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Spanende Fertigung

Immer im optimalen Bereich

| Redakteur: Güney Dr.S.

Lernfähige Software passt permanent den Vorschub an die Bedingungen beim Zerspanen an. Die Elektronik ist ein wichtiger Wachstumstreiber in der Werkzeugmaschinenbranche. Ähnlich wie in der...

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Elektronik ist ein wichtiger Wachstumstreiber in der Werkzeugmaschinenbranche. Ähnlich wie in der Automobilbranche, wo Neuerungen wie Navigationssysteme, ESP, Motorsteuerung oder Reifendrucküberwachungssysteme bereits den Wert der Karosserie übersteigen, kommen auch in der Werkzeugmaschine immer mehr „intelligente“ Produkte und Funktionen zum Einsatz. Icut ist ein solches „intelligentes“ Produkt. Diese Software beschränkt sich beim Fräsen nicht darauf, den Zerspanungsprozess zu überwachen, sondern greift über den Vorschub ständig in den Prozess ein. Die Grundidee, die dabei verfolgt wird, ist, dass man den Vorschub, der im NC-Programm als Konstante programmiert ist, in (nahezu) Echtzeit den tatsächlich gegebenen Schnittbedingungen anpasst. Im NC-Programm selbst werden keine Werte geändert.Ob Konturschwankungen und damit variierende Eingriffsverhältnisse des Werkzeugs (Umschlingung, Spantiefe), Werkzeugverschleiß, „Luftschnitte“, Aufmaßschwankungen oder Aufhärtungen – der Maschinenbediener ist immer gezwungen einen „Kompromissvorschub“ zu programmieren. Beim Festlegen des Vorschubs muss er jeweils die eventuell auftretende, ungünstigste Konstellation der verschiedenen Einflüsse zu Grunde legen. Tritt beispielsweise während der Bearbeitung eines Gussteils eine Aufmaßschwankung auf, so darf das Werkzeug auch bei fortgeschrittenem Werkzeugverschleiß nicht brechen. Das heißt, er muss ständig zwischen Prozesssicherheit und möglichst kurzer Bearbeitungszeit abwägen. Das bedeutet jedoch auch, dass Vorschubreserven – also Bearbeitungszeiten – im Falle von „günstigen“ Schnittbedingungen verschenkt werden. Mit der Software Icut wird dagegen in jeder Situation der optimale Vorschub gefahren. So hoch wie möglich, so niedrig wie notwendig. Dabei macht sich das System zunutze, dass sich die variierenden Schnittbedingungen in der Leistungsaufnahme der Arbeitsspindel widerspiegeln. In der Luft ist die Leistungsaufnahme geringer als im Material, bei einer Spantiefe von 1 mm ist sie geringer als bei einer Spantiefe von 3 mm und ein verschlissenes Werkzeug hat eine höhere Leistungsaufnahme als ein scharfes, frisch eingewechseltes. Sobald ein neues NC-Teileprogramm auf der Werkzeugmaschine gefahren wird, prüft das System bei der ersten Anwahl jedes Werkzeuges, ob bereits Lernwerte vorliegen. Wenn nicht, wird automatisch auf Lernmodus umgeschalten. Während der anschließenden Bearbeitung mit diesem Werkzeug merkt sich das System, welche maximale Spindelleistung aufgetreten ist und hinterlegt diesen Wert für dieses Werkzeug. Weil ein Werkzeug innerhalb eines NC-Teileprogramms mehrmals mit unterschiedlich programmierten Schnittwerten zum Einsatz kommen kann, unterscheidet Icut dabei nicht nur nach Werkzeug, sondern auch nach „Schnitt“.Hat das System nun beim Fertigen des ersten Werkstücks die maximale Spindelleistung gelernt, beziehungsweise lag schon ein solcher Wert im Speicher vor, so schaltet das System wiederum automatisch in den Anwendungsmodus und regelt. Bis zu 500-mal in der Sekunde wird dabei die Leistungsaufnahme gemessen und mit dem entsprechenden Lernwert verglichen. Vereinfacht ausgedrückt, versucht das System eine konstante Schnittkraft zu halten. Ist die augenblickliche Schnittkraft – sprich Spindelleistung ] geringer als der Lernwert, so wird der Vorschub erhöht. Umgekehrt wird dieser verringert, sobald die Schnittkraft den Lernwert zu übersteigen droht. Das bedeutet, mit lediglich einer Eingabe, nämlich der des Werkstückmaterials, kann mit dem System gearbeitet werden. Alle anderen Daten generiert das System selbständig aus der Steuerung.Vorschuboptimierung ist manuell beeinflussbarEs gibt Bearbeitungssituationen, in denen der Vorschub nicht erhöht, sondern im Gegenteil verringert werden muss, sobald die Schnittkraft sinkt. Ansonsten bestünde die Gefahr eines Werkzeugbruchs. So zum Beispiel bei einseitigem Austreten eines Bohrers aus dem Werkstück, wie es bei Gussschrägen oder Querbohrungen vorkommen kann. In solch einem Bearbeitungsfall kann der Bediener das System mit einer einzigen Eingabe so einstellen, dass das System „mitdenkt“ und für diesen Schnitt eine Vorschuberhöhung erst dann vornimmt, wenn der Bohrer sich so weit „freigeschnitten“ hat, bis keine einseitige Überlastung mehr auftreten kann. Sofern der Bediener es wünscht, kann er selbstverständlich noch weitere Einstellungen vornehmen. So kann er beispielsweise bestimmen, wie das Werkzeug ins Material eintreten soll, wie das System im Fall von Überlast reagieren soll, zum Beispiel sofortiger Stopp, Warnlampe, Bearbeitung vollenden und dann Alarm ausgeben, oder er kann auch verschiedene Grenzwerte manuell beeinflussen.Das System ist für die Steuerungen von Siemens, Heidenhain und Fanuc als reine Softwarelösung verfügbar. Die Bedienoberfläche wurde dabei jeweils den steuerungsspezifischen Gegebenheiten angepasst. Bei der CNC von Heidenhain gibt es beispielsweise keine eigene Bedienoberfläche. Stattdessen wurde das Optimierungssystem vollständig in die gewohnte Steuerungsoberfläche integriert und ist über einen Icut-Zyklus zu bedienen, so wie es der Anwender schon mit anderen Zyklen, beispielsweise zum Tiefbohren, Reiben, Senken, Taschenfräsen, gewohnt ist.Die Bedienfreundlichkeit wird bei der Heidenhain-Lösung noch an anderer Stelle deutlich. Die Heidenhain-Steuerung ist unter anderem sehr stark im Werkzeug- und Formenbau vertreten. Bei Stückzahl eins ist es mit einer Voreinstellung möglich, das System völlig eigenständig arbeiten zu lassen. Der Bediener richtet das zu bearbeitende Werkstück ein und startet die Bearbeitung. Jedes Werkzeug wird dann zunächst automatisch im Lernmodus gefahren. Sobald es „gelernt“ hat, schaltet das Optimierungssystem jeweils um und regelt das Werkzeug dann bis zum Bearbeitungsende - ohne jeden weiteren Eingriff.Hauptzeitreduzierung bis 20% sind erreichbarDie Fertigungszeiteinsparungen, die mit dem System möglich sind, hängen vom jeweiligen Werkstück ab. In der Regel werden jedoch 10 bis 20% Hauptzeiteinsparung je Werkzeug erreicht. Weitere Vorteile des Systems sind: Werkzeugbrüche in Überlastsituationen werden vermieden, Erhöhung von Werkzeugstandzeiten (Stichwort: Mittelspan), Maß- und Formabweichungen infolge Werkzeugauslenkung werden gemindert und das Vermeiden von Lastspitzen wird schont die Arbeitsspindel.Mit der Software Icut ist es sowohl in der Serienfertigung als auch in der Einzelteilfertigung möglich, die Fertigungszeiten zu verkürzen und gleichzeitig die Prozesssicherheit zu erhöhen. Dabei macht die Optimierungssoftware die Bedienung der Maschine nicht komplizierter, sondern nur besser.