Protokoll. Versuch Nr. 4 : Programmieren einer NC-Maschine Valentin Tsiguelnic (Gruppe 5A)

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1 Protokoll Versuch Nr. 4 : Programmieren einer NC-Maschine Valentin Tsiguelnic (Gruppe 5A)

2 Versuchziel Für die unten dargestellte Verschlussschraube soll ein NC-Programm mit Hilfe von manuellen und maschinellen Verfahren erzeugt werden. Beide Verfahren sollen verglichen werden. Anschliessend soll Werkzeugdatenmanagement kennen gelernt werden. Tsiguelnic Valenitn

3 Einleitung Der wirtschaftliche Einsatz von Werkzeugmaschinen wird in erster Linie durch eine flexible und rasche NC-Programmierung (NC = Numerical Control) bestimmt. Sie ermöglicht eine maschinenunabhängige Programmierung während der Bearbeitungszeit sowie die Verwendung der erzeugten NC-Programme auf mehreren NC-Maschinen. Hier helfen computerunterstützte Methoden und Verfahren, die teilweise kritischen terminlichen Engpässe in vielen Unternehmen zu überwinden. Bei der NC-Programmierung müssen verschiedene maschinenspezifische Anweisungen und Befehle mit Hilfe von alphanumerischen Zeichen nach DIN definiert werden. Im Diagramm ist das Beispiel für einen Programmsatz mit den verschiedenen, in das NC-Programm einfliessenden Anweisungen dargestellt. geometrisch geometrisch Anweisunge Anweisunge technologis h Anweisunge Fahr Anweisungen Programm Anfan Programm Ende 2. Programmsatz (B i i l) DIN G00 G01 G02 G03. N20 G01 X40 Y56 Z10 Drehzahl Vorschub z- y- K di t x- K di t G00 Wegbedingung K t znummer G03 G01 G01 G02 G01 Schaltbefe hl Korrekt aufru f Zyklen d Unterprogram Tsiguelnic Valenitn

4 Mit dem Einsatz von Datenverarbeitungsanlagen lassen sich Routinearbeiten rechenunterstützt durchführen, sodass der Programmierer dadurch stark entlastet wird. Die NC-Programmierverfahren dienen überwiegend der Optimierung und der Modifizierung der NC-Programme im werkstattnahen Bereich. Es besteht die Möglichkeit, die NC-Programmierung werkstattnah an der Maschine oder auch maschinenfern, z.b. vom Konstrukteur durchführen zu lassen. Die manuelle Programmierung geht hierbei von weitgehend manuell erstellten Arbeitsplänen unter Nutzung von Maschinen- und Werkzeugkarteien aus. Sie wird aber immer stärker von der rechenunterstützten Programmierung abgelöst. Manuelle Programmierung Bei der manuellen Programmierung muss das NC-Programm von einem Programmierer von Hand erstellt und über geeignete Schnittstelle - DNC (Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control) zur Bearbeitungsmaschine geschickt werden. Haupt- und Unterprogramm werden dann direkt in die Bearbeitungsmaschine geladen und stehen dort bereit. Vor der eigentlichen Bearbeitung wird das Programm an der Maschine grafisch getestet, um mögliche Fehler bei den Werten, Werkzeugen und Bearbeitungen aufzufinden. Anschliessend wird die Maschine ohne Werkstück noch mal getestet. Die Bearbeitung des Werkstückes kann jederzeit manuell gestoppt werden, wenn trotzdem Fehler auftreten. Manuell erstelltes Programm: % Programmanfang N10 G0 G53 X140 Z380 Startpunkt im Eilgang anfahren N20 G59 Z208 Abstand Masch-NP - Werkstück-NP (208) Stirnfläche planen N30 T1 G96 M4 M42 M8 S200 Stirndrehmeissel, Linkslauf, Kühlmittel, v = const. N40 G92 S3500 Drehzahlbegrenzung auf 3500 min -1 ( nach der Formel v = $ d $ n e n = v /(d $ ) e bei d d 0 geht v d e v begrenzen) N50 G0 X65 Z0 Ansetzen, NP-Verschiebung berücksichtigt N60 G1 X-3 F0.2 Planen, Vorschub 0.2 mm/u N70 R19 10 R18 35 Parameterfestlegung Schutzzone X, Z N80 L91 Rückzug Z-X auf Wz-Wechselpunkt Bohren N90 G95 T8 M3 S1100 F0.15 Spiralbohrer, Rechtslauf, Drehzahlbegrenzung auf 1100min -1 ( n = v /(d $ ) mit v = 40 m/min), Vorschub 0.15 mm/u N100 R22 2 R24 10 R25 30 Parameterfestlegung Tiefbohrzyklus, Anfangspunkt 2, 1.Bohrtiefe 30, 2.Bohrtiefe N110 L98 Z-50 Tiefbohren N120 L91 Rückzug Z-X Tsiguelnic Valenitn

5 N130 G96 T5 M4 S200 F0.3 N140 R20 02 R21 10 R22 0 R R R26 4 R29 31 N150 G42 L95 N160 L92 Aussenkontur vordrehen Kopierdrehmeissel T5, Linkslauf, v = 200 m/min, f = 0.3 mm/u Parameterfestlegung Unterprogramm L0200 aufrufen, Startpunkt Endkontur, Schlichtaufmass, Spanntiefe, Abspanart Schneidenradiuskorrektur, Abspannzyklus Rückzug X-Z Aussenkontur fertigdrehen N170 T7 S240 F0.12 Kopierdrehmeissel T7, v = 240 m/min, f = 0.12 mm/u N180 R240 R250 R2921 Parameterfestlegung Schlichtaufmass, Abspanart Schlichten N190 G42 L95 Abspanzyklus Kontur schlichten N200 L92 Rückzug X-Z Aussengewinde drehen N210 G95 T9 M3 S1000 Gewindedrehmeissel, Rechtslauf, n = 1000 min -1 N220 R201.5 R2140 R220 R231 R Parameterfestlegung Steigung, Startpunkt, R250.1 R R284 R2930 Leerschnitte, Gewindetiefe, Schlichtspantiefe, Anlaufweg, Auslaufweg, Schruppschnitte, Zustellwinkel N230 L97 Z-20 Gewindezyklus, Endlänge bei Z = -20 N240 L92 N250 G96 T11 M4 S110 N260 G0 X65 Z-60 N270 G1 X6 F0.15 N280 L92 N290 G0 G53 X140 Z380 N300 M30 M5 T0 Unterprogramm: Rückzug X-Z Abstechdrehen Stechdrehmeissel, Linkslauf, v = 110 m/min Ansetzen Lineare Bewegung, nicht durchtrennen Rückzug X-Z Zurück zum Startpunkt Programmende % L0200 N10 A90 A180 X40 Z-20 B-2 N20 A207 Z-30 N30 A180 A108 X58 Z-40 B2 B5 N40 A180 A270 X56 Z-60 B-1 N50 A180 A90 X62 Z-63.5 M17 M02 Unterprogramm-Nr entspr. Parameter R20 im N140 im HP Dreipunktezug, Fase Zweipunktezug Dreipunktezug, Rundungen Dreipunktezug, Fase Untergrogrammende Programmende Tsiguelnic Valenitn

6 Maschinelle Programmierung Maschinelle Programmierung bietet gegenüber der manuellen Programmierung sehr viele Vorteile. Das NC-Programm muss nicht mehr von Hand erstellt werden, sondern wird, wie in unserem Versuch, von einer PC-Anwendung generiert. Solche Anwendungen, sog. CAD- und CAM-Software ermöglichen sehr komfortables Konstruieren am PC-Bildschirm und anschliessende Fertigung. (CAD - Computer Aided Design - rechnerunterstützte Konstruktion; CAM - Computer Aided Manufacturing - rechnerunterstützte Fertigung). Innerhalb des Programmiersystems wird entsprechend dem Ergebnis der Arbeitsablaufermittlung ein auf das Fertigungssystem bezogenes Fertigungsprogramm erstellt. Es umfasst alle Schalt-, Weg- und Hilfsfunktionen, die zur Steuerung der Werkzeugmaschine erforderlich sind. Die Eingabedaten für ein NC-Programmiersystem werden als Teilprogramm bezeichnet. Die Generierung der NC-Steuerdaten erfolgt in zwei getrennten Rechnerläufen. Im ersten Durchlauf entsteht durch den NC-Prozessor ein standardisiertes Zwischenergebnis, auch als CLDATA bezeichnet. Dieses Format, das nach DIN in einer genormten Form vorliegt, wird durch maschinenspezifische und steuerungsabhängige Postprozessoren in den jeweiligen NC-Steuercode überführt. Für jede Maschinen- und Steuerungskombination ist ein eigener Postprozessor nötig. Im zweiten Lauf wird dieses Zwischenergebnis mit Hilfe des Postprozessors in ein NC- Programm umgesetzt. In unserem Versuch haben wir CAD-Programm Solid Works benutzt. Programmoberfläche mit wichtigsten Elementen ist unten dargestellt. Das Programm generiert aus einer, sehr einfach zu erstellenden 2D-Skizze, eine 3D-Ansicht, an der weitere Bearbeitung des Modells möglich ist. Menüleiste (Windowsüblich) Standard-Symbolleiste Ansicht-Symbolleiste Standardansichten- Symbolleiste Feature-Symbolleiste (Bauteilmodellierung Symbolleiste Skizzenerstellung Statusleiste Tsiguelnic Valenitn

7 Um eine Skizze zu erstellen wählt man im Menü Datei > Neu > Teil. Mit Skizzierwerkzeugen erstellt man ein 2D-Modell und fügt die Bemassungen hinzu. Anschliessend wird eine Rotationsachse definiert und durch ein Klick auf Rotation in Feature-Symbolleiste bekommt man ein 3D-Modell. Ebenso, durch Anklicken der entsprechenden Symbole in Feature-Symbolleiste, werden Fasen, Kantenrundungen und Bohrung erstellt. Anschliessend kann mit Hilfe des integrierten Moduls Cam Works eine Simulation der Bearbeitung gestartet werden. Es werden dafür mit Hilfe von definierten Bearbeitungsparameter Werkzeugwege berechnet. Die benötigten Maschinen- und Werkzeugdaten werden den Karteien entnommen, die im Rechner gespeichert sind. Nach beendeter Programmierung und Simulation werden alle Daten per DNC an die NC-Maschine übertragen. Dieses Verfahren ist weniger fehleranfällig, zeitsparender und sehr komfortabel, vor allem dadurch, dass 3D-Modell keine hohe Abstraktion vom Konstrukteur verlangt. Werkstattorientierte Programmierung (WOP) Bei diesem Verfahren erfolgt die Programmierung direkt an der NC-Maschine. Dabei ist sie bezüglich Funktionalität und Leistungsfähigkeit optimal an eine Maschine angepasst. Das Programm wird durch ein grafisches Display (Abbildung unten) eingegeben, wobei nicht die NC-Code, sondern die gewünschte Kontur bearbeitet wird. Das umfangreiche Fertigungswissen und die Erfahrung der Maschinenbediener fliesst in den Programmierungsprozess ein und ermöglicht so maximale Flexibilität. Es wird zuerst ein Rohteil definiert, entsprechende Geometrie und Werkstoffe festgelegt. Der Maschinenbediener wird bei der Auswahl von Prozessen und Parametern durch Dropdown-Menüs unterstützt. Der Integrierte Rechner bietet dafür ein Schritt für Schritt-Menü, führt alle notwendigen Berechnungen aus, inklusive Plausibilitätsprüfung, und generiert anschliessend das Programm. Alle Werkzeug- und Maschinendaten werden auch dem Speicher entnommen. Das Programm kann auf Wunsch ausgegeben und manuell weiter bearbeitet werden. Vor der eigentlichen Bearbeitung kann das Programm durch einen Probelauf ohne Werkstück simuliert werden.

8 Vergleich einzelnen Verfahren maschinell Programmierverfahren manuell am PC WOP Vorteile - übersichtliste und kürzeste Code, kann auch durch Kommentare ergänzt werden - günstigste Methode, geringste Investitionen - verlangt keine Kenntnisse der NC-Code - zeitsparend - sehr bequemes Konstruieren und anschliessende Simulation am PC - Programm kann auf jeder NC- Maschine abgearbeitet werden - auf Dauer wirtschaftlich - verlangt keine Kenntnisse der NC-Code - erfolgt direkt an der Maschine - zeitsparend - sehr komfortable, menügeführte Eingabe durch grafischen Bildschirm - Programm optimal an die Maschine angepasst - während einer Bearbeitung kann weiteres Programm eingegeben werden - auf Dauer wirtschaftlich Nachteile - sehr zeitraubend - das Programm muss von Hand erstellt werden, daher - sehr fehleranfällig, daher - unbedingt Probelauf der Maschine erforderlich - abstraktes Denken beim mehrachsigen Maschinen notwendig - auf Dauer sehr unwirtschaftlich - teure Software - generierte Code ist sehr lang, unübersichtlich und enthält keine Zwischenzeilen für eventuelle manuelle Änderung - generierte Code ist sehr lang und unübersichtlich - Erfahrung des Maschinenbedieners spielt eine grosse Rolle Tsiguelnic Valenitn

9 Werkzeugdatenmanagement Bei der Bearbeitung verwendeten Werkzeuge werden nicht mit ihren Abmessungen im NC-Programm angegeben, sonder durch NC-Code (z.b. T1, T5) identifiziert. Alle Werkzeugdaten sind im Speicher zuvor hinterlegt. Die hinterlegten Daten sind allerdings Soll- und nicht Ist-Werte, so dass die vorher korrigiert werden müssen. Das passiert ausserhalb der Bearbeitungsmaschine an einem Einstellgerät. Das Einstellgerät verfügt über ein Mikroskop und eine Mattscheibe. Alle Werkzeuge eines Werkzeugsatzes werden nacheinander mit Hilfe von Adaptern wie in der Maschine eingespannt und ihre Projektion, genau gesagt Projektion der Schneide, wird µm-genau vermessen. Alle Messungen beziehen sich auf einen Fixpunkt im Werkzeughalter. Die ermittelten Korrekturwerte werden gespeichert und vor dem Einsatz an den Werkzeugkorrekturspeicher der Maschine übermittelt. Die Werte lassen sich auch auf einer anderen Maschine verwenden, solange ein Werkzeugsatz unverändert bleibt. Mit diesem Verfahren lassen sich auch andere Werkzeugdaten, wie Spindeldrehzahl, Schnitttiefe, Vorschubgeschwindigkeit verwalten. So lässt sich Effizienz der Bearbeitung erheblich steigern. In unserem Versuch haben wir aufgrund technischen Störungen am Einstellgerät Werkzeugdaten von der Gruppe 4a benutzt. Tsiguelnic Valenitn