Elemente einer CNC-Maschine

Fertigungstechnikmatura Elemente einer CNC - Maschine von Winkler

1 Elemente einer CNC - Maschine

Neben der klassischen Aufgabe der numerischen Steuerung, die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück einer Werkzeugmaschine präzise zu steuern, kommen immer neue Aufgaben und Funktionen hinzu.

1.1 Grundausrüstung einer CNC - Maschine

ein großer, farbiger Grafik - Bildschirm für Anzeige, Programmierung, Simulation, Betrieb und Diagnosefunktionen. Die Bedienerführung im interaktiven Dialog in mindestens 2 umschaltbaren Sprachen (für Gastarbeiter oder Service im Ausland) ein Programmspeicher für mehrere Programme, Korrekturwerte, Werkzeugdaten, Nullpunkttabellen und Zyklen. BDE/MDE (Betriebs - und Maschinendaten - Erfassung) und ein automatisches Logbuch zur Dokumentation von Bedienungsfehlern, Störungsmeldungen, Funktionsabläufen, Warnungen und Eingriffen. Temperaturfehler - Kompensation wärmeabhängiger Maschinenungenauigkeiten, variable Platzcodierung der Werkzeuge zur Beschleunigung der Such - und Wechselvorgänge, Werkzeugbruch - und Standzeitüberwachung für den automatischen Betrieb, automatisches Einlesen der Werkzeugdaten in den Korrekturwertspeicher, Simultane Steuerung synchroner Haupt - und asynchroner Nebenachsen ohne Wartezeiten, Eingabe von Maschinenparameterwerten über Tastatur anstelle mühevoller Abgleicharbeiten bei der Inbetriebnahme u.v.a.m.

Für den automatischen Fertigungsablauf übernimmt die numerische Steuerung viele zusätzliche Funktionen und Aufgaben. Diese Sonderfunktionen werden folgend aufgelistet:

1.1.1 Achsen sperren

Gezieltes Stillsitzen einzelner oder aller NC - Achsen, um ein NC - Programm ohne Bewegung dieser Achsen testen zu können. Wahlweise können auch Werkzeugwechsler, Palettenwechsler, Kühlmittel oder die Hauptspindel gesperrt werden.

1.1.2 Angetriebene Werkzeuge

So werden bei Drehmaschinen eingesetzte Werkzeuge wie Bohrer oder Fräser bezeichnet, die das stehende Werkstück bearbeiten und deshalb einen eigenen Antrieb benötigen. Dazu muss die Hauptspindel bahngesteuert werden (C - Achse).

1.1.3 Asynchrone Achsen

Hilfs - oder Nebenachsen, die nicht mit den Hauptachsen interpolieren und von diesen unabhängig verfahren (z. B. Werkzeug - oder Werkstück - Handlinggeräte in einer Maschine).

1.1.4 Datenschnittstellen

Stecker zum Anschluß der CNC an übergeordnete Rechner, um Daten auszutauschen oder Fernsteuerfunktionen ausführen zu können. Auch die Werkstück - und Werkzeugerkennung erfordern solche Schnittstellen.

1.1.5 Diagnose - Software

Permanente oder speziell zu aktivierende Überwachungsfunktionen für Maschinen - und Steuerungsverhalten zwecks automatischer Dokumentation von Fehlern und deren Ursachen. Alle Daten sind auch über Schnittstellen ausgebbar.

1.1.6 Freischneiden

Am Ende einer Bearbeitung bleibt der Vorschub bei weiterdrehender Spindel für eine programmierbare Zeit stehen, bevor das Werkzeug zurückgezogen wird.

1.1.7 Korrekturwerte

Für jedes in der Maschine befindliche Werkzeug eingegebene und gespeicherte aktuelle Werkzeugdaten, die beim Abarbeiten des Programmes berücksichtigt werden. Auch Fehlerkompensationen, Nullpunktverschiebungen oder Verschleißwerte zählen dazu.

1.1.8 Offset

Elektronische Kompensation von Spanntoleranzen des Werkstückes oder der Werkzeuge, die das genaue mechanische Ausrichten oder Einstellen ersparen.

1.1.9 Scannen

Zeilenweises Abtasten einer Formfläche mit einem Taster oder einem Laserstrahl und gleichzeitiges, fortlaufendes Abspeichern der Meßwerte zwecks anschließender Nutzung der Daten zur Herstellung eines identischen oder vergrößerten bzw. verkleinerten Werkstückes.

1.1.10 Slope

Einstellbares Beschleunigen und Abbremsen der NC - Achsen, um Schläge zu vermeiden und die Mechanik zu schonen.

1.1.11 Synchrone Achsen

Alle NC - Achsen einer Maschine, die simultan interpolieren und koordiniert verfahren. Dies sind in der Regel alle Hauptachsen einer Maschine.

1.1.12 Wiederanfahren an die Kontur

Nach Werkzeugbruch oder Nothalt während der Bearbeitung muss das Werkzeug vor der Bruchstelle wieder in das unterbrochene Programm eintreten und die Bearbeitung ohne Markierungen im Werkstück fortsetzen.

1.2 CNC - Sonderfunktionen

1.2.1 Achsen tauschen

Ermöglicht die Verarbeitung von NC - Programmen, die für Fräsmaschinen mit vertikaler Spindel programmiert sind, auf Maschinen mit horizontaler Spindel und vorgesetztem Winkelkopf.

1.2.2 Blockzykluszeit

Für eine hohe Oberflächenqualität und Konturgenauigkeit muss die CNC das NC - Programm sehr schnell und ohne Vorschubschwankungen abarbeiten. Ist die Abarbeitungszeit eines Satzes kürzer als die Vorbereitungszeit für den folgenden Satz, kommt es zu Vorschubeinbrüchen. Deshalb muss die CNC über eine hohe Rechengeschwindigkeit und einen ständigen Vorrat an vorbereiteter Sätze verfügen. Ein dynamischer Pufferspeicher, der ständig nachgefüllt wird, hält eine ausreichende Anzahl vorbereiteter Sätze bereit und verhindert somit das "Achsenstottern". Reicht dieser Vorrat nicht aus, muss die Vorschubgeschwindigkeit reduziert werden.

1.2.3 Eckenverzögerung

Beim Taschenfräsen entsteht in jeder Ecke beim Eintauchen des Fräsers eine Überlastung, die zu Schäden an Werkzeug und Werkstück führen kann. Deshalb wird ein sogenanntes "Eckenbremsen" programmiert, welches den Vorschub automatisch reduziert.

1.2.4 Meßzyklen

In der CNC abgespeicherte Ablaufzyklen zum automatischen Messen von Bohrungen, Nuten oder Flächen mit einem Meßtaster und sofortiger Berechnung von Position, Bearbeitungsgenauigkeit, Toleranzen, Kreismittelpunkten, Stichmaßen oder Schräglagen. Der Einsatz von Meßtastern verlangt spezielle Eichzyklen in der CNC, um exakte Meßwerte zu erhalten.

1.2.5 NC - Hilfsachsen

Hilfsachsen müssen vollkommen unabhängig von den Hauptachsen arbeiten, um Werkzeuge oder Werkstücke unabhängig von dem Bearbeitungsablauf wechseln zu können.

1.2.6 Werkzeugverwaltung

Die Werkzeugmagazine in den Maschinen werden immer größer, die notwendige Verwaltung dafür in der CNC immer umfangreicher. Folgende Aufgaben entstehen:

Kassettengröße und Anzahl der Speicherplätze erkennen, Unterscheidung nach Eingangs - und Ausgangskassetten, vorübergehendes Sperren von bestimmten Kassetten, Schwenkgeschwindigkeit des Greifers anpassen, Kollissionsgefahr prüfen automatischer Werkzeugdatenaustausch

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