Steuerungstechnik Kontrollierte Bewegungen

Computer Numerische Steuerung bietet Sonderfunktionen für die Fünfachsbearbeitung

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Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

COSCOM Computer GmbH

Xometry Europe GmbH

Das fünfachsige Fräsen und Drehen ermöglicht die mehrseitige Bearbeitung in einer Aufspannung, was Nebenzeiten spart und Ungenauigkeiten durch mehrfaches Spannen verhindert. Zudem können die Werkzeuge schwer zugängliche Stellen besser erreichen, und der Anstellwinkel ist frei wählbar. Computer Numerische Steuerungen (CNC) von GE Fanuc bieten dafür erweiterte Funktionen, mit denen sich selbst äußerst komplexe Fertigungsabläufe realisieren lassen.Die CNC der Serien 16i Model B und 18i MB5 von GE Fanuc sind für komplexe Bearbeitungen wie das fünfachsige Fräsen und Drehen optimiert. Für noch höheren Leistungsanspruch stehen die CNC der Serien 30i und 31i-A5 bereit. All diese Steuerungen bieten erweiterte Fünfachsfunktionen, mit denen sich selbst äußerst komplexe Fertigungsabläufe realisieren lassen. Dabei unterstützen sie jede Maschinenkonfiguration, ob mit Werkzeugschwenkkopf, mit Rundtisch oder beidem. Als besondere Fünfachsfunktionen sind möglich: manueller Vorschub (Manual Feed), Werkzeuglängen-Kompensation (TCP, Tool Center Point Control), Werkzeugrichtungs-Kompensation (Tool Posture Control) und Werkzeugradius-Kompensation (TRC, Tool Radius Compensation).Manueller Vorschub erleichtert EingriffDer manuelle Vorschub ist eine wichtige Funktion, um bei Notfällen wie etwa Werkzeugbruch manuell Werkzeug und Werkstück gut erreichen zu können. Bei dreiachsiger Bearbeitung kann der Bediener einfach Spindel und Werkzeug in der Z-Achse zurückziehen. Bei der Fünfachsbearbeitung ist dies selten möglich. Mit „Manual Feed“ kann der Maschinenbediener das Werkzeug einfach auf Knopfdruck in Werkzeugrichtung zurückziehen oder orthogonal zur Werkzeugrichtung verfahren. Dadurch kann das Werkzeug sicher in die Ausgangs- beziehungsweise Sicherheitsposition zurückkehren.Werkzeuglängen-Kompensation dient dazu, Werkzeuge unterschiedlicher Länge auch bei Schwenkbewegungen des Werkzeugkopfes genau entlang der gewünschten Linie führen zu können. Dazu berücksichtigt die Steuerung den Mittelpunkt des Werkzeugs entlang der Werkzeugachse. Schwenkbewegungen während der Fahrt führt der Kopf so aus, dass der Werkzeugmittelpunkt in der gewünschten Bewegungslinie bleibt und damit quasi die Achse der Drehbewegung darstellt. Auf diese Weise wird ein definierter Werkzeugpfad eingehalten. Außer linearen Bewegungen unterstützt diese Funktion auch die Kreisinterpolation.Die Werkzeugrichtungs-Kompensation stellt eine Erweiterung der erwähnten Werkzeuglängen-Kompensation um den Werkzeugmittelpunkt dar. Diese Funktion ist von großen Nutzen bei der Seitenbearbeitung, beispielsweise wenn Taschen oder Pyramiden mit variierendem Anstellwinkel gefräst werden. Dabei wird die zulässige Bewegungsrichtung an die entsprechenden Ebenen gebunden. Das verhindert ungewollten Materialabnahme durch die seitliche Schneide bei Verfahrbewegungen.Die Werkzeugradius-Kompensation ist eine weitere Form der Werkzeugkompensation für die Fünfachsbearbeitung. Damit lässt sich die programmierte Geometrie des Werkstücks mit dem realen Durchmesser des Werkzeugs abgleichen: Bei einem kleinen Werkzeug wird der Vorschub geringfügig weiter durchgeführt als bei einem großen, damit die resultierende Kontur genau das gewünschte Maß hat. Zusätzlich vermeidet man ungewolltes Überschneiden von inneren Ecken (Interference Check). Auch erkennt die Steuerung einen bevorstehenden Richtungswechsel des Werkzeugs und reduziert rechtzeitig den Vorschub, um in der Kurve nicht zu überfräsen.Weitere Verbesserungen versprechen die vier Funktionen Werkstücklagenkompensation (Workpiece Setting Error Compensation), Maschinenfehler-Kompensation (Machine Error Compensation), Bearbeitung in der schrägen Arbeitsebene (TWP, Tilted Working Plane) sowie Werkzeugschnittpunkt-Kompensation (Tool Cutting Point Compensation). Die Werkstücklagenkompensation (Bild 2) kommt zum Tragen, wenn ein Werkstück nach einem Bearbeitungsvorgang entnommen wird, beispielsweise für Messungen, und dann weiterbearbeitet werden soll. Kleinere Maßabweichung im Vergleich zur ursprünglichen Aufspannung lassen sich dabei nicht vermeiden. Diese Funktion kann Messergebnisse als Korrekturfaktoren für die folgenden Bearbeitungsvorgänge einbeziehen.CNC können auch verschiedene Maschinenfehler kompensieren. Eine besonders für Fünfachsbearbeitung nützliche Funktion ist die automatische Kompensation eines linearen Versatzes der rotatorischen Achsen. Bisher mussten solche Achsabstände bei der NC-Programmierung aufgenommen und berücksichtigt werden. Solche Einstellungen können Anwender nun in der Steuerung speichern, damit sie nicht in jedem Programm berücksichtigt werden müssen. Der Maschinenhersteller hat darüber hinaus die Möglichkeit, zur Maschinenfehler- eine zusätzliche Temperatur-Kompensation entlang der Werkzeugachse vorzunehmen.Für einfache Bearbeitungsformen wie dem Bohren oder Gewindeschneiden bietet sich die Nutzung der schrägen Arbeitsebene an. Dafür werden die rotatorischen Achsen im gewünschten Winkel ausgerichtet und fixiert. Die Bearbeitung erfolgt dann mit drei linearen Achsen. Eine gesonderte Aufspannvorrichtung wie bei einer einfachen 3-Achsen-Maschine ist dafür nicht erforderlich. Funktionen für die schräge Arbeitsebene stellt das Merkmal „Tilted Working Plane“ bereit.Ein nützliches Feature zur Entlastung der NC-Programmierung ist die Werkzeugschnittpunkt-Kompensation. Dabei geht es um die Berechnung des Punktes, an dem das Werkzeug in das Material eingreift. Bei speziellen Werkzeugen wie Trapez- oder Bull-Nose-Fräsern sind besondere Korrekturwerte erforderlich, die normalerweise in die CAM-Software eingegeben werden. Bei den neuen CNC von GE Fanuc werden diese Werte nach der Messung des Werkzeugs dauerhaft in der Steuerung hinterlegt und auf Knopfdruck abgerufen. Das vereinfacht nicht nur die NC-Programmierung, sondern bringt auch die Möglichkeit zum kurzfristigen Wechsel der Werkzeuge ohne Änderung des NC-Programms.Nano-Interpolation ermöglicht feine OberflächenAufgrund ihrer Leistung bieten die neuen Steuerungen von GE Fanuc viele Vorteile für Fünfachsmaschinen. Für solche komplexen Maschinen können selbstverständlich auch weitere Neuentwicklungen der CNC genutzt werden, die schon klassischen dreiachsigen Werkzeugmaschinen zur Verfügung stehen.So ist die Nano-Interpolation eine große Stärke der CNC von GE Fanuc zur Erzeugung feinster Oberflächenqualitäten, wie sie im Werkzeug- und Formenbau gefragt sind. Mit dieser Funktion erzeugt die Steuerung Positionierbefehle in der Einheit Nanometer, was digitale Präzisions-Servosysteme erst richtig ausreizt. Mit dieser Interpolation ohne Rundung des kleinsten Befehlsinkrements können hochwertige Servosysteme der Werkzeugbahn sehr gleichmäßig folgen und damit beste Oberflächen bei hohen Vorschüben und Drehzahlen erzielen.Eine Nano-Smoothing genannte Funktion wird verwendet bei linearen Programme wie sie noch viele Maschinenhersteller im Einsatz haben. Damit werden diese Linearprogramme automatisch in Nurbs-Kurven umgewandelt, was für gleichmäßigere Bearbeitung der Oberflächen und „flüssigere“ Verfahrbewegungen sorgt.Die größte Bedeutung haben Nurbs-Kurven und -Flächen natürlich beim Fräsen von Freiformflächen. Die vorgestellten Steuerungen können Nurbs-Kurven aus CAD/CAM-Systemen importieren und so präzise interpolieren, dass die fertigen Werkstücke mit den CAD-Geometrien weitestgehend übereinstimmen. Dabei werden mathematische Merkmale wie stetige Übergänge voll genutzt. Sie sorgen für flüssige Werkzeugbewegungen und glatte, gleichmäßige Oberflächen. Eine nützliche Funktion zur Steigerung der Produktivität ist die Machining-Condition-Selecting-Funktion. Entsprechend der Anforderungen an die Genauigkeit lässt sich ein NC-Programm an der Steuerung in Stufen von 1 bis 10 auf höchste Präzision oder maximale Geschwindigkeit optimieren und dies separat für alle Programme und Bearbeitungsvorgänge. So bietet es sich zum Beispiel an, beim Schruppen der Geschwindigkeit eine hohe Priorität zu geben, während beim Schlichten hohe Genauigkeit eingestellt wird.Look-ahead-Funktion sorgt für konstanten DatenstromBei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Freiformflächen sind sehr viele, kleine Blöcke in schneller Folge abzuarbeiten. Die Look-ahead-Funktion spielt dabei eine wichtige Rolle: Sie sorgt dafür, dass die Steuerung jederzeit über einen konstanten Datenstrom verfügt und der Bearbeitungsvorgang unterbrechungsfrei durchgeführt werden kann. Die vorgestellten Steuerungen können bis zu 1000 Blöcke abrufbereit zwischenspeichern.