CNC-Steuerung

CNC-Funktionalitäten steigern Dynamik und Produktivität

Der Werkzeug- und Formenbau nimmt eine Schlüsselstellung innerhalb der industriellen Produktion ein. Der Prozess der Werkzeugherstellung bestimmt im entscheidenden Maße die Zielgrößen Zeit, Qualität und Kosten eines neuen Produktes. Die Leistungsfähigkeit der hier eingesetzten Automatisierungstechnik hat daher unmittelbaren Einfluss auf den Fertigungsprozess und damit auch auf die Wettbewerbsfähigkeit eines produzierenden Unternehmens.

Die High-Speed-Bearbeitung mit Sinumerik 840D bringt alle Anforderungen einer modernen Fertigung im Werkzeug- und Formenbau auf einen Nenner: maximale Geschwindigkeit, höchste Präzision und perfekte Oberflächengüte ohne Nacharbeit. Dafür sorgt ein abgestimmter Mix aus Hardware-Power und Software-Intelligenz in allen Funktionsbereichen. Mit High Speed Setting Cycle und Advanced Position Control stehen jetzt Funktionen zur Verfügung, mit denen sich die Bearbeitungszeit bei der Herstellung von Werkzeugen spürbar verkürzen und die Qualität verbessern lässt.

Die innovative Steuerungstechnik und die Antriebstechnik sind entscheidende Motoren für den kontinuierlichen Fortschritt in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Bereits heute lassen sich mit Sinumerik-Steuerungen Fräsbearbeitungszentren realisieren, deren Effizienz noch vor nicht allzu langer Zeit unmöglich schien. Ihre Präzision ist genauer als 1 µm und die Linearmotoren erreichen Beschleunigungen von weit über 1g (= 9,81 m/s2).

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Der Zyklus für High Speed Setting fasst die wesentlichen G-Codes und die Maschinen- bzw. Setting-Daten zusammen, die zur HSC-Bearbeitung erforderlich sind und verwendet diese Daten zur Anpassung der Dynamik der Maschinensteuerung an die jeweilige Bearbeitungsaufgabe: Schruppen, Vorschlichten oder Schlichten. Der Bediener braucht nur den jeweiligen Bearbeitungsmodus auszuwählen, das Weitere übernimmt die Steuerung für ihn.

Die drei Bearbeitungsarten stehen bei CAM-Programmen im HSC-Bereich in direktem Zusammenhang zur Genauigkeit und der Geschwindigkeit der Bahnkontur. Der Bediener/Programmierer gewichtet Genauigkeit und Geschwindigkeit durch die Wahl der Toleranzwerte der Bearbeitungsarten. Diese können ebenso wie die Einstellungen zur Technologie für jede Bearbeitungsart unterschiedlich gewählt werden. Der ursprünglich vom Maschinenhersteller generierte Wert kann mit dem Aufruf des Zyklus „Bearbeitung Abwahl“ wiederhergestellt werden.

Geschwindigkeitsprofil ­gemäß dem Beschleunigungsvermögen

Um Konturverletzungen zu vermeiden, stellt die Steuerung sicher, dass sich das Geschwindigkeitsprofil immer am Beschleunigungsvermögen der Antriebe orientiert. Abhängig von einem achsspezifischen Toleranzfenster kann diese Funktion mittels Splines Unstetigkeiten bei Satzübergängen glätten. Das vermeidet, dass in der Maschine mechanische Schwingungen angeregt werden und verbessert so die Oberflächenqualität der Werkstücke.

Funktionen des High-Speed-Setting-Zyklus wie Spline-Compressor, Ruckbegrenzung und Look Ahead verbessern signifikant die Eigenschaften der Maschine. Ob Geschwindigkeit, Präzision oder Oberflächengüte: Die Parameter der relevanten Funktionen werden entsprechend der jeweiligen Optimierungskriterien angepasst – eine häufig schwierige Einstellung, die der High-Speed-Setting-Zyklus deutlich vereinfacht.

Anders als die Linear-Interpolation sorgt die Spline-Interpolation für krümmungsstetige Satzübergänge. Das vermeidet Geschwindigkeitssprünge in den jeweiligen Maschinenachsen – und damit auch unerwünschte Resonanzen in den Maschinenelementen. So ermöglicht man eine Verbesserung der Verfahrgeschwindigkeit wie auch der Oberflächengüte.

Online-Konvertierung in ­Splines: Kompressor-Technologie

Ein herausragendes Feature von Sinumerik 840D zur Optimierung von Verfahrgeschwindigkeit und Oberflächengüte ist der integrierte Kompressor. Basierend auf linearen Sätzen können mit ihm Programme online in Splines konvertiert werden. Diese Funktionalität kann anwenderfreundlich im Teileprogramm aktiviert werden. Sie wurde dahingehend erweitert, dass der Spline- Kompressor auch die Orientierungsinterpolation einer 5-achsigen Maschine glättet.

Für die Produktivität von Hochgeschwindigkeitsbearbeitungszentren ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Maximalgeschwindigkeit schnellstmöglich erreicht wird. Die Beschleunigungsänderung pro Zeiteinheit, der so genannte Ruck, ist dabei derart zu begrenzen, dass Maschinenresonanzen nicht angeregt werden. Die Ruckbegrenzung in Sinumerik 840D leistet einen wesentlichen Beitrag dazu, das Steuerungs-Antriebsverhalten mit der Dynamik der Maschine in Einklang zu bringen.

Mechanische Schwingungen dämpfen mit APC

APC ist eine Funktion zur aktiven regelungstechnischen Bedämpfung mechanischer Schwingungen in Werkzeug- und Produktionsmaschinen und ist als Option erhältlich. Sie erlaubt es, bei gleichen Dynamikeigenschaften der Maschine wesentlich höhere KV-Faktoren und Ruckwerte einzustellen. Dadurch wird die Oberflächenqualität der Bauteile verbessert und die Bearbeitungszeit des Bauteils deutlich verkürzt. Voraussetzung sind eine zur Dämpfung geeignete Mechanik und zwei Messsysteme: Motormesssystem und direktes Messsystem, die beide auf der gleichen Achse montiert sein müssen. Aus dem direkten Messsystem werden Signale auf den Drehzahlsollwert aufgeschaltet und dämpfen damit das Schwingungsverhalten des Regelkreises. Am Beispiel der 5-Achs-Portalfräsmaschine MP-3130 (5F) des Maschinenhersteller Toshiba wird die zu erreichende Verbesserung der Oberflächengüte und der Geschwindigkeit verdeutlicht.

Alle Linearachsen der Maschine wurden mit APC ausgestattet. Die umfangreichen Tests ergaben, dass an der X-Achse ohne Tischbeladung, bzw. bei kleinen Werkstücken der KV-Faktor von ca. 0.5 ohne APC auf 3.3 mit APC erhöht werden konnte. Auch bei voller Beladung mit 10 Tonnen ist immer noch ein KV-Faktor von ca. 2.0 möglich. Selbst wenn aus Sicherheitsgründen der KV-Faktor auf 1.8 zurückgesetzt wird, steht ein dreimal höherer KV-Faktor zur Verfügung als ohne APC. Parallel zum KV-Faktor kann auch der Ruck wesentlich höher eingestellt werden und die Maschine ist wesentlich dynamischer.

Die Quick View Funktion erlaubt die Visualisierung von Formenbau-Teileprogrammen, die G01-Sätze enthalten.

Des Weiteren stehen folgende Funktionen zur Verfügung:

•Suchen eines bestimmten Satzes

•„Vergrößern/Verkleinern“ des Bildausschnitts

•Verschieben, Drehen

•Abstands-Messung zwischen zwei Punk­ten

•Editieren des angezeigten NC-Teileprogramms.

Vor dem Hintergrund des stetig steigenden Bedarfs an Werkzeugen, sind die Fertigungszeiten im Werkzeug- und Formenbau entscheidend für den gesamten Fertigungsprozess und die Time-to-Market von Produkten. Anwendung finden die neuen CNC-Funktionalitäten in nahezu allen Industrien, von der Automobilherstellung bis hin zu Verbrauchsgütern wie Spielzeug, Mode- oder Elektroartikel. hs

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