Optimierung des CNC-Workflow

Gemeinames Forschungsprojekt von ISW und IBH Automation
für die CAD/CAM/CNC-Prozesskette der Zukunft



Die Prozesskette vom CAD bis hin zur CNC leidet nach wie vor an der
mangelnden Durchgängigkeit der Datenformate. Das liegt daran, dass -wie
der Name schon sagt- das zentrale Anliegen des CAD in der Modellierung
eines virtuellen Werkstücks besteht, sich also ausschließlich mit der
Geometrie und anderen Werkstückeigenschaften beschäftigt, während die
beiden anderen Komponenten das Ziel haben, die optimale Fertigung der
Werkstücke zu gewährleisten. Modellierung, bzw. also der Erzeugung.
Auch im CAM und der CNC stehen die Werkstückeigenschaften im Fokus. Die
Aspekte der wirtschaftlichen Fertigungsoptimierung durch optimale
Ausnutzung der Maschinenperformance sowie die Reduzierung des
Verschleißes werden bisher nur sehr stiefmütterlich behandelt.


Das ISW – Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und
Fertigungstechnik der Universität Stuttgart und die IBH Automation
Kornwestheim arbeiten jetzt gemeinsam an der Verbesserung dieses
Prozesses indem nun auch der Fertigungsablauf stärker ins Zentrum der
Betrachtungen rückt.


Was ISW und IBH im Sinn haben, fassen die Beteiligten unter
dem Projektname „SmartCNC“ zusammen.


Das Ziel dieser Forschungskooperation ist es, einen durchgängigen
Daten-Workflow zu schaffen, der in einer intelligenten Maschine nicht
nur die Erzeugung hochwertiger Werkstücke sondern auch eine höhere
Performance und niedrigere Wartungskosten garantiert.


Beginnen wir klassisch beim Modellieren des Werkstücks im CAD. Hierbei
werden die Oberflächen der virtuellen Werkstücke in der Regel mit NURBS
(Non Uniform Rational B-Splines) erzeugt. Im nachgeordneten Schritt CAM
werden diese Informationen, entsprechend der einzusetzenden
Fertigungstechnologie, konvertiert und interpretiert. Aus den eleganten
CAD-Daten werden die Werkzeugbahnen erzeugt.

Diese Werkzeugbahnen bestehen statt aus glatten Kurven, wie es bei
optimaler Nutzung der NURBS-Mathematik möglich wäre, weitgehend aus
Polygonzügen oder Kreissegmenten, die die ideale Werkzeugbahn
hinreichend genau approximieren. Sie gewährleisten zwar, dass das
fertige Werkstück in geometrischer Hinsicht die erforderliche Qualität
hat, durch Ecken und unstetigen Krümmungsverlauf aber die sowohl die
Oberflächengüte als auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit oft weit von
der theoretisch möglichen entfernt ist und damit die Maschinendynamik
nur unzureichend genutzt wird. Um diese Situation zu verbessern wird das
Modul „Überschleifen 2.0“ entwickelt. Im Fokus dieses Moduls stehen also
primär die Verbesserung der Werkstückoberfläche sowie die Erhöhung der
Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Es verwendet die Ergebnisse eines DFG Projektes zum Thema Cornuspline
bzw. Klothoiden als Überschleifgeometrien. Die dabei auftretenden
Krümmungen sind in der Regel größer als bei alternativen Plynomverfahren
und ermöglichen dadurch höhere Verfahrgeschwindigkeiten.

Die anderen 3 Module „Nesting 2.0“, „Verschleiß 2.0“ und „Verfahrwege
2.0“ beschäftigen sich mit der Reduzierung der Nebenzeiten und des
Verschleißes.

Bei der Bearbeitung mehrere identischer Werkstücke in einem Arbeitsgang,
z.B.: Laserschneiden kleiner Teile aus einem großen Blech, stand bisher
der Aspekt des möglichst geringen Rohmaterialeinsatzes alleine im
Vordergrund, die Reihenfolge der Bearbeitung spielte bisher nur eine
untergeordnete Rolle. Dies soll durch das Modul „Nesting 2.0“ geändert
werden. Die Reihenfolge und Positionierung der zu erzeugenden Kleinteile
soll so optimiert werden, dass durch Betrachtung der Verfahrwege und
Positioniergeschwindigkeiten möglichst kurze Positionierzeiten von einem
Teil zum nächsten erzielt werden und somit geringstmögliche Nebenzeiten
entstehen.

Das Modul „Verfahrwege 2.0“ zielt ebenfalls auf die Reduzierung der
Nebenzeiten. Das bisher übliche Positionierverfahren von einem Teil zu
nächsten besteht in 3 Bewegungen: Abheben -Verfahren zur nächsten
Position- Senkrechtes Anfahren der nächsten Bearbeitungsposition. Diese
eckenbehaftete Positionierbewegung soll durch eine zeitoptimierte
Variante, die durch asynchrone Interpolation die beste Ausnützung der
Achsdynamik ermöglicht, ersetzt werden.

Das Modul „Verschleiß 2.0“ hat das Ziel den Maschinenverschleiß zu
reduzieren und die Standzeit der Maschine zu erhöhen. Bei der
Serienfertigung einzelner Werkstücke werden die Rohlinge üblicherweise
immer an derselben Position im Arbeitsraum montiert. Bei der Bearbeitung
des Rohlings werden deshalb immer dieselben Teile der
Maschinenkomponenten belastet. So werden beispielsweise die
Kugelrollspindeln in aller Regel nicht auf Ihrer gesamten Länge sondern
lediglich auf einem kleinen -natürlich von der Werkstückgröße
abhängigen- Teilbereich verschlissen. Dies kann verhindert werden, indem
man die Werkstückpositionen gleichmäßig im Arbeitsraum verschiebt und
somit punktueller Verschleißerscheinungen verhindert.


Durch das Forschungsprojekt entstehen SmartCNC-Module, die bestehende
Funktionen in der Steuerung ergänzen, verfeinern und unterstützen. Ihr
Ziel ist es, Ressourcen wie Rohstoffe, Werkzeuge und Maschinen zu
schonen und gleichzeitig den Fertigungsprozess zu optimieren. Unter dem
Strich bedeutet dies ein enormes Einsparpotenzial und damit einen großen
wirtschaftlichen Gewinn für die Anwender von Werkzeugmaschinen.



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IBH Automation Gesellschaft für Steuerungstechnik mbH

Enzstraße 21

70806 Kornwestheim

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Certification

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