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Bei einem so genannten Industrie PC, oder kurz IPC, handelt es sich um einen Computer, der primär für Aufgaben im Bereich der Industrie eingesetzt wird, z.B. zur Steuerung einer CNC Fräse. Die Computer weisen dabei eine große Ähnlichkeit zum PC auf. Ebenso lässt sich eine gleiche Software auf ihnen betreiben. Der Industrie PC eignet sich auch ganz wunderbar für einen Einsatz rund um die Automatisierung oder Steuerungstechnik. Hier sei das Stichwort CNC Bearbeitungszentrum genannt. Neben einem herkömmlichen Monitor oder einem Flatscreen kann natürlich ein Touchscreen verwendet werden. Bei der einen oder anderen Software, oder mit einer CNC Steuerung, wird dabei die Handhabung mitunter erleichtert.

Panel PC oder Industrie PC

Der Panel PC ist eine Variante des bekannten Industrie PC. Ein Einsatz ist möglich im Standardschaltschrank oder in Verbindung mit Pulten. Diese Art von PC zeichnet sich durch seine komplette Einheit aus, die aus einem Rechner und einem Display besteht. Als Rechner kann genauso ein Silent PC verwendet werden. Die Displays können mitunter die Funktion von einem Touchscreen zur Verfügung stellen. Je nach Anforderung gibt es verschiedene Arten dieser Rechner. Der Industrie PC hingegen sollte für Arbeiten im Bereich der Robotik oder einer Industrieautomation vorgezogen werden. Ein Gerät in diesem Bereich kann sich über seine Robustheit gegenüber Einflüssen aus der Umwelt oder von elektromagnetischen Störungen auszeichnen.

Der Industrie PC und seine besonderen Anforderungen im Maschinenbau

Beim konventionellen PC ist es schon immer der Fall, dass aufgrund der Massenproduktion spezielle Vorzüge geboten werden. Diese liegen im hohen Grad der Standardisierung und auch der verfügbaren Hard- und Software. Es kam nach und nach der Wunsch nach einem Einsatz für die Automatisierung auf. Der Industrie PC war geboren. Es muss eine hohe Flexibilität für eine Visualisierung und Programmierung herrschen. Die verschiedenen Anforderungen lassen sich über Schutzarten genau einordnen und angeben. In einer industriellen Umgebung muss Schutz gegenüber Dreck und Staub genauso gewährleistet werden, wie auch gegenüber extremen Temperaturen oder Feuchtigkeit. Bei dem Fräsvorgang einer CNC Fräse wird zur Kühlung z.B. Wasser benutzt. Für diesen Zweck gibt es die so genannten IP Schutzklassen.

Die Zuverlässigkeit des Industrie PC im Bereich der Automatisierung und Steuerungstechnik

Besonders in diesen Bereichen ist es wichtig, dass die Rechner zuverlässig arbeiten. Die Standzeiten müssen sehr hoch sein und es sollten Ausfälle auf Seiten von Hard- und Software möglichst vermieden werden können. Eine regelmäßige Wartung ist daher beim Industrie PC auch sehr wichtig. Auch wenn er als Silent PC zum Einsatz kommt, so wird schon beim Bau darauf geachtet, dass möglichst wenig Verschleißteile zum Einsatz kommen, die später einmal Probleme verursachen können. Robuste Komponenten sind äußerst wichtig.

Das man mit CNC Maschinen Vollautomatische Fertigungsprozesse ausführen kann ist weithin bekannt. Eine CNC Fräse die dazu in der Lage ist nennt man CNC Bearbeitungszentrum. Abgekürzt auch unter BAZ bekannt, ist eine Werkzeugmaschine, die mit ihren einzelnen Komponenten für einen automatisierten Fertigungsprozess ausgerüstet ist. Diese Maschine muss natürlich mit einer CNC Steuerung ausgerüstet sein und erweitert seine Fähigkeiten zur automatisierten Arbeitsweise durch weitere Peripheriegeräte. Ein CNC Bearbeitungszentrum kann weiter mit folgenden Komponenten bestückt werden:

Palettenwechsler

Die Paletten eines CNC Bearbeitungszentrum oder einer CNC Fräse im allgemeinen, bilden das Trägersystem für die zu bearbeitenden Werkstücke. Entsprechend der Vielfalt der Werkstücke, also Gewicht, Form oder Material, nehmen die Paletten ebenso viele Variationen an. Wechselt nun die Art des Werkstücks, muss auch die Palette gewechselt werden. 

Werkstückwechsler

Wie jede moderne CNC Maschine ist ein CNC Bearbeitungszentrum mit einem Werkstückwechsler ausgestattet. Besitzt die Werkzeugmaschine mehr als eine Palette zum Spannen der Werkstücke, ist es erforderlich Spann-Operationen ausserhalb des Werkraumes vorzunehmen. Währenddessen kann die CNC Fräse weiterarbeiten und somit die Taktfrequenz  des CNC Bearbeitungszentrums verringert und die Effizienz gesteigert werden.

Werkzeugwechsler

Der Werkzeugwechsler bildet eine mechanische Einrichtung zum Einwechseln der Fräswerkzeuge an einem CNC Bearbeitungszentrum. Neben dieser Aufgabe ist immer wieder erforderlich auch weitere prozessbedingte Hilfsmittel wie z.B Messdorne oder Greifer mit Hilfe des Werkzeugwechslers einzusetzen. Dieser tauscht Werkzeuge oder Hilfsmittel aus dem Werkzeugmagazin und setzt sie in die Bearbeitungsspindel des CNC Bearbeitungszentrums  ein.

In der herstellenden Industrie werden immer häufiger CNC Bearbeitungszentren eingesetzt, da sie eine Komplettlösung aufzeigen und zeitraubende Prozesse, wie das manuelle Wechseln von Werkstücken oder Werkzeugen sich erübrigen. CNC Maschinen oder CNC Fräsen sind damit nicht überflüssig geworden, denn geht es um eine spezielle Abwicklung oder der Herstellung von Einzelstücken, also einen nicht automatisierten Ablauf, ist eine herkömmliche Arbeitsweise ausreichend. 

Laut jüngsten Medienberichten sollen in Deutschland bis zu 60 000 Arbeitsplätze in der Maschinenbau Industrie und somit auch in der Sparte Sondermaschinenbau wie der CNC Technik, CNC Maschinen und CNC Fräsen, wegfallen. Wäre Lärm ein Indikator für den Zustand der Maschinenbau Industrie, so wäre es bald sehr still in den Werkhallen Deutschlands. Nicht auch! Sondern gerade weil wir hier von der führenden Industrie Nation in Sachen CNC Fräse Technologie sprechen, sind diese Nachrichten so dramatisch.  

Auftragseinbrüche von bis zu 46 % im Juni 2009 haben sich gegenüber dem Vorjahresmonat geradezu halbiert. Das ist eine Mitteilung des Verband Deutscher Maschinenbau und Anlagenbau (VDMA). Auch verteilt auf das Halbjahr liegen die Einbrüche in der CNC Fräse Technik auch in dieser Größenordnung. 

Gerade in Bayern und Baden-Württemberg, also den Ländern die vermehrt klassische Industrien wie den Maschinenbau, mit hohem Exportanteil besitzen, sind die Einbrüche besonders stark und somit der Verlust von Arbeitsplätzen tendenziell stärker gefährdet. Was bedeutet das für die Unternehmen, die mit der CNC Fräse Technik ihre Hauptbeschäftigung sehen? Der Maschinenbau oder der Anlagenbau sind exportlastig und somit ein Indikator, der uns sehr früh aufzeigt in welche Richtung sich die Wirtschaft entwickelt. Fallen die Preise für CNC Maschinen auch angesichts der steigenden Rohstoffpreise? Wie lange noch kann die Maschinenbau Industrie mit bestehenden Aufträgen diesen Rückgang überbrücken? Inwieweit sind deutsche Unternehmen in der Lage, im Bereich Sondermaschinenbau wie der CNC Fräse Technik ihre Vorreiterrolle aufrechtzuerhalten? Kleinere Nischenhandwerke wie der Modellbau, die gerne eine CNC gesteuerte Portalfräse benutzen, lösen sich von dieser Frage der Grossinsdustriellen Krise mit Ihrer CNC Fräse Hightechprodukten im Maschinenbau.

Eine Portalfräse ist nichts weiter als eine CNC Maschine. Sie funktioniert theoretisch auf denselben Prinzipien wie eine CNC Fräse. Dass heißt, das CAD Programm, also die elektronischen Daten, werden auch hier über einen Controller an die CNC Maschine weitergegeben, verarbeitet und der Fertigungsprozess tritt in Kraft. Hier sei das Stichwort CNC Steuerung erwähnt. Eine Portalfräse hat lediglich die Eigenschaft einer anderen Konstruktion und damit auch einer anderen mechanischen Arbeitsweise. Der Fräskopf ist hierbei an einem Querbalken befestigt. Eine Art Schlitten (x-Achse), dessen Hufen oder Rollen über diesen „Querbalken“ miteinander verbunden sind. Dazu kommt das die Fräswerkzeuge der Portalfräse über einen Motor auf dem Querbalken (y-Achse) hin- und herfahren kann. Durch diese zwei Achsen und der räumlichen Beschränkung bildet sich ein “Portal“ bestimmter Größe. Daher auch der Name Portalfräse. Dieser Raum unterliegt, wie schon erwähnt einer bestimmten Größenordnung. Der Arbeitsraum der Portalfräse beinhaltet das zu bearbeitende Material, meist Platten- oder Flächenförmig. Die Vorschubbewegung erfolgt entweder, wie bei einer herkömmlichen CNC Fräse durch die Fräswerkzeuge über Schlitten und Motoren oder aber durch die Bewegung des Portals mit dem fest eingespannten Material. Das Bearbeiten von Flächenförmigen Werkstücken durch eine Portalfräse nennt man Planfräsen und ist der Bearbeitung durch eine normale CNC Fräse oder CNC Maschine vorzuziehen. In einer Größe für Industriemaschinen arbeiten sie sehr effektiv an großen Flächen, z.B. für das Planfräsen an großen Platten. So viel zum Industriellen Einsatz der Portalfräse.

Denn oft werden Sie als kleinere CNC Maschinen im Hobby- oder im  Modellbau benutzt. Hauptsächlich für die Gravur oder die Bearbeitung von NE Metallen, Holz, Kunststoffen oder anderen Modellbau Materialien. Eine CNC Fräse wäre für eine solche Verwendung eine Nummer zu groß, auch was die Anschaffungskosten angeht. Somit ist Portalfräse die bessere CNC Maschine für solche Arbeitsverfahren. Entsprechend der Innenausmaße des Portals ist die Größe der Werkstücke in ihren Dimensionen beschränkt und ist somit ein Nachteil der Portalfräse. Ein wichtiger Faktor ist der Aufbau der Maschine. Eine entsprechende Starrheit muss gegeben sein um der Präzision gerecht zu werden. Während Industrie CNC Maschinen sehr starr aufgebaut sind und eine hohe Genauigkeit liefern, muss eine kleine Portalfräse Softwaretechnisch unterstützt werden um eine entsprechende Genauigkeit zu gewährleisten.

CNC Maschine in der Industrie und der Einsatz als Werkzeugmaschine.

Die Aufgabenstellungen in der Industrie und im Maschinenbau werden immer komplexer und die Anforderungen an Präzision und Geschwindigkeit für jeweilige Werkstücke steigen mit dieser Komplexität. Mechanisch gesteuerte Maschinen stoßen unter Umständen an ihre Grenzen, sowohl in der Geschwindigkeit als auch in der Präzision, die gerade für moderne Werkzeugmaschinen wichtig sind. Eine CNC Maschine, also eine Computer gesteuerte Werkzeugmaschine oder CNC Fräse, übertrifft die Eigenschaften einer mechanisch gesteuerten Maschine um ein vielfaches.

Wie funktioniert das? CNC bedeutet “Computerized Numerical Control“ und im besten Fall kann man die Daten, aus dem für die Konstruktion verwendeten CAD Programm, direkt übernehmen und sie mit Hilfe eines Postprozessors in ein CNC Programm umwandeln. Ein Postprozessor ist nichts anderes als ein Programmierwerkzeug. Ein Computer Programm, dass die Daten eines z.B. CAD Programms in ein für die CNC Maschine oder Portalfräse lesbares Format umwandelt. Das heißt also, dass Postprozessoren eine Maschinen unabhängige Datei in eine Maschinen abhängige Datei umwandeln.

Eine moderne CNC Maschine benötigt derweil keine Umwandlung mehr, da seine Steuerung, die Daten aus einem Maschinen unabhängigen Format eines CAD Programms, lesen und interpretieren kann. Eine etablierte Technik im Maschinenbau.

Neben der Präzision und der Geschwindigkeit liegen die Vorteile der CNC Maschine im automatisierten Arbeitsablauf. Das geht soweit, dass während des Fertigungsprozesses auch eine Qualitätskontrolle stattfindet und der Werkzeugverschleiß vollautomatisch überwacht wird. Eine CNC Fräse ist dazu in der Lage in ein und demselben Fertigungsprozess seine Fräswerkzeuge zu wechseln. Eine gewöhnliche Portalfräse für den Modellbau hat dieses Feature nicht.  Die Kehrseite ist, dass weniger Arbeits- und Betreuungspersonal benötigt wird. Positiv, man spart dadurch hohe Personalkosten. 

Fräsen

Es ist doch so. Früher, vor dem Zeitalter der CNC Fräse, haben Schreiner, Schmied, Modellbauer und Maschinenbauer Ihre Aufgaben in Handarbeit gefertigt und zusammengebaut. Egal ob in der Metall- oder Holzbearbeitung. Mit Feilen, Sägen und viel Geduld sind so einzelne Teile in tagelanger Arbeit entstanden und zu einem großen Ganzen zusammengefügt worden. Maschinenbau entstand in der Not.

Ein wichtiger Bestandteil dieser Arbeit im jungen maschinellen Zeitalter, ist das Fräsen, d.h.  ein spanabhebendes (wegnehmen) Bearbeiten von Holz, Metall oder Kunststoffen mit entsprechenden Maschinen. 

Eine CNC Fräse oder Portalfräse bietet da heute ganz andere, Kosten und Zeit sparende Möglichkeiten.

CNC

CNC bedeutet “Computerized Numerical Control“ übersetzt “computerisierte numerische Steuerung“ also eine elektronische Methode zur Regelung und Steuerung einer CNC Fräse. Das dazu notwendige elektronische Programm wird über den Controller an die CNC Maschine weitergegeben. Im Gegensatz zum Drehfräsen wird die zur Spanabhebung nötige Drehung nicht durch das Werkstück geleistet sondern durch Drehung des Fräswerkzeuges. Ein weiterer großer Unterschied besteht in der Vorschubbewegung in mehreren Achsen  einer CNC Fräse. Während wir im Drehfräsen nur zwei Achsen haben, ist die Vorschubbewegung einer CNC Fräse in bis zu fünf Achsen möglich. Diese Mehrachsigkeit macht CNC Maschinen nicht nur für die Industrie und den Maschinenbau interessant sondern insbesondere auch für den Modellbau, die komplexe Abwicklungen eines Modells meistens mit Hilfe einer CNC gesteuerten Portalfräse umsetzen.

Fräsverfahren 

Auch wenn man im allgemeinen von einer CNC Fräse spricht, gibt es verschiedene Fräsverfahren die nicht unbedingt unter die Kategorie der Computer gesteuerten CNC Fräse fallen. Hier zwei Beispiele:

Profilfräsen > Ist ein Verfahren, bei der die Kontur des Fräswerkzeuges direkt auf das Werkstück übertragen wird. Ist kein CNC Verfahren.

Wälzfräsen > Grundsätzlich erfolgt die Schnittbewegung auch hier durch Drehung des Fräswerkzeuges. Die Vorschubbewegung erfolgt in einer Achse, die der Achse des Werkstücks entspricht. Das funktioniert über einen einfachen motorisierten Schlitten oder wie bei einer CNC Fräse Computer gesteuert aber dennoch 1-achsig. Man redet dann von einer horizontalen CNC-Wälzfräsmaschine. Der Arbeitbereich der Werkzeugmaschine stellt die einzige Begrenzung dar.

Achsen einer Fräsmaschine

Wie schon erwähnt liegen die Vorteile einer CNC Fräse in den mehreren Achsen seiner Vorschubbewegung, wodurch komplexe 3D Konturen ermöglicht werden. Eine einfache CNC Maschine oder Portalfräse arbeitet mit den drei Achsen X, Y und Z und sind in ihrem Arbeitsraum gegenüber einer 5-achsigen CNC Fräsmaschinen und mittlerweile sogar 8- und 15-achsigen CNC Maschine eher begrenzt.

Fräswerkzeuge

Ein wichtiger Bestandteil einer CNC Fräse sind die Fräswerkzeuge. Grundsätzlich sprechen wir im Maschinenbau immer von, sich rotierenden Werkzeugen. Hier unterscheiden wir zwischen Stirnfräser und Umfangfräser. Während ein gewöhnlicher Bohrer nur in eine Richtung bearbeitet, kann bei einem Umfangfräser der Werkstoff in zwei und bei einem Stirnfräser in drei Richtungen  oder Achsen bearbeitet werden.

Weitere Fräswerkzeuge und Fräsverfahren, die auch bei einer CNC Fräse zum Einsatz kommen, werden in entsprechenden Kategorien eingehend behandelt und beschrieben werden.