CNC-Handbuch

Inhaltsübersicht

Teil 1: Einführung in die CNC-Technik

1. Historische Entwicklung der NC-Fertigung

2. Meilensteine der NC-Entwicklung

3. Was ist NC und CNC?

Teil 2: Funktionen der CNC

1 Weginformationen, Wegmessung

2 Schaltfunktionen

3 Betriebsfunktionen

4 SPS – Speicherprogrammierbare Steuerungen

5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine

Teil 3: Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeugmaschinen

2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

3 Hauptspindelantriebe

4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter

Teil 4: Numerisch gesteuerte Maschinen und Fertigungssysteme

1 CNC-Werkzeugmaschinen

2 Additive Fertigungsverfahren

3 Flexible Fertigungssysteme

4 Industrieroboter und Handhabung

5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung

Teil 5: Werkzeuge in der CNC-Fertigung

1 Aufbau der Werkzeuge

2 Werkzeugverwaltung (Tool Management)

3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung

4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung

5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung

Teil 6: NC-Programm und Programmierung

1 NC-Programm

2 Programmierung von CNC-Maschinen

3 NC-Programmiersysteme

4 Fertigungssimulation

Teil 7: Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0

1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control

2 LAN – Local Area Networks

3 Digitale Produktentwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM

4 Industrie?4.0

5 Der Weg zur Digitalisierung in der CNC-Werkzeugmaschinen-Branche

6 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb

Teil 8: Anhang

Richtlinien, Normen, Empfehlungen

NC-Fachwortverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

Empfohlene NC-Literatur

Inserentenverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Teil 1: Einführung in die CNC-Technik

1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung

1.1 Erste Nachkriegsjahre

1.2 Wiederaufbau der Werkzeugmaschinenindustrie

1.3 Die Werkzeugmaschinen- industrie in Ostdeutschland

1.4 Weltweite Veränderungen

1.5 Weiterentwicklung der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie

1.6 Der japanische Einfluss

1.7 Die deutsche Krise

1.8 Ursachen und Auswirkungen

1.9 Flexible Fertigungssysteme

1.10 Weltwirtschaftskrise 2009

1.11 Situation und Ausblick

1.12 Fazit

2 Meilensteine der NC-Entwicklung

3 Was ist NC und CNC?

3.1 Der Weg zu NC

3.2 Hardware (Bild 3.1 und 3.2)

3.3 Software

3.4 Steuerungsarten

3.5 NC-Achsen (Bild 3.7)

3.6 SPS, PLC (Bild 3.7)

3.7 Anpassteil (Bild 3.7)

3.8 Computer und NC

3.9 NC-Programm und Programmierung (Bild 3.9)

3.10 Dateneingabe

3.11 Bedienung (Bild 3.11)

3.12 Programmierung (Bild 3.12?–?3.14)

3.13 Zusammenfassung

Teil 2: Funktionen der CNC

1 Weginformationen, Wegmessung

1.1 Einführung

1.2 Achsbezeichnung (Bild 1.1)

1.3 Lageregelkreis

1.4 Positionsmessung

1.5 Einfache Diagnose von Messgeräten

1.6 Kompensationen

2 Schaltfunktionen

2.1 Erläuterungen

2.2 Werkzeugwechsel

2.3 Werkzeugwechsel bei Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren

2.4 Werkzeugwechsel bei Drehmaschinen

2.5 Werkzeugplatzcodierung

2.6 Werkstückwechsel

2.7 Drehzahlwechsel

2.8 Vorschubgeschwindigkeit

2.9 Zusammenfassung

3 Betriebsfunktionen

3.1 Definition

3.2 CNC-Grundfunktionen

3.3 CNC-Sonderfunktionen

3.4 Kollisionsvermeidung (Bild?3.10)

3.5 Integrierte Sicherheitskonzepte für CNC-Maschinen (Bild?3.18 und 3.19)

3.6 Zustandsüberwachung und Maschinendatenerfassung (Bild?3.42 bis 3.43)

3.7 Anzeigen in CNCs

3.8 Touch-Bedienung der CNC (Bild?3.50 und 3.51)

3.9 CNC-Bedienoberflächen ergänzen

3.10 Elektronische Schüsselsysteme für die sichere Betriebsartenwahl

3.11 Offene Steuerungen (Bild 3.60?+?3.61)

3.12 Einsatz von OPC UA in der CNC-Werkzeugmaschine

3.13 Preisbetrachtung (Bild 3.63?+?3.64)

3.14 Vorteile neuester CNC-Entwicklungen

3.14 Zusammenfassung

4 SPS – Speicherprogrammierbare Steuerungen

4.1 Definition

4.2 Entstehungsgeschichte der SPS

4.3 Aufbau und Wirkungsweise der SPS und SPS-Module

4.4 Datenbus und Feldbus (Bild 4.4 und 4.5)

4.5 Vorteile von SPS

4.6 Programmierung von SPS und Dokumentation (Bild 4.6)

4.7 Programm

4.8 Programmspeicher (Bild 4.8)

4.9 SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb (Bild 4.9)

4.10 SPS-Auswahlkriterien

4.11 Zusammenfassung

4.12 Tabellarischer Vergleich CNC/SPS

5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine

5.1 Maschinenkonfiguration

5.2 Maschinengestelle

5.3 Führungen (Bild 5.4 und 5.5)

5.4 Maschinenverkleidung

5.5 Kühlmittelversorgung

5.6 Späneabfuhr

5.7 Zusammenfassung

Teil 3: Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeugmaschinen

1.1 Definition

1.2 Achsmechanik

1.3 Analoge Regelung

1.4 Analoge vs. Digitale Regelung

1.5 Digitale intelligente Antriebstechnik

1.6 Reglertypen und Regelverhalten (Bild?1.7 und 1.8)

1.7 Kreisverstärkung und Kv-Faktor

1.8 Vorsteuerung

1.9 Frequenzumrichter

1.10 Zusammenfassung

2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

2.1 Anforderungen an Vorschubantriebe

2.2 Arten von Vorschubantrieben

2.3 Die Arten von Linearmotoren

2.4 Vor-/Nachteile von Linearantrieben

2.5 Anbindung der Antriebe an die CNC

2.6 Messgeber

2.7 Zusammenfassung

3 Hauptspindelantriebe

3.1 Anforderungen an Hauptspindelantriebe

3.2 Arten von Hauptspindelantrieben

3.3 Bauformen von Hauptspindelantrieben

3.4 Ausführungen von Drehstrom-Synchronmotoren

3.5 Vor- und Nachteile von Synchronmotoren

4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen

4.1 Vorgehensweise

4.2 Dimensionierung von Hauptspindelantrieben

4.3 Zusammenfassung

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter

5.1 Motorenauswahl

5.2 Lagerung

5.3 Schmierung

5.4 Bearbeitungsprozesse

5.5 Anforderungen an die Hauptspindel bezüglich Industrie 4.0

Teil 4: Numerisch gesteuerte Maschinen und Fertigungssysteme

1 CNC-Werkzeugmaschinen

1.1 Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen

1.2 Drehmaschinen

1.3 Schleifmaschinen (Dr.-Ing. Heinrich Mushardt)

1.4 Verzahnmaschinen Dr.-Ing. Klaus Felten, Dr.-Ing. Andreas Günther

1.5 Bohrmaschinen

1.6 Sägemaschinen (Dipl.-Ing. Armin Stolzer)

1.7 Laserbearbeitungsanlagen

1.8 Stanz- und Nibbelmaschinen

1.9 Rohrbiegemaschinen (Bild 1.53)

1.10 Funkenerosions- maschinen

1.11 Elektronenstrahl-Maschinen

1.12 Wasserstrahlschneidmaschinen

1.13 Multitasking-Maschinen

1.14 Messen und Prüfen

1.15 Zusammenfassung

2 Additive Fertigungsverfahren

2.1 Einführung

2.2 Definition

2.3 Verfahrenskette

2.4 Einteilung der generativen Fertigungsverfahren

2.5 Die wichtigsten Schichtbauverfahren

2.6 Vorteile der Additiven Fertigungsverfahren

2.7 Anwendungen

2.8 Neuere Verfahren

2.9 Arbeits-Vorbereitung

2.10 Einbindung in die Fertigung

2.11 Zusammenfassung

3 Flexible Fertigungssysteme

3.1 Definition

3.2 Flexible Fertigungszellen

3.3 Flexible Fertigungssysteme

3.4 Technische Kennzeichen von FFS

3.5 FFS-Einsatzkriterien

3.6 Fertigungsprinzipien

3.7 Maschinenauswahl und -anordnung

3.8 Werkstücktransportsysteme (Bilder 3.9 bis 3.11)

3.9 FFS-Anforderungen an CNCs

3.10 FFS-Leitrechner

3.11 Wirtschaftliche Vorteile von FFS

3.12 Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS

3.13 Flexibilität und Komplexität

3.14 Simulation von FFS

3.15 Produktionsplanungssysteme (PPS)

3.16 Planung flexibler Fertigungssysteme

3.17 Zusammenfassung

4 Industrieroboter und Handhabung

4.1 Einführung

4.2 Definition: Was ist ein Industrieroboter?

4.3 Aufbau von Industrierobotern

4.4 Mechanik/Kinematik (Bild 4.1)

4.5 Greifer oder Effektor

4.6 Steuerung (Bild 4.4)

4.7 Safe Robot Technologie

4.8 Programmierung

4.9 Sensoren (Tabelle 4.3)

4.10 Anwendungsbeispiele von Industrierobotern (Bild 4.7?–?4.12)

4.11 Anbindung von Robotern an Werkzeugmaschinen

4.12 Roboter mit CNC-Anforderungen

4.13 Einsatzkriterien für Industrieroboter

4.14 Zusammenfassung und Ausblick

5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung

5.1 Einführung

5.2 Was ist Energieeffizienz?

5.3 Werkhallen

5.4 Maschinenpark

5.5 Sonderfall Bearbeitungszentren (Bild 5.1)

5.6 Energieeffiziente NC-Programme

5.7 Möglichkeiten der Maschinenhersteller

5.8 Möglichkeiten der Anwender

5.9 Blindstrom-Kompensation

5.10 Zusammenfassung

5.11 Ausblick

Teil 5: Werkzeuge in der CNC-Fertigung

1 Aufbau der Werkzeuge

1.1 Einführung

1.2 Anforderungen

1.3 Gliederung der Werkzeuge

1.4 Maschinenseitige Aufnahmen

1.5 Modulare Werkzeugsysteme

1.6 Einstellbare Werkzeuge

1.7 Gewindefräsen

1.8 Sonderwerkzeuge (Bild 1.40)

1.9 Werkzeugwahl

2 Werkzeugverwaltung (Tool Management)

2.1 Motive zur Einführung

2.2 Evaluation einer Werkzeugverwaltung

2.3 Lastenheft

2.4 Beurteilung von Lösungen

2.5 Einführung einer Werkzeugverwaltung

2.6 Gliederung

2.7 Integration

2.8 Werkzeugidentifikation

2.9 Werkzeuge suchen

2.10 Werkzeugklassifikation

2.11 Werkzeugkomponenten

2.12 Komplettwerkzeuge

2.13 Werkzeuglisten

2.14 Arbeitsgänge

2.15 Werkzeugvoreinstellung

2.16 Werkzeuglogistik

2.17 Elektronische Werkzeugidentifikation

2.18 Zusammenfassung

3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung

3.1 Einführung

3.2 Ansatzpunkte für die Prozessregelung

3.3 Einsatzbereiche von Werkstück- und Werkzeugmesssystemen

3.4 Werkstückmesssysteme für Werkzeugmaschinen

4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung

4.1 Einführung

4.2 Bohrungsmessköpfe für kürzeste Messzeiten bei der Bohrungsherstellung

4.3 Rauheitsmessgeräte für die automatisierte Prüfung von Oberflächen

4.4 DIGILOG-Messtaster für digitale und analoge Messwerterfassung

4.5 Höchste Produktivität durch simultanes Messen

4.6 Zusammenfassung

5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung

5.1 Einführung

5.2 Bruchüberwachung

5.3 Einzelschneidenkontrolle

5.4 Werkzeugmessung

5.5 Messung von HSC-Werkzeugen

5.6 Kombinierte Lasermesssysteme

5.7 Zusammenfassung

Teil 6: NC-Programm und Programmierung

1 NC-Programm

1.1 Definitionen

1.2 Struktur der NC-Programme

1.3 Programmaufbau, Syntax und Semantik

1.4 Schaltbefehle (M-Funktionen) (Tabelle 1.1)

1.5 Weginformationen

1.6 Wegbedingungen (G-Funktionen) (Tabelle 1.4)

1.7 Zyklen

1.8 Nullpunkte und Bezugspunkte (Bild 1.8 und Bild 1.9)

1.9 Transformationen

1.10 Werkzeugkorrekturen

1.11 DXF-Konverter

1.12 CNC-Hochsprachenprogrammierung

1.13 Zusammenfassung

2 Programmierung von CNC-Maschinen

2.1 Definition der NC-Programmierung

2.2 Programmiermethoden (Bild 2.1 bis 2.4)

2.3 CAM-basierte CNC-Zerspanungsstrategien

2.4 Arbeitserleichternde Grafiken (Bild 2.15 und 2.16)

2.5 Auswahl des geeigneten Programmiersystems

2.6 Zusammenfassung

3 NC-Programmiersysteme

3.1 Einleitung (Bild 3.1)

3.2 Bearbeitungsverfahren im Wandel

3.3 Der Einsatzbereich setzt die Prioritäten

3.4 Eingabedaten aus unterschiedlichen Quellen

3.5 Leistungsumfang eines modernen NC-Programmiersystems (CAM)

3.6 Datenmodelle auf hohem Niveau

3.7 CAM-orientierte Geometrie-Manipulation

3.8 Nur leistungsfähige Bearbeitungsstrategien zählen

3.9 Adaptives Bearbeiten

3.10 3D-Modelle bieten mehr

3.11 3D-Schnittstellen

3.12 Innovativ mit Feature-Technik

3.13 Automatisierung in der NC-Programmierung

3.14 Werkzeuge

3.15 Aufspannplanung und Definition der Reihenfolge

3.16 Die Simulation bringt es auf den Punkt

3.17 Postprozessor

3.18 Erzeugte Daten und Schnittstellen zu den Werkzeugmaschinen

3.19 Zusammenfassung

4 Fertigungssimulation

4.1 Einleitung

4.2 Qualitative Abgrenzung der Systeme (Tabelle 4.1)

4.3 Komponenten eines Simulationsszenarios

4.4 Ablauf der NC-Simulation

4.5 Integrierte Simulationssysteme

4.6 Einsatzfelder

4.7 Zusammenfassung

Teil 7: Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0

1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control

1.1 Definition

1.2 Aufgaben von DNC

1.3 Einsatzkriterien für DNC-Systeme

1.4 Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen

1.5 Technik des Programmanforderns

1.6 Heute angebotene DNC-Systeme

1.7 Netzwerktechnik für DNC (Bild 1.4)

1.8 Vorteile beim Einsatz von Netzwerken

1.9 NC-Programmverwaltung

1.10 Vorteile des DNC-Betriebes

1.11 Kosten und Wirtschaftlichkeit von DNC

1.12 Stand und Tendenzen

1.13 Zusammenfassung

2 LAN – Local Area Networks

2.1 Einleitung

2.2 Local Area Network (LAN)

2.3 Was sind Informationen?

2.4 Kennzeichen und Merkmale von LAN

2.5 Gateway und Bridge

2.6 Auswahlkriterien eines geeigneten LANs

2.7 Schnittstellen

2.8 Zusammenfassung

3 Digitale Produktentwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM

3.1 Einleitung

3.2 Begriffe und Geschichte (Bild 3.2)

3.3 Digitale Produktentwicklung

3.4 Digitale Fertigung

3.5 Zusammenfassung

4 Industrie?4.0

4.1 Grundlagen

4.2 Kernelemente der Industrie?4.0

4.3 Industrie?4.0 in der Fertigung

4.4 Ein MES als Baustein der Industrie?4.0

4.5 Herausforderungen und Risiken von Industrie?4.0

5 Der Weg zur Digitalisierung in der CNC-Werkzeugmaschinen-Branche

5.1 Auswirkungen der gesellschaftlichen Veränderungen

5.2 Digitalisierung der Prozesse in der CNC-Fertigung

5.3 Der Digitale Zwilling einer Werkzeugmaschine

5.4 Sensorik für CNC-Maschinen als Voraussetzung für I4.0

6 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb

6.1 Voraussetzung für Industrie 4.0

6.2 Nutzen von Industrie 4.0

6.3 Cyber-Physical-Systems (CPS), das „Internet der Dinge“

6.4 Sechzehn Fallbeispiele zu Industrie 4.0

6.5 Ein Arbeitstag mit Industrie?4.0

6.6 Zusammenfassung

Teil 8: Anhang

Richtlinien, Normen, Empfehlungen

1. VDI-Richtlinien

2. VDI/NCG-Richtlinien

3. DIN – Deutsche Industrie Normen

NC-Fachwortverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

Empfohlene NC-Literatur

Inserentenverzeichnis

Tabellenübersicht

Tabelle 1.1: Unterschiedliche Anforderungen verschiedener Werkzeugmaschinen an den Umfang ihrer Automatisierung (m = manuell, a = automatisch)

Tabelle?1.2: Bezeichnung der Abweichungen im Volumenkompensationsmodell

Tabelle 3.1: Funktionsumfang

Die integrierte Sicherheitstechnik bietet mit ihrer Durchgängigkeit vollkommen neue Möglichkeiten

Tabelle 4.1: Vergleich CNC und SPS

Tabelle 4.1: Rechnerische Ermittlung der Drehmomente in den 6 Betriebsarten.

Jeweilige Dauer der BA siehe Bild?4.3

Tabelle 1.1: Blechdicke max. bei Nibbeln/Laserschneiden

Tabelle2.1: Unterschiede in der Anwendung von additiven Fertigungsverfahren beim Rapid Prototyping und industrieller additiver Fertigung

Tabelle 4.1: Komponenten eines Robotersystems

Tabelle 4.2: Grundbestandteile von Handhabungsprogrammen

Tabelle 4.3: Technische Sensoren

Tabelle 5.1: Zahlenwerte für cos?? und sin??

Tabelle 1.1: Schaltfunktionen nach DIN 66?025, Bl. 2

Tabelle 1.2: Beispiel für Achsadressen mit mehreren Zeichen und zusätzlichen Erläuterungen, die z.?T. auch auf dem Bildschirm der CNC erscheinen.

Tabelle 1.3: Wegmaßtabelle für das in Bild 1.3 dargestellte Bohrbild bei Absolut- und Relativmaß- Programmierung

Tabelle 1.4: G-Funktionen nach DIN 66?025, Bl. 2

Tabelle 1.5: Bohrzyklen G80?–?G89

Bei unverändertem Bohrzyklus werden nur die X/Y-Positionen programmiert. An jeder Position folgt dann automatisch der aufgerufene (aktive) Bohrzyklus, bis er durch G80 wieder gelöscht oder durch einen anderen G-Zyklus überschrieben wird.

Tabelle 4.1: Vergleich der unterschiedlichen Simulationsansätze

Tabelle 2.1: Übertragungsgeschwindigkeiten im Vergleich

Videoübersicht

Historische Entwicklung der NC-Fertigung

Meilensteine derNC-Entwicklung

Was ist NCund CNC?

Weginformationen, Wegmessung

Schaltfunktionen

Betriebsfunktionen

SPS – Speicher­programmierbare Steuerungen

Einfluss der CNCauf Baugruppen der Maschine

Antriebsregelungfür CNC-Werkzeug­maschinen

Vorschubantriebefür CNC-Werkzeug­maschinen

Hauptspindelantriebe

Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen

MechanischeAuslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter

CNC-Werkzeug­maschinen

AdditiveFertigungsverfahren

Flexible Fertigungs­systeme

Industrieroboter und Handhabung

Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung

Aufbau der Werkzeuge

Werkzeug­verwaltung (Tool Management)

Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung

Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung

Lasergestützte Werkzeugüberwachung

NC-Programm

Programmierung von CNC-Maschinen

NC-Programmier­systeme

Fertigungs­simulation

DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control

LAN – Local Area Networks

Digitale Produkt­entwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM

Industrie?4.0

Der Weg zur Digitali­sierung in der CNC-Werkzeug­maschinen-Branche

Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb

Richtlinien, Normen,Empfehlungen

NC-Fachwort­verzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Stichwort­verzeichnis