NC-Programmierung

NC-Programmierung
Kai Matthias Knospe
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Stand der Technik im Bereich der NC-Programmierung
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NC-Programmierung nach DIN 66025
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Programmierung mit Pro/E
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DNC - Lösung
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Werkzeugkataloge
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Stellungnahme zur Aufgabe
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Quellenangabe
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NC-Programmierung
Kai Matthias Knospe
Stand der Technik im Bereich der NC-Programmierung und Ausblick
Ausblick:
Die NC-Programmierung von Werkzeugmaschinen wird gegenwärtig in der Regel unter
Verwendung der DIN 66025 bzw. der entsprechenden internationalen Norm ISO 6983
durchgeführt. Hierbei handelt es sich um weltweit gut eingeführte Standards, die jedoch
einige gewichtige Nachteile aufweisen. Sie
stammen noch aus der Zeit der Verwendung
von Lochstreifen und höchst einfachen numerischen Steuerungen. Heute gelten diese Standards als überholt. Zur Beschreibung einfachster Bearbeitungsaufgaben werden komplexe
Programme benötigt, die für den Werker kaum
verständlich sind. Aufgrund einer Vielzahl von
Sprach-varianten und herstellerspezifischen
Erweiterungen sind NC-Programme zwischen
verschiedenen Steuerungen nicht austauschbar. Weiterhin wer-den die Anforderungen, die
die moderne Fünfachs- und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung an die Programmierung
stellen, nicht berücksichtigt. Die genannten
Gründe zeigen die Notwendigkeit einer neuen
Program-mierschnittstelle, die erhebliche Einsparungen in jedem Unternehmen möglich
macht.
NC-Programmerstellung in der Arbeitsvorbereitung
In der Arbeitsvorbereitung werden alle planerischen
Maßnahmen zur Durchführung eines Fertigauftrages
durchgeführt. Diese planerischen Maßnahmen sind
in der Fertigung zeitlich vorgeordnet. Da diese Abteilung außerhalb des Werkstattbereiches liegt, spricht
man auch von einer externen Programmierung.
Neben der Programmerstellung ist hier auch die Programmverwaltung angegliedert. Die Verbindung zu
den CNC-Werkzeugmaschinen kann über einen
DNC-Betrieb erfolgen.
vorteilhafte Programmerstellung bei:
- umfangreichen NC-Programmen
- NC-Programme für komplizierten Werkstücken
- Verwaltung von vielen NC-Programmen
- vielen CNC-Maschinen
Nachteil:
- Optimierung der NC-Programme an der CNCWerkzeugmaschine
- geringer Kontakt mit der Werkstatt
Programmerstellung im Werkstattbereich
Die NC-Programme können direkt an einem Programmierplatz in der Maschinennähe erstellt werden. Die im Werkstattbereich und die in der
Arbeitsvorbereitung erstellten NC-Programme
werden direkt an der
CNC-Werkzeugmaschine vom Maschinenbediener beim Einrichten kontrolliert und optimiert.
Das wesentliche Merkmal der neuen Sprache
ist der höhere Informations-gehalt. Während
ein Teileprogramm nach DIN 66025 Verfahr(G1, G2, G3) und Schaltbefehle (M3, M8)enthält, werden in der neuen Sprache Bearbeitungsaufgaben beschrieben. Beispiele für
Bearbeitungsaufgaben aus dem Bereich der
Fräsbearbeitung sind das Schruppen einer
Tasche oder die Bearbeitung einer zusammenhängenden Region einer Freiform-fläche.
Eine Liste von Bearbeitungsaufgaben
beschreibt alle Vorgänge, die notwendig sind,
um das Werkstück aus dem Rohteil zu erzeugen.
vorteilhafte Programmerstellung bei:
- NC-Programmen für einfache Werkstücke
- wenig CNC-Werkzeugmaschinen
- schnellen Zugriff auf vorhandenen NC-Pro
gramme
Nachteil:
- spezielle Qualifizierung des Werkstattpersonals
- bei eventuellen Maschinenstillstandszeiten ent
stehen lange Programmierzeiten
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NC-Programmierung
Kai Matthias Knospe
Die Bearbeitungsaufgaben werden Workingsteps genannt und beschreiben die Bearbeitung eines geometrischen Objektes mit einem
Werkzeug und einer Technologie.
Geometrie- und Technologieinformationen werden in ASCII-Dateien ab-gelegt. Die Schnittstelle ist dabei vollständig STEP-kompatibel.
Unter der Voraussetzung, daß neue Steuerungen sowohl Programme nach DIN 66025 als
auch nach der neuen Schnittstellendefi-nition
verarbeiten können, wird dennoch eine Migrationsstrategie für vorhandene Steuerungen
benötigt. Neben Software-Updates, die be-stehende Steuerungen mit neuen Interpretern ausstatten, sind Postpro-zessoren, die DIN 66025
aus Teileprogrammen in der neuen Sprachdefinition erzeugen, denkbar.
Da die neue Sprache Bearbeitungsaufgaben
beschreibt, ist es möglich, die Qualität der in
Teileprogrammen enthaltenen Informationen
signifikant zu erhöhen. Dies ermöglicht ein
schnelleres Verständnis vorhandener Teileprogramme und so auch deren Modifikation an der
Maschine. Modi-fizierte Programme können
gespeichert und in die Arbeitsvorbereitung
zurückgespielt werden, um so die Änderungen
für zukünftige Aufrufe des Programms zu erhalten.
Durch den höheren Informationsgehalt an der
Steuerung können Pro-gramme für Freiformflächenbearbeitung flexibler gehandhabt werden,
durch die Verwendung höherer Interpolationsverfahren ergibt sich eine bessere Werkstükkoberfläche.
Die Verwendung der STEP-Norm für die Geometriebeschreibung von Roh- und Fertigteil
ermöglicht einen konvertierungsfreien Datenaustausch zwischen CAD, CAM und NC. Geometriedaten können so direkt aus CAD-Systemen übernommen werden. Für die 2½-D Fräsbearbeitung können Bearbeitungsfeatures
direkt aus featureorientierten CAD-Systemen
über-nommen werden.
In der ISO-Arbeitsgruppe TC184/SC1/WG7
„Data modelling for integra-tion of physical
devices" wurde von führenden Steuerungs- und
Maschinenherstellern sowie Forschungsinstituten ein Entwurf einer neuen Programmierschnittstelle für die 2½-D und 3-D Fräsbearbeitung erarbeitet.
Bereits beim Entwurf der Programmierschnittstelle wurde das Ziel einer einfachen Integration der Funktionalität in bestehende Steuerungen berücksichtigt.
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NC-Programmierung
Kai Matthias Knospe
NC-Programmierung nach DIN 66025
Aufbau eines NC-Programms
Der grundsätzliche Aufbau eines NC-Programms ist nach DIN 66025 genormt.
Aufbaustruktur des NC-Programms:
Ein vollständiges NC-Programm besteht aus
folgenden Bestandteilen.
Struktur eines Programmsatzes
Jeder Satz besteht aus einer Satznummer,
einer Anzahl von Wörtern sowie einem speziellen Steuerzeichen, das der CNC-Steuerung
mitteilt, wann ein NC-Satz zu Ende ist.
Sätze:
· Enthalten alle erforderlichen Informationen
für einen bestimmten Arbeitsschritt
· Kennzeichen durch Satz-Nr.
Sätze bestehen aus Programmwörtern
Der Programmanfang besteht aus einem Zeichen oder einem Befehl (Bsp.%), der der Steuerung mitteilt, daß nun ein NC-Programm folgt.
Zusätzlich beinhaltet die erste Zeile auch einen
Namen (Progr.-Nr.) Beide Merkmale dienen
auch der Verwaltung der NC-Programme sowie
ihrem Aufruf an die Steuerung
Die Namen von NC-Programmen können
alphanumerische Zeichen beinhalten.
Bei den meisten CNC-Steuerungen werden 2
bis 6-stellige Zeichenfolgen für die Benennung
benutzt.
Anweisungen:
- bereiten Steuerung vor
- Ausführung nur mit entsprechenden Zusatz
bedingungen
- erklären die Anweisung näher
- Bedingungen zur Ausführung
Beispiel:
Fahre im Eilgang nach X-Koordinate 40 und ZKoordinate 60
Sätze:
Ein NC-Programm besteht aus einer chronologischen Folge von Sätzen.
In ihnen sind die
- programmtechnischen,
- geometrischen und
- technischen
Informationen enthalten, die die CNC-Steuerung für jeden Bearbeitungsschritt benötigt.
N10 G00 X40 Z60
Struktur eines Programmwortes
- Ein Wort besteht aus einem Adreßbuchsta
ben und einer Zahl mit Vorzeichen.
- Die Bedeutung und die Reihenfolge sind in
den Programmieranleitungen der jeweiligen
CNC-Steuerungssysteme festgelegt.
- Die Zahl besitzt dabei in Abhängigkeit vom
Adreßbuchstaben entweder die Bedeutung
eines Codes oder die eines Wertes.
- Bei den meisten CNC-Steuerungen kann das
positive Vorzeichen „+“ im NC-Programm
weggelassen werden.
Programmende:
wird durch den Programmend-Befehl (z.B.
M30) programmiert
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NC-Programmierung
Kai Matthias Knospe
Die Reihenfolge der Wörter in einem NCSatz ist wie folgt festgelegt:
Adresse
N
G
X,Y,Z
I,J,K
F
S
T
M
Vorschub F
- die Geschwindigkeit, mit der sich das Werk
zeug bewegen soll wird meist in mm/min ein
gegeben
- beim Drehen ist sie auf eine Spindelumdre
hung bezogenen Einheit mm/U möglich
Bedeutung
Satznummer
Wegbedingung
Koordinaten
Interpolationsparameter
Vorschub (engl. Feed)
Spindeldrehzahl (engl. Speed)
Werkzeugposition (engl.- Tool)
Zusatzfunktion
Spindeldrehzahl S
- dient zur Eingabe der Spindeldrehzahl
kann in Umdrehungen pro Minute direkt pro
grammiert werden
Werkzeugposition T
- bezeichnet ein bestimmtes Werkzeug
- ist je nach Steuerung unterschiedlich und
kann folgende Aufgaben haben:
- Abspeichern der Werkzeugmaße im Werk
zeugkorrekturspeicher
- Aufruf des Werkzeuges aus dem Werkzeug
magazin
In einem Satz können diejenigen Wörter weggelassen werden, für die in diesem Satz keine
Informationen benötigt werden.
Satznummer N
- das erste Wort eines Satzes kennzeichnet
den Satz
- darf in einem NC-Programm nur einmal ver
geben werden
- hat keinen Einfluß auf die Abarbeitung der
einzelnen Sätze, da sie nach der Reihenfol
ge ihrer Eingabe in die Steuerung abgerufen
wird
Zusatzfunktion M
- auch Hilfsfunktion genannt, enthalten vorwie
gend technologische Angaben, soweit diese
nicht in den dafür vorgesehenen Wörtern,
z.B. mit den Adressbuchstaben F, S, T pro
grammiert werden
- wird mit dem Adressbuchstaben M und einer
Schlüsselzahl eingegeben
Wegbedingung G
- legt mit den Wörtern für die Koordinaten im
wesentlichen den geometrischen Teil des
NC-Programmes fest
- besteht aus dem Adreßbuchstaben G und
einer zweistelligen Schlüsselzahl
- Koordinaten X, Y, Z beschreiben die
Zielpunkte, die für die Verfahrbewegungen
benötigt werden
- Interpolationsparameter I, J, K dienen
zur Beschreibung der Kreisbewegung des
Kreismittelpunktes
- werden meist inkremental eingegeben
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Programmierung mit Pro/E
Die maschinenunabhängige, durch graphische Simulation der Bearbeitung unterstützte
Erstellung von NC-Programmen bietet im
Gegensatz zur Eingabe des DIN 66025-Codes
an der NC-Steuerung Vorteile bei Werkstücken
mit komplexen Konturen.
Der Postprozessor:
Unter einem Postprozessor im NC-Bereich
versteht man ein Softwarepaket, welches
maschinenneutrale CLDATA (Cutter location
data) in maschinenspezifische NC-Programme
umsetzt. Dabei sind sowohl das CLDATA Format (DIN 66215) als auch der NC-Programmaufbau (DIN 66025) genormt.
Leider weichen sehr viele Steuerungen von
dieser Norm ab. Es ist deshalb notwendig, die
wichtigsten Maschinenbefehle nicht nach DIN
sondern maschinenspezifisch abzudecken.
Die ‘Programmierung’ einer NC-Maschine über
Pro/E bedeutet für eine Firma aber erst einmal
einen hohen finanziellen Aufwand:
- Kosten für das Programm
- Schulungskosten für die Mitarbeiter
- hohe Hardwareanforderung.
Zusammenfassung:
Durch einmal eingegebene Werkzeuge, welche
z.B. im Unternehmensnetzwerk jedem zur Verfügung stehen, kann man schnell und ohne
Studium von Einrichteblättern auf das Werkzeug zugreifen.
Vorteile:
- Kontrolle der Ergebnisse am Bildschirm
- komplexe Konturen leicht zu erstellen
- Übersetzung der Konstruktion für beliebige
Werkzeugmaschinen
- Konstruktion und Programmierung für die
Fertigung in ‘einem’ Arbeitsschritt
- Werkzeugdaten / -maschinen speicherbar,
kein langes Studium von Einrichteblättern
- keine NC-Programmierkenntnisse erforderl
ich
Dadurch, daß man die Ergebnisse der Programmierung direkt nach deren Abschluß vom
Computer simuliert bekommt, also bevor die
Werkzeugmaschine das Programm erhält, kann
man Fehler einfacher finden und korrigieren.
Problematischer gestaltet sich die Änderung eines Programms:
Die Programmierung der Konstruktion bis
hierher ist für die Werkzeugmaschinen nicht
verständlich, das heißt man benötigt noch eine
Konvertierung auf die jeweilige Werkzeugmaschine.
Dies wird erreicht in dem nach dem eigentlichen "Programmieren“ ein bis dahin neutraler
Code durch einen Postprozessorlauf konvertiert wird. Das hat meist zur Folge, daß z.B. ein
Zyklus in viele G01 / G02 Sätze aufgelöst wird.
Es entsteht ein voluminöser Programmcode,
der für den CNC-Programmierer nur schwer
nachvollziehbar ist, und damit ein Problem darstellt, wenn dieser Code geändert werden soll.
Nachteile:
- hohe Kosten für das Unternehmen, deshalb
nicht für alle Firmen lohnend
- erzeugter Programmcode sehr umfangreich
und schwer nachvollziehbar
- Nähe zwischen Maschinenbediener und Kon
strukteur / Programmierer geht verloren, das
heißt die Erfahrungen des Bedieners fließen
nicht in die Programmierung mit ein.
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DNC
Zusatzfunktionen des DNC-Systems:
- zentrale Verwaltung von Werkzeugen und
Werkzeugkorrekturdaten
- Anschluß von Werkzeugvoreinstellgeräten
- Paletten und Werkstückverwaltung
- zeitliche Vorgabe und Einteilung von Bear
beitungsfolgen
- Steuerung des Materialflusses
- zentrale Sicherung der aktuellen Datenbe
stände
- zentrale Betriebsdaten- und Maschinener
fassung (BDE, MDE) mit grafischer Auswert
ung
- NC-Programmierung mit Postprozessorüber
setzung
- grafische Simulation mit Darstellung der
Werkzeug-, Spannmittel- und Werkstückkon
tur
DNC – Betrieb
Merkmale des DNC – Betriebs DNC ist die
Abkürzung für direkt numerical control und
bezeichnet eine Betriebsart, bei der mehrere
NC- und CNC-Maschinen sowie weitere Geräte
miteinander verbunden sind. Zu diesen Geräten können beispielsweise Werkzeugvoreinstellgeräte, Meßmaschinen, Programmierarbeitsplätze und eine zentrale Material- und
Werkzeugverwaltung gehören.
Die Verbindung zwischen den einzelnen
Bestandteilen eines DNC-Systems wird über
einen Datenbus realisiert. Um diese Informationen gezielt ermitteln und verteilen zu können,
werden spezielle Schnittstellen benötigt, über
die alle angeschlossenen Teile des DNC-Netzes mit dem Leitrechner verbunden werden.
Der Leitrechner kann Maschinen- und Fertigungsdaten ermitteln, Betriebsarten umschalten, Speicherplätze gezielt ansprechen, lesen
und schreiben sowie die den Maschinen vorgeschalteten Computer automatisch fernsteuern.
Vorteile des DNC – Betrieb
Der Einsatz eines DNC – Betriebs hat
gegenüber der Lösung mit einzelnen CNCWerkzeugmaschinen die folgenden Vorteile:
Dateneingabe und Datenverarbeitung im
DNC – Betrieb
Durch die Struktur eines DNC-Systems ist
die Eingabe von Daten an unterschiedlichen
Geräten möglich. Diese können weit voneinander entfernt sein.
Kleinere NC-Programme können direkt an
der CNC-Maschine geschrieben werden. Zur
Erstellung umfangreicher oder komplizierter
NC-Programme ist der externe Programmarbeitsplatz zu bevorzugen.
- Verbesserung der betrieblichen Organisation
- schnelle Zugriffsmöglichkeiten auf Pro
gramme und zusätzliche Informationen
- Verringerung der Stillstandzeiten der CNCMaschinen durch die kontinuierliche Bereit
stellung von NC-Programmen, Werkzeugen
und Material
- Reduzierung von Dateneingabebefehlern
- Betriebsdaten- und Maschinendatenerfas
sung (BDE, MDE) ermöglichen dem Anwen
der eine ständige Überwachung und Doku
mentation von Produktionsdaten (Maschinen
laufzeiten, Ausfallzeiten, Nebenzeiten usw.),
Wartungshinweisen und Hinweisen auf Aus
fallursachen
Grundfunktionen des DNC-Systems:
- Speicherung und Verwaltung von NC-Pro
grammen
- zeitgerechte Verteilung der NC-Programme
zu den Maschinen
- Rückübertragung korrigierter oder optimierter
NC-Programme von den Maschinen zu den
zentralen Datenspeichern
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Kai Matthias Knospe
Werkzeugkataloge
Am Beispiel Firma Walter:
Meine persönliche Ansicht:
Vorweg einmal fällt es mir schwer an die
Zukunft dieses Werkzeugkatalogs der Firma
Walter zu glauben. Das heißt auch, daß aus
meiner Sicht die Nachteile überwiegen.
Ich arbeitete am Anfang des Jahres bei Firma
Varta in Stöcken. Bei einem einführendem
Rundgang durch die Fertigung wurde mir auch
die Computerausstattung gezeigt.
Diese reicht unter Umständen für einen Besuch
im Internet, aber nicht für die Seiten der Firma
Walter! Sicher steht Varta nicht für alle Firmen,
kann doch aber meines Erachtens als Stellvertreter für viele Firmen herangezogen werden.
Die Firma Walter hat Ihren Online-Katalog derart umständlich aufgebaut, daß es zumindest
einer Auflösung von 1280*1024 Bildpunkten
bedarf, um nicht zuviel ‘scrollen’ zu müssen.
Die Suchfunktionen der Seite sind mehr als
dürftig:
“Hier können Sie bequem Ihre Produkte auswählen” - Ein schlechter Witz!
Man kann nur nach Schlüsselwörtern suchen,
keine Produktgruppen oder Trefferzahl eingrenzen.
Die eingebaute Hilfefunktion führt zu der lapidaren Bemerkung ‘Not Available’ - die Hilfe zur
Suche kann gar überhaupt nicht gefunden werden ‘404 - not found’
Ein guter Ansatz ist es dagegen, sich die DXF Datei des Werkzeugs herunterladen zu können.
Warum gibt es kein vorbereitetes Werkzeug für
Pro/NC und dergleichen?
Die CAD - Zeichnung kann man sich auch im
Browserfenster ansehen - vorrausgesetzt man
hat das viewer - Plug In installiert.
Warum macht sich Firma Walter das so
schwer? Mit einem sinnvollen Seitenaufbau,
zeitgemäßer Such- und Darstellungsfunktion
und intuitiver Bedienung könnte die Seite den
gedruckten Katalog überflüssig machen!
Die Firma Walter stellt auf ihrer Internet-’seite’
einen Werkzeugkatalog mit vorragig ihren eigenen Werkzeugen zur Verfügung. Jeder (mit
Internetanschluß) kann auf diese Seiten zugreifen, und sich mehr schlecht als recht zu den
Werkzeugen durchhangeln.
Vorteile:
- immer aktuell
- jeder Projektbeteiligte hat somit die gleiche
Version
- übernahme der Werzeugdaten die benötigt
werden in eigene Programme
- kein blättern mehr in ‘dicken Wälzern’
- umweltfreundlich, weil nicht gedruckt
- DXF - Autocad - Datei zum herunterladen
Nachteile:
- nur Online, viele Anwender haben gern was
gedrucktes in der Hand
- jede Abteilung, die diesen Katalog benötigt,
benötigt einen Internetanschluß
- dadurch eventuell hohe Kosten
- keine Werkzeugdatei für z.B. Pro/NC
- Browser - Plug In für CAD Darstellung erforderlich
- ungenügende Übersicht der Seite
- keine Hilfe
- Suchfunktion sehr dürftig
- man wird beim ‘browsen’ genötigt die Seiten
in der Reihenfolge zu sehen wie Firma Walt
er es sich vorstellt, denn die Knopfleiste für
VOR und ZURÜCK wird einem genommen
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NC-Programmierung
Kai Matthias Knospe
kritische Stellungnahme zur Aufgabe
Ablauf:
Internetsuche
Download aller relevanten Internetseiten
Sichten der brauchbaren Artikel
zusammenfassen der Artikel passend zur
Aufagabe
Diese vorliegende Ausarbeitung
Besonderheiten:
Die wesentliche Besonderheit dieser Augabe
liegt darin das Produkt einer Firma zu testen
und zu beurteilen (Walter / PTC), was einer
Umfrage der Firmen gleichkommt.
Bearbeitungsaufwand:
Durch umfassenden Umgang mit der Nc-Programmierung nach DIN 66025 stellen die
ersten beiden Punkte der Aufgabenstellung
kein Problem dar.
Kritisch ist dagegen Punkt 3, da der Kenntnisgewinn im Verlauf der Vorlesung den Möglichkeiten von Pro/E nicht gerecht wird, und es
unter Umständen dadurch zu negativen Bewertungen kommt.
Die folgenden Punkte sind im Prinzip nur durch
ausgiebige Internetrecherche zu erfüllen, da
Sie in der Vorlesung kaum behandelt wurden.
Kai Matthias Knospe
Matrikel-Nr.: 93 96 34
[email protected]
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Quellenangabe
Internetadressen:
http://www.ad.siemens.de/mc/html_00/branches/metal/index.htm
http://ww2.walter-ag.de/scripts/wgate/walter_pcat/!?~language=DE&ostore=WBAU1_D&~okcode=START
http://www.cnc-club.de
Walter Werkzeugkatalog
Vorlesungsskript
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