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2015 | Buch

Historische Entwicklung der NC-Fertigung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

CNC-Handbuch 2015/2016

CNC · DNC · CAD · CAM · FFS · SPS · RPD · LAN CNC-Maschinen · CNC-Roboter · Antriebe · Energieeffizienz Werkzeuge · Industrie 4.0 · Fertigungstechnik · Richtlinien Normen · Simulation · Fachwortverzeichnis

verfasst von: Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz

Verlag: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einführung in die CNC-Technik

Frontmatter
1. Historische Entwicklung der NC-Fertigung
Zusammenfassung
Ein Rückblick auf die Einführung und Entwicklung der NC-Technik soll zeigen, dass nicht nur technische Gesichtspunkte eine wichtige Rolle spielten. Richtige und falsche Management-Entscheidungen, der Beginn der Globalisierung und insbesondere die japanische Herausforderung waren wesentlich an der Gesamtveränderung des Marktes und der Fertigungslandschaften beteiligt.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
2. Meilensteine der NC-Entwicklung
Zusammenfassung
Die Idee zur Steuerung eines Gerätes durch gespeicherte Befehle, wie heute bei NC-Maschinen eingesetzt, lässt sich bis ins 14. Jahrhundert zurückverfolgen. Es begann mit Glockenspielen, die man durch Stachelwalzen ansteuerte.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
3. Was ist NC und CNC?
Zusammenfassung
Der Begriff NC wurde aus der amerikanischen Fachsprache übernommen und steht als Abkürzung für „Numerical Control“, auf deutsch „Numerische Steuerung“, d. h. Steuerung durch Eingabe von Zahlen. CNCs („Computerized Numerical Control“) sind Numerische Steuerungen auf Computerbasis zur Steuerung und Regelung von Werkzeugmaschinen. Hier werden die wesentlichen Grundbegriffe erklärt.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz

Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen

Frontmatter
1. Weginformationen
Zusammenfassung
Das grundsätzlich Neue bei der numerischen Steuerung von Maschinenbewegungen ist die Programmierung der Weginformationen. Bei Werkzeugmaschinen sind dies die direkten Positionswerte für jede NC-Achse mit einer Auflösung von beispielsweise 1/1000 mm. Die für Bahnsteuerungen erforderliche kontinuierliche Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück wird simultan für jede NCAchse in der CNC fortlaufend berechnet und geregelt.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
2. Schaltfunktionen
Zusammenfassung
Das grundsätzlich Neue bei der numerischen Steuerung von Maschinenbewegungen ist die Programmierung der Weginformationen. Bei Werkzeugmaschinen sind dies die direkten Positionswerte für jede NC-Achse mit einer Auflösung von beispielsweise 1/1000 mm. Die für Bahnsteuerungen erforderliche kontinuierliche Steuerung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück wird simultan für jede NCAchse in der CNC fortlaufend berechnet und geregelt.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
3. Funktionen der numerischen Steuerung
Zusammenfassung
Numerische Steuerungen wurden durch die Integration der Rechnertechnik immer kleiner, schneller, leistungsfähiger und bedienungsfreundlicher. Seit der Entwicklung der ersten CNCs ab 1975 kamen ständig neue Funktionen und Aufgaben hinzu, insbesondere mit dem Ziel, den Automatisierungsgrad und die Zuverlässigkeit der CNCMaschinen zu verbessern. Steuerungen auf Rechnerbasis machen die Maschinen, die sie steuern und die Menschen, die sie nutzen durch umfangreiche Funktionen produktiver.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
4. SPS – Speicherprogrammierbare Steuerungen
Zusammenfassung
Die Bedeutung Speicherprogrammierbarer Steuerungen hat stetig zugenommen. Sie ersetzen nicht nur die früher verwendeten Relaissteuerungen, sondern übernehmen auch viele zusätzliche Steuerungsfunktionen und Diagnoseaufgaben. Von besonderer Bedeutung ist die heutige CNC-integrierte Soft-SPS mit Datenschnittstellen.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
5. Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine
Zusammenfassung
Die CNC hat die Entwicklung von wesentlichen Baugruppen der Werkzeugmaschinen nachhaltig verändert und führt auch zu neuen Maschinenkonfigurationen und Automatisierungseinrichtungen.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz

Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

Frontmatter
1. Vorschubantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen
Zusammenfassung
Positionsgeregelte Vorschubantriebe sind eine wichtige Komponente jeder CNC-Maschine. Sie bestimmen in starkem Maß sowohl die Produktivität der Maschine, als auch die Qualität der Werkstücke. Die daraus resultierenden hohen Anforderungen haben inzwischen zum fast standardmäßigen Einsatz von geregelten Drehstrom-Synchronmotoren beigetragen. Auf diesem Prinzip beruht auch der für hohe Ansprüche entwickelte Synchron-Linearmotor.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
2. Hauptspindelantriebe
Zusammenfassung
Drehstrom-Kurzschlussläufer-Asynchronmotoren waren lange Zeit in Verbindung mit Schaltgetrieben die vorwiegend eingesetzten Antriebsmotoren für Hauptspindeln. Diese Motoren können heute in Grenzen auch drehzahlgeregelt über Frequenzumrichter betrieben werden. Ist jedoch die Nutzung der Hauptspindel als C-Achse vorgesehen, steht auch hier der Drehstrom-Synchronmotor im Vordergrund. Dieser Antrieb wird aufgrund seiner weiteren technischen Vorteile trotz des etwas höheren Preises zunehmend generell bevorzugt. Die Gründe dafür werden hier erläutert.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
3. Prozessadaptierte Auslegung von Werkzeugmaschinenantrieben
Zusammenfassung
Innovative Antriebstechnik muss die aktuellen Anforderungen und die spezifischen Anwenderwünsche mit den verfügbaren technologischen Möglichkeiten in hocheffiziente Lösungen umsetzen. Dazu müssen Elektronik, Software und Mechanik von der Berechnung bis zur Ausführung passgenau integriert und optimiert sein, um auch die heutigen ökonomischen und ökologischen Ansprüche an moderne Antriebe zu erfüllen.
Paul Helmut Nebeling
4. Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter
Zusammenfassung
Abhängig von der Anwendung bzw. des Einsatzes der Spindel ist deren Auslegung vorzunehmen. Die jeweiligen veränderlichen Spindelparameter werden durch die Prozessgrößen Schnittgeschwindigkeit und Zerspankraft definiert. Liegt der Fokus der Bearbeitung beispielsweise auf Schwerzerspanung mit hohen Schnittkräften und damit einhergehend geringen Schnittgeschwindigkeiten, dann muss die Auslegung der Hauptspindel anders erfolgen als bei einem Spindeldesign für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen.
Michael Häußinger, Hans-Christian Steinbach

Die Arten von nummerisch gesteuerten Maschinen

Frontmatter
1. CNC-Werkzeugmaschinen
Zusammenfassung
Der Einfluss numerischer Steuerungen auf den Werkzeugmaschinenbau führte im Verlauf der Entwicklung zu teilweise völlig neuen Maschinen und zusätzlichen mechanischen Automatisierungseinrichtungen. Heute ist die CNC-Maschine der Grundbaustein moderner Fertigungseinrichtungen.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
2. Generative Fertigungsverfahren
Zusammenfassung
Generative Fertigungsverfahren beruhen auf dem Grundgedanken des schichtweisen Aufbaus von Bauteilen, d. h. das Bauteil wird durch die Erzeugung einzelner Schichten additiv aufgebaut. Die Fertigung der Geometrien erfolgt aus formlosen (Flüssigkeiten, Pulver) oder formneutralen Materialien (Band, Draht, Papier, Folie) mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse über eine CAD-CAM Kopplung direkt aus den digital erzeugten CAD-Datenmodellen.
Hans B. Kief, Michael Ott, Johannes Schilp, Michael F. Zäh
3. Flexible Fertigungssysteme
Zusammenfassung
Flexible Fertigungssysteme sind so unterschiedlich wie die Fertigungsaufgaben, die sie lösen sollen. Den Kombinationsmöglichkeiten von Maschinen, Werkstücktransport- und Steuerungssystem sind keine Grenzen gesetzt.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
4. Industrieroboter und Handhabung
Zusammenfassung
Industrieroboter haben ähnliche Kennzeichen und Merkmale wie CNC-Maschinen, jedoch sehr unterschiedliche Kinematiken und spezielle, flexible Steuerungen. Die Aufgabenbereiche, die besonderen Anforderungen und die Programmierung sind ebenfalls sehr unterschiedlich. In weniger als vierzig Jahren haben sie die industrielle Landschaft deutlich verändert.
Alexander Bay, Christian Schmid
5. Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung
Zusammenfassung
Wegen des globalen Wettbewerbs und der ständig steigenden hohen Energiekosten ist auch in der Industrie das Thema Kostensparen sehr wichtig geworden. Deshalb ist es notwendig, das Thema „Energiesparen im Betrieb“ nach mehreren Gesichtspunkten einer kritischen Überprüfung zu unterziehen. Dabei werden sich immer Möglichkeiten finden, die mehr oder weniger effizient sind. Auf keinen Fall dürfen dabei die Sicherheit des Personals, die Betriebssicherheit der Maschinen oder die Fertigungseffizienz, d. h. die Produktivität, in Frage gestellt werden.
Alexander Bay, Christian Schmid

Werkzeuge in der CNC-Fertigung

Frontmatter
1. Aufbau der Werkzeuge
Zusammenfassung
Bei der manuellen Bearbeitung kann man sofort auf Unregelmäßigkeiten oder Probleme reagieren. Bei der Bearbeitung in der CNC Maschine muss im Voraus an jedes mögliche Problem gedacht werden. Deshalb ist es wichtig, die Möglichkeiten und Besonderheiten der Werkzeuge gut zu kennen und diese präzise formulieren zu können.
Walter Götschi
2. Werkzeugverwaltung (Tool Management)
Zusammenfassung
Bevor auf einer CNC-Maschine ein Fertigteil erstellt werden kann, sind eine Reihe von Vorbereitungen zu treffen. Dabei spielen die Werkzeuge in Zusammenhang mit der NC-Programmierung, dem Einkauf, dem Rüsten, dem Ausmessen und der Überwachung eine wichtige Rolle. Seit einigen Jahren wird deshalb bei den meisten Firmen über eine strukturierte Werkzeugverwaltung gesprochen oder eine solche bereits eingesetzt.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
3. Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung
Zusammenfassung
Zur sicheren Produktion von Gutteilen müssen die systematischen Anteile der prozessbedingten Schwankungen von Maschinengeometrie, Rohteilposition und Bearbeitungsergebnis durch geeignete Korrekturmaßnahmen steuerungsseitig kompensiert werden. Hierzu sind charakteristische geometrische Größen hauptzeitnah messtechnisch zu erfassen. Der Einsatz von schaltenden und messenden Sensoren in der CNCWerkzeugmaschine kann diese Aufgabe, bei gleichzeitig größtmöglicher Flexibilität, zuverlässig erfüllen.
Jan Linnenbürger
4. Lasergestützte Werkzeugüberwachung
Zusammenfassung
Für prozessnahe Werkzeugmessungen im Arbeitsraum der CNC-Maschine übernehmen lasergestützte Messsysteme eine wichtige Aufgabe. Durch die hohe Wiederholgenauigkeit ihres Schaltpunktes lassen sich Messgenauigkeiten innerhalb weniger Mikrometer erreichen. Bohrungsmessköpfe arbeiten nach dem gleichen Prinzip und ihre Messgenauigkeit ist vom Messsystem der CNC-Maschine völlig unabhängig. In Kombination mit nachstellbaren mechatronischen Werkzeugsystemen lässt sich die Maßhaltigkeit der Werkstücke wesentlich verbessern.
Alexander Blum

NC-Programm und Programmierung

Frontmatter
1. NC-Programm
Zusammenfassung
Kenntnisse über den Aufbau und die Struktur von NC-Programmen sind zum besseren Verständnis der numerischen Steuerung vorteilhaft. Für manuelle Programm-Korrekturen an der CNC-Maschine sind sie unerlässlich.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
2. Programmierung von CNC-Maschinen
Zusammenfassung
Die Wirtschaftlichkeit von CNC-Maschinen ist weitgehend von der Programmiermethode und der Leistungsfähigkeit des verwendeten Programmiersystems abhängig. Je schneller fehlerfreie Programme an der Maschine zur Verfügung stehen, desto effektiver und flexibler ist die NC-Fertigung.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
3. NC-Programmiersysteme
Zusammenfassung
NC-Programmierung. Je nach Art der Fertigung sind dabei die Prioritäten unterschiedlich. Oft kommen die Daten der zu fertigenden Werkstücke aus verschiedenen Quellen. Vor der Festlegung auf ein bestimmtes Programmiersystem sollte deshalb der Anwender die Kriterien genau kennen.
Ralf Weissinger, Roland Aukschlat, Franz Imhof, Helmut Zeyn
4. Fertigungssimulation
Zusammenfassung
Die Simulation technischer Systeme und Prozesse gilt als eine der Schlüsseltechnologien für die computerunterstützte Produktentwicklung und Produktionstechnik. Ziel der Fertigungssimulation sind fehlerfreie Fertigungsabläufe, Optimierung der Bearbeitungszeiten und insgesamt eine verbesserte Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der gesamten Fertigung.
Karl-Josef Amthor, Franz Imhof, Karsten Kreusch, Stefan Großmann, Helmut Zeyn

Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0

Frontmatter
1. DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control
Zusammenfassung
Die Vernetzung von Computern zählt heute zum allgemeinen Standard. Die gleiche Vernetzungstechnik ist auch für NC-Maschinen nutzbar und bietet so viele Vorteile, dass kein Fertigungsbetrieb darauf verzichten sollte.
Edgardo Mantovani
2. LAN – Local Area Networks
Zusammenfassung
Informationen im Betrieb werden immer wichtiger und gelten als wesentlicher Produktionsfaktor. Dafür ist es notwendig, dass alle erforderlichen Informationen auch zum richtigen Zeitpunkt bei den angeschlossenen Benutzern zur Verfügung stehen. Diese Aufgabe übernimmt das innerbetriebliche Datennetz.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
3. Digitale Produktentwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM
Zusammenfassung
Erläutert wird, was heute in der Produktentwicklung und Fertigung mittels C-Technologien möglich ist. Die Automobilindustrie übernimmt aufgrund der hohen Produktionsstückzahlen dabei eine Vorreiterrolle. In der Praxis ist der wichtigste Informationsträger zwischen Entwicklung und Fertigung allerdings nach wie vor die technische Zeichnung, die meist von 3D-Modellen in 3D-CAD-Systemen abgeleitet wird.
Niels Göttsch, Thomas Tosse, Helmut Zeyn
4. Industrie 4.0
Zusammenfassung
Industrie 4.0, in Anlehnung an die drei vergangenen industriellen Revolutionen auch als die „Vierte industrielle Revolution“ bezeichnet, ist mittlerweile zu einem Synonym für die smarte Produktionstechnik der Zukunft geworden.
Der Kern dieser modernen Industriellen Revolution besteht in der systemübergreifenden, globalen Vernetzung von Menschen, Anlagen und Produkten und der selbstständigen und dezentralen Organisation und Steuerung von Produktionseinheiten. Durch die nahezu nahtlose Verschmelzung von realer und virtueller Welt können Anlagen und Werkzeuge einer Fertigung nahezu in Echtzeit mit individuell wechselnden Produktansprüchen koordiniert werden.
Johann Hofmann
5. Anwendung der durchgängigen Prozesskette in der Dentalindustrie
Zusammenfassung
Die wirtschaftliche Fertigung von individuellen Produkten ist das Hauptziel von Industrie 4.0. Da jeder Zahnersatz individuell ist und doch in Masse gefertigt werden muss, ist die Dentalbranche ein Vorreiter von Industrie 4.0.
Hans B. Kief, Helmut A. Roschiwal, Karsten Schwarz
Backmatter
Metadaten
Titel
CNC-Handbuch 2015/2016
verfasst von
Hans B. Kief
Helmut A. Roschiwal
Karsten Schwarz
Copyright-Jahr
2015
Verlag
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
Electronic ISBN
978-3-446-44356-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-446-44356-3

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