NC/CNC Handbuch 2005/2006

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1 NC/CNC Handbuch 2005/2006 CNC, DNC, CAD, CAM, CIM, FFS, SPS, RPD, LAN, NC-Maschinen, NC-Roboter, Antriebe, Simulation, Fach- und Stichwortverzeichnis von Hans B. Kief 1. Auflage Hanser München 2005 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

2 NC/CNC Handbuch 2005/2006 Sonderausgabe zur 25. Auflage Hans B. Kief NC, CNC, DNC, CAD, CAM, FFS, SPS, NC-Maschinen, NC- Roboter, LAN, Fachwortverzeichnis ISBN Inhaltsverzeichnis Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

3 Inhaltsverzeichnis Kapitel Seite Vorwort: 30 Jahre NC/CNC-Handbuch Tabellen und Übersichtstafeln Teil 1: Einführung in die NC-Technik Die historische Entwicklung der NC-Fertigung Die ersten Nachkriegsjahre Wiederaufbau der Werkzeugmaschinenindustrie Weltweite Veränderungen Neue, typische NC-Maschinen Der japanische Einfluß Die deutsche Krise Ursachen und Auswirkungen Flexible Fertigungssysteme Situation und Ausblick Fazit Meilensteine der NC-Entwicklung Was ist NC und CNC? Der Weg zu NC NC-Achsen Die Hardware Die Software Die Steuerungsarten Punkt- und Streckensteuerung Bahnsteuerung Die Interpolationsarten Linear- oder Geradeninterpolation Zirkular- oder Kreisinterpolation Parabelinterpolation Splineinterpolation Nano- und Pico-Interpolation Die Bedienung Das NC-Programm Die Dateneingabe Tastatur Daten-Zwischenspeicher DNC Distributed Numerical Control Zusammenfassung Die codierte Information Code und Codierung Der Binärcode

4 3. Das duale Zahlensystem Der binär codierte Dezimalcode (BCD-Code) Der Lochstreifen-Code EIA-Code (Electronic Industries Association) ISO-Code (International Standards Organisation) Barcode Zusammenfassung CNC Computerized Numerical Control Definition NC-Grundfunktionen Achsen sperren Angetriebene Werkzeuge Asynchrone Achsen Datenschnittstellen Diagnose-Software Freischneiden Handeingabe Korrekturwerte Macro Offset Polarkoordinaten Position setzen Programmtest Reset Satz ausblenden (Block Delete) Satz Vorlauf Scannen Slope Spiegeln Synchrone Achsen Wiederanfahren an die Kontur CNC-Sonderfunktionen Achsentauschen Arbeitsfeldbegrenzung Automatische Werkzeuglängen-Messung Blockzykluszeit DNC-Schnittstelle Eckenverzögerung FRAME oder Koordinaten-Verschiebung Gewindebohren ohne Ausgleichsfutter Gewindefräsen Lesefehler erkennen, Bewertungsprüfung Maßstabfaktor Maßstabfehler-Kompensation Meßzyklen NC-Hilfsachsen, Kanalstruktur

5 3.15 Spline-Interpolation, NURBS Sprachumschaltung Vorschub-Begrenzung Vorsteuerung D-Werkzeugkorrektur Werkzeugverwaltung Fuzzy Logic (FL) Die Anzeigen in CNC s Die Offene Steuerung Preisbetrachtung Die CNC der Zukunft Zusammenfassung Das Prinzip der NC-Maschine Einführung Die NC-Maschine Der Einfluß von NC Der Einfluß von NC auf die Werkzeugmaschine Der Einfluß von NC auf die Werkzeuge Der Einfluß von NC auf die Antriebselemente Der Einfluß von NC auf Kosten und Preis Der Einfluß von NC auf die Betriebsorganisation Der Einfluß von NC auf die Arbeitsvorbereitung Der Einfluß von NC auf die Maschinenbeschaffung Der Einfluß von NC auf die Funktionalität Vorteile der NC-Fertigung Die Genauigkeit Die Sicherheit Sicherheit komplexer Systeme, CE-gerechte Maschinensteuerungen Wartung und Service Mechatronik Computer und NC Was ist ein Computer? Hardware und Software Von der NC zur CNC Computerfunktionen in der CNC Computer für die NC-Programmierung Computer für die Automatisierung Zusammenfassung NC Auch für Ihre Fertigung? Einsatzkriterien für NC-Maschinen Losgrößen Werkstück-Komplexität Konstruktionsänderungen Anlaufzeiten

6 5. Werkzeugkosten Teure Werkstücke Qualitätskontrollen Produktionsflächen Unterlieferanten Prototypen- und Vorserien-Fertigung Bearbeitungszeiten Fertigteile-Lager Mehrere Operationen in einer Aufspannung Bessere Qualität der Werkstücke Kürzere Durchlaufzeiten Direkte NURBS-Verarbeitung Zusammenfassung Teil 2: Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen NC-Werkzeugmaschinen Einführung Aufbau Werkzeugwechsler Werkstückwechsler Überwachungssysteme Achsbezeichnung Bohrmaschinen Bohrzentren Leiterplatten-Bohrmaschinen Bohrwerke Fräsmaschinen Fünfachsige Fräsmaschinen Portalfräsmaschinen mit verfahrbarem Portal (Gantry) Hochgeschwindigkeits-Fräsmaschinen Verzahnmaschinen Bearbeitungszentren Die typischen Kennzeichen von Bearbeitungszentren Der automatische Werkzeugwechsel Die Werkzeugcodierung und -erkennung Der Werkstückwechsel Stanz- und Nibbelmaschinen Laser-Bearbeitungsmaschinen Was sind Laserstrahlen? CNC für Lasermaschinen Anwendungsbeispiele für Laser Drehmaschinen Drehmaschinen mit zwei und mehr Supporten Dreh-Fräs-Zentren CNC für Drehmaschinen

7 9.4 Die Programmierung von Drehmaschinen Mehrspindlige, mehrachsige CNC-Drehmaschinen Schleifmaschinen Werkzeugschleifmaschinen CNC für Schleifmaschinen Rohrbiegemaschinen Blechdrückmaschinen Funkenerosionsmaschinen Schneiderodieren Senkerodieren Elektronenstrahl-Maschinen Wasserstrahl-Schneidmaschinen Meßmaschinen Scanning Sondermaschinen Parallelkinematische Maschinen, Hexapoden Zusammenfassung Positionsmessgeräte für NC-Maschinen Einführung Definition Wegmessung über Längenmessgeräte Wegmessung über Gewindespindel und Drehgeber Messverfahren (inkremental oder absolut) Inkrementale Messgeräte Absolute Messgeräte Pseudo-absolute Messgeräte Zyklisch-absolute Messgeräte Ausführungen von NC-Messgeräten Inkrementale Drehgeber und Winkelmessgeräte Absolute Drehgeber und Winkelmessgeräte Inkrementale Längenmessgeräte Absolute Längenmessgeräte Zusammenfassung Elektrische Antriebe für NC-Werkzeugmaschinen Einleitung Vorschubantriebe Arten von Vorschubantrieben Lageregelung von Vorschubantrieben Anbindung der Antriebe an die NC Dimensionierung von Vorschubantrieben Hauptspindelantriebe Arten von Hauptspindelantrieben Dimensionierung von Hauptspindelantrieben Zusammenfassung

8 SPS Speicherprogrammierbare Steuerungen Definition Entstehungsgeschichte der SPS Aufbau und Wirkungsweise von SPS Datenbus und Feldbus Vorteile von SPS Programmierung und Dokumentation Das Programm Programmspeicher SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb Auswahlkriterien Zusammenfassung Werkzeugsystematik für NC-Maschinen Vorbemerkung Werkzeugsysteme Werkzeugsysteme und Handhabung für NC-Bohr- und Fräswerke Werkzeugsysteme und Handhabung für NC-Drehmaschinen Werkzeugauswahl Beispiel Innengewindefräsen Werkzeug-Voreinstellung Betriebliche Werkzeugkataloge Werkzeug-Identifikation Funktionsweise Komponenten eines WZ-Ident-Systems Vorteile elektronischer WZ-Ident-Systeme Werkzeugverwaltung in der CNC Werkzeugmessung und -überwachung mit Lasersystemen Bruchüberwachung Einzelschneidenkontrolle Werkzeugmessung im Arbeitsraum Temperaturkompensation HSC Bearbeitung Zusätzliche Möglichkeiten Zusammenfassung Teil 3: Programm und Programmierung Das NC-Programm Definition Struktur der NC-Programme Programmaufbau, Syntax und Semantik Schaltbefehle (M-Funktionen) Weginformationen Wegbedingungen (G-Funktionen)

9 7. Zyklen Nullpunkte und Bezugspunkte Maschinen-Nullpunkt Maschinen-Referenzpunkt Werkstück-Nullpunkt, Programm-Nullpunkt Nullpunkt-Verschiebung Transformation Koordinatentransformation Transformation von Punktmustern Welt- oder Benutzerkoordinaten Werkzeugkorrekturen Zusammenfassung Programmierung von NC-Maschinen Definition der NC-Programmierung Programmiermethoden Manuelle Programmierung Teach-In / Playback-Verfahren Handeingabe-Steuerungen Computerunterstützte Programmierung Postprozessoren Verwendung von CAD-Daten Der NC-Programmierer Die arbeitserleichternde Grafik Verteilte Intelligenz Auswahl des geeigneten Programmiersystems Zusammenfassung NC-Programmiersysteme Übersicht Hardware Software Bildschirm-Darstellungen Einsatzkriterien und Vorteile Anzahl der eingesetzten Bearbeitungsverfahren Anzahl der unterschiedlichen Steuerungen Komplexität der Werkstücke Simultanbewegungen und Spezialaufgaben Anzahl der erforderlichen Programme Alternative Maschinen Personalfragen DNC-Betrieb Betriebskosten, Rentabilität Auswahlkriterien Programmierbare Bearbeitungsverfahren Rechnersystem Grafik DNC/MDE/BDE

10 6.5 Zusatzinformationen Besonderheiten Beispiele von NC-Programmiersystemen CAGLIA von CAM-Service CAMplus von Keller EXAPTsolid und EXAPTplus CAD/CAM NcS 2002 von AdCAM PEPS Version 5.0 von Camtek ProfiCAM von COSCOM Quadro NC und ESPRIT von DLoG RADU von NC-Programmiertechnik TOPCAM von MTS WinLine von DATOS AG Rechnerunterstütztes Konstruieren und Fertigen: CAD + CAM Einleitung Definition Die Aufgaben von CAD/CAM CAD-Komponenten CAD-Funktionsprinzip Kantenmodell Flächenmodell Volumenmodell Daten für die Produktdarstellung Geometrische Daten Produktionsdaten CAD-interne oder CAD-externe NC-Programmierung Zusammenfassung Ausblick Rapid Prototyping, Tooling und Manufacturing (RP RT RM) Einführung Definitionen Einteilung der generativen RP-Verfahren Nach dem Ausgangsmaterial Nach der Art der Formgebung Die derzeit wichtigsten RP-Verfahren StereoLithografie SL Selektive Laser Sintering SLS Layer (oder Laminated) Object Manufacturing LOM Fused Deposition Modelling FDM Die Verfahrenskette Rapid Tooling RT Rapid Manufacturing RM Zusammenfassung

11 Simulation Einleitung Qualitative Abgrenzung der Systeme Komponenten eines Simulationsszenarios Maschinenmodell Werkstückgeometrie und Spannmittel Werkzeuge Peripherie der Maschine Ablauf der NC-Simulation Grafische Darstellung Automatische Kollisionserkennung Editiermöglichkeiten und Analysemethoden Einsatzfelder Einfahren neuer Programme Programmänderung im laufenden Betrieb Optimierung des Produktionsprozesses Planungsphase in der Serienfertigung Ausbildung und Schulung Zusammenfassung CAD/CAM im CIM-Verbund Die 5 Phasen von konventionell bis CIM Die Forderung nach Rationalisierung CAM Computer Automated Manufacturing Die CIM-Idee 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 Zusammenfassung Teil 4: Flexible Automatisierung Flexible Fertigungssysteme Definition Flexible Fertigungsinseln Flexible Fertigungszellen Technische Kennzeichen flexibler Fertigungssysteme Einsatzkriterien für FFS Fertigungsprinzipien Maschinenauswahl und -anordnung

12 8. Werkstück-Transportsysteme Auswahl des Transportsystems Funktionsablauf des Transportsystems Steuerung des Transportsystems FFS-geeignete CNC s FFS-Leitrechner Wirtschaftliche Vorteile von FFS Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS Zusammenfassung Handhabung und Roboter Einleitung Aufbau von Industrie-Robotern Mechanik/Kinematik Greifer oder Hand Die Steuerung Die Antriebe Das Meßsystem Sensoren Eigenschaften von Industrie-Robotern Die Steuerung von Industrie-Robotern Einfache Einlegegeräte Punktgesteuerte Roboter Bahngesteuerte Roboter Play-back-Roboter Eigenschaften von Roboter-Steuerungen (RC s) Programmspeicher Programmaufbau Programmierung Logische Verknüpfungen Sensor-Anschluß Sensoren Portalroboter Einsatzmöglichkeiten für IR Einsatzkriterien für IR Zusammenfassung Ausblick DNC Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control Definition Aufbau von DNC-Systemen, Datenübertragung Grund- und Zusatzfunktionen von DNC Vorteile des DNC-Betriebes Die heutigen DNC-Konzepte Anforderungen an DNC-Systeme Einsatzkriterien für DNC-Systeme Kosten und Wirtschaftlichkeit Stand und Tendenzen

13 LAN Local Area Networks Einleitung Local Area Network (LAN) Was sind Informationen? Kennzeichen und Merkmale von LAN Die Übertragungstechnik Das Übertragungsmedium Die Netz-Topologie Das Zugriffsverfahren Protokoll Die Übertragungsgeschwindigkeit Max. Anzahl der Teilnehmer Gateway und Bridge Auswahlkriterien eines geeigneten LAN s MAP oder Ethernet? Schnittstellen Hardware-Schnittstellen Handshake Software-Schnittstelle Synchrone und asynchrone Übertragung Zusammenfassung Teil 5: Anhang Richtlinien, Normen, Empfehlungen VDI-Richtlinien DIN-Normen NCG-Empfehlungen NC-Fachwortverzeichnis Stichwortverzeichnis Empfohlene NC-Literatur Inserentenverzeichnis Bezugsquellenverzeichnis