CNC-Technik

 

1.Einführung in die CNC- Technik

1.1. Geschichtliche Entwicklung der CNC- Technik

1. Generation

1949/50 Beginn der Entwicklung am MIT (Massachusetts Institute of Technology,

Cambridge, USA) auf Anregung der U.S. Air Force.

Auf Grund eines Auftrages der US Air Force sollten wichtige Teile von Groß-

flugzeugen nicht mehr als Niet- und Schweißverbindungen gefertigt, sondern

aus dem Vollem gefertigt werden.

Die für ein Formfräsen notwendigen Schablonen und Modelle waren jedoch

hochkompliziert und mit herkömmlicher Technik nur sehr zeit- und kostenauf-

wendig zu fertigen. Da sich die Konturen der großen Werkstücke jedoch leicht

durch mathematische Funktionen beschreiben ließen, faßte man den Ent-

schluß, eine Steuerung zu entwickeln, die eine Fräsmaschine auf dieser

Grundlage steuern kann.

Die technologische Verwirklichung dieses Gedanken erforderte eine Steuer-

ung, die binär und digital formulierte Eingangsgrößen für Wege und Schalt-

ungen so umsetzt, daß diese von einer Fräsmaschine verstanden und ver-

arbeitet werden können. Damit war der Grundgedanke für eine generelle An-

wendung von numerischen Steuerungen an Werkzeugmaschinen gelegt.

Seine Verwirklichung war angesichts der damals forcierten Entwicklung der

elektronischen Datenverarbeitung reale Möglichkeit.

Es wurde zunächst eine NC-Steuerung für eine Senkrechtfräsmaschine ent-

wickelt, der die für die Fertigung erforderlichen Weg- und Schaltinformationen

über Lochkarten eingegeben wurden. Dabei kam es darauf an, die Vorschub-

achsen der Fräsmaschine so zu steuern, daß die gewünschten Achsver-

schiebungen des Werkstückträgers durch getrennt arbeitende Motoren herbei-

geführt werden konnte. Die Folge der Weg- und Schaltinformationen in Form

von Kennbuchstaben und Kennzahlen nannte man „NC-Programm“.

1952 MIT – erste NCM / Cincinnati

1954 Erste industriell gefertigte NC-Maschine bei Fa. Bendix

1956 ca. 100 NC-Maschinen in US-Luftfahrt im Einsatz

1960 Erste deutsche NC-Maschine auf Hannover- Messe

1964 Erste deutsche NC-Maschine in der damaligen DDR

2. / 3. Generation

1968 IC-Technik (integrated ciruits) macht Steuerungen kleiner und zuverlässiger

1972 Erste CNC-Maschine mit eingebauten, serienmäßigen Minicomputer; baldige

Ablösung durch Mikroprozessor – CNC’s

4.bis n.- Generation

1984 CNC mit grafischer Programmierhilfen; dynamischer Simulation Þ neue Maß-

stäbe für das Programmieren in der Werkstatt

1986/87 Neue Schnittstellen (standardisiert) – durchgängiger Informationsaustausch

> CIM (hochautomatisierte Fabriken; Computer Integrated Manufacturing)

1992 80% der Wzm. mit CNC-Ausstattung; IT 6 sicher im Automatikbetrieb be-

herrscht, Schaltzeichen und –zeiten für Hilfsopperationen (Span- zu- Span-

Zeiten) verringert sich um > 20%

2000 Fertigungsprozeßrechner mit > 20 MIPS; steuern flexibler Fertigungssysteme

FFS; Spanprozesse adaptiv geregelt; Bilderkennung; künstliche Intelligenz-

Lern- Systeme

1.2. Begriffe und Arten von NC- Konzeptionen

Numerische Steuerungskonzepte

NC – Steuerungen

N – Numerical C – Control

  • NC-Maschinen sind Werkzeug-Maschinen die mit ziffernmäßiger Eingabe der

Weg- und Schaltinformationen arbeiten

Konventionelle NC- Steuerungen

· kein Computer

· für jedes Signal – 1 diskrete Verbindung zweier Punkte

· Verdrahtungsprogrammsteuerungen der 1. – 3. Generation

· offline betrieben

  • reines Hardware- Konzept

CNC- Steuerungen
C – Computer N – Numerical C – Control

· Speicherprogrammsteuerungen

· Steuerung, deren Funktionsinhalt durch einen oder mehrere Simultan arbeitende,

  • frei programmierbare Rechner realisiert wird on-line betrieben
  • Software – Modifikation


DNC-Konzept

D – Direkt N – Numerical C – Control

· mehrere NC- oder CNC per Daten-Kabel an Prozeßrechner angeschlossen

· Steuerung von Prozessor gesteuert (online-Betrieb)

1.3.Vergleich von konventionellen und CNC-Werkzeugmaschinen

Kriterien

konventionelle
Werkzeugmaschine

CNC- Werkzeugmaschine

Aufspannen des Werkstücks

manuell

manuell

Einspannen des Werkzeugs

manuell

manuell/automat.

Festlegen der Bezugspunkte für die Bearbeitung

manuell

manuell

Positionieren von Werkzeug

manuell

automat. durch Steuerung

Eingeben des Bearbeitungs- programmes

manuell

manuell / Datenträger

Informationsdarstellung

analog (Anschläge)

zahlenmäßig

Soll- Ist- Vergleich bei Bearbeitung

visuell – Arbeiter

durch die Steuerung nach einem Programm

CNC-Besonderheiten

  • Gleichstrommotoren für Haupt- und Vorschubantriebe (stufenlose -Regelung)
  • Präzisionsspindeln (Kugelgewindetrieb/ Kugelumlaufspindeln)
  • Bedientableau mit Bildschirm

· Wegmeßsysteme für alle Achsen; elektronisch auswertbar; hochauflösend

· Lageregelung in der Maschine

· elektronische Rechnersteuerung

· pneumatische Werkstück- bzw. Werkzeugspannung

· höhere Steifigkeit der Maschinengestelle

· Verschleiß- und reibungsarme Schlittenführung mit Zentralschmierung

· Einsatz hochwertiger, voreingestellter Werkzeuge

1.4. CNC – Maschine

· frei programmierbare Werkzeugmaschine mit einer elektronischen
Steuerung, die einen Computer besitzt

· Computer speichert Programm für das Werkstück und veranlaßt
die Bearbeitung nach dem Aufruf

Informationseingabe:

– Tastatur
– Lochstreifen
– Diskette
– Magnetband
– CD-ROM
– Online per Datentransfer

  • Zahlen/Ziffern(0,1,2,…9)
  • Alphazeichen (N,G,X….)
  • Sonderzeichen(%,-,+,/…)

1.5.Nachteile der CNC- Technik

Nachteile/Probleme ??

  • Hohe Investitionskosten
  • qualifiziertes Personal
  • Aufwand für Programmierarbeitsplätze / Werkzeugvoreinstellgeräte

1.6.Auswirkungen der CNC- Technik

Werkzeugmaschine

· neue Verfahren (Laserbearbeitung, Drahterodieren…)

· Verfahrensintegration (fräsende Drehmaschine  MILL-TURN)

5 – Seitenkomplettbearbeitung Werkzeugwechsler, Palettenwechsler, Überwachungseinheiten höhere statische und dynamische Steifigkeit neue Antriebe, Getriebe, Spindeln und Führungen

Werkzeuge

· formschlüssige Werkzeugaufnahmen => hohe Steifigkeit

· Kühlmittelzufuhr durch das Werkzeug

· Voreinstellung außerhalb der Maschine

· manueller und automatischer Werkzeugwechsel

· Werkzeugspeicher und Werkzeuggreifer

· hohe Wechselgenauigkeit

· automatische Werkzeugidentifikation

Antriebe

  • höhere Beschleunigungen

· stärkere Dimensionierung der Antriebe, Getriebe und Führungen

· Trapezspindeln >>> Kugelumlaufspindeln

· Schaltgetriebe >>> stufenlos regelbare Antriebe

· Drehstromantriebe >>> Gleichstromantriebe

· >>> kollektorlose, wartungsfreie Servomotoren

· Sicherheitskupplungen  (Kollisionsschutz)

1.9.Konstruktive Besonderheiten von NC- Maschinen

1.9.1.Spindeln

– Aufgaben:

  • Umwandlung Rotation >>>>>> Translation
  • Drehmomentenübertragung
  • Kraft – Meßspindel

Konventionelle Werkzeugmaschine

NC –Werkzeugmaschine

* Spindel – Mutter – System

– Trapezgewinde

– reine Kraftspindel

– Spindelspiel

– relativ hohe Reibung/Verschleiß

– niedrige Betriebsgeschwindigkeit

* Kugelumlaufspindel

– Kraft- u. Meßspindel

– rollende Reibung

– Leichtgängigkeit

– kein Spiel

– geringer Verschleiß

– Stick-Slip-Effekt (Stop-Schlupf) äußerst gering

1.9.2.Wegmeßsysteme

direkte (translatorische) Meßsysteme

indirekte(rotatorische) Meßsysteme

* Linearmaßstab

Linearer Verstellweg direkt am Schlitten
gemessen

* Spiel und Ungenauigkeiten der Stellspindel
weitgehend bedeutungslos

* keine mechanischen Zwischenglieder
zwischen Schlitten und Meßsystem

* Messung unabhängig von Kräften der
Stellspindel

* höchste Genauigkeit

* teuer

* Verfahrweg des Schlittens in Drehbewegung
umgewandelt und über Drehgeber ermittelt

Prinzip: Stellspindel = Meßspindel
Zahnstangen- Zahnradtrieb-Drillbohrer-prinzip

* Genauigkeit abhängig von Spindelgenauigkeit,
Spindelspiel bzw. vom Meßgetriebe

* konstruktiv einfacher

* billiger

(wird ausschließlich bei Drehmaschinen angewendet)

1.9.3.Meßsysteme nach Art der Meßwerterfassung

Digitale Meßwerterfassung

Analoge Meßwerterfassung

* Weglänge in kleine, untereinander
gleiche Wegschritte (Digits) zerlegt

* Weglänge ist ganzzahliges vielfaches
dieser Wegelemente

* Meßnormal muß in digitaler Form aufgebaut

* Weg über einen Umformer in eine
andere, dem Weg proportionale
physikalische Größe gewandelt und
proportional dargestelt

1.9.4.Meßsystem nach Meßverfahren (Bezugspunkt der Messung)

Inkrementale (relative) Wegmessung

Absolute Wegmessung

* Rastermaßstab mit Hell-Dunkel-Feldern

* Zähler zählt Anzahl der Inkremente zwischen
zwei Positionen

* Kein Bezug zum Nullpunkt der Maschine

* jede Position kann Ausgangspunkt für Messung
sein (Kettenmaßprinzip)

* Anfahren des Referenzpunktes erforderlich
=> Bezug zum Maschinennullpunkt hergestellt

* am meisten angewendet

Vorteile:

– einfaches Meßnormal

– einfaches Abtasten

Nachteile:

– Kein ortsfester Nullpunkt

– Nullpunktverlust bei Abschalten der Steuerung

* Codemaßstab bzw. codierter Winkelgeber

* jede Position der Achse zum Masch.-

Nullpunkt durch einen binär- codierten
Zahlenwert gekennzeichnet

* Lagewertmeßverfahren

* für jede Codespur eine Photozelle

* Kein Referenzpunkt anfahren erforderlich

Vorteile:

– Meßwerte sofort Nullpunktbezogen

– Kein Meßwertverlust bei Spannungsausfall

Nachteile:

-Komplizierte Codemaßstäbe
(bis zu 20 Spuren)

– teuere Abtasteinrichtung

1.9.5.Werkzeuge, Werkzeugaufnahmen, Werkzeugspannung, Werkzeugspeicher

Damit bei einer CNC- Maschine ein breites Spektrum an Werkzeugen einsetzbar ist,
sind die Werkzeugaufnahmen an der Hauptspindel bzw. am Revolver in der Regel nach
DIN-, VDI- oder ISO-Norm ausgeführt.

Bestandteile des Werkzeugsystems
Werkzeughalter

Die Abmessungen der Werkzeughalter müssen mit den Abmessungen der Werkzeugaufnahmen an der Dreh- bzw. Fräsmaschine übereinstimmen

Durch solche Werkzeughalter erreicht man eine immer gleichbleibende Lage der Schneide bezogen auf den Revolver (Drehen) und auch schnelle Werkzeugwechsel zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten

Werkzeugspannung

· Pneumatisches hydromechanisches Schnellspannsystem der Arbeitsspindel

· Werkzeugaufnahme mittels Steilkegel ISO 40 und ISO 50

· Ringnut zum Eingreifen der Spannzange

Schneidenträger und Schneiden
Die Form richtet sich nach dem Bearbeitunggsverfahren und den geommetrischen

Abmessungen des Roh- bzw. Fertigteils

Die Art, wie Werkzeuge aus Werkzeughalter, Schneidenträger und Schneiden zusammengesetzt sind, kann unterschiedlich sein:

Schneidenträger werden meist mittels Spannzangen oder
Stellhülsen im Werkzeughalter befestigt

In Sonderfällen können Schneidenträger und Werkzeughalter aber auch aus einem einzigen Teil bestehen

Schneiden können mit dem Schneidenträger fest verlötet sein.

In den meisten Fällen werden jedoch Wendeschneidplatten eingesetzt, welche mit einem Klemmsystem am Schneidenträger befestigt und bei Verschleiß gewendet oder ausgewechselt werden

Automatische Werkzeugwechselsysteme

Bei der NC-Bearbeitung werden in einer Aufspannung meist unterschiedliche
Arbeitsgänge durchgeführt, so daß der Einsatz mehrere Werkzeuge
erforderlich ist.

Nur wenige Werkstücke können ohne Werkzeugwechsel durchgeführt werden.

Prinzipiell kann ein Werkzeugwechsel vom Maschinenbediener von Hand
durchgeführt werden.

In der Praxis kommt dies jedoch nur bei Fräs- und Bohrmaschinen mit leicht
zugänglichen Werkzeugträgern vor.

CNC-Drehmaschinen und Bearbeitungszentren für die Produktion besitzen in
der Regel automatische Werkzeugwechseleinrichtungen, welche je nach
Bauart unterschiedlich viele Werkzeuge aufnehmen können.

Wir unterscheiden: Werkzeugrevolver und Werkzeugmagazin

Beim Werkzeugrevolver dreht sich das gewünschte Werkzeug in die richtige Arbeitsstellung

Beim Werkzeugmagazin werden Werkzeugwechsel mit Hilfe eines Greifersystems durchgeführt

Werkzeugrevolver

· Werkzeug fest eingespannt

· Kurze Schaltzeiten

· geringer Werkzeugvorrat

· Kolisionsgefahr

· einfache Werkzeugverwaltung

Werkzeugmagazin

· Speicher aus denen Werkzeuge entnommen + wieder abgelegt werden

· größere Werkzeugvorrat

· geringere Kolisionsgefahr

· längere Werkzeugwechselzeiten

· Problem: Werkzeugidentifikation

Werkzeugidentifikation (-bestimmung;-erkennung)

Wir unterscheiden Werkzeugcodierung und Platzcodierung

Werkzeugcodierung

· Werkzeug ist gekennzeichnet

· Codierung durch Codierschrauben oder Codierringe am zylindrischen Schaft

· Erkennung im Dualsystem (Hell-Dunkel-Kombination 0/1) mechanisch oder induktiv

-Vorteile:
* Werkzeug beliebig in Magazin eingesetzt

* nach Aufruf auf nächsten freien Platz Steuerung aktualisiert neuen Zugriff

-Nachteile:

* hoher Codieraufwand

*teuere.Werkzeugträgerlesbare,Info

Platzcodierung

· Werkzeug muß nicht codiert sein

· Werkzeug nach Magazin-Bestückungsplan auf bestimmten Platz angeordnet

· nach Aufruf auf bestimmten Platz zurück

-Vorteil:
* einfache Werkzeugträger

-Nachteile:

* längere Werkzeugwechselzeiten

* umständliches Positionieren der Magazine

1.9.6. Werkstückspannmittel

Werkstückspannmittel dienen zum lagerichtigen und -genauen
Festhalten des Werkstückes an der Arbeitsspindel beim Drehen bzw.
auf dem Arbeitstisch beim Fräsen. Die Werkstückspannung muß so
erfolgen, daß das Werkstück absolut spielfrei, lagerichtig und lagesicher
den Bearbeitungskräften widersteht.

Es gibt eine Vielfalt von Werkstück-Spannmitteln.

Beim Drehen kann die Zuführung und die Entnahme der Werkstücke
möglichst automatisch mit Beschickungsrobotern erfolgen.

Hier werden daher meist steuerbare Backenfutter verschiedener Bauarten verwendet.

Beim Fräsen ist die Hauptfunktion der Werkstück-Spannmittel das lagerichtige
Positionieren der Werkstücke. Die Werkstückspannung soll einen möglichst
schnellen, leicht zugänglichen lagerichtigen und –genauen, wiederholbaren
Werkstückwechsel gestatten. Für einfache Werkstücke reichen oft steuerbare,
hydraulisch wirkende Backenspannzeuge aus.

Bei komplizierten Frästeilen werden Fräsvorrichtungen – auch mit automatischer
Wendemöglichkeit – hergestellt oder aus vorhandendenen Baukastensystemen
zusammengestellt, so daß eine Komplettbearbeitung möglichst ohne Umspannen
erreicht wird.

1.9.7.Arbeitsschutz an CNC-Werkzeugmaschinen

Durch den Arbeitsschutz sollen am Arbeitsplatz Menschen, Maschinen
und Einrichtungen vor Schaden bewahrt werden!

Grundsätzlich gelten für die Arbeit an CNC-Werkzeugmaschinen die
gleichen sicherheitstechnischen Bedingungen, wie beim Arbeiten an
konventionellen Werkzeugmaschinen.

· Gefahren beseitigen

· Mängel an Maschinen und allen zur Arbeit notwendigen Geräte müssen
sofort gemeldet werden.

· Fluchtwege müssen freigehalten werden

· Keine scharfen Gegenstände in der Kleidung tragen.

· Uhren und Ringe ablegen.

· Gefahrenstellen abschirmen und kennzeichnen

· Alle Sicherheitseinrichtungen und Hinweisschilder dürfen nicht entfernt
oder lahmgelegt werden.

· Bewegte oder ineinandergreifende Teile müssen abgeschirmt werden.

· Gefährdungen verhindern

· Bei möglichen Funken und Strahlen müssen Schutzkleidungen getragen werden.

· Zum Schutz der Augen sind Schutzbrillen oder Schutzschilder zu verwenden.

· Beschädigte elektrische Kabel dürfen nicht benutzt werden.

Beim Einrichten und Bedienen von CNC-Werkzeugmaschinen ist

besonders zu beachten, daß:

· Einrichtearbeiten grundsätzlich bei ausgeschalteter Maschine durchzuführen sind,

  • mit Ausnahme von Arbeiten die den Betrieb der Maschine erfordern,
    wie beispielsweise das Nullen vom Werkstück mit Werkzeugen.

· sich der Bediener nicht im Schwenk- bzw. Arbeitsbereich der Maschine aufhält.

· die speziellen sicherheitstechnischen Vorschriften des Maschinenherstellers eingehalten werden müssen.

Weiterhin sind die folgenden sicherheitstechnischen Forderungen
zu berücksichtigen:

· Die Verriegelung gegen das Bearbeiten von unbefestigten oder falsch angeordneten Werkstücken, gegen selbsttätiges Bewegen beweglicher Elemente und gegen die Ausführung eines automatischen Arbeitsganges bevor die Einrichtearbeit abgeschlossen wird.

· Die Verriegelung der Werkstückspannung bei CNC-Maschinen mit Handbeschickung

· Schutz gegen Späne sowie gegen das Verspritzen von Kühlschmiermittel

· Das Absaugen der Maschinenraumluft.

2. Probleme der Geometrieverrechnung

Zur Ausführung von Werkzeug- Bewegungen am Werkstück muß jede augenblickliche
IST- Position der CNC- gesteuerten Achsen gemessen, der Meßwert auf einen
maschinenfesten Nullpunkt bezogen und mit einer durch das Programm vorgegebenen
Soll-Position verglichen werden.

erforderliche Kenntnisse:

  • Koordinatensysteme von Maschine und Werkstück
  • Bezugspunkte von Maschine, Werkzeug und Werkstück
  • Art der Wegmessung
  • Möglichkeiten der Bemaßung und Maßverrechnung

– Grundsatz:

  • zur Spanabnahme sind Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlich
  • Bei der Programmierung werden alle Bewegungen auf das ruhend gedachte Werkstück bezogen

2.1. Koordinatensysteme an CNC-Werkzeugmaschinen

2.1.1. Arten von Koordinatensystemen

Koordinatensysteme ermöglichen die genaue Beschreibung sämtlicher Punkte in einer Arbeitsebene bzw. im Raum.

Grundsätzlich werden sie in
=> kartesische Koordinatensysteme und
=> Polarkoordinatensysteme
eingeteilt.

2.1.1.1.Kartesisches Koordinatensystem

Ein kartesisches Koordinatensystem, auch rechtwinkliges Koordinatensystem genannt,
besitzt zur genauen Beschreibung der Punkte

  • zwei Koordinatenachsen (ebenes kartesisches Koordinatensystem) oder auch
  • drei Koordinatenachsen (räumliches kartesisches Koordinatensystem), die senkrecht zueinander stehen.

Im ebenen kartesischen Koordinatensystem, z.B. im X,Y-Koordinatensystem, wird jeder Punkt
in der Ebene durch die Angabe eines Koordinatenpaares (X,Y) eindeutig festgelegt.

Die Entfernung von der Y-Achse bezeichnet man als X-Koordinate und die Entfernung von der X-Achse als Y-Koordinate. Dabei können diese Koordinaten positive oder auch negative Vorzeichen besitzen.

Das räumliche kartesische Koordinatensystem ist für die Darstellung und Lagebestimmung von räumlichen Werkstücken, z.B. Frästeilen erforderlich.
Zur eindeutigen Beschreibung eines Punktes im Raum werden drei Koordinaten benötigt, die
nach den entsprechenden Achsen X-, Y- oder Z-Koordinate benannt werden.

Solche 3-dimensionalen Koordinatensysteme mit positiven und negativen Bereichen der Koordinatenachsen ermöglichen die genaue Beschreibung aller Lagepunkte, z.B. im Arbeitsraum einer Fräsmaschine, unabhängig davon, wo der Nullpunkt des Werkstückes gelegt wird.

2.1.1.2.Polarkoordinatensystem

Im kartesischen Koordinatensystem wird ein Punkt z.B. durch seine X- und Y- Koordinate  beschrieben. Bei rotationssymetrischen Konturen, z. B. kreisförmigen Bohrbildern sind die benötigten Koordinaten nur mit erheblichen Aufwand zu berechnen.

Im Polarkoordinatensystem wird ein Punkt durch seinen Abstand (Radius R) zum Koordinatenursprung und seinem Winkel (a) zu einer deffinierten Achse beschrieben. Der Winkel (a) bezieht sich im X,Y-Koordinatensystem auf die X-Achse. In der Gegenrichtung ist er negativ.


2.1.1.3.Maschinenkoordinatensystem

Das   Maschinenkoordinatensystem der CNC-Werkzeugmaschine wird vom Hersteller festgelegt. Es ist unveränderbar. Der Ursprungspunkt für dieses Maschinenkoordinatensystem, auch Maschinennullpunkt genannt, ist in seiner Position nicht veränderbar.

Werkzeugbewegungen werden grundsätzlich in einem genormten, rechtsgängigen
Koordinatensystem definiert.

Drehung von +X nach +Y erzeugt in +Z Richtung ergibt eine rechtsgängige Schraube

Z- Achse:

  • fällt nach Norm mit der Arbeitsspindel zusammen oder verläuft parallel
  • positive Richtung vom Werkstück weggerichtet, beim Fräsen auf Spindel hingerichtet
  • verläuft senkrecht zur Aufspannfläche (nur bei Senkrecht-Fräsmaschine)
  • bei mehreren Spindeln ist eine Hauptspindel festgelegt

X- Achse:

  • verläuft waagerecht und parallel zur Aufspannfläche
  • bei vertikaler Z-Achse:   +X nach rechts
  • bei horizontaler Z-Achse: +X nach links

Y- Achse:

  • im rechten Winkel zur Z- und X- Achse, so daß, rechtsgängiges Koordinatensystem entsteht

2.1.1.4.Werkstückkoordinatensystem

Das Werkstückkoordinatensystem wird vom Programmierer festgelegt. Es ist veränderbar. Die Lage des Ursprungspunktes für dieses Werkstückkoordinatensystem, auch Werkstücknull-
punkt genannt, ist grundsätzlich beliebig.


2.1.2. Drehachsen und Nebenachsen

  • NC- Maschinen mit drehbarem Tisch oder Schwenkkopf

Drehachsen:  A B C
positive Drehung um X, Y, Z (Rechte- Hand- Regel)

  • NC- Maschinen mit mehreren Vorschubachsen

Nebenachsen: U V W
parallel zu X-,Y-,Z- Achse


2.2. NC- Mathematik

2.2.1. Grundlagen der Koordinatenberechnung

Bei der CNC-Programmierung müssen die jeweiligen Punkte der zu fertigenden Kontur
eingegeben werden. Meist ist eine direkte Übernahme dieser Konturpunkte aus der
Zeichnung möglich, sofern sie NC-gerecht bemaßt ist. In einigen Fällen ist jedoch eine Koordinatenberechnung notwendig.

Im Rahmen der Automatisierung werden diese Koordinaten durch ein NC-Programmiersystem an externen Arbeitsplätzen errechnet und per Datentransfer direkt zur Maschine gesendet.
Die NC-Programmierung erfolgt somit meist in der Kostruktion bzw. Arbeitsvorbereitung direkt am Produkt (3D-Modell)
Bei der rechnerunterstützten Programmierung werden  die Schalt- und Weginformationen über die Tastatur im Dialog mit Menütechnik eingegeben.

2.2.1.1.Kenngrößen eines Dreiecks

Zur Berechnung der fehlenden Koordinaten sind die am Dreieck geltenden Beziehungen sehr hilfreich. Es gibt mehrere Möglichkeiten ein Dreieck zu beschreiben. Dazu werden einige der folgenden Kenngrößen, das heißt Ecken, Winkel oder Seiten benutzt.

2.2.1.2.Winkel am Dreieck

Die Winkel am Dreieck bestimmen den Dreieckstyp. Je nach Größe der einzelnen Winkel unterscheidet man spitz-, stumpf- oder rechtwinklige Dreiecke.

Am Dreieck gilt die Beziehung:
die Summe der Winkel a, b und g in einem Dreieck beträgt immer 180°.

a  +  b  +  g  =  180°

Mit deren Hilfe ist es möglich, bei zwei bekannten Winkeln den dritten unbekannten Winkel zu  bestimmen.

2.2.1.3.Rechtwinkliges Dreieck

Das rechtwinklige Dreieck hat eine besondere Bedeutung in der analytischen Geometrie, da die Seiten eines solchen Dreiecks in einem bestimmten mathematischen Verhältnis zueinander stehen.
Am rechtwinkligen Dreieck werden die einzelnen Seiten besonders bezeichnet.

· Die längste Seite liegt gegenüber dem rechten Winkel und heißt Hypotenuse.
· Die beiden Seiten des Dreiecks, die den rechten Winkel bilden, heißen Katheten.
· Die dem Winkel a gegenüberliegenden Seite heißt Gegenkathete.
· Die dem Winkel a anliegende Seite heißt Ankathede.

Am rechtwinkligen Dreieck wird der rechte Winkel durch einen im Winkel liegenden
Viertelkreis und einen Punkt dargestellt.

Im rechtwinkligen Dreieck gilt:

Am rechtwinkligen Dreieck läßt sich die Länge einer fehlenden Seite berechnen, wenn die anderen Seitenlängen bekannt sind. Dazu wird der Satz des Pythagoras verwendet.

Der Grieche Pythagoras (ca. 580 – 496 vor Christus) bewies als Erster die folgende mathematische Beziehung, die nach ihm als Satz des Pythagoras bezeichnet wird.

Die Summe der Kathetenquadrate ist gleich dem Hypotenusenquadrat oder ausgedrückt in einer Gleichung:

a²  +  b²  =  c²

2.2.1.4.Trigonometrische Funktionen

Die trigonometrischen Funktionen beschreiben die Beziehungen zwischen den Winkeln und den Seiten am rechtwinkligen Dreieck. Mit Hilfe dieser trigonometrischen Funktionen ist es möglich, unbekannte Seitenlängen mit einem unbekannten Winkel und einer bekannten Seite zu verrechnen. Die Auswahl der geeigneten trigonometrischen Funktion, das heißt der Sinusfunktion der Cosinusfunktion oder der Tangensfunktion hängt davon ab, welche Seite und welcher Winkel bekannt ist.

Bei der Berechnung von unbekannten Seiten müssen die entsprechenden Gleichungen wie im folgenden Beispiel umgeformt weden:

Bekannt sind:  der Winkel und die Länge der Ankathete
Gesucht ist:     die Länge der Gegenkathete
Es gilt:              tan alpha  =  Gegenkathete / Ankathete

, daraus ergibt sich

Gegenkathete = Ankathete  *  tan alpha
2.3. Null- und Bezugspunkte an CNC-Werkzeugmaschinen

2.3.1. Maschinennullpunkt

Jede numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine arbeitet mit einem Maschinenkoordinaten-       system. Der Maschinennullpunkt ist der Ursprung des maschinenbezogenen Koordinaten-
systems

· vom Maschinenhersteller fest vorgegeben
Drehen:
Zentrum des Spindelflansches auf Anschlagfläche
Fräsen:
Mitte Frästisch oder Rand des Verfahrbereichs

· MNP = Bezugspunkt für alle weiteren Festpunkte
(Programmanfangspunkt, Werkzeugwechselpunkt, Bezugspunkt für Werkzeugdaten)

2.3.2. Referenzpunkt R

Eine Maschine mit inkrementalem Wegmeßsystem benötigt darüber hinaus einen Eichpunkt, der zugleich zur Kontrolle der Werkzeug- und Werkstückbewegungen dient.Dieser Eichpunkt wird als Referenzpunkt R bezeichnet. Seine Lage ist in jeder Verfahrachse durch Endschalter genau festgelegt. Die Koordinaten des Referenzpunktes haben, bezogen auf den Maschinennullpunkt, immer den gleichen Zahlenwert. Dieser ist in der CNC-Steuerung fest eingestellt. Nach dem Einschalten der Maschine muß zuerst in allen Achsen der Referenzpunkt zur Eichung des inkrementalen Wegmeßsystem angefahren werden.

· R besitzt genau deffinierten Abstand zum Maschinennullpunkt;
wird bei Inbetriebnahme der CNC-Maschine ausgemessen und im Maschinendatenspeicher
fest abgelegt (Rx, Ry, Rz)
· Anfahren über Bedientableau oder Programm vor Bearbeitung und nach jedem Einschalten der Steuerung
· bei R >>> Meßsystem geeicht – Zähler auf  0 gestellt

2.3.3. Werkstücknullpunkt W

Der Werkstücknullpunkt ist der Ursprung des werkstückbezogenen Koordinatensystems. Seine Lage wird vom Programmierer nach praktischen Gesichtspunkten festgelegt.

Der Werkstücknullpunkt kann im NC-Programm verschoben werden, z.B. wenn ein Drehteil von 2 Seiten bearbeitet werden soll. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den Werkstücknullpunkt wechselseitig auf die rechte oder linke Seite des Fertigteils zu verschieben.

2.3.4. Werkzeugeinstellpunkt E

Bei der Bearbeitung eines Werkstückes kommt es darauf an, daß die Werkzeugspitze bzw.  Werkzeugschneiden auf dem gewünschten Bearbeitungsweg exakt am Werkstück entlang gesteuert werden können.

Da die Werkzeuge unterschiedliche Formen und Abmessungen besitzen, müssen die genauen Werkzeugmaße vorab ermittelt und in die Steuerung eingegeben werden.

Die Abmessungen der Werkzeuge werden bei der Voreinstellung auf einen festen Werkzeugeinstellpunkt bezogen.

· dient dazu, um Werkzeuge außerhalb der CNC-Maschine zu vermessen
· die gemessenen Werte werden in den Werkzeugdatenspeicher der Steuerung
eingegeben:
– die Werkzeuglänge als Z- oder L- Koordinate;
– die Querablage der Werkzeugspitze bzw. der Werkzeugradius als
X-, R- oder Q-Koordinate.

2.3.5.  Werkzeugaufnahmepunkt A

Wenn das Werkzeugsystem (Werkzeughalter mit Werkzeug) in den Werkzeugträger
(z.B. einen Revolver) eingesetzt wird, dann fallen der Werkzeugeinstellpunkt und der
Werkzeugaufnahmepunkt  zusammen und bilden den Werkzeubezugspunkt E.

· das Gegenstück zum Werkzeugeinstellpunkt ist der Werkzeugaufnahmepunkt A
auf dem Werkzeugträger
· wenn das Werkzeug bzw. der Werkzeughalter in den Werkzeugträger (z.B. Revolver) eingesetzt wird, fallen Werkzeugeinstellpunkt E und Werkzeugaufnahmepunkt A zusammen

Merke:
Werkzeugbezugspunkte sind für die Werkzeugeinstellung wichtig.
Vor Bearbeitungsbeginn müssen die Werkzeugdaten in der Steuerung gespeichert  werden.

2.3.6. Werkzeugwechselpunkt

Der Werkzeugwechselpunkt ist derjenige Punkt im Arbeitsraum der CNC-Maschine, an dem die Werkzeuge kollisionsfrei gewechselt werden können. In den meisten CNC-Steuerungen ist die Lage des Werkzeugwechselpunktes konfigurierbar. Jedoch wird bei aut. Werkzeugwechselsystemen ein
festgelegter Punkt über den Werkzeugaufruf im Programm angefahren.

2.3.7. Setzen des Werkstücknullpunktes  an einer CNC-Fräsmaschine

Zur genaueren Erfassung der Lage des aufgespannten Werkstückes und zur Festlegung  der Koordinaten des Werkstücknullpunktes in Bezug zum Maschinennullpunkt müssen Bezugskanten oder Bohrungsmittelpunkte angefahren werden. Dazu eignen sich an der Fräsmaschine:

  • Kantentaster
  • 3-Achsen-Taster
  • Zentriertaster (TESA)
  • Heidenhain-Infrarottaster

Kantentaster:
Zum Kantentasten wird das Werkstück langsam auf den exzentrisch ( mit ~ 600 U/min) laufenden unteren Zylinder bewegt, bis dieser in eine nahezu zentrische Lage überführt wird. Bei weiterer vorsichtiger Annäherung schlägt der Kantentaster plötzlich aus. In dieser Stellung wird unter Berücksichtigung des halben Zylinderdurchmessers der Abstand (Istwertanzeige für die jeweilige Achse auf dem Bildschirm) zum Maschinennullpunkt abgelesen.

3-Achsentaster:
Ähnlich wie mit dem Kantentaster, kann mit einem nicht rotierenden 3-Achsen-Taster die Werkstückkante angefahren werden. da dieser Taster auch in axialer Richtung einsetzbar ist,
kann er als „Nullwerkzeug“ mit definierter Länge verwendet werden.
Beim Antasten in X-Richtung wird die Antastfläche bis zur Berührung mit der Kugel angefahren.
Beim Weiterbewegen gegen die Tastfläche drehen sich beide Zeiger der Uhr. Stehen beide auf Null, so liegt die Spindelachse in der Ebene der Antastfläche. Ebenso verfährt man bei der Y-Achse.
In axialer Richtung wird die Werkstückoberfläche angetastet und so weit verfahren, bis auch hier beide Zeiger auf Null stehen. Die Tasterlänge muß der Steuerung als Werkzeuglänge eingegeben und durch Werkzeugaufruf aktiviert sein.

Zentriertaster:
Wird ein Zentriertaster verwendet, so wird dessen schräg stehender Meßgrössenaufnehmer in die Bohrung eingeführt. Durch verstellen des Tisches in zwei Achsen, wird der Zeigerausschlag während einer Umdrehung auf ein Minimum reduziert. In dieser Stellung wird der Abstand zum Maschinennullpunkt abgelesen.

2. Probleme der Geometrieverrechnung (-bearbeitung)

2.4. Steuerungsbestandteile an CNC-Werkzeugmaschinen

Eine CNC-Steuerung besteht aus zahlreichen Bauteilen.
Betrachtet man ihre Aufgabe, läßt sich folgende, vereinfachte Darstellung finden:

Kernstück der CNC-Steuerung ist ein Rechner, in dem sämtliche Berechnungen und logische Verknüpfungen durchgeführt werden.

· Die Schnittstelle zum Bediener;
sie besteht aus der Bedientafel und diversen Anschlüssen wie Magnetband, Diskettenstation
und Drucker.

· Die Schnittstelle zur Werkzeugmaschine;
sie besteht im wesentlichen aus Anpaß- und Achsensteuerung und einem Leistungsteil.

2.4.1. Arbeitsweise des Rechners

CNC-Steuerungen enthalten einen Rechner, der im wesentlichen aus einem oder mehreren Mikroprozessoren und Speichern besteht.
Speicher dienen dazu, Daten (Bytes) aufzunehmen, die vom Bediener in den Rechner eingegebenen oder anderweilig eingelesen werden.
Mikroprozessoren können diese Daten verknüpfen (z.B. durch Rechenopperationen), so daß neue Daten entstehen, welche entweder für weitere Berechnungen gespeichert oder ausgegeben werden.
Mikroprozessoren sind programmierbar und können schnell unterschiedlichen Aufgaben angepaßt werden.

Im Mikroprozessor werden die im Speicher vom Bediener eingegebenen Programmdaten verarbeitet und in Steuerimpulse an die Werkzeugmaschine umgesetzt.

Die Programmdaten bestehen aus
–     NC-Programm und
– Einrichtedaten (z.B. Werkzeugmaße).

Die Verarbeitung der Programmdaten im Mikroprozessor kann der Maschinenbediener über die Bedientafel zu jeder Zeit beeinflussen (z.B. durch Einschalten bestimmter Maschinenfunktionen).

Der Prozeßrechner ist ein digital arbeitender Mikrorechner der direkt (on-line) an einem Prozeß gekoppelt ist.
Der Datenaustausch zum Prozeß erfolgt über Prozeßsteuerglieder, Meßwerterfassungsgeräte sowie Koppelglieder, die Signalumwandlung und Signalverstärkung durchführen.
Die Gesamtheit der Rechnerbestandteile, die der Kommunikation und Prozeßanpassung dienen, bilden die Prozeßperipherie.
Darüber hinaus besitzen Prozeßrechner normale Datenverarbeitungsperipherien.
Prozeßrechner arbeiten im Echtzeitbetrieb (real time) und müssen sehr schnell sein (Mehrprozessorensystem). Sie besitzen digitale und analoge Schnittstellen.

Aufgaben:
· Prozeßsteuerung
· Prozeßsicherung
· Prozeßberichterstattung

2.4.2. Anpaß- und Achsensteuerung, Leistungsteil

Der Rechner der CNC-Steuerung kann die gewünschten Maschinenfunktionen an der Werkzeugmaschine nicht direkt auslösen.
Vielmehr ist für den Austausch von Impulsen zwischen Rechner und Werkzeugmaschine eine Zwischenstufe notwendig.

Diese Zwischenstufe an der Schnittstelle zwischen Rechner und Werkzeugmaschine besteht im wesentlichen aus einer Anpaß- und Achsensteuerung sowie einem Leistungsteil.

2.4.2.1.Anpaßsteuerung (SPS)

Die Programmierung der Anpaßsteuerung wird vom Maschinenhersteller vorgenommen. Dieses feststehende Programm kann vom Anwender der Maschine nicht verändert werden.

Freiprogrammierbare Anpaßsteuerungen bezeichnet man als PC-Steuerungen
(PC = Programmable Control)

Aufgabe:
· Schaltimpulse aus der CNC-Steuerung für die Werkzeugmaschine umzuformen und zwar so, daß sämtliche Bedingungen an der Maschine, die mit einem Schaltimpuls zusammenhängen, berücksichtigt werden
· Anpassung einer Rechnersteuerung an unterschiedliche Werkzeugmaschinen (Software) ® programmierbar
· Decodierung, Speicherung und Verstärkung der vom Rechner ausgegebenen Signale und Weitergabe an die Stellglieder der Maschinensteuerung (Aktoren)
· Entgegennahme, Wandlung, Aufbereitung und Weitergabe der von der Werkzeugmaschine ausgegebenen Signale an die Steuerung (Sensoren)
· Rückmeldung ausgeführter Befehle
· Verknüpfung und Verriegelung von Signalen und Kontrolle ihrer Einhaltung (SPS)

Beispiel:
Von der CNC-Steuerung kommt der Schaltbefehl „Antrieb –X-Achse EIN“.
Die Anpaßsteuerung überprüft daraufhin, ob eine Reihe notwendiger Bedingungen
erfüllt sind, wie z.B.
–  Arbeitsraumverkleidung geschlossen ?
–  mechanisches Handrad nicht eingerastet ?
–   Öldruck-Aggregat eingeschaltet ?
Wenn alle notwendigen Bedingungen erfüllt sind, kann zwar der Antrieb gestartet werden, jedoch müssen gleichzeitig weitere Maschinenfunktionen eingeschaltet werden (z.B. müssen die dazugehörigen Kontrolllampen leuchten).

Außerdem muß sichergestellt sein, daß bestimmte Maschinenfunktionen nicht gleich-
zeitig ausgeführt werden (z.B. darf das Backenfutter nicht bei drehender Spindel ge-
öffnet werden).

2.4.2.2.Achsensteuerung/Lage-Regelkreis

Aufgabe:
· selbständige Regelung des Zusammenwirkens Vorschubantrieb/ Wegmeßsystem
in Verbindung zum Rechner

2.4.2.3.Leistungsteil

Die Schaltimpulse aus CNC- und Anpaßsteuerung haben nur geringe elektrische Leistungen, welche zum Einschalten von Motoren, Ventilen usw. nicht ausreichen.

Aufgabe:

· Umsetzung (Verstärkung) von Schaltimpulsen mit niedrigen Leistungspegel in Schaltimpulse hoher Leistung
z.B. Aussteuerung:
* Prozeßsteuerung
* Prozeßsicherung
* Prozeßberichterstattung


2.4.3. Bedientafel/-Pult

Praxis: Bedientafeln Heidenhain iTNC530; Sinumerik 840d
Die Bedientafeln von CNC-Maschinen sind in ihrem Erscheinungsbild sehr unterschiedlich.
Jedoch kann man die Bedienelemente grob aufteilen in:

· Anzeigen
dazu gehören ein Bildschirm oder Digitalanzeigefelder sowie verschiedene Meldeleuchten
(z.B. Störungsmelder)

· Bedienelemente für die Maschinenbedienung
mit ihnen werden diejenigen Maschinenfunktionen von Hand bedient, die bei einer konventionellen WZ-Maschine z.B. durch Handräder und Schalter bedient werden können.
Außerdem werden damit die verschiedenen Antriebe und Aggregate eingeschaltet, damit sie von der Steuerung angesprochen werden können.

· Bedienelemente für die Programmierung,
mit ihnen werden Programme und Daten eingegeben, korrigiert und extern gespeichert.
Dabei handelt es sich meist um eine Tastatur mit Ziffern, Buchstaben oder Symbolen für die auszuführenden Funktionen.

Damit die verschiedenen Bedienvorgänge von der Steuerung eindeutig angenommen werden, sind sie in Betriebsarten eingeteilt, z.B. „Programmieren“, „WZ-Daten Eingeben“, „Hand-Bertieb“, „Automatik-Betrieb“.
Für das Einstellen der Betriebsarten gibt es meist entweder einen separaten Drehschalter oder eine Reihe von Tasten. Man hat dadurch die Möglichkeit, relativ leicht von einer zur anderen Betriebsart zu wechseln.

2.4.4. Bedienelemente für Maschinenfunktionen

Durch die Maschinenelemente werden Aktionen direkt an der Werkzeugmaschine ausgelöst.
Im einfachsten Fall sind es EIN/AUS-Schalter für bestimmte Einzelfunktionen, wie „Kühlmittel EIN/AUS“ oder Spindel „EIN/AUS“.
Um beim Einrichten die Maschinenachse zu bewegen gibt es Vorschubtasten, Vorschubknüppel oder ein elektrisches Handrad.

· Vorschubtasten
für jede Achse und für jede Bewegungsrichtung (+oder -) eine Taste

· Vorschubhebel
bei diesem Hebel wird in die gewünschte Bewegungsrichtung gedrückt

· Handrad
durch Rechts- und Linksdrehung kann man die entsprechende Achse nach + oder – bewegen.

· Override-Schalter
der Programmierer kann die festgelegten Werte für Vorschub bzw. Drehzahl bei der Bearbeitung verändern (100% bedeuten: die programmierten Werte sollen eingehalten werden; 50% bedeuten: die programmierten Werte sollen halbiert werden).

2.4.5. Bedienelemente für die Programmierung

Unterschieden wird grundsätzlich zwischen Tasten, mit denen Daten (Programmtexte und Einrichtedaten) eingegeben werden, und Tasten, mit denen irgendwelche Rechnerfunktionen ausgelöst werden.

· Dateneingabe
meist einfache Buchstaben- und Zifferntastatur, mit denen die NC-Programme Zeichen für Zeichen eingegeben werden.

· Funktionstasten
mit ihnen ist eine verkürzte Eingabe der wichtigsten Anweisungen eines NC-Programms möglich.
Sie wirken mit Namen der betreffenden Anweisung oder sind mit einem Symbol beschriftet.

· Tasten zum Auslösen von Rechnerfunktionen
Aufgabe: Eingabevorgänge, Speicherung, Korrektur, Auflistung und
Bearbeitung von Programmen sowie die Ausgabe auf externe
Geräte.
Beschriftung besteht aus Worten, Abkürzungen oder Symbolen

2.4.6. Externe Zusatzgeräte

Damit man einmal erstellte NC-Programme nicht mehrfach in die CNC-Steuerung eintippen muß, gibt es die Möglichkeit der Übertragung und Archivierung von NC-Programmen auf unterschiedlichen Datenträgern.

Damit ein Datenaustausch zwischen der Steuerung und den externen Zusatzgeräten zustandekommt sind entsprechende Datenanschlüsse mit bestimmten Normen erforderlich.

Die Art der Datenträger an einer CNC-Steuerung ist bei der Anschaffung von Zusatzgeräten zu berücksichtigen; später bei der Bedienung spielt sie kaum eine Rolle mehr.

2.4.7. Achspositionierung

Unabhängig davon, welche Baugruppen eine CNC-Steuerung besitzt und welche Funktionen diese untereinander wahrnehmen, gibt es eine Reihe von elektronischen Elementen, die in jeder CNC-Steuerung eingesetzt werden.
Dazu gehören digitaltechnische Grundschaltungen, wie UND-, ODER- und Vergleichsverknüpfungen sowei die verschiedensten Anwendungen von Regelkreisen.
1. Der Steuerrechner berechnet die zu verfahrende Strecke und teilt sie einem Vergleicher mit.
2. Der Vergleicher setzt den Antriebsmotor in Bewegung. Über den Spindeltrieb entsteht dadurch die Schlittenbewegung.
3. Jede Positionsänderung des Schlittens wird durch ein Wegmeßsystem erfaßt und an den Vergleicher gemeldet.
4. Der Vergleicher vergleicht die gemeldete Schlittenposition (Ist-Position)
mit der vom Rechner vorgegebenen Sollposition (Vergleicher-Eingänge A,B). Ist diese Sollposotion vom Schlitten noch nicht erreicht, bleibt der Antriebsmotor in Bewegung.
Sobald der Vergleicher feststellt, daß die Sollposition erreicht wird, gibt er an den Antriebsmotor ein Ausgangssignal C zum Anhalten.
5.   Durch eine neue Sollvorgabe des Rechners wird der nächste Regelungsvorgang gestartet.

2.5. Grundfunktionen von CNC-Steuerungen

2.5.1. Aufbau und Arbeitsweise des Mikrocomputers.

Aufbau einer CNC-Steuerung.

Software (Systemunterlagen) Hardware (Gerätetechnik)
Umfangsvergleich
Jahr
1970 10 % 90 %
1980 40 % 60 %
1990 80 % 20 %

2.5.1.1.Hardware

· Mikroprozessor

· Hauptspeicher
ROM =>  Read  Only  Memory (Lesespeicher)  =>  Festwertspeicher

– bleibt bei Stromausfall erhalten

RAM =>   Random  Access  Memory  (Schreib- u. Lesespeicher)

–  bei Stromausfall alles gelöscht
– Speicher mit beliebigen Zugriff
– Anwenderprogramme und Anwendedaten

· BUS =>   Verbindungssystem zwischen den einzelnen elektronischen Bausteinen

· E/A =>    Schaltkreise

· Peripherie =>   konkrete Geräte, die am Hauptspeicher angeschlossen sind

· Schnittstellen =>   je mehr, desto leistungsfähiger

– physikalische Schnittstelle:

Übergangsstelle zwischen verschiedenen Hardware-
Komponenten zum Zweck des Datenaustausches

– standartisierte Schnittstelle: (DIN 44300)

*  serielle Schnittstellen bitserielle Übertragung
V 24, RS 232

*  parallele Schnittstelle bitparallele Übertragung
centronics

· Mehrprozessorsysteme

* Mikrocomputer mit 2 oder mehreren Zentralprozessoren

=> symetrischer Multiprozessor

* Mikrocomputer mit 1 Zentralprozessor und mehreren Coprozessoren (Master-Slave-Prinzip)

=> asymetrischer Multiprozessor

2.5.1.2.Software / Softwarebereitstellung

· Betriebsprogramm/-system
ROM – resident Start erfolgt automatisch
Neustart des Systems ist durch Einschalten realisiert

· Programmbibliothek
Teileprogramme, aktuelle Werkzeugdaten und weitere Maschinendaten abgelegt

· aktives Programm
kann immer nur 1 Programm aktiv sein


2.6. Arten von CNC-Steuerungen

Die einzelnen Achsen der CNC-Werkzeugmaschinen erhalten ihre Bewegungssignale
(-befehle) von der CNC-Steuerung. Diese Signale sind codiert und beruhen auf dem eingegebenem NC-Programm. Sie werden von der Steuerung ausgewertet und an die Vorschubmotoren weitergeleitet. Die Verfahrwege der Werkzeuge sind im NC-Programm genau vorgegeben. Je nach Art der Verfahrwege unterscheidet man die folgenden Steuerungsarten in:

  • Punktsteuerungen
  • Streckensteuerungen
  • Bahnsteuerungen:

– 2D-Bahnsteuerung
– 21/2 D-Bahnsteuerung
– 3D-Bahnsteuerung

2.6.1. Punktsteuerung

  • Ansteuern diskreter Punkte in den Positionierachsen
  • Positionieren im Eilgang; Werkzeug nicht im Eingriff
  • Achsantriebe gleichzeitig oder getrennt eingeschaltet; Bewegung unabhängig voneinander

2.6.2. Streckensteuerung

  • Positionieren im Eilgang; Werkzeug nicht im Eingriff
  • Achsparallele Verfahrwege mit im Eingriff stehendem Werkzeug in programmierter Vorschubgeschwindigkeit
  • Kein Funktionszusammenhang zwischen den Koordinatenrichtungen
  • immer nur ein Achsantrieb geschaltet und nach Weg- und Geschwindigkeit gesteuert

2.6.3. Bahnsteuerung

  • Positionieren im Eilgang; Werkzeug ist nicht im Eingriff
  • Achsparallele Vorschübe in Vorschubgeschwindigkeit
  • Erzeugung beliebiger ebener oder räumlicher Kurven
  • funktioneller Zusammenhang zwischen mindestens zwei Koordinatenrichtungen
  • Steuerung arbeitet laufend während der Bearbeitung

2D-Bahnsteuerung

2D-Bahnsteuerung

3D-Bahnsteuerung
  • mit älteren Steuerungen können gleichzeitig zwei Achsen gesteuert werden z.B.gerade und kreisförmige Werkzeugbewegungen in einer Ebene
  • bei 3-achsigen CNC-Fräsmaschinen ist die 3.Achse meist  die Zustellachse

ermöglicht Werkzeugbe-wegungen in mehreren Ebenen, indem die Interpolation jeweils in eine der drei Hauptebenen umgeschaltet wird

alle drei Achsen steuerbar, jedoch in jeder Ebene immer nur zwei Achsen gleichzeitig

Dritte Achse ist Zustellachse· je nach Bearbeitungsebene sind unterschiedliche Achsen gleichzeitig steuerbar, so daß Bewegungen in den folgenden Ebenen möglich sind:

  • X/Y-Ebene
  • X/Z-Ebene
  • Y/Z-Ebene
  • alle 3-Achsen aufeinander abgestimmt verfahrbar·
  • gerade oder kreisförmige – räumliche Bewegungen möglich

2.7. DNC – Betrieb

2.7.1. Merkmale des DNC – Betriebs

DNC ist die Abkürzung für direkt numerical control und bezeichnet eine Betriebsart, bei der mehrere NC- und CNC-Maschinen sowie weitere Geräte miteinander verbunden sind. Zu diesen Geräten können beispielsweise Werkzeugvoreinstellgeräte, Meßmaschinen, Programmierarbeitsplätze und eine zentrale Material- und Werkzeugverwaltung gehören.

Die Verbindung zwischen den einzelnen Bestandteilen eines DNC-Systems wird über einen Datenbus realisiert. Um diese Informationen gezielt ermitteln und verteilen zu können, werden spezielle Schnittstellen benötigt, über die alle angeschlossenen Teile des DNC-Netzes mit dem Leitrechner verbunden werden.
Der Leitrechner kann Maschinen- und Fertigungsdaten ermitteln, Betriebsarten umschalten, Speicherplätze gezielt ansprechen, lesen und schreiben sowie die den Maschinen vorgeschalteten Computer automatisch fernsteuern.

2.7.2. Dateneingabe und Datenverarbeitung im DNC – Betrieb

Durch die Struktur eines DNC-Systems ist die Eingabe von Daten an unterschiedlichen Geräten möglich. Diese können weit voneinander entfernt sein.

Kleinere NC-Programme können direkt an der CNC-Maschine geschrieben werden. Zur Erstellung umfangreicher oder komplizierter NC-Programme ist der externe Programmarbeitsplatz zu bevorzugen.

Grundfunktionen des DNC-Systems:

  • Speicherung und Verwaltung von NC-Programmen
  • zeitgerechte Verteilung der NC-Programme zu den Maschinen
  • Rückübertragung korrigierter oder optimierter NC-Programme von den Maschinen zu den zentralen Datenspeichern

Zusatzfunktionen des DNC-Systems:

  • zentrale Verwaltung von Werkzeugen und Werkzeugkorrekturdaten
  • Anschluß von Werkzeugvoreinstellgeräten
  • Paletten und Werkstückverwaltung
  • zeitliche Vorgabe und Einteilung von Bearbeitungsfolgen
  • Steuerung des Materialflusses
  • zentrale Sicherung der aktuellen Datenbestände
  • zentrale Betriebsdaten- und Maschinenerfassung (BDE, MDE) mit grafischer Auswertung
  • NC-Programmierung mit Postprozessorübersetzung
  • grafische Simulation mit Darstellung der Werkzeug-, Spannmittel- und Werkstückkontur

2.7.3. Vorteile des DNC – Betrieb

Der Einsatz eines DNC – Betriebs hat gegenüber der Lösung mit einzelnen CNC-Werkzeugmaschinen die folgenden Vorteile:

  • Verbesserung der betrieblichen Organisation
  • schnelle Zugriffsmöglichkeiten auf Programme und zusätzliche Informationen
  • Verringerung der Stillstandzeiten der CNC-Maschinen durch die kontinuierliche Bereitstellung von NC-Programmen, Werkzeugen und Material
  • Reduzierung von Dateneingabebefehlern
  • Betriebsdaten- und Maschinendatenerfassung (BDE, MDE) ermöglichen dem Anwender eine ständige Überwachung und Dokumentation von Produktionsdaten (Maschinenlaufzeiten, Ausfallzeiten, Nebenzeiten usw.), Wartungshinweisen und Hinweisen auf Ausfallursachen

2.8. Werkzeugkorrekturen für die CNC-Bearbeitung

Sinn und Zweck der Arbeit mit Werkzeugkorrekturwerten

Mit Hilfe der Werkzeugkorrekturen läßt sich ein Werkstück sehr einfach ohne Berücksichtigung der später tatsächlich zur Anwendung kommenden Werkzeuglängen oder Werkzeugradien programmieren. Die vorhandenen Zeichnungsmaße des Werkstücks können direkt zum Programmieren genutzt werden. Die Werkzeugmaße, ob Längen oder Fräsen- bzw. Wendeschneidplattenradien werden von der CNC-Steuerung automatisch berücksichtigt.

2.8.1. Werkzeuglängenkorrektur beim Fräsen und Drehen

Eine Werkzeugkorrektur, bezogen auf einen Bezugspunkt, ermöglicht den Ausgleich zwischen der vorgegebenen und der tatsächlichen Werkzeuglänge, wie sie z.B. durch das Nachschleifen des Werkzeuges entsteht. Diese Länge des Werkzeuges muß der Steuerung bekannt sein. Dazu ist es notwendig diese Länge L, das heißt den Abstand zwischen dem Werkzeugeinstellpunkt B und der Schneidenspitze zu vermessen und in die Steuerung einzugeben.

In der CNC-Steuerung werden diese Werkzeugkorrekturwerte im Korrekturspeicher abgelegt, wobei es in den meisten CNC-Steuerungen möglich ist , bis zu 99 Werkzeuge zu beschreiben. Während der Bearbeitung müssen diese Werte aktiviert werden. Der Aufruf erfolgt innerhalb des NC-Programmes z.B. mit der entsprechend dafür vorgesehene Stellen im T-Wort.

2.8.2. Werkzeugradiuskorrekturen

CNC-Steuerungen besitzen die Möglichkeit der Fräserradiuskorrektur bei Fräsmaschinen bzw. der Schneidenradiuskorrektur bei Drehmaschinen. Mit deren Hilfe kann bei der Erstellung eines NC-Programmes die Fertigteilkontur des Werkstückes direkt programmiert werden.

2.8.2.1.Werkzeugradiuskorrektur (Fräsen) Werkzeugradiuskompensation

Damit ein Werkzeug mit hoher Genauigkeit die programmierte Kontur erzeugt, muß sich der Werkzeugmittelpunkt auf einer Bahn bewegen, die parallel zur programmierten Bahn verläuft. Diese Werkzeugmittelpunktsbahn bezeichnet man als Äquidistante (=abstandsgleiche Bahn).

Die Äquidistantenbahnen werden bei CNC-Steuerungen durch Werkzeugradiuskompensation automatisch berechnet.
Dazu muß im Werkzeugspeicher bzw. im NC-Programm angegeben werden:

  • wie groß der Werkzeugradius ist
  • und auf welcher Seite der programmierten Fertigkontur (bezogen auf die Bearbeitungsrichtung) sich das Werkzeug befindet

2.8.2.2.Schneidenradiuskorrektur (SRK beimDrehen) Schneidenradiuskompensation

Beim Drehen tritt an die Stelle des Werkzeugradius der Schneidenradius am Drehmeißel.
Bei der Programmierung der Fertigkontur wird angenommen, daß die Werkzeugschneide am
Angriffspunkt spitz zuläuft.
In Wirklichkeit sind die Schneiden jedoch abgerundet; die Steuerung gleicht den Abstand zwischen theoretischer Werkzeugspitze und Werkzeugschneide aus.
Damit diese Äquidistantenbahn immer auf die richtige Seite der Kontur gelegt wird, muß durch Angabe des „Quadranten“ der Steuerung mitgeteilt werden, aus welcher Richtung die Werkzeugschneide an die Kontur herantritt.


2.8.3. Werkzeugmessung und –einstellung mit einem Einstellgerät

Um eine CNC-Maschine effizient auszulasten, wird die Werkzeugvermessung (Werkzeugvoreinstellung) in der Regel außerhalb der CNC-Maschine vorgenommen. Dabei benutzt man ein Universal- Werkzeugmeß- und Voreinstellgerät. Bei modernen Varianten der Werkzeugmeß- und Voreinstellgeräte können die ermittelten Daten direkt zur CNC- Steuerung der Maschine via DNC übermittelt bzw. auf anderen Datenträgern oder einem Drucker ausgegeben werden.

2.8.3.1.Aufbau und Funktion eines Werkzeugvoreinstellgerätes

Ein Werkzeugvoreinstellgerät dient zur Bestimmung der Werkzeugkorrekturwerte von Dreh- bzw. Fräswerkzeugen, ohne die eine sinnvolle Programmierung einer Werkstückkontur nicht möglich ist.

Ein Werkzeugvoreinstellgerät besteht im allgemeinen aus vier Hauptkomponenten:

  • Grundplatte,
  • dem Kreuzschlitten,
  • dem Projektträger und der
  • Werkzeugaufnahme.

Weiterhin sind zur Messung der Werkzeugkorrekturwerte eine elektronische Meßeinrichtung und eine Speichereinrichtung zur Abspeicherung der Daten, z.B. der Fräserradius R und die Länge L vorhanden.

2.8.4. Werkzeugmessung und –einstellung mit Hilfe der CNC-Maschine

2.8.4.1.Direkte Werkzeugvermessung an der CNC-Drehmaschine

Ein direktes Vermessen der Werkzeuge in der CNC-Werkzeugmaschine ist bisher nur für CNC-Drehmaschinen gebräuchlich.

Bei einer direkten Werkzeugvermessung wird ein Werkstück mit einem Werkzeug in beliebiger Einspannung bearbeitet (z.B. Drehen eines Zylinders). Das Werkstück wird danach in bezug auf den Maschinennullpunkt M vermessen. Die gemessenen Werte werden in den Werkzeugkorrekturspeicher der CNC-Steuerung gegeben.

Anschließend wird das zweite Werkzeug eingespannt, der Werkzeugschlitten in dieselbe Position wie beim ersten Werkzeug gebracht und die gedrehte Werkstückkontur wieder abgefahren. Die Steuerung errechnet dann aus der neuen Ist-Lage des Werkzeugschlittens die Korrekturwerte für das zweite Werkzeug.

Die direkte Werkzeugvermessung ist sehr zeitintensiv, erfordert aber keinen weiteren materiellen Aufwand.

2.8.4.2.Werkzeugvermessung über sogenannte Nullwerkzeuge an der CNC-Fräsmaschine

Eine gängige Methode der Werkzeugvermessung an der CNC-Fräsmaschine ist die Ermittlung der unterschiedlichen Längen der Fräswerkzeuge mit Hilfe eines Nullwerkzeuges. die Radiuskorrekturen aller Werkzeuge sind schon vorher ermittelt und in die CNC-Steuerung eingegeben worden.

2.8.4.3.Werkzeugvermessung über eine Optik in einer CNC-Maschine

Im Arbeitsraum einiger CNC-Maschinen ist eine Optik an einem festen Punkt installiert, deren Position der Maschine bekannt ist. Diese Koordinaten sind in der CNC-Steuerung als Parameter gespeichert.

Die zu vermessenden Werkzeuge sind im Revolver beliebig eingespannt und werden dann nacheinander mit Hilfe des elektronischen Handrads in die Mitte des Fadenkreuzes der Optik gefahren. Die Steuerung errechnet dann ohne weitere Angaben die Querablage Q sowie die Länge L und speichert diese im Werkzeugkorrekturspeicher ab.

2.8.4.4.Vor – und Nachteile der direkten Werkzeugvermessung in der CNC-Maschine

Vorteile

Nachteile
  • größere Flexibilität
  • attraktivere Gestaltung von Maschinen-    arbeitsplätzen
  • Kosteneinsparung durch das Wegfallen von  Werkzeugvoreinstellgeräten und aufwendige Werkzeughaltersystemen
  • Maschinenstillstand während der Ver-    messung
  • hohe Genauigkeiten sind nicht zu erzielen

2.9. Wegmeßsysteme an der CNC-Maschine

Die CNC-Steuerung hat die Aufgabe, an Hand der Befehle des NC-Programms, die Bewegungen des Werkzeug- oder Werkstückträgers zu veranlassen. Dabei müssen die programmierten Koordinaten auf einer vorgegebenen Bahn (Lage) und mit vorgeschriebener Geschwindigkeit (Vorschub) in höchster Genauigkeit in den Achsen angefahren werden.

Die exakte räumliche Lage der steuerbaren beweglichen Maschinenteile muß der CNC-Steuerung dabei zu jedem Zeitpunkt rückgemeldet werden. Dies geschieht über die Positionsmeßwertgeber, deren Daten in den Lageregelkreis eingespeist werden.

An CNC-Werkzeugmaschinen werden die Werkzeugträgerpositionen ständig gemessen. Aus der zeitlichen Veränderung des Weges wird durch die CNC-Steuerung die aktuelle Bahnposition (Istwert) sowie die Bahngeschwingigkeit berechnet und mit der programmierten Bahn verglichen (Sollwert).
Einflußfaktoren auf den Regelkreis sind z.B. die Bearbeitungskräfte sowie die Reibung und Spiele in den Führungen. Sie werden Störgrößen genannt und sind von der Regelung (CNC-Steuerung) zu kompensieren.
Die Steuerung gibt etwa jede Millisekunde an den Lageregelkreis einen neuen Lagesollwert, den dieser anzusteuern versucht. Bei der hohen Taktfrequenz erhält er im allgemeinen bereits einen neuen Sollwert, bevor der alte Sollwert erreicht wurde. Dies durch physikalische Bedingungen (z.B. zu hoher Vorschub) verursachte Verhalten der Lageregelung bewirkt den sogenannten Schleppfehler.

Wegmeßverfahren
Zur Bestimmung der aktuellen Werkzeugträgerposition (Istwert des Lageregelkreises) ist für jede Verfahrachse der CNC-Werkzeugmaschine ein Wegmeßsystem vorhanden. Je nach den speziellen Anforderungen an die jeweiligen Verfahrachsen werden unterschiedliche Wegmeßverfahren verwendet.

2.9.1. Absolute Wegmessung

Bei der Absolutmaßprogrammierung zeigt jeder Teilungsschritt der binär codierten Meßskala einen exakten Zahlenwert an. Dieser Wert entspricht einer genauen Position des Werkzeugschlitten gegenüber dem Maschinennullpunkt M, das heißt, der CNC-Steuerung kann jederzeit die aktuelle Werkzeugschlittenposition direkt übergeben werden. Nachteilig ist, daß der Ablesebereich der Meßskala so groß wie der Arbeitsbereich sein muß. Das führt, verbunden mit der binären Codierung, zu sehr großen, technisch aufwendigen Meßskalen.

2.9.2. Inkrementale Wegmessung

Bei der Relativprogrammierung ergeben sich bei einer Verfahrbewegung aus dem Wechsel von Hell- und Dunkelfeldern des Strichgitters Zählimpulse, die von der CNC-Steuerung laufend addiert bzw. subtrahiert werden. Die aktuelle Wegschlittenposition ergibt sich aus der Differenz zur letzten Position. Daher muß nach dem Einschalten der CNC-Steuerung der Schlitten einmal einen absoluten Punkt, den Referenzpunkt, anfahren, damit die CNC-Steuerung die absoluten Koordinaten errechnen kann.

Bei CNC-Werkzeugmaschinen werden im allgemeinen nur inkrementale Wegmeßverfahren verwendet, da bei ihnen das Anfahren des Referenzpunktes jederzeit möglich ist.

Hingegen können bei Robotern in Schweißstraßen beim Anfahren eines Referenzpunktes Kollisionen mit dem Werkstück auftreten, daher sind hier absolute Wegmeßverfahren erforderlich.

3. Technologische Grundlagen für die CNC-Bearbeitung

3.1. CNC-Werkzeugsysteme für das Drehen und Fräsen

Im Gegensatz zu den konventionellen Werkzeugmaschinen kommen bei CNC-Werkzeugmaschinen spezielle
NC-Werkzeuge zum Einsatz.

Kriterien:
· höhere Zerspanungsleistungen bei gleichzeitig hohen Standzeiten
· kürzere Wechsel- und Einrichtezeiten, damit eine wirtschaftliche immer kleinere Losgröße ermöglicht wird
· Einführung von Werkzeugstandards und Werkzeugrationalisierung
· Verbesserung der Möglichkeiten der Werkzeugverwaltung und einer flexiblen Fertigung

Die NC-Werkzeugaufnahmen sind entweder einteilig oder aus den Schneidenträger und dem Werkzeughalter zusammengesetzt. Um einen schnellen Werkzeugwechsel durchführen und eine gute Austauschbarkeit der NC-Werkzeuge gewährleisten zu können, sind die Werkzeugaufnahmen genormt.

3.1.1. Werkzeugaufnahmen

Bei den Werkzeugaufnahmen haben sich spezielle Formen durchgesetzt. Sie unterscheiden sich nach dem jeweiligen Bearbeitungsverfahren. Bei den Drehwerkzeugen wird hauptsächlich der Zylinderschaft mit Verzahnung und bei Fräswerkzeugen der Steilkegel verwendet. Mit beiden Werkzeugaufnahmen ist sowohl ein automatischer als auch ein schneller Werkzeugwechsel möglich.

3.1.2. Werkzeughalter

Viele Dreh- und Fräswerkzeuge sind aus mehreren Komponenten zusammengesetzt. Zum Einsatz kommen Wendeschneidplatten, die z.B. mit Klemmhaltern befestigt werden.

Die Hauptelemente eines modernen Drehwerkzeuges sind der Klemmhalter bzw. Wendeschneidplattenhalter, die Wendeschneidplatte und deren Spannsystem. Der Sitz für die Wendeschneidplatten ist im Halter mit zwei Stützkanten ausgelegt und mit einer Zwischenlage versehen. Die Zwischenlage dient zur Aufnahme größere Schnittkräfte und zum Schutz des Halters vor Beschädigung bei einem möglichen Bruch der Wendeschneidplatte.

Die Klemmhalter und die Wendeschneidplatten sind weitgehend genormt.

3.1.3. Hartmetall-Wendeschneidplatten

In der CNC-Technik werden verstärkt Wendeschneidplatten eingesetzt, da sie sehr hohe Standzeiten erreichen und leicht auszuwechseln sind. Wendeschneidplatten besitzen mehrere Schneidkanten. Daher  besteht die Möglichkeit, beim Stumpfwerden einer Schneidkante die Platte zu drehen oder zu wenden.

Wendeschneidlatten bestehen aus Hartmetall oder Schneidkeramik. Sie werden durch Sintern hergestellt. Durch dieses Herstellungsverfahren, bei dem Metallpulver in Formen gepreßt und anschließend wärmebehandelt wird, lassen sich preisgünstig Wendeschneidplatten in verschiedenen Ausführungen herstellen.

3.2. Aufbau und Einsatz von Drehwerkzeugen für die CNC-Bearbeitung

3.2.2.  Schneidstoffe

Als Schneidstoffe für Drehwerkzeuge werden vor allem Hartmetalle eingesetzt. Für bestimmte Dreharbeiten finden noch HSS-Stähle ( HSS = Hochleistungs- Schnellschnitt- Stahl) Anwendung, deren Schneidflächen meist beschichtet sind. Für besondere Fälle werden keramische Werkstoffe (Schneidkeramik) in Wendeschneidplattenformen angewendet und in Sonderfällen auch Industriediamanten.

3.2.2.1.Schnellarbeitsstahl (HSS)

Ein Schnellarbeitsstahl ist ein hochlegierter Werkzeugstahl. Er besitzt eine hohe Zähigkeit und kann daher gut Stoßbelastungen aufnehmen. Die Schnittgeschwindigkeit liegt wesentlich niedriger als bei Hartmetallen  oder Schneidkeramiken.

Eingesetzt wird er bei Werkzeugen, die aufgrund ihrer Form, z.B. Bohrer oder Reibahlen, die Verwendung von Wendeschneidplatten nicht zulassen sowie zur Bearbeitung von thermoplastischen Kunststoffen und Leichtmetallen. Oft werden Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl mit einer Hartstoffschicht aus Titannitrid TiN beschichtet. Diese sehr harte, goldfarbene Beschichtung erhöht die Verschleißfestigkeit und ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten.

3.2.2.2.Hartmetalle (HM)

Hartmetalle sind Werkstoffe, die unter Verwendung von Hartstoffen und einem Bindemittel in Form von Wendeschneidplatten gesindert werden. Die Hartstoffe sind meist Wolfram-, Titan-oder Tantalcarbid. Als Bindemittel wird Kobalt verwendet.

Hartmetalle sind wesentlich härter als Schnellarbeitsstähle. Sie sind sehr verschleißfest und lassen sehr hohe Arbeitstemperaturen zu. Sie vertragen aber Temperaturschwankungen und Stoßbelastungen wesentlich schlechter als Schnellarbeitsstähle.

Die Hartmetalle können nach den Zerspanungshauptgruppen und nach den Zerspanungs- Anwendergruppen eingeteilt werden.

Die Verschleißfestigkeit der Hartmetalle kann durch das Beschichten noch erhöht werden. Als Beschichtung wird Titannitrid, Titankarbid und Aluminiumoxid im Vakuum bei einer Temperatur von 1000° in mehreren Lagen aufgebracht.


3.2.2.3.Schneidkeramik

Bei der Schneidkeramik kommen keramische Werkstoffe zur Anwendung, die noch härter als Hartmetall sind. Die Schneidkeramik läßt eine Arbeitstemperatur von bis zu 1200°C zu. Sie ist sehr spröde und empfindlich gegen schwankende Schnittkräfte. Schneidkeramiken werden als Wendeschneidplatten hergestellt und wie die Hartmetalle in Werkzeughalter geklemmt.

Eingesetzt werden die Schneidkeramik bei gleichmäßigen Schnittbedingungen, ohne eine Kühlung zu verwenden. Gegenüber den Hartmetallen ist die Schnittgeschwindigkeit noch höher. Besonders geeignet ist sie für die Zerspanung von Eisenwerkstoffen, da sie keine Aufbauschneiden bildet. Ungeeignet ist sie für Aluminiumlegierungen.

Die zur Anwendung kommenden Schneidkeramiken können den folgenden Gruppen zugeordnet werden.
· Oxidkeramik
· Mischkeramik
· Nitridkeramik

Schneidkeramiken aus reinem Al²O³ werden als Oxidkeramiken bezeichnet. Sie haben keine metallische Bindung. Besonders sind sie für die Zerspanung von Eisenwerkstoffen geeignet, da sie ihnen gegenüber eine hohe Verschleißfestigkeit haben.

Bei Mischkeramiken werden dem Al²O³ Hartstoffe wie z.B. Titankarbid beigefügt. Mischkeramiken werden zum Schlichten von Grauguß oder Stahl sowie zur Zerspanung von gehärteten Eisenwerkstoffen verwendet.

Nitridkeramik wird auf der Basis von Siliziumnitrid Si³N hergestellt. Dieser nichtoxidische Schneidstoff besitzt eine hohe Bruchzähigkeit und eine geringere Empfindlichkeit gegen Temperaturschwankungen. Nachteilig ist der höhere Verschleiß bei der Stahlzerspanung. Angewendet wird die Nitridkeramik bei der Bearbeitung von Grauguß.

3.2.2.4.Diamant

Diamanten besitzen die größte Härte aller Stoffe. Sie sind extrem stoßempfindlich, bilden beim Zerspanen aber keine Aufbauschneiden.

Eingesetzt werden sie bei der Zerspanung von Nichteisen-Metallen und ihren Legierungen, sowie von Verbundwerkstoffen (GFK,CFK), Hartmetallen, Glas und Keramiken.

Ungeeignet ist der Diamant zur Zerspanung von Stahl. Hierbei verschleißt er sehr schnell, da die Kohlenstoffatome des Diamanten an das Eisen abgegeben werden (Diffusionsverschleiß).

3.3. Aufbau und Einsatz von Fräswerkzeugen für die CNC-Bearbeitung

3.3.1. Fräsen und Fräsverfahren

Das Fräsen ist ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide, bei dem das Werkzeug die drehende Hauptbewegung ausführt und die Vorschub- sowie die Zustellbewegung im Regelfall meist vom Werkstück ausgeführt wird.
Fräsverfahren teilt man nach der Lage der Fräserachse zum Werkstück ein, das heißt zwischen Stirn- und Umfangfräsen.

Stirnfräsen:
· die Fräserachse steht senkrecht zur Bearbeitungsfläche
· Werkstückoberfläche wird von den Hauptschneiden erzeugt
· Nebenschneiden bewirken ein zusätzliches Glätten der Werkstückoberfläche

Umfangsfräsen:
· Fräserachse liegt parallel zur Bearbeitungsachse
· Fräser schneidet mit den Hauptschneiden (die Umfangsschneiden) die Werkstückoberfläche
· bei diesem Fräsverfahren unterscheidet man zwischen Gleich- und Gegenlauffräsen

Zusätzlich muß zwischen Gegen- und Gleichlauffräsen unterschieden werden.

Gegenlauffräsen:
· Drehrichtung des Fräsers ist entgegengesetzt der Vorschubrichtung des Werkstücks
· Anschnitt des Fräsers beginnt mit Spandicke Null
· starker Verschleiß der Freifläche vom Werkzeug durch die beim Gleiten entstehende Reibung Þ Verfestigung der Werkstückoberfläche Þ Standzeitverkürzung des Werkzeuges
· Vorteil beim Bearbeiten von Werkstücken mit einer harten Oberfläche (Gußstücke) Þ die harte Oberfläche wird von innen her aufgeschnitten

Gleichlauffräsen:
· Drehrichtung des Fräsers und die Vorschubbewegung des Werkstückes sind in ihrer Richtung gleich
· Fräserzahn dringt bei größter Spanungsdicke sofort in den Werkstoff ein
· Fräserschneide ist einer Schlagbeanspruchung ausgesetzt Þ Vorschubantrieb sollte spielfrei sein Þ möglichst mehrere Schneiden im Eingriff
· Oberfläche ebener und matt gegenüber Gegenlauffräsen
· höhere Vorschübe, höhere Schnittgeschwindigkeiten bei gleicher Standzeit
gegenüber Gegenlauffräsen

Zur Ausführung von Werkzeug- Bewegungen am Werkstück muß jede augenblickliche
IST- Position der CNC- gesteuerten Achsen gemessen, der Meßwert auf einen
maschinenfesten Nullpunkt bezogen und mit einer durch das Programm vorgegebenen
Soll-Position verglichen werden.

erforderliche Kenntnisse:

  • Koordinatensysteme von Maschine und Werkstück
  • Bezugspunkte von Maschine, Werkzeug und Werkstück
  • Art der Wegmessung
  • Möglichkeiten der Bemaßung und Maßverrechnung Grundsatz:
  • zur Spanabnahme sind Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück erforderlich
  • Bei der Programmierung werden alle Bewegungen auf das ruhend gedachte Werkstück bezogen

4. Einführung in die NC-Programmierung

4.1. Arbeitsorganisation und –ablauf bei der manuellen NC-Programmierung

4.1.1. Gegenüberstellung der Vorgehensweise bei konventioneller und CNC-Arbeitsvorbereitung

Die CNC-Fertigung besitzt gegenüber der Fertigung mit konventionellen Werkzeugmaschinen eine Reihe von Vorteilen, wie z.B. der kürzeren Durchlaufzeit und der höheren Fertigungskapazität. Um diese Vorteile nutzen zu können, muß die Arbeitsvorbereitung entsprechen angepaßt werden.

Das Ziel jeder Fertigung ist, den Hauptanteil an der Werkzeugmaschine, also die Zeit der Zerspanung so groß wie möglich zu halten. Bevor damit begonnen werden kann, sind viele planerische Tätigkeiten auszuführen.

Konventionelle Werkzeugmaschine

  • Facharbeiter kann nur fertigen oder nur planen
  • Facharbeiter hat Werkstattzeichnung, Arbeitsplan und Arbeitsauftrag zur Verfügung
  • Arbeitsschritte müssen detaillierter geplant werden
  • Jeder Arbeitsgang muß mit Werkzeug angekratzt und Werkstück anschließend vermessen werden
  • Erstellung der benötigten Unterlagen sind nicht so umfangreich

CNC-Werkzeugmaschine

  • Facharbeiter kann parallel zum Abarbeiten eines NC-Programmes planerische Tätigkeiten ausführen
  • Unterlagen sind umfangreicher allerdings stehen sie bei Wiederholaufträgen sofort wieder zur Verfügung
  • Eine vorgeordnete Vermessung der Werkzeuge erforderlich

Ziel der CNC-Arbeitsvorbereitung:

  • wegzuverlegen der vorbereitenden Tätigkeiten von der Maschine
  • für jeden Fertigungsauftrag die kompletten Unterlagen, Werkzeuge und Spannmittel sowie die Rohteile so bereitzustellen,  daß unmittelbar mit dem Einrichten und dem Fertigen begonnen werden kann
  • Verkürzung der Maschinenwartezeiten  und Erhöhung des Hauptzeitanteils
  • die Vermessung der Werkzeuge ermöglicht erst den selbständigen Betrieb der CNC-Werkzeugmaschine und die einfache    Verwendung der Werkzeuge an mehreren Maschinen

Aufgabe der CNC-Arbeitsvorbereitung:

  • Erstellung der benötigten Unterlagen
  • Vermessung der Werkzeuge
  • Verwaltung von Werkzeugen und Spannmittel
  • Bereitstellung aller Unterlagen und Hilfsmittel

4.1.2. Organisatorische Zuordnung der NC-Programmierung

Die NC-Programme können in verschiedenen Abteilungen erstellt werden. Danach unterscheiden sich die folgenden Formen der NC-Programmierung:

  • Programmerstellung in der Arbeitsvorbereitung (AV-Programmierung)
  • Programmerstellung im Werkstattbereich (Werkstattprogrammierung)

4.1.2.1.Programmerstellung in der Arbeitsvorbereitung

In der Arbeitsvorbereitung werden alle planerischen Maßnahmen zur Durchführung eines Fertigauftrages durchgeführt. Diese planerischen Maßnahmen sind in der Fertigung zeitlich vorgeordnet. Da diese Abteilung außerhalb des Werkstattbereiches liegt, spricht man auch von einer externen Programmierung.

Die NC-Programme werden von Mitarbeitern erstellt, die speziell für die NC-Programmierung ausgebildet wurden. Sie arbeiten meist an einem Programmierplatz und erstellen maschinell die Programme. Neben der Programmerstellung ist hier auch die Programmverwaltung angegliedert. Die Verbindung zu den CNC-Werkzeugmaschinen kann über einen DNC-Betrieb erfolgen.

vorteilhafte Programmerstellung bei:

  • umfangreiche NC-Programme
  • NC-Programme für komplizierten Werkstücken
  • Verwaltung von vielen NC-Programmen
  • vielen CNC-Maschinen

Nachteil:

  • Optimierung der NC-Programme an der CNC-Werkzeugmaschine
  • geringer Kontakt mit der Werkstatt

4.1.2.2.Programmerstellung im Werkstattbereich

Werden die NC-Programme im Werkstattbereich erstellt, spricht man von einer maschinennahen Programmierung. Die NC-Programme können direkt an einem Programmierplatz in der Maschinennähe erstellt werden.

Die im Werkstattbereich und die in der Arbeitsvorbereitung erstellten NC-Programme werden direkt an der CNC-Werkzeugmaschine vom Maschinenbediener beim Einrichten kontrolliert und optimiert.

vorteilhafte Programmerstellung bei:

  • Erfahrung des Werkstattpersonals findet Berücksichtigung
  • kurzen NC-Programme
  • NC-Programmen für einfache Werkstücke
  • wenig CNC-Werkzeugmaschinen
  • schnellen Zugriff auf vorhandenen NC-Programme

Nachteil:

  • spezielle Qualifizierung des Werkstattpersonals
  • bei eventuellen Maschinenstillstandszeiten entstehen lange Programmierzeiten

4.1.2.3.Unterschied zwischen manueller und maschineller Programmierung

Manuell

Maschinell

Programmierer formuliert das NC-Programm direkt in einer verständlichen Form der CNC-Steuerung

Programmierer wird von einem Programmiersystem unterstützt
– bei der Berechnung von Koordinaten und Schnittdaten

Jeder Schritt der CNC- Maschine muß einzeln programmiert
werden

Werkstück wird beschrieben, wie es nach der Bearbeitung aussehen soll

Durchführung von aufwendigen Berechnungenn

strikte Trennung zwischen den geometrischen und technologischen Daten

Arbeitsablauf bei maschineller Programmierung:

1. Werkstück wird geometrisch beschrieben. Notwendig ist die Darstellung der Fertigteilform, aber auch der Rohteilform.

2. Festlegung der einzelnen Bearbeitungen. Das Programmiesystem hilft dem Programmierer, unter Berücksichtigung aller verfügbaren Werkzeuge eine geeignete Auswahl zu treffen und berechnet automatisch die notwendigen Schnittdaten.

3. NC-Programm wird für eine spezielle CNC-Werkzeugmaschine mit einer speziellen CNC-Steuerung erzeugt, das dann
an die Maschine übertragen werden kann.

4.1.2.4.Prinzipielles Vorgehen bei der manuellen NC-Programmierung an einem Programmierarbeitsplatz

Die Fertigung auf CNC-Werkzeugmaschinen setzt eine sorgfältige Planung und Fertigungsvorbereitung voraus.
Alle Tätigkeiten, die ein Fachmann an einer herkömmlichen Dreh- oder Fräsmaschine ausführt, müssen für die Fertigung
auf einer CNC-Werkzeugmaschine vom Programmierer im voraus durchdacht und beschrieben sein.

1. Festlegung des Bearbeitungsablaufs
Ausgehend von der Fertigungszeichnung legt der Programmierer die ein-
zelnen Arbeitsgänge fest. Zusätzlich werden die notwendigen Aufspannungen und die zu verwendenden Spannmittel in einem Aufspannplan sowie die einzelnen Bearbeitungsschritte in einem Arbeitsablaufplan festgehalten

2. Bestimmung der notwendigen Werkzeuge
hier legt der Programmierer die benötigten Werkzeuge für die einzelnen Bearbeitungsschritte fest. Die Werkzeuge wählt er aus einer Werkzeugkartei aus.

3. Ermittlung der technologischen Daten
Für jeden Bearbeitungsschritt müssen die Schnittdaten in Abhängigkeit des Werkstoffes und des verwendeten Werkzeuges bestimmt werden.

4. Ermittlung der geometrischen Daten
Aus der Fertigungszeichnung werden die für die Programmierung der Verfahrbewegungen benötigten Koordinaten entnommen oder durch eine Nebenrechnung aus bekannten Koordinaten bestimmt.

5. Erstellung des NC-Programms für die einzelnen Bearbeitungsvorgänge
Mit Hilfe der vorher ermittelten geometrischen Daten werden die einzelnen Programmschritte in einem Programmierblatt festgehalten.

6. Kontrolieren des NC-Programms
An der CNC-Werkzeugmaschine werden die Verfahrbewegungen simuliert, um Fehler bei der Programmierung zu erkennen und zu kontrollieren.

4.1.2.5.Qualitätssicherung in der CNC-Fertigung

Auf konventionellen Werkzeugmaschinen gefertigte Teile sind in erster Linie von der Qualifikation und der Beständigkeit des Maschinenbedieners abhängig. Dagegen kann man mit CNC-Maschinen über einen längeren Zeitraum identische Werkstücke mit gleichbleibender Qualität fertigen.

Qualitätseinflußfaktoren der gefertigten Werkstücke:

  • das erstellte Programm
  • der auftretende Werkzeugverschleiß (Verschleiß der Werkzeugschneide)
  • das Material der Werkstücke (Eigenschaften und Form)
  • die CNC-Maschine selbst (Genauigkeit und schwingungsfreies Aufstellen)
  • Umwelteinflüsse (Wechselwirkung von Temperaturen)
  • das Verhalten des Bedieners (Erkennen von Fehlern, die zu einer Qualitätsminderung führen).

Möglichkeiten der Qualitätsbeeinflussung

Minimierung der Qualitätseinflußfaktoren:

  • NC-Programm testen, optimieren und sorgfältig beim ersten Werkstück einfahren und notwendige Korrekturen für die exakte Maßhaltigkeit durchführen
  • Überwachung des Werkzeugverschleißes Þ wird durch die CNC-Steuerung vorgenommen z.B. wird beim Erreichen der max. Standzeit das bisherige Werkzeug durch ein anderes identisches Werkzeug automatisch ersetzt. Eine andere Möglichkeit ist, den Verschleiß anhand der steigenden Schnittkraft über ein gesetztes Limit, wird automatisch ein automatischer Werkzeugwechsel vorgenommen.
  • Maßabweichungen können durch integrierte Meßsysteme erkannt werden.
  • Exaktes Messen und Prüfen mit geeichter Meß- und Prüftechnik.
  • Schulung des Bedienpersonals.
  • Die Werkstatträume klimatisieren.
  • Beim Kauf der Maschine und deren Aufstellung auf Qualität achten.


4.2. Grundlagen der NC-Programmierung

  • Ein NC-Programm besteht aus einer Abfolge von Befehlen, die die CNC-Werkzeugmaschine veranlassen, ein bestimmtes Werkstück herzustellen.
  • Dieses NC-Programm enthält für jeden Bearbeitungsvorgang an einer CNC-Werkzeugmaschine einen Befehl mit den entsprechenden Informationen. Diese Befehle sind in alphanumerischer Form verschlüsselt, das heißt, sie bestehen aus Buchstaben, Zahlen und Zeichen.

4.2.1. Aufbau eines NC-Programms

Der grundsätzliche Aufbau eines NC-Programms ist nach DIN 66025 genormt.

Aufbaustruktur des NC-Programms:
Ein vollständiges NC-Programm besteht aus folgenden Bestandteilen.

Programmanfang:

  • besteht aus einem Zeichen oder einem Befehl (Bsp.%), der der Steuerung mitteilt, daß nun ein NC-Programm folgt.
  • Zusätzlich beinhaltet die erste Zeile auch einen Namen (Progr.-Nr.)
  • Beide Merkmale dienen auch der Verwaltung der NC-Programme sowie ihrem Aufruf an die Steuerung

Die Namen von NC-Programmen können alphanumerische Zeichen beinhalten.
Bei den meisten CNC-Steuerungen werden 2 bis 6-stellige Zeichenfolgen für die Benennung benutzt.

Sätze:

Ein NC-Programm besteht aus einer chronologischen Folge von Sätzen.
In ihnen sind die
– programmtechnischen,
– geometrischen und
– technischen
Informationen enthalten, die die CNC-Steuerung für jeden Bearbeitungsschritt benötigt.

Programmende:

  • wird durch den Programmend-Befehl (z.B. M30) programmiert

4.2.2. Struktur eines Programmsatzes

Jeder Satz besteht aus einer Satznummer, einer Anzahl von Wörtern sowie einem speziellen Steuerzeichen, das der CNC-Steuerung mitteilt, wann ein NC-Satz zu Ende ist.

Sätze:
· Enthalten alle erforderlichen Informationen für einen bestimmten Arbeitsschritt
· Kennzeichen durch Satz-Nr.

Sätze bestehen aus Programmwörtern

Anweisungen:
– bereiten Steuerung vor
– Ausführung nur mit entsprechenden Zusatzbedingungen

Zusatzbedingungen:
– erklären die Anweisung näher
– Bedingungen zur Ausführung

Beispiel:

Fahre im Eilgang  nach X-Koordinate 40 und Z-Koordinate 60

N10 G00 X40 Z60

4.2.3. Struktur eines Programmwortes

Ein Wort besteht aus einem Adreßbuchstaben und einer Zahl mit Vorzeichen.
Die Bedeutung und die Reihenfolge sind in den Programmieranleitungen der jeweiligen CNC-Steuerungssysteme festgelegt.
Die Zahl besitzt dabei in Abhängigkeit vom Adreßbuchstaben entweder die Bedeutung eines Codes oder die eines Wertes.
Bei den meisten CNC-Steuerungen kann das positive Vorzeichen „+“ im NC-Programm weggelassen werden.

Die Reihenfolge der Wörter in einem NC-Satz ist wie folgt festgelegt:

Adresse

Bedeutung

N

Satznummer

G

Wegbedingung

X,Y,Z

Koordinaten

I,J,K

Interpolationsparameter

F

Vorschub (engl. Feed)

S

Spindeldrehzahl (engl. Speed)

T

Werkzeugposition (engl.- Tool)

M

Zusatzfunktion

In einem Satz können diejenigen Wörter weggelassen werden, für die in diesem Satz keine Informationen benötigt werden.

Satznummer N

  • das erste Wort eines Satzes
  • kennzeichnet den Satz
  • darf in einem NC-Programm nur einmal vergeben werden
  • hat keinen Einfluß auf die Abarbeitung der einzelnen Sätze, da sie nach der Reihenfolge ihrer Eingabe in die Steuerung abgerufen wird

Wegbedingung G

  • legt mit den Wörtern für die Koordinaten im wesentlichen den geometrischen Teil des NC-Programmes fest
  • besteht aus dem Adreßbuchstaben G und einer zweistelligen Schlüsselzahl

Koordinaten X, Y, Z

  • beschreiben die Zielpunkte, die für die Verfahrbewegungen benötigt werden

Interpolationsparameter I, J, K

  • dienen zur Beschreibung der Kreisbewegung des Kreismittelpunktes
  • werden meist inkremental eingegeben

Vorschub F

  • die Geschwindigkeit, mit der sich das Werkzeug bewegen soll
  • wird meist in mm/min eingegeben
  • beim Drehen ist sie auf eine Spindelumdrehung bezogenen Einheit mm/U möglich

Spindeldrehzahl S

  • dient zur Eingabe der Spindeldrehzahl
  • kann in Umdrehungen pro Minute direkt programmiert werden

Werkzeugposition T

  • bezeichnet ein bestimmtes Werkzeug
  • ist je nach Steuerung unterschiedlich und kann folgende Aufgaben haben:
  • Abspeichern der Werkzeugmaße im Werkzeugkorrekturspeicher
  • Aufruf des Werkzeuges aus dem Werkzeugmagazin

Zusatzfunktion M

  • auch Hilfsfunktion genannt, enthalten vorwiegend technologische Angaben, soweit diese nicht in den dafür vorgesehenen Wörtern, z.B. mit den Adressbuchstaben F, S, T programmiert werden
  • wird mit dem Adressbuchstaben M und einer Schlüsselzahl eingegeben

4.2.4. Absolut- und Relativmaßprogrammierung

4.2.4.1.Absolutmaßprogrammierung G 90

  • Initialzustand,Einschaltzustand>> muß nicht geschrieben werden
  • Angabe der Koordinaten des Zielpunktes nach Koordinaten und Vorzeichen
  • Bezugnahme stets auf gewählten Werkstück-Nullpunkt
  • Lage des Startpunktes unwichtig

Bsp.:
N10  G90
N20  G01  X50 Y40

4.2.4.2.Relativprogrammierung G91

  • muß aufgerufen werden
  • Angabe des zurückzulegenden Weges
  • Vorzeichen bestimmt Bewegungsrichtung des Werkzeuges
  • Maße zum Zielpunkt beziehen sich auf aktuelle Position

Bsp.:
N10 G91
N20 G01 X30 Y–40

4.2.5. Geraden- und Kreisprogrammierung

4.2.5.1.Geradeninterpolation G1

  • Initialzustand; modal wirkend
  • gleichzeitiges Bewegen einer oder mehrerer Achsen zur Erzeugung einer beliebigen Gerade in der Ebene (2D; 2½D)       oder im Raum (3D) im Arbeitsvorschub (F erforderlich)
  • Rechner (Interpolator) errechnet laufend Zwischenpunkte vom Start- zum Zielpunkt


4.2.5.2.Kreisinterpolation G2 / G3

  • gleichzeitiges Bewegen von zwei Maschinenachsen
  • Ebenenauswahl und Drehsinn

Dialogführung

Uhrzeigersinn

Gegen-
Uhrzeigersinn

Drehrichtung

G2

G3

Vorschub

F

F

X-Koordinate des Zielpunktes

X

X

Y-Koordinate des Zielpunktes

Y

Y

inkrementale Maßverschiebung vom Startpunkt zum Mittelpunkt in X

I

I

inkrementale Maßverschiebung vom Startpunkt zum Mittelpunkt in Y

J

J


4.2.5.3.Beispiele zur Berechnung technologischer Werte für die CNC-Bearbeitung

Schnittgeschwindigkeit Vc
Vc = p * d * n  in m/min TB S. 228

1. Beispiel:
Wie hoch ist die Schnittgeschwindigkeit beim Längsdrehen, wenn der Schnitt
bei einem Durchmesser von 60 mm mit der Drehzahl 1500 1/min erfolgt ?

geg: d = 60 mm
n = 1500 1/min

ges.: Vc in m/min

Lösung: Vc =  d * pi * n

Vc = pi * 0,06 * m * 1500 1/min
Vc = 283 m/min

2. Beispiel:
Wie hoch müßte die Drehzahl werden, wenn mit dieser Schnittgeschwindigkeit
am gleichen Werkstück der kleinste zu drehende Durchmesser 12 mm beträgt ?

geg.: Vc = 283 m/min
d = 12 mm

ges.: n in 1/min

Lösung: Vc =  d * pi * n    oder n = Vc /pi * d

n = 283 m / pi * min * 0,012 m
n = 7511 1/min

Vorschubgeschwindigkeit Vf
Vf = f * n = fz * n * z  in mm/min

3. Beispiel:
Beim Planfräsen mit einem Planfräskopf ist eine Schnittgeschwindigkeit von
Vc = 180 m/min vorgesehen und die Drehzahl soll 400 1/min nicht übersteigen.
Welchen Durchmesser d darf der Planfräskopf höchstens haben, damit diese
Werte nicht überschritten werden?

geg.:  n   = 400 1/min
Vc = 180 m/min

ges.: d in mm

Lös.: Vc = pi * d * n   oder  d =   Vc / pi * n

d = 180000 mm * min / p *  min  * 400
d = 143 mm

Beispiel beim Zentrierbohrer:
geg.: Vc = 30 m/min
d = 12 mm

ges.: n in 1/min

Lös.: Vc = p * d * n

d = 12mm  beim Zentrieren 1/3 des Bohrers im Eingriff
d = 8 mm, im Einsatz

n =    Vc  / pi * d

n =   30 m / min * p * 0,008 m

n = 1190 1/min

-Vorschubsberechnung beim Gewindebohren:

F = Spindeldrehzahl * Gewindesteigung

-Umrechnen von Grad und Minuten:

Beispiel: 29°10‘ = 10/60 = 0,166 + 29° = 29,166


4.2.6.Fräsprogramme mit Zyklen

  • ein Zyklus ist in der Steuerung festgelegter Ablauf von Einzelschritten
  • es müssen nur noch die gewünschten Maße angegeben werden
  • Zyklen erleichtern das Programmieren, die Programme werden kürzer und übersichtlicher

4.2.6.1.Teilkreis- Bohrzyklus  (z.B. G85)

Hier werden Bohrungen definiert, die sich in gleichbleibendem Abstand auf einem Lochkreis befinden.

4.2.6.2.Taschenfräszyklus (z.B. G86)

Er ist ein Zyklus für das Fräsen rechtwinkliger Taschen, der das Ausräumen der Tasche beinhaltet.

4.2.6.3.Kreistasche  (z.B. G87)

Er ist ein Zyklus von Kreistaschen, der das Ausräumen der Tasche beinhaltet.

4.2.6.4.Nutenfräszyklus  (z.B. G88)

Er ist ein Zyklus von Nuten, der das Ausräumen der Nut beinhaltet.

4.2.6.5.Teilkreis-bohrzyklus  (z.B.G89)

Hier werden Gewindebohrungen definiert, die sich in gleichbleibenden Abstand auf einem Lochkreis befinden.


4.2.6.6.Werkzeugbahn-Korrektur (Äquidistantenbahn/Werkzeugbahnkorrektur)

Problem:
Programmiert wird grundsätzlich die Werkstückkontur,
Konturerzeugung setzt voraus, daß sich der Werkzeugmittelpunkt auf einer Bahn bewegt, die parallel zur Kontur verläuft:
Äqudistante

die automatische Berechnung der Äquidistante erfolgt beim
— Fräsen durch Werkzeug-Radiuskompensation
— Drehen durch Schneiden-Radiuskompensation

Steuerung nimmt Bezug auf die Werkzeugdaten

— Fräserradius R  bzw.  Schneidenradius R

Damit die Steuerung aus den Programm- Daten und den Werkzeugspeicher- Daten die Fräsermittelpunktsbahn berechnen kann, muß ihr mitgeteilt werden, wo das Werkzeug Fräsen soll

dafür gibt es drei G- Funktionen:

G41 – Werkzeugbahn- Korrektur links
G42 – Werkzeugbahn- Korrektur rechts
G40 – Werkzeugbahn- Korrektur aufgehoben

4.2.7. Fräsprogramme mit Unterprogramm- Technik

Unterprogramme sind selbständige Programme, die mit einer eigenen Programm-Nummer im
Unterprogramm- Speicher abgelegt sind.
Das Unterprogramm wird nur dann verarbeitet, wenn es vom Hauptprogramm abgerufen wird.
Ein Unterprogramm kann innerhalb eines Hauptprogramms beliebig oft aufgerufen werden.

  • dienen zur Programmvereinfachung bei Werkstücken mit wiederkehrenden gleichen Programmteilen
  • sinnvoll ist es, die Werkzeugbewegung in inkrementalen Maßangaben (G91) zu programmieren
  • ein Unterprogramm wird z.B. mit  M 17 (=Unterprogramm-Ende) abgeschlossen

4.3. Einführung in die manuelle NC-Programmierung

Die Vorgehensweise bei der manuellen Programmierung läßt sich in vier Arbeitsschritten einteilen:

1. Analyse von Werkstattzeichnungen
2. Festlegung von Arbeitsplänen (Arbeitsplan)
3. Auswahl von Spannmitteln und den benötigten Werkzeugen (Einrichteblatt)
4. Erstellung des NC-Progammes (Programmierblatt)

4.3.1. Analyse von Fertigungszeichnungen

In der Werkstattzeichnung sind die geometrischen und technologischen Informationen für das Fertigteil vorhanden.
Dieser Zeichnung kann man die Maße, die Oberflächenangaben sowie Hinweise für das zu verwendende Fertigungsverfahren (z.B. Zerspanen, Gewindeschneiden, Härten) entnehmen.
Im Arbeitsauftrag sind Angaben über die auszuführenden Arbeiten sowie über die Anzahl der Werkstücke und terminliche Vorgaben enthalten.

4.3.2. Festlegung von Arbeitsplänen

Auf der Grundlage der Werkstattzeichnung und des Arbeitsauftrages wird der weitere Fertigungsablauf, das heißt die Folge der einzelnen Arbeitsgänge festgelegt und in einem Arbeitsplan festgehalten.
Bereits zu diesem Zeitpunkt muß die Spannungssituation berücksichtigt werden.
Bei komplizierteren Spannsituationen oder bei Umspannungen ist eine Skizze der Aufspannung zu erstellen.

4.3.3. Auswahl von Spannmitteln und den benötigten Werkzeugen

In dieser Phase werden in den Arbeitsplan :
· eintragen aller Daten, die zur Ausführung der einzelnen Arbeitsgänge, das heißt zur qualitätsgerechten Herstellung des Teils notwendig sind· aussuchen der notwendigen Werkzeuge und berechnen der entsprechenden Schnittdaten für jeden einzelnen Arbeitsgang
· folgende Informationen sind im Einrichteblatt enthalten:
– Programm- und Zeichnungsnummer   – Werkstückbenennung (ermöglichen eine Zuordnung alle für einen Auftrag
benötigten Unterlagen) Þ bei Wiederholaufträgen ist durch die Angabe über
der Werkstückposition ein einfacheres Einrichten der Spann-
situation möglich

4.3.4. Erstellung des NC-Programmes

Der Programmierer erstellt an Hand der Werkstattzeichnung und des Arbeitsplanes das NC-Programm und trägt die einzelnen Programmsätze in ein Programmierblatt ein.
Dieses Programmierblatt komplettiert die schon vorhandenen Unterlagen.
Damit kann bei einem Wiederholauftrag sofort mit dem Einrichten der Maschine begonnen werden.

Ein Gedanke zu “CNC-Technik”

  1. Guten Tag,

    danke für diesen informativen Beitrag! Für neue Aufträge sucht unser Betrieb zusätzliche CNC Fräsmaschinen. Nach einer ersten Recherche, haben wir diese CNC Maschine ins Auge gefasst https://www.isel.com/germany/de/flatcom-serie-l-4549.html Da wir aber noch auf der Suche nach Erfahrungsberichten oder Alternativen sind, möchten wir Sie um Feedback zu diesem Produkt bitten. Wir sind für jede zusätzliche Information dankbar.

    Mit freundlichen Grüßen

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

Gravatar
WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit deinem WordPress.com-Konto. ( Abmelden /  Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit deinem Facebook-Konto. ( Abmelden /  Ändern )

Abbrechen

Verbinde mit %s