NC/CNC Handbuch 2003/2004

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1 NC/CNC Handbuch 2003/2004 NC, CNC, DNC, CAD, CAM, FFS, SPS, NC-Maschinen, NC-Roboter, LAN, Fachwortverzeichnis von Hans B. Kief 1. Auflage Hanser München 2003 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

2 CARL HANSER VERLAG Hans B. Kief NC/CNC Handbuch 2003/2004 NC, CNC, DNC, CAD, CAM, FFS, SPS, NC-Maschinen, NC-Roboter, LAN, Fachwortverzeichnis

3 10 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Kapitel Seite Vorwort: Revolution durch NC-Technik 3 Tabellen und Übersichtstafeln 24 Teil 1: Einführung in die NC-Technik Meilensteine der NC-Entwicklung 25 Was ist NC und CNC? Der Weg zu NC 2. NC-Achsen 3. Die Hardware 4. Die Software 5. Die Steuerungsarten 5.1 Punkt- und Streckensteuerung 5.2 Bahnsteuerung 6. Die Interpolationsarten 6.1 Linear- oder Geradeninterpolation 6.2 Zirkular- oder Kreisinterpolation 6.3 Parabelinterpolation 6.4 Splineinterpolation 7. Die Bedienung 8. Das NC-Programm 9. Die Dateneingabe 9.1 Tastatur 9.2 Daten-Zwischenspeicher 9.3 DNC Distributed Numerical Control 10. Zusammenfassung Die codierte Information Code und Codierung 2. Der Binärcode 3. Das duale Zahlensystem 4. Der binär codierte Dezimalcode (BCD-Code) 5. Der Lochstreifen-Code 5.1 EIA-Code (Electronic Industries Association) 5.2 ISO-Code (International Standards Organisation) 6. Barcode 7. Zusammenfassung

4 Inhaltsverzeichnis 11 CNC Computerized Numerical Control Definition 2. NC-Grundfunktionen 2.1 Achsen sperren 2.2 Angetriebene Werkzeuge 2.3 Asynchrone Achsen 2.4 Datenschnittstellen 2.5 Diagnose-Software 2.6 Freischneiden 2.7 Handeingabe 2.8 Korrekturwerte 2.9 Macro 2.10 Offset 2.11 Polarkoordinaten 2.12 Position setzen 2.13 Programmtest 2.14 Reset 2.15 Satz ausblenden (Block Delete) 2.16 Satz Vorlauf 2.17 Scannen 2.18 Slope 2.19 Spiegeln 2.20 Synchrone Achsen 2.21 Wiederanfahren an die Kontur 3. CNC-Sonderfunktionen 3.1 Achsentauschen 3.2 Arbeitsfeldbegrenzung 3.3 Automatische Werkzeuglängen-Messung 3.4 Blockzykluszeit 3.5 DNC-Schnittstelle 3.6 Eckenverzögerung 3.7 FRAME oder Koordinaten-Verschiebung 3.8 Gewindebohren ohne Ausgleichsfutter 3.9 Gewindefräsen 3.10 Lesefehler erkennen, Bewertungsprüfung 3.11 Maßstabfaktor 3.12 Maßstabfehler-Kompensation 3.13 Meßzyklen 3.14 NC-Hilfsachsen, Kanalstruktur 3.15 Spline-Interpolation, NURBS 3.16 Sprachumschaltung 3.17 Vorschub-Begrenzung D-Werkzeugkorrektur 3.19 Werkzeugverwaltung 3.20 Fuzzy Logic (FL)

5 12 Inhaltsverzeichnis 4. Die Anzeigen in CNC s 5. Die Offene Steuerung 6. Preisbetrachtung 7. Die CNC der Zukunft 8. Zusammenfassung Das Prinzip der NC-Maschine Der Weg zur NC-Maschine 2. Die NC-Maschine 3. Der Einfluß von NC auf die Werkzeugmaschine auf die Werkzeuge auf die Antriebselemente auf Kosten und Preis auf die Betriebsorganisation auf die Arbeitsvorbereitung auf die Maschinenbeschaffung 4. Vorteile der NC-Fertigung 5. Die Genauigkeit 6. Die Sicherheit 7. Wartung und Service 8. Mechatronik Computer und NC Was ist ein Computer? 2. Hardware und Software 3. Von der NC zur CNC 4. Computerfunktionen in der CNC 5. Computer für die NC-Programmierung 6. Computer für die Automatisierung 7. Zusammenfassung NC Auch für Ihre Fertigung? Einsatzkriterien für NC-Maschinen 1. Losgrößen 2. Werkstück-Komplexität 3. Konstruktionsänderungen 4. Anlaufzeiten 5. Werkzeugkosten 6. Teure Werkstücke 7. Qualitätskontrollen 8. Produktionsflächen 9. Unterlieferanten 10. Prototypen- und Vorserien-Fertigung 11. Bearbeitungszeiten 12. Fertigteile-Lager

6 14 Inhaltsverzeichnis 13. Mehrere Operationen in einer Aufspannung 14. Bessere Qualität der Werkstücke 15. Kürzere Durchlaufzeiten 16. Direkte NURBS-Verarbeitung 2. Zusammenfassung Teil 2: Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen NC-Werkzeugmaschinen Einführung 1.1 Aufbau 1.2 Werkzeugwechsel 1.3 Werkstückwechsler 1.4 Überwachungssysteme 1.5 Achsbezeichnung 2. Bohrmaschinen 2.1 Bohrzentren 2.2 Leiterplatten-Bohrmaschinen 3. Bohrwerke 4. Fräsmaschinen 4.1 Fünfachsige Fräsmaschinen 4.2 Portalfräsmaschinen mit verfahrbarem Portal (Gantry) 4.3 Hochgeschwindigkeits-Fräsmaschinen 5. Verzahnmaschinen 6. Bearbeitungszentren 6.1 Die typischen Kennzeichen von Bearbeitungszentren sind 6.2 Der automatische Werkzeugwechsel 6.3 Die Werkzeugcodierung und -erkennung 6.4 Der Werkstückwechsel 7. Stanz- und Nibbelmaschinen 8. Laser-Bearbeitungsmaschinen 8.1 Was sind Laserstrahlen? 8.2 CNC für Lasermaschinen 8.3 Anwendungsbeispiele für Laser 9. Drehmaschinen 9.1 Drehmaschinen mit zwei und mehr Supporten 9.2 Dreh-Fräs-Zentren 9.3 CNC für Drehmaschinen 9.4 Die Programmierung von Drehmaschinen 9.5 Mehrspindlige, mehrachsige CNC-Drehmaschinen 10. Schleifmaschinen 10.1 Werkzeugschleifmaschinen 10.2 CNC für Schleifmaschinen 11. Rohrbiegemaschinen 12. Blechdrückmaschinen

7 16 Inhaltsverzeichnis 13. Funkenerosionsmaschinen 13.1 Schneiderodieren 13.2 Senkerodieren 14. Elektronenstrahl-Maschinen 15. Wasserstrahl-Schneidmaschinen 16. Meßmaschinen 16.1 Scanning 17. Sondermaschinen 18. Parallelkinematische Maschinen, Hexapoden Wegmeßsysteme für NC-Maschinen Einführung 2. Definitionen 3. Wegmessung über inkrementale und absolute Maßstäbe 4. Wegmessung über Spindel und Drehgeber 5. Eigenschaften inkrementaler und absoluter Wegmeßsysteme 6. Pseudo-absolute Wegmeßsysteme 6.1 Maßstäbe mit abstandscodierten Referenzmarken 6.2 Gepufferte Impulsgeber und Zähler 6.3 Zyklisch-absolute Wegmeßsysteme 7. Ausführungen von NC-Wegmeßsystemen 7.1 Inkrementale Drehgeber 7.2 Inkrementale Maßstäbe 7.3 Absolute Drehgeber 7.4 Absolute Maßstäbe 7.5 Resolver 8. Zusammenfassung Elektrische Antriebe für NC-Werkzeugmaschinen Einleitung 2. Vorschubantriebe 2.1 Arten von Vorschubantrieben Elektromechanische Vorschubantriebe Lineare Direktantriebe 2.2 Lageregelung von Vorschubantrieben 2.3 Vergleich analoger und digitaler NC-Achsantriebe 2.4 Dimensionierung von Vorschubantrieben Vorgehensweise 3. Hauptspindelantriebe 3.1 Arten von Hauptspindelantrieben 3.2 Dimensionierung von Hauptspindelantrieben 4. Zusammenfassung SPS Speicherprogrammierbare Steuerungen Definition 2. Entstehungsgeschichte der SPS

8 Inhaltsverzeichnis Aufbau und Wirkungsweise von SPS 4. Datenbus und Feldbus 5. Vorteile von SPS 6. Programmierung und Dokumentation 7. Das Programm 8. Programmspeicher 9. SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb 10. Auswahlkriterien 11. Zusammenfassung Werkzeugsystematik für NC-Maschinen Vorbemerkung 2. Werkzeugsysteme 2.1 Werkzeugsysteme und Handhabung für NC-Bohr- und Fräswerke 2.2 Werkzeugsysteme und Handhabung für NC-Drehmaschinen 3. Werkzeugauswahl 4. Werkzeug-Voreinstellung 5. Betriebliche Werkzeugkataloge 6. Werkzeug-Identifikation 6.1 Funktionsweise 6.2 Komponenten eines WZ-Ident-Systems 6.3 Vorteile elektronischer WZ-Ident-Systeme 7. Werkzeugverwaltung in der CNC 8. Werkzeugmessung und -überwachung mit Lasersystemen 8.1 Bruchüberwachung 8.2 Einzelschneidenkontrolle 8.3 Werkzeugmessung im Arbeitsraum 8.4 Temperaturkompensation 8.5 HSC Bearbeitung 8.6 Zusätzliche Möglichkeiten 9. Zusammenfassung Teil 3: Programm und Programmierung Das NC-Programm Definition 2. Struktur der NC-Programme 3. Programmaufbau, Syntax und Semantik 4. Schaltbefehle (M-Funktionen) 5. Weginformationen 6. Wegbedingungen (G-Funktionen) 7. Zyklen 8. Nullpunkte und Bezugspunkte 8.1 Maschinen-Nullpunkt 8.2 Maschinen-Referenzpunkt

9 18 Inhaltsverzeichnis 8.3 Werkstück-Nullpunkt, Programm-Nullpunkt 8.4 Nullpunkt-Verschiebung 9. Transformation 9.1 Koordinatentransformation 9.2 Transformation von Punktmustern 9.3 Welt- oder Benutzerkoordinaten 10. Werkzeugkorrekturen 11. Zusammenfassung Programmierung von NC-Maschinen Definition der NC-Programmierung 2. Programmiermethoden 2.1 Manuelle Programmierung 2.2 Teach-In / Playback-Verfahren 2.3 Handeingabe-Steuerungen 2.4 Computerunterstützte Programmierung 2.5 Postprozessoren 2.6 Verwendung von CAD-Daten 3. Der NC-Programmierer 4. Die arbeitserleichternde Grafik 5. Verteilte Intelligenz 6. Auswahl des geeigneten Programmiersystems 7. Zusammenfassung NC-Programmiersysteme Übersicht 2. Hardware 3. Software 4. Bildschirm-Darstellungen 5. Einsatzkriterien und Vorteile 5.1 Anzahl der eingesetzten Bearbeitungsverfahren 5.2 Anzahl der unterschiedlichen Steuerungen 5.3 Komplexität der Werkstücke 5.4 Simultanbewegungen und Spezialaufgaben 5.5 Anzahl der erforderlichen Programme 5.6 Alternative Maschinen 5.7 Personalfragen 5.8 DNC-Betrieb 5.9 Betriebskosten, Rentabilität 6. Auswahlkriterien 6.1 Programmierbare Bearbeitungsverfahren 6.2 Rechnersystem 6.3 Grafik 6.4 DNC/MDE /BDE 6.5 Zusatzinformationen

10 Inhaltsverzeichnis Besonderheiten 7. Beispiele von NC-Programmiersystemen Rechnerunterstütztes Konstruieren und Fertigen: CAD + CAM Einleitung 2. Definition 3. Die Aufgaben von CAD/CAM 4. CAD-Komponenten 5. CAD-Funktionsprinzip 5.1 Kantenmodell 5.2 Flächenmodell 5.3 Volumenmodell 6. Daten für die Produktdarstellung 6.1 Geometrische Daten 6.2 Produktionsdaten 7. CAD-interne oder -externe NC-Programmierung 8. Zusammenfassung 9. Ausblick CAD/CAM im CIM-Verbund Die 5 Phasen von konventionell bis CIM 2. Die Forderung nach Rationalisierung 3. CAM Computer Automated Manufacturing 4. Die CIM-Idee 5. Integration von CAD und CAM in CIM CIM: Computer Integrated Manufacturing CAD: Computer Aided Design CAP: Computer Aided Planning PPS: Production Planning System CAM: Computer Aided Manufacturing CAA: Computer Aided Assembling MDE: Maschinendatenerfassung BDE: Betriebsdatenerfassung CAQ: Computer Aided Quality Assurance 6. Zusammenfassung Teil 4: Flexible Automatisierung Flexible Fertigungssysteme Definition 2. Flexible Fertigungsinseln 3. Flexible Fertigungszellen 4. Technische Kennzeichen flexibler Fertigungssysteme 5. Einsatzkriterien für FFS 6. Fertigungsprinzipien

11 20 Inhaltsverzeichnis 7. Maschinenauswahl und -anordnung 8. Werkstück-Transportsysteme 8.1 Auswahl des Transportsystems 8.2 Funktionsablauf des Transportsystems 8.3 Steuerung des Transportsystems 9. FFS-geeignete CNC s 10. FFS-Leitrechner 11. Wirtschaftliche Vorteile von FFS 12. Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS 13. Zusammenfassung Handhabung und Roboter Einleitung 2. Aufbau von Industrierobotern 2.1 Mechanik/Kinematik 2.2 Greifer oder Hand 2.3 Die Steuerung 2.4 Die Antriebe 2.5 Das Meßsystem 2.6 Sensoren 3. Eigenschaften von Industrie-Robotern 4. Die Steuerung von Industrie-Robotern 4.1 Einfache Einlegegeräte 4.2 Punktgesteuerte Roboter 4.3 Bahngesteuerte Roboter 4.4 Play-back-Roboter 5. Eigenschaften von Roboter-Steuerungen (RC s) 5.1 Programmspeicher 5.2 Programmaufbau 5.3 Programmierung 5.4 Logische Verknüpfungen 5.5 Sensor-Anschluß 6. Sensoren 7. Portalroboter 8. Einsatzmöglichkeiten für IR 9. Einsatzkriterien für IR 10. Zusammenfassung 11. Ausblick DNC Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control Definition 2. Aufbau von DNC-Systemen, Datenübertragung 3. Grund- und Zusatzfunktionen von DNC 4. Vorteile des DNC-Betriebes 5. Die heutigen DNC-Konzepte

12 22 Inhaltsverzeichnis 6. Anforderungen an DNC-Systeme 7. Einsatzkriterien für DNC-Systeme 8. Kosten und Wirtschaftlichkeit 9. Stand und Tendenzen LAN Local Area Networks Einleitung 2. Local Area Network (LAN) 3. Was sind Informationen? 4. Kennzeichen und Merkmale von LAN 4.1 Die Übertragungstechnik 4.2 Das Übertragungsmedium 4.3 Die Netz-Topologie 4.4 Das Zugriffsverfahren 4.5 Protokoll 4.6 Die Übertragungsgeschwindigkeit 4.7 Max. Anzahl der Teilnehmer 5. Gateway und Bridge 6. Auswahlkriterien eines geeigneten LAN s 7. MAP oder Ethernet? 8. Schnittstellen 8.1 Hardware-Schnittstellen 8.2 Handshake 8.3 Software-Schnittstelle 8.4 Synchrone und asynchrone Übertragung 9. Zusammenfassung Teil 5: Anhang Richtlinien, Normen, Empfehlungen 467 VDI-Richtlinien DIN-Normen NCG-Empfehlungen NC-Fachwortverzeichnis 472 Suchwortverzeichnis 512 Empfohlene NC-Literatur 521 Inserentenverzeichnis 524 Bezugsquellenverzeichnis 526