Handbedienbare CNC-Präzisionsdrehmaschine mit dynamischer Rundachse 1

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1 Handbedienbare CNC-Präzisionsdrehmaschine mit dynamischer Rundachse 1 Dipl.-Ing. Christiane Rehm 1 Einleitung Im Rahmen des Förderprogramms "FUEGO" (Forschung und Entwicklung Gemeinschaftsaufgabe Ost) arbeitet der Lehrstuhl Produktionsautomatisierung/ Steuerungstechnik gemeinsam mit der AXOMAT GmbH Berggießhübel an der Entwicklung einer Drehmaschine mit einer zusätzlichen rotatorischen Achse. Neben der Entwicklung eines Postprozessors zur NC-Pogramm-Generierung muß die Steuerungsoberfläche neu gestaltet werden. Außerdem müssen Geometriedaten für ausgesuchte Beispiele erzeugt werden. 2 Ausgangssituation Die rotatorische Achse zur Werkzeuganstellung wurde als Zusatzbaugruppe an eine bereits vorhandene CNC-Maschine angebaut. Die für diese Maschine benutzte Steuerung Promodul U der Fa. Schleicher bietet verschiedene Terminalausführungen an. Zu Beginn der Arbeiten stand kein grafikfähiges Terminal zur Verfügung. Alle Anweisungen mußten als Text vorgegeben werden. Pseudotabellen konnten programmiert werden. Es waren keine Hilfeseiten vorhanden. Insbesondere bei kundenwunschspezifischen Zyklenprogrammen wirkte sich die fehlende Grafik negativ auf die Benutzerfreundlichkeit der Steuerungsoberfläche aus. Zur Programmierung der Bildschirmmasken liefert die Fa. Schleicher die notwendige Software. 3 Strukturbaum der Steuerung Durch Vergleiche mit vorhandenen Steuerungen, Gesprächen mit Maschinenbedienern und unter Beachtung der Möglichkeiten, welche die Steuerung Promodul U bietet, wurde ein Strukturbaum (Abb. 1) festgelegt. Besonderer Wert wurde darauf gelegt, das die CNCüblichen Betriebsarten und Menueverzweigungen beibehalten wurden. 1 Gefördert vom BMBF im Rahmen FUEGO Seite 1

2 PG 1 Hauptmenue PG 10 Getriebestufen PG 2 Einrichten/Hand PG 3 CNC-Betrieb PG 4 Zyklen Menue Page 2xx PG 38 Handrad LIB Anzeige Schleicher Menue Page 4xx Abb. 1: Strukturbaum der Steuerung Da bei der gewählten Steuerung die Bezeichnung jeder programmierten Bildschirmseite eine Zahl ist, welche dem Bediener angezeigt wird, wurde weitestgehend auf eine einheitliche Numerierung der Seiten Wert gelegt. So soll mit der Funktionstaste 1 möglichst die Seite 1 der entsprechenden Auswahl aufgerufen werden. Das Eingangsbild (Abb. 2) der Steuerung (Page 1 Hauptmenue siehe Abb. 1) ermöglicht die Auswahl der jeweiligen Betriebsart. Abb. 2: Startbild der Steuerung Einige Zyklenprogramme (Abb. 3) wurden bereits in die Software eingebunden. Die Einbindung von kundenwunschspezifischen Zyklen ist möglich. Seite 2

3 Abb. 3: Integrierte Zyklen 4 Menuemasken Die Anzeige der Koordinaten ist bei allen Masken an derselben Stelle zu finden. Bilder unterstützen das Verständnis, wenn Parameter eingegeben werden müssen. Beim Einrichten können z. B. die Softwareendschalter gesetzt werden (Abb. 4). Abb. 4: Festlegen der Softwareendschalter Um die Seiten möglichst übersichtlich zu gestalten, werden nur die notwendigen Informationen dargestellt. Die Hilfeseiten zu jeder Bildschirmmaske (Abb. 5) erlauben dem Seite 3

4 Bediener, schnell zu weiteren Informationen zu kommen und ersparen ein langwieriges Blättern in Handbüchern. Abb. 5: Hilfeseite zu Abb. 4 Die Umsetzung der neuen Steuerungsoberfläche erfolgt in enger Zusammenarbeit mit der Fa. AXOMAT. Die genutzten Piktogramme sind vom Steuerungshersteller übernommen. Sie sind demzufolge sowohl am Bedienpaneel der Steuerung als auch in den Handbüchern wieder zu finden. 5 Erstellung von NC-Programmen mit Nutzung der Rundachse Neben der Entwicklung eines Postprozessors, der aus in Form eines CLDATA-Files gegebenen Werkzeugbahndaten ein NC-Programm generiert, wurde ein Softwaretool geschaffen, mit dem einige einfache Geometrien erzeugt werden können. Die dort hinterlegten Geometrien wurden vor allem deshalb ausgewählt, weil sie besonders gut für eine anschließende Vermessung der Werkstücke geeignet sind. Das Startmenue dieses Tools ist in Abb. 6 dargestellt. Seite 4

5 Abb. 6: Erzeugung von Geometriedaten zur Anwendung der dynamischen B-Achse Die Auswahl der Musterteile erfolgte nach folgenden Gesichtspunkten: - Kugelsegment und Ellipse zum Testen der Postprozessorfunktionen - Kugelsegment eignet sich zum Vermessen - Linse grob und fein war ein Kundenauftrag, mit dem sehr gut die dynamische B-Achse zur Erzeugung des Linsengrundkörpes (Linse grob), als auch der Einsatz des Rundtisches zur Anstellung des Werkzeuges (Linse fein) demonstriert werden konnte - Die beiden Textvarianten kommen ohne B-Achse aus, hier wird mit Hilfe eines angetriebenenen Werkzeuges im C-Achs-Betrieb ein Schriftzug auf ein zylindrisches Werkstück graviert. Diese beiden Varianten wurden aufgenommen, um alle Möglichkeiten der Maschine auszuschöpfen. Weitere Werkstücke, z. B. eine Parabel auf der Stirnseite eines Zylinders, wurden programmiert, aber nicht in die Oberfläche entsprechend Abb. 6 eingebunden. Diese Beispiele demonstrieren auch die unterschiedliche Vorgehensweise, wenn Werkstücke mit einer dynamischen B-Achse gefertigt werden müssen. Zur Fertigung der Linse wurden vom Auftraggeber zwei Dateien mit Konturpunkten übergeben. Diese enthielten jeweils nur die X- und die Y-Koordinaten des Linsengrundkörpers bzw. der einzelnen Rillen. Die Berechnung der Flächennormalen und daraus der Winkel mußte gesondert erfolgen. Für das Kugelsegment, die Ellipse und die Parabel war die Fertigkontur in Form einer mathematischen Funktion gegeben. Die einzelnen Konturpunkte wurden mittels dieser Funktion berechnet. Der Abstand zwischen den einzelnen Punkten wurde über die maximal Seite 5

6 zulässige Sehnenabweichung bestimmt. Die jeweils erzeugten Konturdaten wurden in ein CLDATA-File geschrieben, welches dann als Eingangsdatei für den Postprozessor dient. 6 Zusammenfassung Durch die Nutzung des grafikfähigen Bedienterminals für die Steuerung konnten nicht nur die zusätzlichen Informationen, welche durch den Einbau einer weiteren Rotationsachse notwendig waren, ergänzt werden, sondern viele Funktionen übersichtlicher und bedienerfreundlich dargestellt werden. Die Fertigung von Testwerkstücken ermöglichte einerseits eine Aussage über die Zuverlässigkeit des Postprozessors und andererseits konnte die Funktionalität der B-Achse getestet werden. So mußten verschiedene steuerungsinterne Regelalgorithmen angepaßt werden, um einen ruhigen Lauf der B-Achse zu garantieren. Die Gestaltung der Steuerungsoberfläche ist noch nicht abgeschlossen, z. B. muß die Darstellung der möglichen Werkzeuge noch eingebunden werden. Dazu ist eine enge Zusammenarbeit mit dem Projektpartner erforderlich. Seite 6