CNC-Handbuch 2015/2016 (eBook)

Vorwort 5
Inhaltsübersicht 6
Inhaltsverzeichnis 8
Tabellenübersicht 16
Teil 1 - Einführung in 
19 
1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung 21
1.1 Erste Nachkriegsjahre 21
1.2 Wiederaufbau der Werkzeugmaschinenindustrie 22
1.3 Die Werkzeugmaschinenindustrie in Ostdeutschland 22
1.4 Weltweite Veränderungen 24
1.5 Neue, typische NC-Maschinen 27
1.6 Der japanische Einfluss 27
1.7 Die deutsche Krise 28
1.8 Ursachen und Auswirkungen 28
1.9 Flexible Fertigungssysteme 29
1.10 Weltwirtschaftskrise 2009 30
1.11 Situation und Ausblick 31
1.12 Fazit 33
2 Meilensteine der NC-Entwicklung 35
3 Was ist NC und CNC? 39
3.1 Der Weg zu NC 39
3.2 Hardware 40
3.3 Software 42
3.4 Steuerungsarten 42
3.5 NC-Achsen 44
3.6 SPS, PLC 45
3.7 Anpassteil 47
3.8 Computer und NC 47
3.9 NC-Programm und Programmierung 49
3.10 Dateneingabe 52
3.11 Bedienung 53
3.12 Zusammenfassung 56
Teil 2 - Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen 61
1 Weginformationen 63
1.1 Einführung 63
1.2 Achsbezeichnung 63
1.3 Lageregelkreis 66
1.4 Positionsmessung 69
1.5 Kompensationen 83
2 Schaltfunktionen 96
2.1 Erläuterungen 96
2.2 Werkzeugwechsel 97
2.3 Werkzeugwechsel bei Drehmaschinen 97
2.4 Werkzeugwechsel bei Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren 98
2.5 Werkzeugidentifikation 102
2.6 Werkstückwechsel 103
2.7 Drehzahlwechsel 107
2.8 Vorschubgeschwindigkeit 108
2.9 Zusammenfassung 108
3 Funktionen der numerischen Steuerung 113
3.1 Definition 113
3.2 CNC-Grundfunktionen 113
3.3 CNC-Sonderfunktionen 119
3.4 Kollisionsvermeidung 123
3.5 Integrierte Sicherheitskonzepte für CNC-Maschinen 130
3.6 Anzeigen in CNCs 146
3.7 CNC-Bedienoberflächen ergänzen 147
3.8 Offene Steuerungen 150
3.9 Preisbetrachtung 
153 
3.10 Vorteile neuester CNC-Entwicklungen 155
3.11 Zusammenfassung 156
4 SPS – Speicher­programmierbare Steuerungen 161
4.1 Definition 161
4.2 Entstehungsgeschichte der SPS 161
4.3 Aufbau und Wirkungsweise von SPS 162
4.4 Datenbus und Feldbus 165
4.5 Vorteile von SPS 170
4.6 Programmierung von SPS und Dokumentation 172
4.7 Programm 174
4.8 Programmspeicher 175
4.9 SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb 
176 
4.10 SPS-Auswahlkriterien 177
4.11 Zusammenfassung 179
4.12 Tabellarischer Vergleich CNC/SPS 179
5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine 185
5.1 Maschinenkonfiguration 185
5.2 Maschinengestelle 187
5.3 Führungen 188
5.4 Maschinenverkleidung 190
5.5 Kühlmittelversorgung 191
5.6 Späneabfuhr 191
5.7 Zusammenfassung 191
Teil 3 - Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen 195
1 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen 197
1.1 Anforderungen an Vorschubantriebe 198
1.2 Arten von Vorschubantrieben 199
1.3 Die Arten von Linearmotoren 206
1.4 Vor-/Nachteile von Linearantrieben 208
1.5 Anbindung der Antriebe an die CNC 208
1.6 Messgeber 211
1.7 Zusammenfassung 212
2 Hauptspindelantriebe 215
2.1 Anforderungen an Hauptspindelantriebe 215
2.2 Arten von Hauptspindelantrieben 216
2.3 Bauformen von Hauptspindelantrieben 218
2.4 Ausführungen von Drehstrom-Synchronmotoren 220
2.5 Vor- und Nachteile von Synchronmotoren 221
3 Prozessadaptierte Auslegung von Werkzeugmaschinenantrieben 223
3.1 Grenzen der Betrachtung 223
3.2 Ausgangspunkt Bearbeitungsprozess 224
3.3 Energiebilanz 226
3.4 Aufbau von Werkzeugmaschinen-Antrieben 227
3.5 Stationäre und dynamische Auslegung von Vorschubantrieben 229
3.6 Linearantriebe 234
3.7 Ableitung der Antriebsauslegung aus Prozesskenngrößen 234
3.8 Universelle/spezifische Auslegung von Maschinen 237
3.9 Auslegung von Vorschubantrieben spanender Werkzeugmaschinen aus Prozessparametern 238
3.10 Systembetrachtung einer Werkzeugmaschine 240
3.11 Zusammenfassung 243
4 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter 245
4.1 Motorenauswahl 245
4.2 Lagerung 246
4.3 Schmierung 247
4.4 Bearbeitungsprozesse 248
Teil 4 - Die Arten von nummerisch gesteuerten Maschinen 255
1 CNC-Werkzeugmaschinen 257
1.1 Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen 257
1.2 Drehmaschinen 268
1.3 Schleifmaschinen (Dr.-Ing. Heinrich Mushardt) 276
1.4 Verzahnmaschinen (Dr.-Ing. Klaus Felten) 287
1.5 Bohrmaschinen 297
1.6 Sägemaschinen (Dipl.-Ing. Armin Stolzer) 299
1.7 Laserbearbeitungsanlagen 303
1.8 Stanz- und Nibbelmaschinen 310
1.9 Rohrbiegemaschinen 316
1.10 Funkenerosionsmaschinen 318
1.11 Elektronenstrahl-Maschinen 321
1.12 Wasserstrahlschneidmaschinen 323
1.13 Multitasking-Maschinen 325
1.14 Messen und Prüfen 338
1.15 Zusammenfassung 343
2 Generative Fertigungsverfahren 347
2.1 Einführung 347
2.2 Definition 348
2.3 Verfahrenskette 350
2.2 Einteilung der generativen Fertigungsverfahren 352
2.5 Vorstellung der wichtigsten Schichtbauverfahren 354
2.6 Zusammenfassung 364
3 Flexible Fertigungs­systeme 366
3.1 Definition 366
3.2 Flexible Fertigungsinseln 369
3.3 Flexible Fertigungszellen 369
3.4 Technische Kennzeichen Flexibler Fertigungssysteme 372
3.5 FFS-Einsatzkriterien 374
3.6 Fertigungsprinzipien 375
3.7 Maschinenauswahl und -anordnung 377
3.8 Werkstück-Transportsysteme 378
3.9 FFS-geeignete CNCs 388
3.10 FFS-Leitrechner 389
3.11 Wirtschaftliche Vorteile von FFS 391
3.12 Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS 393
3.13 Flexibilität und Komplexität 394
3.14 Simulation von FFS 398
3.15 Produktionsplanungssysteme (PPS) 400
3.16 Zusammenfassung 401
4 Industrieroboter und Handhabung 404
4.1 Einführung 404
4.2 Definition: Was ist ein Industrieroboter? 405
4.3 Aufbau von Industrierobotern 406
4.4 Mechanik/Kinematik 407
4.5 Greifer oder Effektor 409
4.6 Steuerung 409
4.7 Safe Robot Technologie 412
4.8 Programmierung 415
4.9 Sensoren 417
4.10 Anwendungsbeispiele von Industrierobotern 418
4.11 Einsatzkriterien für Industrieroboter 422
4.12 Vergleich Industrieroboter und CNC-Maschine 423
4.13 Zusammenfassung und Ausblick 424
5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung 427
5.1 Einführung 427
5.2 Was ist Energieeffizienz? 427
5.3 Werkhallen 427
5.4 Maschinenpark 428
5.5 Sonderfall Bearbeitungszentren 
428 
5.6 Energieeffiziente NC-Programme 429
5.7 Möglichkeiten der Maschinenhersteller 430
5.8 Möglichkeiten der Anwender 431
5.9 Blindstrom-Kompensation 433
5.10 Zusammenfassung 436
5.11 Ausblick 436
Teil 5 - Werkzeuge in der CNC-Fertigung 439
1 Aufbau der Werkzeuge 441
1.1 Einführung 441
1.2 Anforderungen 441
1.3 Gliederung der Werkzeuge 444
1.4 Maschinenseitige Aufnahmen 448
1.5 Modulare Werkzeugsysteme 454
1.6 Einstellbare Werkzeuge 455
1.7 Gewindefräsen 459
1.8 Sonderwerkzeuge 461
1.9 Werkzeugwahl 466
2 Werkzeug­verwaltung (Tool Management) 468
2.1 Motive zur Einführung 468
2.2 Evaluation einer Werkzeugverwaltung 470
2.3 Lastenheft 470
2.4 Beurteilung von Lösungen 471
2.5 Einführung einer Werkzeugverwaltung 471
2.6 Gliederung 471
2.7 Integration 472
2.8 Werkzeugidentifikation 472
2.9 Werkzeuge suchen 474
2.10 Werkzeugklassifikation 475
2.11 Werkzeugkomponenten 475
2.12 Komplettwerkzeuge 477
2.13 Werkzeuglisten 479
2.14 Arbeitsgänge 479
2.15 Werkzeugvoreinstellung 480
2.16 Werkzeuglogistik 482
2.17 Elektronische Werkzeugidentifikation 484
2.18 Zusammenfassung 491
3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung 497
3.1 Einführung 497
3.2 Ansatzpunkte für die Prozessregelung 497
3.3 Einsatzbereiche von Werkstück- und Werkzeugmesssystemen 498
3.4 Werkstückmesssysteme für Werkzeugmaschinen 503
4 Lasergestützte Werkzeugüberwachung 511
4.1 Einführung 511
4.2 Bruchüberwachung 512
4.3 Einzelschneidenkontrolle 512
4.4 Messung von HSC-Werkzeugen 513
4.5 Kombinierte Laser-Messsysteme 514
4.6 Mit Bohrungsmessköpfen nah am Prozess 515
4.7 Aktorische Werkzeugsysteme 516
4.8 Mechatronische Werkzeugsysteme 516
4.9 Geschlossene Prozesskette 519
4.10 Zusammenfassung 521
Teil 6 - NC-Programm und Programmierung 523
1 NC-Programm 525
1.1 Definition 526
1.2 Struktur der NC-Programme 526
1.3 Programmaufbau, Syntax und Semantik 529
1.4 Schaltbefehle (M-Funktionen) 530
1.5 Weginformationen 531
1.6 Wegbedingungen (G-Funktionen) 534
1.7 Zyklen 537
1.8 Nullpunkte und Bezugspunkte 541
1.9 Transformation 546
1.10 Werkzeugkorrekturen 549
1.11 DXF-Konverter 556
1.12 Zusammenfassung 559
2 Programmierung von CNC-Maschinen 561
2.1 Definition der NC-Programmierung 561
2.2 Programmiermethoden 561
2.3 CAM-basierte CNC-Zerspanungsstrategien 569
2.4 Arbeitserleichternde Grafik 575
2.5 Auswahl des geeigneten Programmiersystems 577
2.6 Zusammenfassung 578
3 NC-Programmiersysteme 583
3.1 Einleitung 583
3.2 Bearbeitungsverfahren im Wandel 584
3.3 Der Einsatzbereich setzt die Prioritäten 585
3.4 Eingabedaten aus unterschiedlichen Quellen 587
3.5 Leistungsumfang eines modernen NC-Programmiersystems (CAM) 587
3.6 Datenmodelle auf hohem Niveau 588
3.7 CAM-orientierte Geometrie-Manipulation 588
3.8 Nur leistungsfähige Bearbeitungsstrategien zählen 589
3.9 Adaptives Bearbeiten 590
3.10 3D-Modelle bieten mehr 591
3.11 3D-Schnittstellen 591
3.12 Innovativ mit Feature-Technik 592
3.13 Automatisierung in der NC-Programmierung 593
3.14 Werkzeuge 596
3.15 Aufspannplanung und Definition der Reihenfolge 597
3.16 Die Simulation bringt es auf den Punkt 597
3.17 Postprozessor 598
3.18 Erzeugte Daten und Schnittstellen zu den Werkzeugmaschinen 599
3.19 Zusammenfassung 599
4 Fertigungssimulation 601
4.1 Einleitung 601
4.2 Qualitative Abgrenzung der Systeme 602
4.3 Komponenten eines Simulationsszenarios 605
4.4 Ablauf der NC-Simulation 608
4.5 Integrierte Simulationssysteme 612
4.6 Einsatzfelder 612
4.7 Zusammenfassung 616
Teil 7 - Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0 619
1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control 621
1.1 Definition 621
1.2 Aufgaben von DNC 621
1.3 Einsatzkriterien für DNC-Systeme 622
1.4 Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen 623
1.5 Technik des Programmanforderns 624
1.6 Heute angebotene DNC-Systeme 625
1.7 Netzwerktechnik für DNC 627
1.8 Vorteile beim Einsatz von Netzwerken 629
1.9 NC-Programmverwaltung 629
1.10 Vorteile des DNC-Betriebes 630
1.11 Kosten und Wirtschaftlichkeit von DNC 634
1.12 Stand und Tendenzen 634
1.13 Zusammenfassung 635
2 LAN – Local Area Networks 638
2.1 Einleitung 638
2.2 Local Area Network (LAN) 638
2.3 Was sind Informationen? 639
2.4 Kennzeichen und Merkmale von LAN 640
2.5 Gateway und Bridge 648
2.6 Auswahlkriterien eines geeigneten LANs 649
2.7 Schnittstellen 650
2.8 Zusammenfassung 653
3 Digitale Produktentwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM 658
3.1 Einleitung 658
3.2 Begriffe und Geschichte 659
3.3 Digitale Produktentwicklung 664
3.4 Digitale Fertigung 669
3.5 Zusammenfassung 674
4 Industrie.4.0 677
4.1 Grundlagen 677
4.2 Kernelemente der Industrie.4.0 679
4.3 Industrie.4.0 in der Fertigung 682
4.4 Ein MES als Baustein der Industrie.4.0 682
4.5 Herausforderungen und Risiken von Industrie.4.0 686
5 Anwendung der durchgängigen Prozesskette in der Dentalindustrie 688
5.1 Einleitung 688
5.2 Einfluss des Medizinproduktgesetzes 688
5.3 Dentale Fertigung im Wandel 689
5.4 Anforderungen an den Informationsfluss in der dentalen Fertigung 691
5.5 Das durchgängige Informationssystem für die Dentalindustrie 695
Teil 8 - Anhang 699
Richtlinien, Normen, Empfehlungen 701
1. VDI-Richtlinien 701
2. VDI/NCG-Richtlinien 703
3. DIN – Deutsche Industrie Normen 705
NC-Fachwortverzeichnis 709
Stichwortverzeichnis 755
Empfohlene NC-Literatur 766
Inserentenverzeichnis 768