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CNC-Bearbeitungszentrum für die Holzindustrie

CNC-Holzverarbeitungsmaschine

Die computergesteuerte Automatisation wird immer wichtiger für die Fertigungstechnik. Auch in der Holzverarbeitung kommen verstärkt CNC („computerized numerical control“)-Maschinen zur Anwendung, die durch den eingebauten Rechner die gesamte Steuerung und Durchführung der Arbeitsprozesse übernehmen. Sie stellen komplexe und integrierte CNC-Bearbeitungszentren dar, die das Werkstück in einer Werkstückaufspannung den verschiedenen Bearbeitungsschritten unterziehen. Drechseln (Drehen), Sägen, Fräsen, Bohren, Schleifen oder Leimen – alles wird am Holz durch programmierte Werkzeugbewegungen ausgeführt. Herkömmliche Bedienelemente wie Fuß- und Handhebel oder Handräder entfallen, stattdessen wird die Regelung per Computer-Tastatur oder Mausklick ausgeführt und die Funktionen und der Betrieb über den Monitor überwacht. In dem Bearbeitungszentrum (BAZ) steuert der Computer über die eingegebenen Daten die gesamten Vorschubbewegungen und Spannvorgänge. Manuelle Eingriffe durch einen Maschinenbediener sind nicht länger notwendig. Durch ein CNC-Bearbeitungszentrum kann die Produktion eine wesentliche höhere Fertigungsgenauigkeit und Fertigungsgeschwindigkeit erreichen. Die Fehlerhäufigkeit und das Ausfallrisiko sinken. Zudem sind CNC-Maschinen durch veränderte Parametereingaben bzw. durch textuelle oder grafische Umprogrammierung äußerst flexibel einsetzbar und können leicht individuell und werkstattorientiert modifiziert werden. Generell schafft die CNC-Technik eine enge Verbindung zur Konstruktionsabteilung, die aus CAD-Anwendungen direkt Programme für die CNC-Maschine entwickeln und implementieren kann.

Einsatzmöglichkeiten in der Holzverarbeitung

Aufgrund ihrer mannigfaltigen Anwendungsmöglichkeiten werden CNC-Maschinen in der Holzverarbeitung zunehmend unverzichtbar, sowohl in der Industrie als auch im Handwerk. Immer mehr Unternehmen rüsten mit CNC-Maschinen auf, um den Anforderungen des Marktes und dem Kostendruck gerecht zu werden. Gerade wenn verschiedene Holzarten verarbeitet werden müssen, oft auch in Kombination mit anderen Werkstoffen wie Kunststoff oder Nichteisenmetallen, finden CNC-Bearbeitungszentren Verwendung. Vollholz (Massivholz) oder Holzwerkstoffe wie Sperrholz, Span- und Hartfaserplatten können automatisch und seriell gefräst (CNC-Oberfräsmachine), gesägt oder geschliffen werden. So können die CNC-Maschinen in der Bauelementefertigung (Fenster, Türen etc.), in der Massivholzverarbeitung (Möbel, Innenausbau) und in der Plattenbearbeitung eingesetzt werden. Selbst die Herstellung von filigranen Musikinstrumenten führt durch CNC-Holzbearbeitungsmaschinen zu makellosen und kostengünstigen Ergebnissen.

 
Aufbau einer CNC-Holzverarbeitungsmaschine

CNC-Bearbeitungszentren für Holz bestehen in der Regel aus vier Einheiten: dem Maschinenbett, dem Saugerbalken mit Saugern, dem Bearbeitungstisch und der Bearbeitungseinheit. In allen Einheiten können Energiekettensysteme und hochflexible Leitungen von igus® Anwendung finden und für einen wartungsfreien Betrieb sowie eine hohe Standzeit sorgen. e-ketten® schützen dabei Leitungen und Schläuche optimal, selbst bei großer Hitzeentwicklung und großer Dynamik in der Holzverarbeitung.

Maschinenbett: Das Maschinenbett ist die Grundeinheit der Maschine, in der die Schaltschränke untergebracht sind. Auch der Antrieb der Maschine befindet sich i.d.R. hier. Auf dem Maschinenbett als Basis sind die anderen Einheiten appliziert, die verfahren werden können Saugerbalken mit Saugern: Durch die Sauger auf den Saugerbalken werden die Werkstücke entsprechend der Werkzeuggröße genau positioniert. Die Saugerbalkenverstellung wird über den Computer geregelt. Dies geschieht teilweise mit der Hilfe von Lasertechnik. Dabei lassen sich Saugerbalken und Sauger unabhängig voneinander ansteuern. Bearbeitungstisch: Auf dem Bearbeitungs- oder Maschinentisch werden die Werkstücke aufgespannt, um bearbeitet werden zu können. Die Maschinen besitzen teilweise mehrere solcher Bearbeitungsplätze, die unabhängig von einander bedient werden können. Während z.B. das eine Werkstück noch bearbeitet wird, wird auf dem anderen Arbeitsplatz das Werkstück für den anstehenden Arbeitsplatz justiert. Bearbeitungseinheit: In der Bearbeitungseinheit konzentrieren sich die Funktionen der CNC-Maschine. Je nach eingesetztem Werkzeug können unterschiedliche Arbeitsschritte ausgeführt werden.

 
Arbeitsschritte in der Bearbeitungseinheit:

Der Werkzeugwechsler in der Bearbeitungseinheit lässt die CNC-Maschine mehrere Arbeitsschritte vollziehen. Dabei kann der Werkzeugwechsel bereits im Hintergrund erfolgen, bevor der Arbeitsschritt abgeschlossen ist, so dass Zeit eingespart werden kann. Da bei den meisten der Arbeitsschritte Späne von den Werkstoffen getrennt werden, werden sie während des Prozesses permanent vom CNC-Bearbeitungszentrum abgesaugt. Im Einzelnen können zum Beispiel folgende Bearbeitungsverfahren durchgeführt werden:

Bohren ist ein spanabhebendes Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von zylindrischen Vertiefungen in Werkstücken, oder allgemeiner, die Erzeugung oder Erweiterung (Aufbohren) einer Bohrung oder eines Tunnels in Festkörpern.

Fräsen bezeichnet das spanabhebende Bearbeiten von Metallen, Holz oder Kunststoffen mittels eines Fräswerkzeuges. Es erfolgt auf speziellen Werkzeugmaschinen, in der Regel auf einer Fräsmaschine oder einem Bearbeitungszentrum. Im Gegensatz zum Drehen wird die zur Spanabhebung notwendige Schnittbewegung durch Rotation des Schneidewerkzeuges gegenüber dem fest im Maschinentisch eingespannten Werkstück erzeugt. Vorschubbewegungen können je nach Bauweise – auch kombiniert – in der X- ,Y- und Z-Achse oder entlang der jeweiligen Rotationsachsen erfolgen.

Sägen ist ein spanendes Verfahren mit kreisförmiger oder geradliniger Schnittbewegung. Sägen wird zum Trennen von Werkstücken, zum Ablängen von Stangen- und Profilmaterial, zum Ausschneiden von Durchbrüchen in Platten sowie zum Einschneiden von Nuten und Schlitzen angewandt. Dabei führt das vielschneidige Werkzeug die Schnittbewegung und die Vorschubbewegung aus.

Schleifen ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit vielschneidigen Werkzeugen, deren geometrisch unbestimmte Schneiden von einer Vielzahl gebundener Schleifkörner aus natürlichen oder synthetischen Schleifmitteln gebildet werden und mit hoher Geschwindigkeit, meist unter diskontinuierlicher Berührung zwischen Werkstück und Schleifkorn, den Werkstoff abtrennen.

Beim Kantenanleimen mit Lasertechnik wird eine vorbestimmte Schicht des Kantenmaterials mittels Laserstrahlung aufgeschmolzen. Beim Anpressen des Kantenmaterials in der Druckzone dringt das aufgeschmolzene Kantenmaterial in die Werkstückoberfläche ein und bildet beim Erkalten eine geschlossene Verbindung zwischen Werkstück und Kantenmaterial. Dementsprechend gibt es keine sichtbare Fuge zwischen Werkstück und Kantenmaterial. Für das Kantenanleimen haben sich bislang das CO2-Laserverfahren und das Dioden-Laserverfahren bewährt. Bei beiden Verfahren besteht das Kantenmaterial aus dem eigentlichen Anleimer und einer co-extrudierten Funktionsschicht aus einem Polymer. Diese Funktionsschicht von wenigen Zehntel Millimetern Stärke bildet durch Aufschmelzen, Eindringen und Erkalten den „Anker“ des Kantenmaterials im Werkstück.

Typische igus®-Produkte für den Einsatz in CNC-Bearbeitungszentren

Bei den CNC-Bearbeitungszentren werden vor allem e-ketten®, e-rohre und igus®-PVC-Leitungen verbaut. Weil in der Holzindustrie die Ausmaße der CNC-Maschinen stark differieren und sich nach der maximalen Größe der zu verarbeitenden Holzstücke richten, werden diese drei igus®-Produktgruppen in vielen Varianten nachgefragt.

1

Energiekette für Saugerbalkenverstellung

2

Energiekette für Saugerverstellung

3

Z-Achse - verschiedene Leitungen zur Versorgung des Werkzeugs

4

Y-Achse - Energiekette für Querfahrt - Steuer-, Daten-, Motorleitungen und Pneumatikschläuche

5

Maschinenbett

6

Bearbeitungseinheit

7

X-Achse - Energiekette für Längsfahrt - Steuer-, Daten-, Motorleitungen und Pneumatikschläuche

e-ketten®

Am häufigsten werden E2 und E4 e-ketten® verwendet. Bei kleinen CNC-Bearbeitungszentren werden aber auch die ein- bzw. zweiteiligen E2 mini und E2/000 benutzt. In der Regel kommen verschiedene Kettentypen zum Einsatz, da die einzelnen Verfahrwege zur Versorgung der X-/Y-/Z-Achse und der Saugerbalken mit Energie und Luft sehr unterschiedliche Verfahrwegslängen und Befüllungen aufweisen. Für die Z-Achse werden meist mehrere Energieketten benötigt, da verschiedene Anwendungen mit ihnen verbunden sind. Pro Saugerbalken wird jeweils eine Energiekette (hauptsächlich mit Pneumatikschläuchen befüllt) verwendet. Dabei können die e-ketten® entweder außerhalb der Maschine oder geschützt innerhalb des Maschinenbettes angebracht sein.

E2 e-rohre sind ein besonders geeigneter Kandidat für die Verwendung in CNC-Maschinen zur Holzverarbeitung, da sie einen ausgezeichneten Schutz gegen Späne bieten, außerdem wirken sie optisch sehr ansprechend, da sie durch die verdeckten Leitungen ein einheitliches Erscheinungsbild bieten. Sie sind leicht zu montieren, kostengünstig und können durch ihr gutes Verhältnis von Innen- zu Außenabmessungen platzsparend in CNC-Bearbeitungszentren eingebaut werden.

Wenn CNC-Maschinen spezielle Drehbewegungen auf kleinstem Raum erfordern, wie etwa beim Kantenschneiden, dann wird das twisterband eingesetzt. Die Energiezuführung zu einer rotierenden Frässpindel kann durch das twisterband prozesssicher gewährleistet werden, ohne dass Verschleiß auftritt und Wartungseingriffe erfolgen müssen. Im Vergleich zu Schleifringlösungen sind twisterband-Lösungen insgesamt kostengünstiger, verschleißärmer und benötigen einen geringeren Bauraum.

Alle e-ketten® zeichnen sich vor allem durch zwei Vorteile gegenüber herkömmlichen PMA-Schläuchen bei CNC-Maschinen aus: Sie sind optisch ansprechender und bieten eine „saubere“ Lösung für die Energiezuführung. Der Maschinenbediener wird nicht mehr durch freihängende PMA-Schläuche gestört.

chainflex®

Für die Befüllung der e-ketten® für CNC-Bearbeitungszentren eignen sich insbesondere chainflex®-PVC-Leitungen. Sie kommen im Innenbereich zum Einsatz und sind keinem Kontakt mit Öl ausgesetzt. Sie werden hauptsächlich freitragend verwendet und müssen keine besondere Beanspruchung aushalten. chainflex®-PVC-Leitungen sind deshalb eine sehr gute und kostensparende Alternative, um im Bereich der CNC-Holzbearbeitung Wettbewerbsleitungen mit PUR- oder TPE-Leitungen zu ersetzen. Neben den PVC-Leitungen werden aber auch CA PU Schläuche eingesetzt.

readycable® / readychain®

igus® bietet also für jedes CNC-Bearbeitungszentren ein Sortiment an speziellen Lösungen für die Energiezufuhr an. Doch igus® liefert nicht nur e-ketten®, Leitungen und lose Stecker, sondern auch konfektionierte und komplett integrierte Systeme wie readycable® bzw. readychain®. Diese Gesamtsysteme bestehen aus perfekt aufeinander abgestimmten Komponenten und stellen für CNC-Holzverarbeitungsmaschinen die ideale Lösung dar. Neben der Energiezufuhr können in CNC-Bearbeitungszentren weitere igus®-Produkte Verwendung finden. Für die Maschinentür empfiehlt sich ein drylin®-Lineargleitlager, das durch seinen leichten, wartungs- und schmiermittelfreien Lauf hervorsticht. Durch seinen Trockenlauf ist es besonders schmutzunempfindlich und kann auch bei starkem Spanabwurf reibungslos funktionieren. Überzeugen Sie sich am besten selbst von der Qualität und Produktvielfalt der igus® GmbH auf eine der Fachmesse der Holzwirtschaft wie der LIGNA, Xylexpo, WoodMac China, CIFM/ interzum Guangzhou.

Bereits realisierte Kundenanwendungen

Holzindustrie

Mit den von igus® vorkonfektionierten Energieketten wird eine dauerhaft, verschleißarme Verbindung an den Werkzeugen geschaffen.

Holzindustrie    

Holz-Formfräsmaschine

Diese Maschine bearbeitet die Dekorkante von Holzplatten.

Holz-Formfräsmaschine    

Holzbearbeitung

Flexible Bearbeitung von Holzstücken mit Drehungen bis zu 1440 Grad um die eigene Achse.

Holzbearbeitung    
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