CNC-Bearbeitungszentrum

Der Begriff CNC-Bearbeitungszentrum ist nicht genormt und erfuhr im Laufe der Zeit eine Umdeutung. Heute werden unter diesem Begriff in der Holzbearbeitung meist alle stationären CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen mit mindestens 3 Linearachsen verstanden. Obwohl es auch CNC-gesteuerte Plattensägen, Kantenanleimmaschinen und viele andere Maschinenarten mit CNC-Steuerung gibt, wird in der Praxis meist das CNC-Bearbeitungszentrum "Die CNC-Maschine" oder "Die CNC" genannt. Diese Bezeichnung als Synonym für CNC-gesteuerte stationäre Werkzeugmaschinen hat sich mittlerweile so durchgesetzt, dass man sie z.T. auch in Fachzeitschriften und -literatur findet.

Geschichte

Das heutige CNC-Bearbeitungszentrum entwickelte sich aus 2 Arten stationärer CNC-gesteuerter Werkzeugmaschinen, der CNC-Oberfräse und der PTP-Bohrmaschine.

Die CNC-Oberfräse entwickelte sich aus der klassischen Oberfräsmaschine, mit der man unter Verwendung von Schablonen frei geformte Werkstücke herstellen konnte. In den 1960er Jahren brachte die japanische Firma Shoda Ironworks die erste CNC-gesteuerte Oberfräsmaschine für die Holzbearbeitung auf den Markt. Die erste europäische CNC-Maschine wurde kurze Zeit später von Bulleri vorgestellt.

Parallel dazu wurden von verschiedenen Unternehmen seit Anfang der 1970er Jahre PTP-gesteuerte Bohrmaschinen entwickelt, auf welche allerdings der Begriff CNC in der deutschen Umgangssprache keine Anwendung fand. In vielen europäischen und asiatischen Ländern hat sich aber der Begriff "PTP-Maschine" oder "Point-to-Point" etabliert und wird dort teilweise statt "CNC-Bearbeitungszentrum" verwendet, auch wenn die Maschine ein Fräsaggregat und eine Bahnsteuerung besitzt.

Ende der 1980er Jahre brachten die Unternehmen Homag und IMA annähernd zeitgleich CNC-Stationärmaschinen mit Kantenanleimaggregat auf den Markt. Diese wurden erstmalig offiziell als CNC-Bearbeitungszentrum bezeichnet.

Um diese Zeit erschienen auch bei vielen anderen Herstellern neue Maschinengenerationen, bei denen entweder die bisher gebauten PTP-Bohrmaschinen mit einer zusätzlichen Frässpindel und ggf. weiteren Aggregaten ausgestattet wurden (z.B. Biesse, Morbidelli, Weeke) oder die bisher gebauten CNC-Oberfräsen zusätzliche Bohreinheiten und die Möglichkeit zum Anbau weiterer Aggregate (z.B. Schlosskastenaggregat) erhielten (z.B. Maka, Reichenbacher, SCM).

Durch die Notwendigkeit, mehrere Funktionseinheiten in einer Maschine zu integrieren, setzte sich weitgehend die Verwendung von Aggregateträgern durch.

Kurz nach der erstmaligen Einführung des Begriffes und der gleichzeitigen Verbreitung von CNC-gesteuerten Multifunktionsmaschinen etablierte sich die Bezeichnung "CNC-Bearbeitungszentrum" für alle stationären CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen in der Holzbearbeitung.

Aufbau eines CNC-Bearbeitungszentrums

Ein CNC-Bearbeitungszentrum besteht grundlegend aus 2 Elementen: Einem Maschinentisch, auf den das Werkstück aufgespannt wird und dem Maschinenaufbau, welcher den Aggregateträger aufnimmt.

Maschinentisch und Maschinenaufbau sind die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale für CNC-Bearbeitungszentren.

Maschinentisch

Es gibt drei grundlegende Bauformen von Maschinentischen: den Konsolentisch, den Rastertisch und den glatten Tisch. Weiterhin existieren unzählige Sonderlösungen und Spannsysteme, welche sich aber nicht kategorisieren lassen und meist jeweils für eine spezielle Anwendung konstruiert sind.

Bis Mitte der 2000er Jahre waren Maschinen mit vertikaler Arbeitsfläche ein reines Nischenprodukt, konnten sich aber ab ca. 2010 einen eigenen Markt erschließen. Hier handelt es sich jedoch nicht um eine Konstruktionsform des Tisches sondern nur um die Anordnung, da auch vertikale Bearbeitungszentren verschiedene Tischformen haben können.

Rastertisch

Der Rastertisch (oder Nutentisch) ist eine geschlossene Platte, in die ein gleichmäßiges Raster aus Nuten gefräst ist. Innerhalb dieses Rasters befinden sich verschließbare Öffnungen, durch die ein Vakuum gesaugt wird. In das Raster können Schnüre aus Moosgummi gelegt werden, so dass ein bestimmter Bereich abgedichtet wird. Sind außerhalb dieses Bereiches alle Öffnungen für das Vakuum geschlossen, kann ein Werkstück aufgelegt werden, welches über den gesamten abgedichteten Bereich angesaugt wird. Der Vorteil besteht in der großflächigen und vibrationsarmen Auflage des Werkstücks sowie in der freien Wahl der abgedichteten Form. Der Nachteil besteht darin, dass ein komplettes Formatieren des Werkstückes und eine horizontale Bearbeitung ohne Kollision zwischen Werkzeug und Maschinentisch nur eingeschränkt möglich ist.

Glatter Tisch

Beim glatten Tisch handelt es sich ebenfalls um eine geschlossene Platte. Diese enthält jedoch keine Öffnungen. Im Maschinenbett befindet sich eine größere Zahl schaltbarer Auslässe für das Vakuum. Das Werkstück wird hier mit Schablonen oder Blocksaugern gespannt, welche das Vakuum aus den Auslässen im Maschinenbett erhalten. Der Vorteil besteht in der völlig freien Positionierung der Spannvorrichtungen und der sehr guten Zugänglichkeit für die Horizontalbearbeitung. Selbst eine Bearbeitung der Werkstückunterseite ist im Randbereich möglich. Der Nachteil besteht in der komplizierten Handhabung, da jeder Blocksauger über ein Schlauchpaar an die Maschine angeschlossen werden muss. Diese Bauform des Maschinentisches verlor seit Anfang der 2000er Jahre deutlich an Bedeutung, da zunehmend Positionierhilfen und selbst rüstende Tische das freie Positionieren auch komplizierter Werkstücke erleichterten und verbesserte Varianten des Konsolentisches eine genauso freie Zugänglichkeit für die Horizontalbearbeitung ermöglichen.

Konsolentisch

Der Konsolentisch hat keine Tischplatte. Hier befinden sich linear bewegliche Querträger (die Konsolen oder Traversen) im Maschinenbett. Auf diese Querträger werden Blocksauger aufgesetzt, welche das Werkstück spannen. Bei modernen Maschinen wird das Vakuum durch die Konsolen angesaugt, so dass diese Tischform ohne Schläuche im Bereich der Saugerpositionierung auskommt. Der Vorteil besteht in der für den Bediener einfachen Handhabung, insbesondere beim Spannen rechteckiger Platten, sowie der guten Zugänglichkeit für horizontale Bearbeitungen bei modernen Maschinen. Der Konsolentisch kann am flexibelsten mit vielfältigem Zubehör ausgestattet und komplett automatisiert werden. Ein Nachteil besteht in der deutlich aufwändigeren Konstruktion und somit möglichen Fehlerquellen. Ein weiterer Nachteil besteht in der eingeschränkten Positionierbarkeit der Blocksauger. Im Prinzip können aber auch bei dieser Tischform die Sauger völlig frei positioniert werden, dies erfordert jedoch zusätzliche technische Vorrichtungen.

Tisch mit Greifzangen

Diese Bauweise entstand erst Mitte der 2000er Jahre. Genau genommen handelt es sich hier nicht um eine Tischform, sondern um eine Art des Werkstücktransportes. Da die Greifzangen gleichzeitig die einzige Spannvorrichtung für das Werkstück darstellen, ist der eigentliche Maschinentisch hier unerheblich. Bei Maschinen mit Greifzangen erfolgt die Bewegung der X-Achse durch das geklemmte Werkstück. Diese Maschinen ermöglichen meist relativ hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei vergleichsweise günstigen Preisen. Das Maschinengestell kann deutlich leichter gebaut werden, da die X-Achse nun nicht mehr einen kompletten Maschinenteil verfahren muss, sondern nur noch das Werkstück.

Maschinenaufbau

CNC-Bearbeitungszentren lassen sich in 2 grundlegende Bauformen einteilen: Die Portalmaschine und die Auslegermaschine. Die Portalmaschine lässt sich wiederum in 2 Bauformen untergliedern: Die Fahrportalmaschine oder Gantrymaschine sowie die Standportalmaschine. Wie auch beim Maschinentisch, gibt es beim Maschinenaufbau verschiedene Sonderformen, welche jedoch reine Nischenprodukte oder kundenspezifische Einzelfertigungen darstellen.

Fahrportalmaschine

Bei einer Fahrportalmaschine werden alle Linearachsen durch die Bewegung des Werkzeugs erzeugt. Das beidseitig gelagerte Portal verfährt über einem feststehenden Maschinentisch. Diese Bauform ermöglicht eine vergleichsweise vibrationsarme Werkstückbearbeitung und ist sehr platzsparend. Der Nachteil besteht darin, dass Werkstücke nicht breiter als der Maschinentisch sein können. Aufgrund neuer EU-Sicherheitsbestimmungen 2007 findet diese Bauart seitdem eine sehr starke Verbreitung.

Standportalmaschine

Bei der Standportalmaschine sind Maschinentisch und Portal meist mechanisch entkoppelt. An einem feststehenden Portal befindet sich der Aggregateträger. Eine Linearachse wird durch die Bewegung des Maschinentisches erzeugt. Diese Bauform ermöglicht die besonders vibrationsarme Werkstückbearbeitung, benötigt aber durch die Verfahrbewegung des Tisches deutlich mehr Platz als alle anderen Bauformen.

Auslegermaschine

Bei Auslegermaschinen verfährt ein einseitig gelagerter Ausleger auf der Rückseite der Maschine. Der Maschinentisch ist feststehend. Der Vorteil besteht in der guten Zugänglichkeit des Maschinentisches und der Möglichkeit, auch Werkstücke aufzulegen, die größer als der Maschinentisch sind. Der Nachteil besteht darin, dass zum freien Ende des Auslegers die Vibrationsanfälligkeit zunimmt.

Auch bei Auslegermaschinen existierten bis in die frühen 1990er Jahre hinein zwei unterschiedliche Bauformen. Die ersten CNC-gesteuerten Oberfräsen waren den in der Metallbearbeitung üblichen Maschinen nachgebaut. Bei dieser Bauform ist der Ausleger feststehend angeordnet und der Maschinentisch wird horizontal in zwei Achsen bewegt. Das Werkzeug wird lediglich in der Tiefe zugestellt. Diese Bauform heißt "Kreuztischmaschine". Der Nachteil besteht darin, dass der Tisch in jede Richtung mindestens das Doppelte seiner tatsächlichen Länge an Platz benötigt, somit insgesamt allein für die Bewegung des Maschinentisches die vierfache Fläche benötigt wird. Aufgrund des hohen Platzbedarfes bei relativ kleinem Arbeitsbereich wurden solche Maschinen bereits ab Ende der 1980er Jahre nur noch für besonders schwere Fräsarbeiten produziert und verschwanden im Laufe der 1990er Jahre komplett vom Markt.

Bilder

Modernes vertikales CNC-Bearbeitungszentrum
WEEKE, 2014
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Erste CNC der Holzbearbeitung
SHODA, 1968
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CNC-Oberfräse
1986
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PTP Bohrautomat
1990
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Bearbeitungszentrum mit Kantenanleimen
HOMAG, 1989
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Idea 1
BALESTRINI, 2011
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Aluminium-Rastertisch (SCM)
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Maschine mit glattem Tisch (HolzHer 2001)
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Rover 22 Gesamtansicht
BIESSE
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Maschine mit Greifzangen
BIESSE, 2010
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Project 110M
MASTERWOOD, 2012
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Maschine mit 3 unabhängigen Aggregateträgern
IMA
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Conturex 125 Vario
WEINIG, 2016
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Windor 60 (SCM)
SCM, 2002
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Baureihen (511)

MULTIAX
MASTERWOOD
SOUKUP SPOL. S.R.O.
SCHEER KOCH
HÜLLHORST
HEMPEL
CASATI MACCHINE
ZIMMERMANN
TEKTEAM
TECNOLEGNO
STETON
SAOM
PADE
NIPUER
MMB
JONSDORF
INTOREX
GRIGGIO
GÖTZINGER
GOMAD
FROMMIA
ESSEPIGI
CASADEI INDUSTRIA
COLOMBO
CASOLIN
CAMAM
BIESSE
BACCI
CENTAURO
TECNOMA
RIERGE
COMEVA