Optimales Schleifprogramm in kurzer Zeit

Simulationssoftware fürs Rundschleifen koppelt reale CNC und 3D-Modell der Schleifmaschine. Um einerseits dem Kunden bestmögliche Unterstützung für seinen spezifischen Schleifprozess zu bieten und...

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Knuth Werkzeugmaschinen GmbH

conplement AG

Um einerseits dem Kunden bestmögliche Unterstützung für seinen spezifischen Schleifprozess zu bieten und andererseits der Forderung nach immer kürzeren Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten nachzukommen setzt der Schweizer Schleifmaschinenhersteller Studer vermehrt auf Simulationssoftware. Hauptaugenmerk gilt dabei dem Softwarepaket Studer Grind und der virtuellen Maschine. Das Softwarepaket eignet sich zum Erstellen von Schleifprogrammen für eine oder mehrere Aufspannungen von Teilen sowie deren Programmanalyse und -simulation. Mit einer Technologieunterstützung können die Programme mit praxisgerechten Prozesswerten erstellt werden und dies ohne vertieftes schleiftechnologisches Know-how des Bedieners.Virtuelle Maschine spiegelt die Realität widerDas Konzept der virtuellen Rundschleifmaschine basiert auf der Kopplung der realen Maschinensteuerung und dem 3D-Modell der Maschine mit einer Simulationssoftware (Bild 1). Von der Steuerung gesendete Signale werden von der Simulationssoftware interpretiert, der Steuerung rückgemeldet und praktisch in Echtzeit visualisiert. So können ganze Programme und Schleifzyklen getestet und visualisiert werden. Mögliche Kollisionen werden sofort dargestellt und von der Simulationssoftware registriert.Die Simulationssoftware setzt den Schwerpunkt insbesondere auf den Schleifprozess und die Schleiftechnik.Der Kunde kann in der Arbeitsvorbereitung die Bearbeitungsprogramme auf einfache Art und Weise erstellen. Bei Studer wird die Software für Abklärungen von Konzeptstudien von Kundenanfragen, für die Bestimmung von Schleifzeiten und zum Spezifizieren des entsprechenden Maschinentyps verwendet. Weiter kommt die Simulationssoftware bei Kundenversuchen sowie in der eigenen Schleiferei zum Einsatz. In der Abteilung für Kundenversuche und Vorführungen findet es genauso Verwendung, indem effizient und flexibel auf die Kundenwünsche eingegangen und das Ergebnis transparent und gut verständlich dargestellt werden kann. Die Schleifmaschine kann in der Simulationssoftware grafisch und datenmäßig mit den entsprechenden Werkzeugen wie Schleifscheiben und Abrichter bestückt werden (Bild 2). Nach der Bestückung des Schleifspindelstockes lässt sich jede Schleifscheibe virtuell in ihre Arbeitsposition bringen und mit der Arbeitsfeldmarkierung kann überprüft werden, ob mit jeder Schleifscheibe die entsprechenden Positionen am Werkstück und die Abrichtpositionen erreicht werden können. Ohne die grafische Darstellung wäre dies oft erst definitiv zu beantworten, wenn der Bediener am Umrüsten ist und bemerkt, das er mit der gewählten Schleifscheibe die Position des Abrichters gar nicht erreicht. Mit der Software Studer Grind dagegen kann sehr schnell eine Aussage über die Machbarkeit bezüglich der Maschinengeometrie für dieses Teil gemacht werden, ohne die Schleifmaschine dafür real einrichten zu müssen.Um die Bearbeitungszeit zu ermitteln, wird zuerst das Schleifprogramm funktionsmäßig über das bewährte Pictogramming erstellt. Für jeden Sitz, jedes Schleifspindelstockschwenken und jedes Abrichten werden die Funktionen per Mausklick auf das Piktogramm schnell zusammengefügt. Die Werte für die X- und Z-Position eines Sitzes können direkt aus einer importierten DXF-Grafikdatei übernommen werden. Die angewählte Schleifscheibe wird bezüglich ihrem Bezugspunkt an der richtigen Stelle angezeigt.Die Prozessparameter können nun mit den Initialisierungstabellen, die bereits im Basisprogramm verfügbar sind initialisiert werden. Dabei kann von einer umfangreichen Sammlung von Werten, die von anderen Aufträgen her angelegt wurden und die für diesen Werkstoff und die Härte in Frage kommen, profitiert werden. Noch wesentlich weitergehende Möglichkeiten bietet die optionale Schleiftechnikunterstützung. Damit wird sogar die Beschaffenheit der Schleifscheibe, der Werkstoff, die auftretenden Schleifkräfte, Spindelleistung, Zeitspan-volumen, Drehzahlverhältnisse, Durchbiegung, Grenzwerte der Maschine und vieles mehr berücksichtigt. Weil das Schleifprogramm bereits erstellt wurde, werden nun alle Einzelzeiten und die gesamte Bearbeitungszeit inklusive Nebenzeiten, Verfahrzeiten und Abrichtzeiten angegeben. In einer übersichtlichen Tabelle kann der Prozess überprüft und analysiert werden.Die Fertigungskosten für das Teil beziehungsweise für die ganze Losgröße werden in der Kostenberechnung auf Grund der Kostensätze, Werkzeug- und Energiekosten direkt berechnet und ein Angebot im Excel-Format generiert. Gemäß der Darstellung des virtuellen Maschinenraumes in der Simulationssoftware kann der Bediener die Maschine schnell umrüsten. Er kann anhand des dargestellten Maßstabes auf dem Längstisch genau sehen, wohin er Werkstückspindelstock und Reitstock nötigenfalls verschieben muss. Außerdem erhält er Angaben darüber, welche Schleifscheiben er montieren und wo er welche Abrichter positionieren muss. Um eventuelle Programmierfehler aufzudecken, simuliert der Bediener das erstellte Programm auf dem vernetzten Rechner. Nach fehlerfreiem Ablauf der Simulation kann das Teil gefertigt werden.Reale Tests lassen sich auf ein Minimum reduzierenBei der werkstückorientierten Datenhaltung werden alle Programme, Unterprogramme und Zusatzdokumentationen wie zum Beispiel Digitalfotos von der Einricht- beziehungsweise Spannsituation automatisch ein und demselben Werkstück zugeordnet, so dass die Wiederauffindung und die Reproduzierbarkeit jederzeit und sofort gewährleistet ist.Sowohl heutzutage als auch in Zukunft wird ein neuer Schleif- oder Einrichtzyklus auf dem PC entwickelt. Beim Funktionstest auf einem Simulator mit Steuerung kann der Ablauf des programmierten Zyklus getestet werden. Es können aber nur Tests durchgeführt werden, die keine visuelle Kontrolle benötigen. Sobald mehrere Positionen an einem Werkstück angefahren werden, wird das Kontrollieren der Positionen mittels Notieren der aktuellen Achspositionen sehr mühsam. Bis vor kurzem wurde in solchen Fällen der Test auf der realen Maschine durchgeführt.Mit dem Einsatz der virtuellen Maschine findet der Entwicklungsprozess des Schleif- oder Einrichtzyklus nach wie vor auf dem PC statt. Es bieten sich aber diverse Möglichkeiten den Entwicklungsprozess zu optimieren und den Testaufwand zu verringern. So befinden sich Entwicklungs- und Testumgebung an einem Arbeitsplatz und Einrichtabläufe können direkt an der virtuellen Maschine kontrolliert werden. Das heißt, dass - sobald das 3D-Modell der Maschine verfügbar ist - mit der Inbetriebnahme am virtuellen Prototyp begonnen werden kann. Das Testen auf der realen Maschine kann so hinausgezögert und auf ein Minimum reduziert werden. Das Einsparpotenzial liegt auf der Hand: Einerseits können bisher seriell abgewickelte Entwicklungsprozesse parallel ablaufen, andererseits reduzieren sich die Kosten durch eine kürzere Nutzungsdauer der Maschine in der Testphase. Zudem kann zwischen verschiedenen Maschinenkonfigurationen und -typen per Knopfdruck umgeschaltet und neu erstellte Software virtuell getestet werden. Auch der Verkauf profitiert vom Einsatz der virtuellen Maschine. So können mit der Simulationssoftware und dem damit gekoppelten 3D-Modell (ohne Maschinensteuerung) dem Kunden die genaue Konfiguration und Funktionalität der Maschine auf Tastendruck und in sehr anschaulicher Weise präsentiert werden (Bild 5). Interaktiv lässt sich so dem Kunden eine maßgeschneiderte Studer-Schleifmaschine zusammenstellen. Vorher erarbeitete und aufgezeichnete kundenspezifische Steuerungsprogramme und Schleifzyklen können praktisch in Echtzeit wiedergegeben werden. Der Kunde sieht so auch gleich, welche maschinen- und werkstückspezifischen Nebenzeiten entstehen.