Entwicklungsgeschichte der CNC-Werkzeugmaschinen

CNC-Werkzeugmaschinen ist die Abkürzung für computergesteuerte Werkzeugmaschinen, d. h. automatisierte Werkzeugmaschinen, die mit einem Programmsteuerungssystem ausgestattet sind.

Dieses Steuerungssystem kann systematisch und regelmäßig Programme mit Steuercodes oder anderen symbolischen Anweisungen verarbeiten, Programmanweisungen in numerische Codedarstellungen umwandeln und dann die codierten Zahlen über Informationsträger in die numerische Steuereinrichtung eingeben.

Nach einer Reihe von Vorgängen sendet die numerische Steuerung verschiedene Steuersignale aus, z. B. die Steuerung der Werkzeugmaschine zur Bearbeitung der Form und Größe entsprechend den Anforderungen der Zeichnung.

Laienhaft ausgedrückt ist eine CNC-Werkzeugmaschine im Wesentlichen eine Werkzeugmaschine, die digitale, auf Codes basierende Informationen (Programmanweisungen) zur Steuerung des Schneidwerkzeugs verwendet und eine automatische Bearbeitung entsprechend einem vorgegebenen Arbeitsprogramm, einer Bewegungsgeschwindigkeit und einer Arbeitsbahn durchführt.

In den letzten 20 Jahren haben die kontinuierliche Entwicklung von Wissenschaft und Technik, der Aufstieg und die zunehmende Reife fortschrittlicher Fertigungstechnologien zu höheren Anforderungen an CNC-Werkzeugmaschinen geführt.

In vielen Industrieländern wurden noch 10-15 Jahre nach dem Zweiten Weltkrieg hauptsächlich veraltete Werkzeugmaschinen produziert, da sie den Anforderungen für den Einsatz voll gerecht wurden. Mit zunehmendem Wettbewerb erfordert die Modernisierung von Werkzeugmaschinen jedoch dringend die Berücksichtigung des Kostendrucks und des veränderten Verbraucherverhaltens.

1946 stellten Dr. John W. Mauchly und J. Presper Eckert der U.S. Army den ENIAC als weltweit ersten elektronischen Digitalcomputer zur Verfügung und legten damit den Grundstein für die elektronische Datenverarbeitung.

Zwischen 1949 und 1952 wurde John Parsons vom Massachusetts Institute of Technology von der United States Air Force mit der Entwicklung eines Steuerungssystems für Werkzeugmaschinen beauftragt. Bei diesem System kann die Spindelposition direkt über die Computerausgabe gesteuert werden, während gleichzeitig automatisch relevante Fertigungsdatensätze erzeugt werden. John Parsons schlug vier Punkte als Hauptmerkmale eines solchen Steuerungssystems vor:

1) Speichern Sie die berechnete Position der Trajektorie in der Lochkarte.

2) Automatische Ablesung der Maschinenposition von der gestanzten Karte.

3) Anzeige des aktuellen Standorts der gelesenen Karte in Echtzeit und vollständige Berechnung des Zwischenwerts.

4) Der Servomotor kann die Bewegung der Welle steuern.

Durch den Einsatz dieser Maschinen und Anlagen können komplexere Bauteile für die Flugzeugindustrie hergestellt werden. Früher konnten diese komplexen Bauteile nur mit einer kleinen Menge mathematischer Daten genau beschrieben werden, was die manuelle Fertigung sehr erschwerte. Das Verbindungsprotokoll zwischen Computern und CNC-Maschinen wurde zu Beginn der Entwicklung der Branche festgelegt.

1952 wurde die erste CNC-Werkzeugmaschine mit vertikaler Spindel, die von der Cincinnati Hydrotel Company geliefert wurde, am Massachusetts Institute of Technology in Betrieb genommen. Ihr Steuerungsteil wurde durch elektronische Röhren realisiert, die eine dreiachsige Simultanbewegung (lineare 3D-Interpolation) ermöglichten und Daten auf einem binär codierten Band speichern konnten.

1954 kaufte Bendix das Parsons-Patent und stellte die erste numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine her, die industriell gefertigt wurde. Das numerische Steuerungssystem dieser numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine verwendete ebenfalls elektronische Röhren zur Steuerung.

1957 stellte die US-Luftwaffenabteilung die erste CNC-Fräsmaschine in ihrer eigenen Werkstatt her.

1958 wurde die erste symbolische Programmiersprache APT auf dem 704-Computer von IBM entwickelt.

Im Jahr 1960 ersetzte ein NC-System mit Transistortechnologie ein System, das auf Relais und Vakuumröhren basierte.

Seit den 1970er Jahren haben sich die globalen Märkte zu Käufermärkten entwickelt, d. h. die Rate der Ersatzprodukte hat sich beschleunigt, während ihre Lebensdauer immer kürzer wird.

Dieser Trend hat dazu geführt, dass sich die Massenproduktion in Richtung Kleinserienfertigung verlagert hat.

Die Fertigungsstraßen für unveränderte Massenprodukte sind durch automatisierte und flexible CNC-Werkzeugmaschinen ersetzt worden, und die automatisierte und fließbandgestützte Serienfertigung hat die solide Serienfertigung abgelöst. Gleichzeitig sind moderne Werkzeugmaschinen aufgrund der zunehmenden Komplexität der Produkte jedoch immer stärker von CAD-Systemen abhängig, die konsistente Daten für eine schnelle NC-Programmierung erfordern.

Im Jahr 2003 stellte das Schweizer Unternehmen Mikron auf der EMO in Mailand erstmals das Konzept der intelligenten Werkzeugmaschinen vor.

Im Jahr 2006 stellte das japanische Unternehmen Mazak auf der 26. internationalen Ausstellung für Werkzeugmaschinenbau in den Vereinigten Staaten eine CNC-Werkzeugmaschine mit "vier Intelligenzen" unter dem Namen "intelligente Werkzeugmaschine" vor.