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CNC-Offensive im Preissegment

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Mit neuen Steuerungskonzepten und Bedienoberflächen wartete Siemens auf der EMO in Hannover auf: ShopMill und ManualTurn heißen die Bedienoberflächen, mit denen Reibungsverluste an der Schnittstelle Mensch – Maschine speziell für den Bereich Einzelfertigung und Kleinstserien weiter verringert werden sollen; NURBS-Interpolation soll beim Hochgeschwindigkeitsfräsen zur Verbesserung der Form und Oberflächengenauigkeit führen.Mit der kundenseitigen Implementierung von komplexen Steuerungsalgorithmen für Sondertechnologien in die offene Steuerungsarchitektur der Sinumerik 840D werden neue Einsatzbereiche erschlossen.

Viele der europäischen Maschinenhersteller haben aus den schmerzlichen Erfahrungen der zurückliegenden Krise gelernt. Um ihre Kosten zu senken, sind die Betriebe schlanker geworden, sie haben ihre Produktionsabläufe effizienter gestaltet und ihre Produktpalette gestrafft. Neue Maschinenkonzepte, bei denen bewußt auf zuviel Technik verzichtet wird, konsequente Modularisierung sowie Verbesserungen in den Herstellprozessen und in der Logistik erlauben es, auf Kundenwünsche schneller und kostengünstiger zu reagieren. All diese Bemühungen dienen einem Ziel: die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Hersteller und Anwender von Werkzeugmaschinen zu festigen bzw. auszubauen. Diesen Prozeß unterstützt Siemens mit einem ganzen Bündel zielgruppenspezifischer Neuheiten im Bereich Automatisierungslösungen.

Die angepeilte Klientel liegt dabei zum einen bei kleineren Fertigungsbetrieben.
Dazu hat Siemens die Bedienoberflächen der digitalen Numerischen Steuerung Sinumerik 810D speziell für den Werkstättenbereich optimiert. Ziel ist es, die bei der Einzelteil- und Kleinserienfertigung vergleichsweise hohen Rüst- und Programmierzeiten zu minimieren. Die neuen Bedienoberflächen „ShopMill“ und „ManualTurn“ gestatten es, das Know-how des Facharbeiters einfach, sicher und direkt mit der Maschinensteuerung zu verknüpfen.
Der Weg von der Zeichnung zum fertigen Werkstück soll so kürzer und effizienter werden.
ShopMill fürs Fräsen
ShopMill ist die neue benutzerfreundliche, auf den Facharbeiter ausgerichtete Programmieroberfläche für das Fräsen und Bohren. Statt wie üblich Programme einer Werkstückbearbeitung im DIN-Code zu beschreiben, kommuniziert der Facharbeiter mit der Steuerung im Klartext-Dialog (wahlweise ist auch DIN-Code-Eingabe möglich).
Bei der schrittweisen Programmerstellung wird die Erfahrung des Werkers im Hinblick auf Arbeitsfolge, optimalen Werkzeugeinsatz, Aufspannung usw. bestmöglich genutzt. Die Bearbeitung eines Werkstücks wird anhand der Werkstückzeichnung gedanklich in einzelne Bearbeitungsschritte zerlegt. Bei jedem Schritt ist zu klären:
Was ist zu tun?
Wo ist es zu tun?
Womit ist es zu tun?
Die Antwort auf die erste Frage bestimmt die Arbeitstechnologie, wie etwa Taschenfräsen. Die zweite Antwort wird durch die Geometrie des Werkstücks bestimmt, und die dritte Antwort legt das einzusetzende Werkzeug fest. Auf genau diese Weise arbeitet die Programmieroberfläche ShopMill. Dabei stehen dem Anwender einfach handhabbare Konturtaschenzyklen zur Verfügung, die über einen leistungsfähigen Geometrieprozessor definiert werden können. Der Geometrieprozessor läßt auch die Eingabe nicht vollständig bemaßter Zeichnungen zu und errechnet die unbestimmten Elemente. Über eine Radiergrafik, möglich in drei Ansichten, können die erstellten Programme im Trockenlauf getestet und simuliert werden. Die Fertigkontur des programmierten Teils kann zusätzlich auch als 3D-Simulation visualisiert werden.
ManualTurn fürs Drehen
Das, was ShopMill an der Fräsmaschine leistet, schafft ManualTurn an der Drehmaschine. Auch diese Bedienoberfläche ist als Programmierhilfe für den Facharbeiter an „halbkonventionellen“ Drehmaschinen konzipiert (vgl. MAV 7/8 – 97). ShopMill und ManualTurn nutzen als Steuerungsbasis die Kompaktsteuerung SINUMERIK 810D.
Mit NURBS schneller und genauer um die Kurve
Im Werkzeug- und Formenbau geht der Wunsch nach verbesserter Form- und Oberflächengenauigkeit einher mit der Forderung nach gesteigerter Produktivität. Die Lösung heißt Hochgeschwindigkeitsfräsen (High Speed Cutting, HSC). Wesentliche Voraussetzungen für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung waren neue Maschinenkonzepte mit steiferen Konstruktionen, schnelldrehende Spindeln (über 20 000 Umdrehungen je Minute) und Werkzeuge mit entsprechend langer Standzeit.
Letztlich ermöglicht aber erst die moderne, digitale CNC-Steuerungs- und Antriebstechnik mit ihren Funktionen der quasi schleppfehlerfreien Bewegungsführung der Werkzeugmaschinenachsen, solche Maschinen bei hohen Geschwindigkeiten extrem präzise zu verfahren. Steuerungsfunktionen, wie vorausschauende Geschwindigkeitsführung (Look ahead), Ruckbegrenzung in axialer und tangentialer Richtung, Kompensation mechanisch bedingter Fehler, 5-Achs-Transformation, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvorsteuerung, programmierbares Überschleifen an Ecken, sind heute bei modernen Steuerungen Standard in diesem Anwendungsbereich.
Problem: Datenmenge
Immer höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei den geforderten hohen Genauigkeiten erzwingen immer kürzere Blockzykluszeiten. Die zu verarbeitenden Datenmengen wachsen ins Unermeßliche. Ein Weg, das Problem auf elegante Weise zu entschärfen ist die NURBS-Interpolation (Non Uniform Rational B-Splines). Die geforderte Werkzeugbahn wird dabei nicht mehr durch Geradenstücke, sondern durch Polynome 3. Ordnung approximiert. Naturgemäß lassen sich die kritischen Kurvenbahnen so effizienter und genauer abfahren. Genau diesen Weg geht Siemens mit der SINUMERIK 840D mit NURBS-Interpolation.
Für die Maschine selbst führte das Verfahren zu einem besseren dynamischen Verhalten und damit zu höheren Bearbeitungsgeschwindigkeiten und -qualitäten. An Musterwerkstücken konnte bis zu 50% Bearbeitungszeit eingespart werden, und das bei deutlich gesteigerter Oberflächengüte.
Offen für anspruchsvolle anforderungsspezifische Aufgabenstellungen
Die offene CNC-Steuerungsarchitektur der Sinumerik 840D ermöglicht die Integration anforderungsspezifischer Software-Komponenten. Anspruchsvolle Steuerungsaufgaben sind deshalb ihre besonderen Stärken.
Die Offenheit von Steuerungen war bisher meistens auf den Bedienbereich begrenzt. Der Maschinenhersteller konnte zwar eigene Bedienoberflächen oder Diagnosefunktionen entwickeln und in die Steuerung integrieren, aber die Kernfunktionalität der NC-Steuerung blieb ihm verschlossen. SINUMERIK 840D ist jedoch bis in den NC-Kern offen. Mit entsprechendem Software-Know-how und geeigneten Entwicklungswerkzeugen ist damit der Weg für den Maschinenhersteller frei, Standardfunktionen (z.B. Regelalgorithmen) durch eigene spezifische Bausteine zu ersetzen. Die Offenheit der Steuerung, gepaart mit leistungsfähigen Technologiefunktionen, eröffnet der SINUMERIK 840D damit ein weites Feld von Anwendungen. Dies reicht vom Wälzfräsen komplexer Zahnräder über Unrundschleifen von Kurbel- und Nockenwellen bis hin zum spanlosen Metallumformen von Leichtmetallrädern. Auch hochkomplexe Mathematik, wie sie etwa bei der Steuerung parallelkinematisch aufgebauter Werkzeugmaschinen Anwendung findet (vgl. mav 11/97 „Hilfe, die Hexapoden kommen“), wird von der 840D gemeistert.
SINUMERIK 840D
E mav 262
ShopMill
E mav 263
ManualTurn
E mav 264
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