Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal. CNC-Handbuch 2013/2014

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1 Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal CNC-Handbuch 2013/2014

2 Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal CNC-Handbuch 2013/14 CNC DNC CAD CAM FFS SPS RPD LAN CNC-Maschinen CNC-Roboter Antriebe Energieeffizienz Werkzeuge Simulation Fachwortverzeichnis

3 Die Herausgeber: Hans B. Kief, Michelstadt Helmut A. Roschiwal, Augsburg Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Zu diesem Buch wird für Dozenten eine Power-Point-Präsentation im Internet angeboten, vorgesehen zur Unterstützung der Vorlesungen über CNC-Technik. Der Foliensatz besteht aus über 400 Folien mit erläuternden Notizen und ist abgestimmt auf das CNC-Handbuch 13/14. Um die Dateien herunterladen zu können, loggen Sie sich ein oder melden Sie sich an unter: Carl Hanser Verlag München Gesamtlektorat: Dipl.-Ing. Volker Herzberg Herstellung: Steffen Jörg Titelillustration: Atelier Frank Wohlgemuth, Bremen Coverconcept: Marc Müller-Bremer, München Umschlaggestaltung: Stephan Rönigk Gesamtherstellung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany ISBN: E-Book ISBN:

4 3 Lieber Leser, die erste Ausgabe dieses Handbuches erschien 1976 und hatte einen Umfang von ca. 200 Seiten. Ihr vorliegendes Buch hat das 3-fache Volumen und widerspiegelt damit die Entwicklung der CNC-Technologie. NC und CNC haben innerhalb einer Ingenieurgeneration in Ver bindung mit der Werkzeugmaschine sowohl die technische Qualität der Produkte, als auch unsere Lebensqualität wesentlich verbessert. Heute lassen sich Teile mit einer Präzision und Wirtschaftlichkeit herstellen, die noch vor 20 Jahren nicht vorstellbar war. Wer heute in der Fertigungstechnik tätig ist, muss sich nicht nur mit CNC-Maschinen, sondern mit einer Vielzahl von CNC-unterstützenden Computersystemen befassen. Diese haben im Verlauf von wenigen Jahren eine enorme Bedeutung erreicht. Um das Verständnis des Zusammenwirkens zu erleichtern, wird z.b. über computergestützte Programmiersysteme berichtet, wie DNC-Rechner Lochstreifen und Lesegeräte ersetzt haben und wie Bus-Systeme die Datenübertragung sicherer machen. CNC und SPS waren die wichtigsten Verbesserungen der Steuerungs technik. Der größte Schritt war jedoch die Entstehung von CAD-Systemen mit der Möglichkeit, die erzeugten Daten in nachgeschalteten CAM-Systemen für die NC-Programmierung und Simulation zu nutzen. Aber auch die CNC-Maschinen haben durch elektronische Systeme markante Entwicklungsschritte erlebt. Das erfolgreiche Zusammenwirken von Computern und Fertigungsideen hat zu völlig neuen Maschinen geführt: Maschinen die mit Wasserstrahl unterschiedliche Materialien schneiden oder mittels Laserlicht und Monomeren die generativen Fertigungssysteme er mög lichen. Die Entwicklung von Mechanik, NC, Computer, Informatik und Sensorik waren von Anfang an sehr eng miteinander verbunden, was zielgenau zur digitalen Fertigung geführt hat. Wir sehen es auch weiterhin als eine interessante Aufgabe, den Lesern sowohl einen Gesamt überblick über das große Gebiet der digitalen Fertigungstechnik, als auch das notwendige, aktuelle Grundwissen verständlich zu vermitteln. Dazu wurden in dieser Ausgabe folgende Beiträge aktualisiert: Energieeffizienz eine Kennziffer für Werkzeugmaschinen Werkzeuge und Werkzeugsystematik für CNC-Maschinen Prozessadaptierte Auslegung von Werkzeugmaschinenantrieben Heute ist es nicht mehr möglich, dass ein einzelner Autor alle CNC-relevanten Fachbereiche detailliert beherrscht und diese von den Grundlagen bis zu einem technisch anspruchsvollen Level beschreiben kann. Deshalb möchten wir uns bei allen Autoren und Rezensenten für ihre engagierte Unterstützung bedanken! Hans B. Kief Helmut Roschiwal

5 Inhaltsverzeichnis Teil 1 Einführung in die CNC-Technik Historische Entwicklung der NC-Fertigung Erste Nachkriegsjahre Wiederaufbau der Werkzeugmaschinen industrie Weltweite Veränderungen Neue, typische NC-Maschinen Der japanische Einfluss Die deutsche Krise Ursachen und Auswirkungen Flexible Fertigungssysteme Weltwirtschaftskrise Situation und Ausblick Fazit Meilensteine der NC-Entwicklung Was ist NC und CNC? Der Weg zu NC Hardware Software Steuerungsarten NC-Achsen SPS, PLC Anpassteil Computer und NC NC-Programm und Programmierung Dateneingabe Bedienung Zusammenfassung Teil 2 Funktionen der CNC-Werkzeug maschine Weginformationen Einführung Achsbezeichnung Lageregelkreis Positionsmessung Vorschubantriebe Zusammenfassung

6 Inhaltsverzeichnis 5 2 Schaltfunktionen Erläuterungen Werkzeugwechsel Werkzeugwechsel bei Drehmaschinen Werkzeugwechsel bei Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren Werkzeug-Identifikation Werkstückwechsel Drehzahlwechsel Vorschubgeschwindigkeit Zusammenfassung Funktionen der numerischen Steuerung Definition CNC-Grundfunktionen CNC-Sonderfunktionen Anzeigen in CNCs Offene Steuerungen Preisbetrachtung Vorteile neuester CNC-Entwicklungen Zusammenfassung SPS Speicher programmierbare Steuerungen Definition Entstehungsgeschichte der SPS Aufbau und Wirkungsweise von SPS Datenbus und Feldbus Vorteile von SPS Programmierung von SPS und Dokumentation Programm Programmspeicher SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb SPS-Auswahlkriterien Zusammenfassung Tabellarischer Vergleich CNC/SPS Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine Maschinenkonfiguration Maschinengestelle Führungen Hauptantriebe Maschinenverkleidung Kühlmittelversorgung Späneabfuhr Zusammenfassung

7 6 Inhaltsverzeichnis Teil 3 Die Arten von numerisch gesteuerten M aschinen CNC-Werkzeug maschinen Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen Drehmaschinen Schleifmaschinen Verzahnmaschinen Bohrmaschinen Parallelkinematische Maschinen Sägemaschinen Laser-Bearbeitungsanlagen Stanz- und Nibbelmaschinen Rohrbiegemaschinen Funkenerosionsmaschinen Elektronenstrahl-Maschinen Wasserstrahlschneid maschinen Entwicklungstendenzen bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen Messen und Prüfen Zusammenfassung Prozessadaptierte Auslegung von Werkzeug maschinenantrieben Grenzen der Betrachtung Ausgangspunkt Bearbeitungsprozess Energiebilanz Aufbau von Werkzeug maschinenantrieben Anforderungen aus den Zerspanprozessen Stationäre und dynamische Auslegung von Vorschub antrieben Lineardirektantrieb in Werkzeugmaschinen Ableitung der Antriebs auslegung aus Prozess kenngrößen Universelle/spezifische Auslegung von Maschinen Auslegung von Vorschub antrieben spanender Werkzeugmaschinen aus Prozessparametern Messsysteme für Werkzeugmaschinen antriebe Systembetrachtung einer Werkzeugmaschine Zusammenfassung Antriebsdimensionierung Energieeffizienz von CNC-Maschinen Einführung Effizienzsteigerung Definition des Prüfzyklus Ergebnis Alternativen Generative Fertigungsverfahren Einführung Definition

8 Inhaltsverzeichnis 4.3 Verfahrenskette Einteilung der generativen Fertigungsverfahren Vorstellung der wichtigsten Schichtbauverfahren Zusammenfassung Flexible Fertigungs systeme Definition Flexible Fertigungsinseln Flexible Fertigungszellen Technische Kennzeichen flexibler Fertigungssysteme FFS-Einsatzkriterien Fertigungsprinzipien Maschinenauswahl und -anordnung Werkstück-Transport systeme FFS-geeignete CNCs FFS-Leitrechner Wirtschaftliche Vorteile von FFS Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS Flexibilität und Komplexität Simulation von FFS Produktionsplanungs systeme (PPS) Zusammenfassung Industrieroboter und Handhabung Einführung Definition: Was ist ein Industrieroboter? Aufbau von Industrie robotern Mechanik/Kinematik Greifer oder Effektor Steuerung SafeRobot Technologie Programmierung Sensoren Anwendungsbeispiele von Industrierobotern Einsatzkriterien für Industrieroboter Vergleich Industrie-Roboter und CNC-Maschine Zusammenfassung und Ausblick Teil 4 Werkzeuge in der CNC-Fertigung Aufbau der Werkzeuge Einführung Anforderungen Gliederung der Werkzeuge Maschinenseitige Aufnahmen Modulare Werkzeug systeme

9 8 Inhaltsverzeichnis 1.6 Einstellbare Werkzeuge Gewindefräsen Sonderwerkzeuge Werkzeugwahl Werkzeug verwaltung (Tool Management) Motive zur Einführung Evaluation einer Werkzeugverwaltung Lastenheft Beurteilung von Lösungen Einführung einer Werkzeugverwaltung Gliederung Integration Werkzeug-Identifikation Werkzeuge suchen Werkzeug-Klassifikation Werkzeug-Komponenten Komplett-Werkzeuge Werkzeuglisten Arbeitsgänge Werkzeug-Voreinstellung Werkzeug-Logistik Elektronische Werkzeug-Identifikation Einführung Funktionsweise/Prinzip Komponenten eines WZ-Ident- Systems Organisatorische Vorteile elektronischer Werkzeug-Ident-Systeme Werkzeugerkennung und -datenverwaltung mit RFID Werkzeugüberwachung Zusammenfassung Prozessnahe Fertigungsmesstechnik Einführung Parallele Messtechniken Prozessnahes Messen in Nebenzeiten Mit Bohrungsmessköpfen nah am Prozess Aktorische Werkzeugsysteme schließen den Regelkreis Mechatronische Werkzeug systeme Geschlossene Prozesskette Ausblick Zusammenfassung

10 Inhaltsverzeichnis 9 Teil 5 NC-Programm und Programmierung NC-Programm Definition Struktur der NC-Programme Programmaufbau, Syntax und Semantik Schaltbefehle (M-Funktionen) Weginformationen Wegbedingungen (G-Funktionen) Zyklen Nullpunkte und Bezugs punkte Transformation Werkzeugkorrekturen Zusammenfassung Programmierung von CNC-Maschinen Definition der NC-Programmierung Programmiermethoden NC-Programmierer Arbeitserleichternde Grafik Verteilte Intelligenz Auswahl des geeigneten Programmiersystems Zusammenfassung NC-Programmier systeme Einleitung Bearbeitungsverfahren im Wandel Der Einsatzbereich setzt die Prioritäten Eingabedaten aus unterschiedlichen Quellen Leistungsumfang eines modernen NC-Programmiersystems (CAM) Datenmodelle auf hohem Niveau CAM-orientierte Geometrie-Manipulation Nur leistungsfähige Bearbeitungsstrategien zählen D-Modelle bieten mehr Innovativ mit Feature-Technik Automatische Objekt erkennung Bearbeitungsdatenbank Werkzeuge Aufspannplanung und Definition der Reihenfolge Die Simulation bringt es auf den Punkt Postprozessor Erzeugte Daten und Schnittstellen zu den Werkzeugmaschinen Zusammenfassung

11 10 Inhaltsverzeichnis 4 Fertigungs-Simulation Einleitung Qualitative Abgrenzung der Systeme Komponenten eines S imulationsszenarios Ablauf der NC-Simulation Einsatzfelder Zusammenfassung Teil 6 Einbindung der CNC-Technik in die betriebliche Informationsverarbeitung DNC Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control Definition Aufgaben von DNC Einsatzkriterien für DNC-Systeme Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen Technik des Programm anforderns Heute angebotene DNC-Systeme Netzwerktechnik für DNC Vorteile beim Einsatz von Netzwerken NC-Programmverwaltung Vorteile des DNC-Betriebes Kosten und Wirtschaft lichkeit von DNC Stand und Tendenzen Zusammenfassung LAN Local Area Networks Einleitung Local Area Network (LAN) Was sind Informationen? Kennzeichen und Merkmale von LAN Gateway und Bridge Auswahlkriterien eines geeigneten LANs Schnittstellen Zusammenfassung Digitale Produkt entwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM Einleitung Begriffe und Geschichte Digitale Produkt entwicklung Digitale Fertigung Zusammenfassung

12 LaserControl NT NT Technologie Längenmessung Radiusmessung Bruchkontrolle Formkontrolle Rundlaufkontrolle Achskompensation Mikroausbrüche Weltweit die Nr.1 High Performance. Blum. Fertigungsmesstechnik Made in Germany

13 12 Inhaltsverzeichnis Teil 7 Anhang Richtlinien, Normen, Empfehlungen VDI-Richtlinien DIN-Normen NCG-Empfehlungen NC-Fachwort verzeichnis Stichwort verzeichnis Empfohlene NC-Literatur Inserentenverzeichnis Tabellen und Übersichtstafeln Bezugsquellenverzeichnis

14 TEIL 1 Einführung in die CNC-Technik

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