es sich dabei um G-Code.

Wurden die Anweisungen erfolgreich von der CNC-Maschine geladen, arbeitet die Maschine die Abfolge von Befehlen sukzessive ab. Dabei bewegt sie mit Motoren die spezifischen Werkzeuge zu bestimmten Koordinaten und schneidet bzw. formt, wie es in den Programmieranweisungen vorgegeben ist. Der Vorgang wird so lange durchgeführt, bis das Endprodukt fertiggestellt ist.

Das CAM-System hat die Aufgabe, die Konstruktionsdaten des Bauteils aus dem CAD-Programm unter Berücksichtigung diverser maschinenspezifischer Parameter in ein CNC-Programm umzuwandeln. Zu diesen Parametern gehören unter anderem die

Geometrie der Werkzeuge
Drehzahlen
Vorschübe

Auch zwischen der CNC-Bewegungssteuerung und der Maschine selbst arbeitet ein Gerät, das als speicherprogrammierbare Steuerung – kurz SPS – bezeichnet wird. Der Hersteller der Maschine stellt mit der Programmierung der SPS sicher, dass alle Aspekte der Maschine wie Betriebsarten, Kühlmittel, Schmierung, Schutztüre und andere Aggregate richtig funktionieren. Die Programmierung der SPS bestimmt maßgeblich den Komfort und die Möglichkeiten der Maschine.

Beim Einsatz moderner CNC-Maschinen kann in der Regel auf die ständige Betreuung der Fertigung durch Personal verzichtet werden. Grund dafür ist, dass die Steuerungen über umfassende Möglichkeiten verfügen, um sogar die Qualitätskontrolle vollautomatisiert in den Fertigungsprozess zu integrieren. Zusätzlich erfolgt die Überwachung von Werkzeugverschleiß sowie Werkzeugbruch vollautomatisch. Moderne CNC-Fräsmaschinen verfügen beispielsweise über ein Antriebssystem mit Kugelgewindegetriebe oder Linearantrieb und sind damit annähernd spielfrei. Der zurückgelegte Weg kann bei einer CNC-Fräsmaschine auf zwei Arten gemessen werden:

Direkte Wegemessung: Die Positionsmessung erfolgt beispielsweise mit einem Glasstab direkt an der bewegten Achse.
Indirekte Wegemessung: Es erfolgt die Messung des Drehwinkels von Motor oder Kugelumlaufspindel sowie eine Umrechnung in die lineare Achsposition.

Beide Wegemesssysteme können absolut oder inkrementell ausgeführt sein.

Arten von CNC-Maschinen

In der Regel unterscheidet man CNC-Maschinen mit Punkt-, Strecken- und Bahnsteuerung. Moderne CNC-Maschinen verfügen über sechs und mehr Bearbeitungsachsen. Die Achsen eins bis drei sind dabei die Hauptachsen X, Y und Z, die vierte bis sechste Achse A, B und C stellen jeweils eine Rotation um die Hauptachse dar und werden als Hilfsachsen bezeichnet. Steuerungen, die in der Lage sind, eine hohe Anzahl an Achsen kombinieren zu können und über eine präzise Bahnberechnung verfügen, werden auch als Hochleistungssteuerungen bezeichnet.

Die Anzahl der Bearbeitungsachsen bestimmt den Umfang der möglichen Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung:

3-Achsen-Maschinen: Diese Art von CNC-Maschinen sind weit verbreitet und bewegen das Werkzeug bzw. den Werkzeugkopf entlang der drei linearen Achsen X, Y und Z.
4-Achsen-Maschinen: Zusätzlich zu den drei linearen Achsen steht meist noch eine Drehwinkelachse A zur Verfügung. Damit ist die Maschine in der Lage, das Werkstück während der Bearbeitung um eine Achse zu drehen.
5-Achsen-Maschinen: Zusätzlich zu den linearen Achsen und der Drehwinkelachse sind entweder Werkzeugkopf-Drehungen (B) oder zusätzliche lineare Bewegungen möglich. Die Besonderheit von CNC-Maschinen mit fünf Achsen ist, dass sich auch komplexe Werkstücke in einer einzigen Aufspannung bearbeiten lassen. Dies erhöht die Effizienz und senkt die Kosten.
6-Achsen-Maschinen: Dieser Maschinentyp verfügt über alle drei linearen Achsen sowie alle drei Drehwinkelachsen A, B und C. Damit sind noch höhere Flexibilität und Komplexität in der Bearbeitung möglich.

Die Kosten für eine CNC-Maschine unterscheiden sich je nach Ausführung, Einsatzzweck um Größenordnung, da die Anforderungen an eine CNC-Maschine für den Heimgebrauch und an ein professionelles CNC-Bearbeitungszentrum für die industrielle Fertigung unterschiedlich sind.

Vorteile von CNC-Maschinen

In der Produktion haben Maschinen mit CNC-Steuerung folgende, entscheidende Vorteile im Vergleich zu konventioneller Bearbeitung:

Die Fertigung erfolgt in hoher Präzision und mit engen Toleranzen.
Vor allem bei Serienproduktionen punkten CNC-Maschinen mit ihrer Schnelligkeit.
Die Fertigung komplexer Formen ist mit CNC-Maschinen problemlos möglich.
Dank der Automatisierung und Schnelligkeit ist die Produktivität höher und der Ausschuss geringer.
Insbesondere bei guter Auslastung der CNC-Maschine ist die Herstellung von Teilen kostengünstig.

Vor allem für die Produktion einer größeren Anzahl von Bauteilen gibt es heute kaum eine Alternative zu CNC-Maschinen. Ist der Fertigungsprozess einmal programmiert und eingespielt, so ist die Maschine in der Lage den Fertigungsprozess automatisch umzusetzen, um aus einem Rohteil das fertige Bauteil zu erzeugen. Bei hoher Wiederholgenauigkeit wird in gleichbleibender Qualität die erforderliche Stückzahl an Bauteilen gefertigt und der Ausschuss auf ein Minimum reduziert.

Herausforderungen bei CNC-Maschinen

Zu den großen Herausforderungen in der CNC-Bearbeitung zählen vor allem

Programmierfehler
Materialinkonsistenzen
Komplexe Geometrien
Schneller
Werkzeugverschleiß
Verfügbarkeit von CNC-Fachkräften mit spezifischem Know-how

Treten eine oder mehrere der genannten Problemstellungen auf, so beeinträchtigen sie häufig sowohl die Produktivität als auch die Qualität der gefertigten Bauteile.

Das Verständnis für diese Herausforderungen ist die Voraussetzung dafür, mögliche Lösungswege zu identifizieren, um CNC-Maschinen mit optimierter Effizienz und Präzision betreiben zu können.

Programmierfehler

Die Programmierung von CNC-Maschinen kann bedingt durch die Präzisionsanforderungen sowie die Variabilität der Aufgabenstellungen komplex sein. Je höher die Komplexität der Programmierung, desto wahrscheinlicher sind Programmierfehler.

Zu den typischen Fehlern gehören beispielsweise
Falsche Werkzeugpfade,
Falsche Dateneingabe,
Fehler bei der Vorschub- und Geschwindigkeitsberechnung bei einer bestimmten Konstruktion bzw. einem bestimmten Material,
Falsche Annahmen bei den Materialeigenschaften.

Die möglichen Folgen von Programmierfehlern können gravierend sein. Falls beispielsweise der Werkzeugweg falsch eingestellt ist und das Schneidwerkzeug mit dem Werkstück oder der Maschine kollidiert, kann ein umfangreicher Maschinenschaden mit entsprechend teurer Reparatur die Folge sein.

Ein Lösungsansatz für diese Problematik ist die Durchführung von Simulationen. Potenzielle Probleme wie Kollisionen oder falsche Werkzeugwege lassen sich dadurch erkennen und rechtzeitig vor der Fertigung mit der CNC-Maschine beheben. Zudem ist eine kontinuierliche Schulung und Ausbildung von CNC-Fachkräften zielführend, um Programmierfehler zu vermeiden.

Materialeigenschaften und -inkonsistenzen

Materialinkonsistenzen beeinflussen die erreichte Qualität, die Effizienz und die Produktionskosten bei der Bearbeitung mit CNC-Maschinen negativ. Beispiele dafür sind:

Aluminium: Bedingt durch die Weichheit des Materials bilden sich beim Schneiden von Aluminium häufig Grate. Die sehr hohen Temperaturen beim Durchtrennen von Aluminium können dazu führen, dass das Material an den Kanten des Schneidwerkzeuges haften bleibt. Dies kann zu Werkzeugschäden bzw. sogar Ausfällen führen. Zudem stellt die starke Wärmeausdehnung von Aluminium ein Problem dar, da sie Maßungenauigkeiten verursachen kann.
Titan: Die extreme Härte und Hitzebeständigkeit führen zu schnellem Werkzeugverschleiß. Spezielle Bearbeitungsstrategien sind erforderlich, um die Stehzeiten zu reduzieren.
Rostfreier Stahl: Der Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung von Edelstahl ist hoch, was hohe Wartungskosten verursachen kann.
Kunststoffe: Je nach Kunststofftyp kann es bei der Bearbeitung beispielsweise von Nylon bzw. Polycarbonat zu problematischem Schmelzen sowie Verformen kommen. Acryl ist sehr spröde und kann bei der Bearbeitung zur Rissbildung neigen.
Verbundwerkstoffe: Fiberglas tendiert dazu an der Materialkante auszufransen. Dies hat eine schlechte Oberflächengüte zur Folge. Carbonfasern sind sehr hart und können zu schnellem Werkzeugverschleiß führen.

Indem die Schnittparameter optimiert werden, lässt sich die Bearbeitungsqualität entscheidend verbessern. Zu den Parametern beispielsweise bei CNC-Fräsmaschinen gehören unter anderem der Vorschub, die Spindeldrehzahl sowie die Kühlmittelzufuhr der CNC-Maschine. Für harte Materialien kommen spezifische Hartmetallwerkzeuge zum Einsatz. Damit lässt sich der Werkzeugverschleiß reduzieren und die Werkzeuglebensdauer verlängern.

Warum DeSta GmbH & Co KG ?

DeSta::Microcut steht für innovative Ideen, Kreativität in der Problemlösung, gleichbleibende Qualität und langjährige Erfahrung im Laserfeinschneiden. Der moderne Maschinenpark und die hochqualifizierten Mitarbeitenden von DeSta::Microcut stellen sicher, dass die individuellen Bauteile der Kunden mit höchster Sorgfalt und Präzision gefertigt werden.

Von komplexen Formen bis hin zu feinen Details ist nahezu jede Anforderung realisierbar. Zudem fertigt das Unternehmen ab einer Losgröße von einem Stück bis hin zu Klein- und Mittelserien.

Komplexe Geometrien

Auch wenn CNC-Maschinen in der Bearbeitung sehr vielseitig und flexibel sind, gibt es spezifische Produktdesigns bzw. Konstruktionsaspekte, die problematisch sind. Dazu gehören dünne Wände, die wegen der hohen Schnittkräfte zu Materialbrüchen bzw. Verformungen führen können. Komplexe Geometrien wie beispielsweise Hinterschneidungen stellen ebenfalls ein großes Problem dar, weil für das Werkzeug der CNC-Maschine die Zugänglichkeit bzw. Bewegung eingeschränkt sein kann.

Designs sollten daher mithilfe einer modernen CAD/CAM-Software immer vor der Produktion simuliert werden, um potenzielle Probleme schon in der Designphase zu erkennen.

Auch das Einhalten enger Toleranzen für hochpräzise Komponenten kann in der Massenproduktion problematisch sein. Eine regelmäßige Wartung und Kalibrierung der CNC-Maschine gepaart mit dem Einsatz hochwertiger Werkzeuge hilft die Präzision zu verbessern.

Werkzeugverschleiß

Für eine hohe Produktqualität unter Einhaltung enger Toleranzen müssen sich alle mechanischen Komponenten einer CNC-Maschine in einwandfreiem Zustand befinden. Faktoren wie die Ablagerung von Schmutz, Spannungsspitzen sowie Feuchtigkeit können sich negativ auf die Leistung der CNC-Maschine auswirken. Die regelmäßige Wartung von Maschine und Werkzeugen trägt zu einer guten Produktqualität und Wiederholgenauigkeit sowie einer größeren Lebensdauer der CNC-Maschine bei.

Starkem Werkzeugverschleiß begegnet man mit der Auswahl hochwertiger Werkzeugmaterialien wie Hartmetall oder Diamant. Zudem ist es notwendig, das Werkzeug regelmäßig auf einwandfreie Funktion zu prüfen. Damit lässt sich Werkzeugverschleiß frühzeitig erkennen und das Risiko unerwarteter Ausfälle minimieren. Wesentlich ist auch eine gute Organisation des Werkzeugbestandssystems, um Rüstzeiten zu minimieren und Stehzeiten zu vermeiden. Für die Schmierung und Kühlung sollten ausschließlich kompatible Kühlmittel eingesetzt werden.

Treten auf der Werkstückoberfläche Brandflecken auf, so weist dies auf Überhitzung während der Bearbeitung hin. Die Ursache dafür können falsche Schnittparameter oder unzureichende Kühlung sein. Zu den Lösungsansätzen bei Brandflecken zählen die Optimierung von Geschwindigkeit bzw. Vorschubverhältnis sowie eine verbesserte Kühlstrategie.

CNC-Fachkraft mit spezifischem Know-how

Um hochwertige Ergebnisse mit einer CNC-Maschine zu erzielen, sind qualifizierte Arbeitskräfte unverzichtbar. Ohne entsprechendes Know-how im Bereich der Code-Erstellung und -Validierung sowie der Simulation kann es zu teuren Ineffizienzen und hohen Betriebskosten kommen.

Fachkräfte für CNC-Technik benötigen daher ein spezialisiertes Training sowie kontinuierliche Schulungen, um die komplexe Software zu beherrschen und um präzise mechanische Einstellungen an der CNC-Maschine vornehmen zu können.

Geeignete Materialien für die Bearbeitung mit CNC-Maschinen

Diese Materialien zählen zu den gängigen Metallen, wenn es um die Bearbeitung mit einer CNC-Maschine geht:

Aluminiumlegierungen: Legierungen auf Aluminiumbasis lassen sich gut bearbeiten und sind vergleichsweise preiswert. Im Bereich von Prototyping und bei der konventionellen Teileproduktion kommen daher oft Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Das Verhältnis zwischen Gewicht und Festigkeit ist sehr gut. Das Material ist zudem korrosionsbeständig.
Edelstahl: Legierungen aus Edelstahl weisen eine gute Festigkeit, Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und lassen sich hervorragend bearbeiten.
Unlegierter Stahl: Weichstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt lässt sich gut bearbeiten, hat hochwertige mechanische Eigenschaften, lässt sich gut schweißen und ist preiswert. Unlegierte Stähle sind für Schäden durch Korrosion und Chemikalien anfällig.
Legierter Stahl: Die Legierungskomponente sorgt für eine bessere Haltbarkeit und höhere Härte.
Werkzeugstahl: Dieses Material zählt zu den härtesten im Bereich der Bearbeitung durch CNC-Maschinen. Werkzeugstähle haben eine hohe Wärme- und Abriebbeständigkeit sowie Härte. Um dieses Maß an Härte und Haltbarkeit zu erreichen, werden Werkzeugstähle wärmebehandelt.
Messing: Der Werkstoff eignet sich besonders für Anwendungen, die eine geringe Reibung aufweisen und glatt sein müssen.

Zu den mit CNC-Maschinen bearbeiteten gängigen Kunstoffen zählen ABS, Polyamid (Nylon), Polycarbonat, Polyoxymethylen (POM), Teflon (PTFE), High-Density Polyethylen (HDPE) sowie Polyetheretherketon (PEEK).

Einsatzbereich von CNC-Maschinen

CNC-Maschinen sind in der Industrie unverzichtbar und kommen weit verbreitet in der Güterproduktion zum Einsatz, beispielsweise in diesen Branchen:

Fertigungsindustrie: Mithilfe von CNC-Maschinen sind automatisierte und standardisierte Prozesse in der Fertigung möglich, die sowohl über hohe Effizienz als auch Präzision verfügen.
Automobilindustrie: CNC-Maschinen haben sich bereits über viele Jahre bewährt und ermöglichen eine genaue und wirtschaftliche Fertigung von Motor- und Getriebekomponenten sowie von vielen anderen Bauteilen.
Luft- und Raumfahrt: Die Anforderungen an Genauigkeit, Konsistenz und Wirtschaftlichkeit sind in der Luft- und Raumfahrt sehr hoch und werden durch moderne CNC-Maschinen gewährleistet.
Medizintechnik: Hochkomplexe Bauteile der Medizintechnik wie beispielsweise Prothesen, Implantate oder medizinische Geräte lassen sich mit CNC-Maschinen präzise und effizient fertigen.
Elektronik: Neben der Herstellung von Gehäusen werden auch Bauteile und Komponenten für elektronische Geräte gefertigt.
Maschinen- und Anlagenbau: Unter anderem fertigen CNC-Maschinen Pumpen, Ventile und Getriebe mit hoher Wiederholgenauigkeit.
Holzindustrie: Die Bearbeitung von Holz kommt beispielsweise für die Möbelherstellung und das Bauwesen zum Einsatz.
Werkzeug- und Formenbau: CNC-Maschinen stellen Werkzeuge und Formen für andere Produktionsprozesse her. CNC-Maschinen leisten diese Aufgabe zuverlässig.
Erneuerbare Energien: Komponenten von Solarmodulen, Windturbinen und Batteriespeichersystemen werden mit CNC-Maschinen hergestellt.
Kältetechnik: Für moderne Kühlsysteme werden Kühlkörper, Kühlmitteldüsen und Temperaturableiter in großer Stückzahl und in konsistenter Qualität benötigt.

Außerdem kommen CNC-Maschinen auch im Boots- und Schiffbau, in der Agrarbranche sowie in der Rüstungs- und Halbleiterindustrie zum Einsatz.