Programmierung und Schnittstellen

• Manuelle Programmierung:
  • In dem zusätzlich zu erstellenden Einrichteblatt werden dem Maschinenbenutzer Angaben über die Spannanlage des Werkstücks, die verwendeten Werkzeuge (Codenummer, Einstelllänge) und häufig auch über die Entfernung des Startpunktes der Schlitten vom Referenzpunkt mitgeteilt.
  • Programmierung nach DIN ist sehr aufwendig und der Befehlsumfang nur wenig auf den Bediener zugeschnitten.
  • Aufgaben wie Prozessüberwachung, Messzyklen und insbesondere mathematische Operationen (z.B. Spline-Interpolation) müssen von modernen Steuerungen beherrscht werden. Aus diesem Grund wurde DIN 66025 nach ISO/DIS 6132 erweitert. (neue Sprachteile in eckigen Klammern).
• Maschinelle Programmierung:
  • Bei der maschinellen Programmierung wird die Werkstückbearbeitung mittels problemorientierter Sprache oder graphisch-interaktiv beschrieben.
  • APT (Automatically Programmed Tools); EXAPT (Extended APT)
  • Die Programmierung erfolgt entweder textuell oder graphisch-interaktiv.
  • Die erzeugten Informationen umfassen:
    • Allgemeine Aufgaben (Werkstücknummer, Art der bearbeitenden Maschine)
    • Geometrische Informationen (Konturbeschreibungen oder spezielle Geometrien wie Nuten, Taschen etc.)
    • Technologische Informationen.
  • Zur automatischen Erstellung der programmierten bewegungsabläufe durch den CLDATA-Prozessor (Cuttor Location DATA) werden technologische Daten wie Werkstoff- oder Werkzeugkennwerte bereitgestellt. Die Kennwerte beschreiben den Zusammenhang zwischen Vorschubgeschwindigkeit und Schnittgeschwindigkeit.
  • Die Maschinendatei umfasst maschinenspezifische Daten, wie Spindelleistungen, Drehzahlbereiche etc.
  • Bild 7.7 (Alternativen zur Generierung von NC-Programmen):
    • Alternative 1: Die Beschreibung der Roh- und fertigteilekontur erfolgt dann von einem zu definierenden Anfangspunkt durch Umfahren der Kontur im Uhrzeigersinn und Aneinanderreihung einzelner Konturelemente, wobei Rotationssymmetrie bei Drehteilen berücksichtigt werden kann. Umwandlung erfolgt über einen Prozessor und einen Post Prozessor. Der Prozessor prüft auf formale Eingabefehler. Die vom Prozessor erstellten Daten sind unabhängig von der verwendeten WZM und werden als CLDATA bezeichnet. Im PostProzessor werden die Daten an eine vborgegebene WZM angepasst, basierend auf den Daten der Maschinendatei.
    • Alternative 2: ``Neutrales'' Programm. Manche Programmiersysteme verwenden einen NC-Code, der stark an die DIN 66025 angelehnt ist. Vorteil: Der PostProzessor kan einfach konfiguriert werden. Andere Systeme übersetzen dieses direkt.
    • Alternative 3: Direkte erstellung eines maschinenbezogenen NC-programms.
• CAD/CAP/CAM-Kopplung:
  • Särkere Einbeziheung von CAD-Systemen in den prozess der Erstellung von NC-Programmen. Hier gibt es zwei möglichkeiten:
    • Nutzung eines integrierten CAD- und NC-Programmiersystems.
    • Kopplung der CAD- und NC-Systeme durch geeignete Datenschnittstellen.
  • NC-Programme werden in der Arbeitsvorbereitung erstellt. Es wird eine DNC-Schnittstelle (Direct Numerical Control). In diesem Fall herrscht eine klare Aufgabenteilung zwischen Konstruktion/Arbeitsvorbereitung (Fertigungsplanung) und Fertigung.
  • Bei Einzel- und Kleinserien hat die WOP (werkstattorientierte Programmierung) viele Vorteile, bei Großserien bietet sich die Programmierung in der Arbeitsvorbereitung an.
  • Bild 7.13
  • Das integrierte Modell hat den Vorteil, dass das NC-Modell direkt auf den gemeinsamen Datenspeicher zugreifen kann.
  • Änderungen am Bauteil wirken sich rückwirkend auf das CAD-Modell aus.
  • Das NC-Programm liegt nach der Programmierung in Form eines DIN NC-Programmes für die entsprechende Zielmaschine vor.
  • Bei getrennten Systemen unterscheidet man zwischen vier Formaten der zu übergebenden Geometriedaten:
    • Sprache des Teileprogramms (Geometrieaufbereitung bereits im CAD-System)
      • Nachteilig ist, dass das CAD-System nur mit einem Programmsystem verbunden werden kann, das auch in der Lage ist, die entsprechende Sprache zu verarbeiten.
      • Vorteilhaft ist, dass lediglich Technologiedaten in das CAD-erzeugte Teileprogramm hinzugefügt werden müssen.
    • Makrosprache (s.o.)
      • Hier erfolgt der Datenaustausch über definierte Bearbeitungsgeometrien.
      • Das NC-Programmiersystem interpretiert diese Makros.
      • Methode besonders dann angewendet, wenn das Bautilspektrum gering ist und die Geometrie wenig variiert.
    • genormtes Schnittstellenformat
      • Daten können für eine Mehrzahl der Programmiersysteme genutzt werden.
      • Gängige Schnittstellenformate: VDAFS (Verb. d. Automobilindustrie Flächen-Schnittstelle), IGES, DXF.
      • Nachteilig an Schnitstellenformaten ist, dass diese nur gestaltbeschreibende Daten enthalten, so dass bearbeitungsrelevante Informationen manuell aufwendig in das NC-Programmiersystem Übertragen werden müssen.
      • STEP (Standards for the Exchange of Product definition data). Die Produktinformationen der verschiedenen Partialmodelle von STEP sind implementationsunabhängig.
    • individuelles Schnittstellenformat
      • Die Prozessoren bzw. Programme, die die CAD-Daten in das Datenformat des Programmiersystems umwandeln, müssen vom Anwender selbst erstellt werden, ohne Unterstützung des CAD-Systemherstellers. Dies kann zu Problemen bei auftretenden Übersetzungsfehlern führen.
• Probleme bei der CAD/CAP/CAM-Kopplung:
  • Geometrieanpassung (ausgehend vom Bauteilemodell werden zunächst einzelne Geometriemodelle erzeugt, welche dann Basis für die weitere Programmierung sind.)
  • Unterschiedliche Genauigkeit der Systeme (Rundungsfehler)
  • Unvollständige Geometrien: Bei der vom Konstrukteur gewählten Bildschirmauflösung werden oft Lücken und Überlappungen nicht erkannt.
  • Unterschiedliche Toleranzbemaßung.
  • siehe Bild 7.21
• Werkstattorientierte Programmierung:
  • Ziel: starre Organisationsstrukturen aufzulösen.
  • WOP: NC-Steuerung mit integriertem Programmiersystem
  • Das Programmiersystem zeigt schon bei der Eingabe die programmierte Geometrie Schritt für Schritt an und simuliert anschliessend die Werkzeuge und deren bewegungen inklusive der Zerspanung.
  • Von entscheidender Bedeutung ist die Bereitstellung leistungsfähiger Grafik:
    • Eingabegrafik
    • Hilfsgrafik (Anzeigen von Bohrbildern, Spannmitteln)
    • Simulationsgrafik
  • WOP-Philosophie:
    • Gleiche Programmierung mit einheitlichen Dialogen für alle Fertigungstechnologien
    • Einheitliche Programmierung in der Werkstatt und der AV
    • Graphisch-interaktive Programmierung
    • Programmierung der Werkstück-Geometrie und nicht der Werzeugwege, wie bei der Programmierung nach DIN 66025 !!!!
    • Getrennte Programmierung von Geometrie und Technologie
    • Graphisch-dynamische Simulation
    • Auf Anhieb fehlerfreie Programme erzeugen
  • In einigen Fällen kann WOP nicht angewednet werden: Fräsarbeiten bei komplexen 3-D-Teilen für die Flugzeugindustrie, Maschinengehäuse mit komplexen Bohrarbeiten, für Anwender, die bei ihrem Maschinenpark auf mehrere Fabrikate und damit auch Steuerungen angewiesen sind.
• Programmierkosten:
  • Manuelle Programmierung und graphisch-interaktive Programmierung werden mit zunehmender Komplexität der Bearbeitungsaufgabe unwirtschaftlich.
  • CAD-Anbindung hat insbesondere bei komplexeren Werkstücken erhebliche Vorteile
  • WOP hat ihre Stärken in Bereichen mittlerer Werkstückskomplexität. (siehe Bild 7.29)
• Programmierbare Achsen:
  • wichtigste Elemente von automatisierten Fertigungseinrichtungen. Sie werden auch Vorschubantriebe genannt.
  • Aufgabe: Anhand von NC-Daten eine Bewegung auszuführen.
  • Beim Einsatz von stetigen Antrieben ist ein Regelkreis (Lageregelkreis) erforderlich, bestehend aus Regeleinrichtung, Antriebssystem (verstärkter Motor, mechanische Übertragungselemente) und Messsystem.
  • Anforderungen an programmierbare achsen:
    • Verzerrungsfreie Signalübertragung (Übergang ohne Schwingungen)
    • Hohe Dynamik (schnelle Änderungen)
    • Präzises Ausregeln der Störgrößen (hohe statische und dynamische Steifigkeit des Antriebs und der Regelstrecke)
    • Optimale Anpassung der Achsparameter (Übertragungs verhalten der Vorschubantriebe muss aufeinander abgestimmt sein).
    • Sonderfall: Schrittmotor: Hier führt jeder Stromimpuls zu einer definierten Winkeldrehung (theoretisch).