Inhaltsverzeichnis XVII. Formelzeichen und Abkürzungen...

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1 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen XVII 1 Einleitung Begriffsbestimmung Geschichtliche Entwicklung und Gründe für die Automatisierung von Werkzeugmaschinen Steuerungs- und Automatisierungstechnik als Teilaufgabe der Maschinenentwicklung Automatisierbare Funktionen der Fertigungseinrichtungen und ihre Realisierung Steuerung des Funktionsablaufs Funktionsfolgen Elemente der Steuerung, Programmierung und Speicherung Beispiele automatisierter Funktionen Weg- und Schaltinformationen Nocken- und Schalterleisten Absolute und inkrementale Drehgeber zur Erfassung der Istposition einer Maschinenbaugruppe und zur Steuerung von Schaltfunktionen Drehzahlverstellung Werkstücktransport und -handhabung Werkzeughandhabung und -speicherung Prozessüberwachung, Prozessregelung, Diagnose und Sicherheit Leittechnik Entsorgung Mechanische Steuerungen Einspindeldrehautomat Mehrspindeldrehautomat Weiterentwicklung des mechanisch gesteuerten Mehrspindlers... 49

2 X Inhaltsverzeichnis 4 Grundlagen der Informationsverarbeitung Grundlagen Zahlensysteme Datencodes Boolsche Algebra Karnaugh-Veitch-Diagramm Bausteine Realisierung der Grundfunktionen Erweiterte Funktionen Flip-Flop Flankengetriggerte Flip-Flops :2-Untersetzer Binärzähler Halbaddierer Volladdierer Vergleicher Decodierer Parityprüfer A/D-Wandler D/A-Wandler Integrierte Schaltkreise Bedien- und Anzeigeelemente Rechner Aufbau und Funktion Hardware Software Peripherie Speicherperipherie Benutzer- und Kommunikationsperipherie Prozessperipherie Softwareentwicklung Planungsphase Definitionsphase Entwurfsphase Implementierungsphase Abnahme- und Einführungsphase Wartungs- und Pflegephase Entwicklung objektorientierter Steuerungssoftware Elektrische Steuerungen Aufbau und Einordnung von elektrischen Steuerungen Verknüpfungssteuerungen Ablaufsteuerungen Verbindungsprogrammierte Steuerungen (VPS) Anwendungsgebiete und Aufgaben

3 Inhaltsverzeichnis XI Anwendungsbeispiele Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) Anwendungsgebiete und Aufgaben Aufbau und Funktionsweise Aufbau Funktionsweise SPS-Programmierung Kontaktplan-Programmierung Funktionsplan-Programmierung Programmierung mit Anweisungsliste Beispiele für komplexere Programmanweisungen Zeitfunktionen Zähler Wortverarbeitung Hochsprachen-Programmierung Ablaufsprache Vorgehensweise zur systematischen Entwicklung von komplexen SPS-Programmen Spezifikation der Steuerungsaufgabe Programmentwurf und Programmierung Programmtest Feldbussysteme für SPS Sicherheitssteuerungen Zweikanalige, fehlererkennende Steuerungsstruktur Dreikanalige, fehlertolerante Steuerungsstruktur Konventionelle Sicherheitsschaltung in Relaistechnik Fehlersichere Prozessankopplung Sichere Auswertung von Prozesseingängen Fehlersichere und fehlertolerante Prozessausgänge Numerische Steuerungen Geschichtliche Entwicklung numerischer Steuerungen Aufbau und Funktionsbeschreibung numerischer Steuerungen Allgemeine Funktionsbeschreibung Hardware und Schnittstellen einer NC-Steuerung Komponenten Interner Aufbau Externe Schnittstellen Software einer NC-Steuerung Funktionsweise einer NC-Steuerung Funktionsumfang moderner NC-Steuerungen Standard-Funktionen Funktionen zur Steuerung automatisierter Produktionszellen

4 XII Inhaltsverzeichnis Offene Steuerungssysteme Motivation und Ziele offener Steuerungssysteme Ausprägungen offener Steuerungssysteme Realisierung offener Steuerungen Herstellerübergreifende Standards für offene Steuerungen Entwicklungstendenzen bei numerischen Steuerungen Werkstückprogrammierung in der NC-Fertigung Aufbau eines satzbasierten NC-Programms STEP-NC, Aufbau eines objektorientierten NC-Programms Koordinatensysteme und Bezugspunkte NC-Programmierverfahren Manuelle NC-Programmierverfahren Grundlagen und Vorgehensweise Programmierbeispiel (DIN 66025) Zusätzliche Befehle zur Programmeingabe Grenzen der Programmiersprache nach DIN Rechnergestützte NC-Programmierverfahren CAD/CAP/CAM-Kopplung Programmierbeispiel anhand des EXAPT- Systems Programmierbeispiel für ein objektorientiertes NC-Programm (STEP-NC) Werkstattorientierte NC-Programmierung Kostenvergleich der Programmierverfahren Digitalisierung von Werkstückgeometrien zur NC-Datengenerierung Messgeräte zur Digitalisierung von Werkstücken Abtaststrategien Tastsysteme Aufbereitung und Weiterverarbeitung der Messdaten Benutzerschnittstellen an Werkzeugmaschinen Bedienfelder an Werkzeugmaschinen Manuelle Prozessführung Allgemeine Übersicht Bedienelemente zur Prozessführung Möglichkeiten für die Realisierung einer benutzerorientierten Prozessführung Entwicklungstendenzen Benutzerorientierte Darstellung prozess- und systembezogener Kenngrößen Ausgangssituation

5 Inhaltsverzeichnis XIII Benutzergerechte Vermittlung der Kenngrößen Technische Realisierung und Anwendungsbeispiele Führungsgrößenerzeugung und Interpolation Interpolation Funktionen zur satzorientierten Geschwindigkeits- und Beschleunigungsführung einfacher Bahnen Beschleunigungs- und Verzögerungsphase Konstantgeschwindigkeitsphase Bremseinsatzpunkterkennung Funktionen zur satzübergreifenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungsführung einfacher Bahnen Satzübergänge Vorausschauende Geschwindigkeitsführung (Look Ahead) Interpolation einfacher Bahnen Geradeninterpolation Kreisinterpolation Spline-Interpolation Polynomsplines Definition Polynomermittlung Bestimmung des Parametervektors Globales Verfahren Lokales Verfahren nach Akima Eigenschaften B-Splines Definition Eigenschaften NURBS Auswertung von Splines Sonstige Verfahren Geometrische Transformationen Nullpunktverschiebungen Werkzeugkorrekturen Kinematische Transformation für die 5-Achs- Fräsbearbeitung Serielle Kinematiken Parallele Kinematiken Externe Lage- und Geschwindigkeitsbeeinflussung Kompensation geometrischer Fehler Kompensation geometrischer Fehler von Vorschubantrieben

6 XIV Inhaltsverzeichnis Messung der Positionierunsicherheit nach VDI/DGQ Umkehrspanne Kompensation thermischer Verlagerungen Direkte Kompensation Indirekte Kompensation Kompensation statischer Prozesslasten Messregelung für Schleifprozesse Vorschub-Override und externe Geschwindigkeitsbeeinflussung Override Externe Geschwindigkeitsbeeinflussung Look-Ahead-Funktion Referenzpunktfahrt Robotersteuerungen Allgemeine Funktionsbeschreibung Koordinatensysteme und Bezugspunkte Koordinatentransformation und Bahngenerierung Bedienung und Programmierung von Robotern Online-Programmierverfahren Lernprogrammierverfahren (Playback, Teach-In) Bedienelemente zur Bewegungsführung von Robotern Erstellung eines Roboterprogramms an der Steuerung Werkstattorientierte Programmiersysteme Offline-Programmiersysteme Textuelle Programmerstellung Industrial Robot Language (IRL) Grafische Programmierung mit Ablaufdiagrammen Standardisierung grafischer Programmieroberflächen Roboterprogrammsimulation Aufgabenorientierte Roboterprogrammierung IRL-Programmierbeispiel Kommunikationsschnittstellen für Robotersteuerungen Sensordatengewinnung und -verarbeitung Entwicklungstendenzen Fertigungsleittechnik Die Unternehmensstruktur im CIM-Verbund CIM-Komponenten PPS

7 Inhaltsverzeichnis XV CAD CAP und CAM CAQ Automatisierte Produktion Ebenenmodell eines Unternehmens der Fertigungsindustrie Kommunikation in der Leittechnik Kommunikationssegmente des Fertigungsbereichs OSI-Referenzmodell Offene Systeme Schichtenmodell TCP/IP-Protokolle Fertigungsleitsysteme DNC(Distributed Numerical Control) Geschichtliche Entwicklung DNC-System Betriebsdatenerfassung und -verarbeitung Gliederung der Betriebsdaten und Begriffsdefinitionen BDE-Terminals Funktionen der Betriebsdatenverarbeitung Materialflusssteuerung Fertigungshilfsmittelorganisation Werkzeugplanung Werkzeugbewirtschaftung Werkzeugdisposition Werkzeugver- und -entsorgung Werkzeugeinsatz Werkzeuginformationssystem Elektronischer Leitstand Aufgaben von Werkstattsteuerungssystemen Funktionsumfang elektronischer Leitstände Fertigungsleitrechner Flexible Fertigungssysteme Funktionsumfang von Fertigungsleitrechnern Architekturen Integriertes Fertigungs- und Montagesystem Systemübersicht Werkstückspektrum Das Fertigungsleitsystem COSMOS plus COSMOS plus -Steuerungsarchitektur Funktionen der Leitebene Funktionen der Zellenebene Steuerungskomponenten

8 XVI Inhaltsverzeichnis Industrieller Einsatz von COSMOS plus Aufbau der Zellen des IFMS und informationstechnische Einbindung Lager Transportsystem Sägezelle Montagezelle Drehzelle Fräszellen Messzelle Literatur Index