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Planungsfehler werden vermieden

28.09.2006 | Redakteur:

STEP-NC-basiertes Programmieren der Komplettbearbeitung auf Dreh-Fräszentren verkürzt Programmierzeiten. Beschleunigen der Produktentstehung, Verringern der Fertigungsdauer sowie Erhöhen der...

STEP-NC-basiertes Programmieren der Komplettbearbeitung auf Dreh-Fräszentren verkürzt ProgrammierzeitenBeschleunigen der Produktentstehung, Verringern der Fertigungsdauer sowie Erhöhen der Fertigungsgenauigkeit – diese Ziele lassen sich erreichen mit neuen Konzepten der Produktdatenmodellierung, der NC-Programmierung und der Werkzeugmaschinen. Mit STEP-NC (ISO 14649) wird ein Produktdaten- und Bearbeitungsmodell bereitgestellt, mit dem durchgängige CAD/NC-Prozessketten aufgebaut werden können. Gleichzeitig bildet STEP-NC die Basis für den effizienten Einsatz von Komplettbearbeitungsmaschinen, indem deren kombinierte Bearbeitungsmöglichkeiten berücksichtigt werden [1].Maschinenspezifische Daten werden berücksichtigtDer Trend, möglichst viele Bearbeitungsschritte auf einem Dreh-Fräszentrum durchzuführen, führt zu immer komplexeren Maschinenaufbauten. Je mehr Maschinenbaugruppen und Achsen die Maschinen aber haben, desto komplexer ist der Bearbeitungsablauf. Dabei ist es erforderlich, eine geeignete Methode zur Bearbeitungsmodellierung für die Komplettbearbeitung zu finden, mit der die Bearbeitungsmöglichkeiten und der Bearbeitungsablauf unter Berücksichtigung maschinenspezifischer Gegebenheiten abgebildet und damit ausgenutzt werden kann. Bei der Komplettbearbeitung lassen sich folgende Möglichkeiten unterscheiden:- Mehrverfahrenbearbeitung ist das Anwenden von unterschiedlichen Fertigungsverfahren auf einer Werkzeugmaschine. Neben dem Drehen stehen die Fertigungsverfahren Bohren und Fräsen über einen Revolver mit angetriebenen Werkzeugen oder einer integrierten Frässpindel auf einem Dreh-Fräszentrum zur Verfügung.- Parallele Mehrwerkzeugbearbeitung ist die Fertigung eines Werkstücks durch mehrere Werkzeuge gleichzeitig. Ein Werkzeugsystem mit mehreren Revolvern befähigt ein Dreh-Fräszentrum zur parallelen Mehrwerkzeugbearbeitung:- Parallele Mehrwerkstückbearbeitung ist die gleichzeitige Fertigung von mehreren Werkstücken auf einer Maschine. Eine Gegenspindel ermöglicht parallele Mehrwerkstückbearbeitung auf Dreh-Fräszentren.- Zweiseitenbearbeitung verbindet die Vorder- und Rückseitenbearbeitung durch eine automatisch gesteuerte Umspannung.Die NC-Planung verfolgt das Ziel, das NC-Programm rechnerunterstützt zu erzeugen [2]. Dabei lässt sich die NC-Planung generell in folgende Teilaufgaben unterteilen:- Aufbereiten der Fertigungsgeometrie (Rohteil, Zwischengeometrie, Fertigteil),- Ermitteln der Aufspannung (Spannlagen, Spannmittel, Spannvorgänge),- Ermitteln der Bearbeitungsschritte und -reihenfolge (Schruppen, Schlichten),- Auswahl der Werkzeuge (Werkzeug, Magazinplatz) und- Ermitteln der Schnittwerte und-strategie (Schnitttiefe, Drehzahl, Vorschub, Aufmaß, An- und Abfahrstrategie, Gestaltung der Werkzeugbahn).Die NC-Planung basiert auf umfangreichen Geometrie- und Technologiedaten. Die Ermittlung der Aufspannungen sowie die Bearbeitungsschritte und deren Reihenfolge erfolgt mit Hilfe der aufzubereitenden Fertigungsgeometrie und der entsprechenden Planungslogik. Danach werden die Prozessdaten inklusive Werkzeug, Schnittwerte und Schnittstrategie für jeden Bearbeitungsschritt festgelegt.Software-Agenten arbeiten autonomIn Bezug auf die Komplettbearbeitung ergeben sich erweiterte Anforderungen an die NC-Planung:- Festlegen der Parameter für zusätzliche Maschinenbaugruppen und Achsen, wie Geometriedaten von Spannmitteln zur automatischen Umspannung,- Ermitteln der Schnittwerte für Zusatzachsen (C-, Y-, B-Achse),- Koordinieren der Werkzeuge und Werkstückträger bei paralleler Mehrwerkzeug- und Mehrwerkstückbearbeitung sowie das Gewährleisten eines kollisionsfreien Fertigungsablaufs,- zeitoptimiertes Verteilen der Bearbeitungsschritte auf entsprechenden Werkstück- und Werkzeugträgern sowie die daraus resultierenden Synchronisationsaufgaben.Der Begriff des Software-Agenten (kurz Agent genannt) wird in der Literatur sehr unterschiedlich verwendet. Allgemein bezeichnet man einen Software-Agenten als ein Softwareprogramm, das seine Aufgaben in Teilen autonom durchführt, mit anderen Agenten oder Menschen kooperiert sowie Wissen über sich selbst und seine Umwelt besitzt. Die drei Eigenschaften Autonomie, Schlussfolgerungsfähigkeit und Kooperation sind für die agentenbasierte NC-Planung von besonderer Bedeutung. Autonomie bedeutet die selbstständige Erfüllung vorgegebener Ziele. Bezüglich der NC-Planung versetzt die Fähigkeit zur Schlussfolgerung einen Agenten in die Lage, bestimmte Teilaufgaben auf Basis seiner lokalen Wissensbasis oder Planungslogik zu erledigen. Der Einsatz der Agententechnik ermöglicht eine konfigurierbare Systemstruktur und unterstützt die kooperative Ermittlung des Bearbeitungsablaufs [2]. Ausgangspunkt hierfür sind die Bearbeitungsobjekte (BO), die in STEP-NC den Bearbeitungsschritten entsprechen. Diese lassen sich je nach Sichtweise entweder auf die Fertigungsfeatures des Werkstücks oder auf die Bearbeitungseinheiten (BE) eines Dreh-/Fräszentrums verteilen. In einer STEP-NC-Datei werden dann die zur Fertigung erforderlichen Bearbeitungsschritte in einem entsprechenden Teilablauf im Arbeitsplan zusammengestellt.Im Allgemeinen wird die Planungsaufgabe für die Erstellung des NC-Plans in mehrere Planungsteilaufgaben gegliedert. Dabei wird der Teilablauf für eine Bearbeitungseinheit oder für ein Bearbeitungsobjekt eingeplant und das Planungsergebnis in einem Teilplan dargestellt. Unter Berücksichtigung der Fertigungsfähigkeit einer Bearbeitungseinheit wird der entsprechende BE-Teilplan durch die Planungseinheit selbstständig erstellt. Die Synthese von BE-Teilplänen zu einem NC-Plan wird durch die Kooperation zwischen den BE-bezogenen Planungseinheiten realisiert.NC-Programmierung ist weitgehend automatisiertDamit wird die Verteilung der Bearbeitungsschritte auf den entsprechenden Werkstück- und Werkzeugträger ermittelt. Die Aufgaben für die Erstellung des BE-Teilplans werden auf die BO-bezogenen Planungseinheiten weiter verteilt, wobei ein BO-Teilplan nach der in einem maschinenspezifischen Bearbeitungsobjekte definierten Planungslogik autonom generiert wird. Durch die Kooperation zwischen den BO-bezogenen Planungseinheiten wird die Bearbeitungsreihenfolge festgelegt.Für die Einplanung der Teilaufgaben sowie die Koordination untereinander sind verschiedene Arten von Agenten vorgesehen. So ermittelt ein BE-Agent so lange eine sequenzielle Bearbeitungsreihenfolge, wie die Bearbeitungseinheit als zugeordnetes Teilsystem eine Folge von Bearbeitungsschritten alleine ausführen kann. Durch die Kooperation der BE-Agenten ist eine automatische Verteilung der Bearbeitungsschritte für die Parallelbearbeitung möglich.Auf Basis der eigenen Planungslogik generiert ein BO-Agent zuerst die Bearbeitungsschritte des zugehörigen Bearbeitungsobjekts. Zur Vermeidung technologischer Kollisionen wird die sequenzielle Bearbeitungsreihenfolge für jede Bearbeitungseinheit durch die Kooperation zwischen BO-Agenten ermittelt. Ein Maschinenagent führt die Bearbeitungseinheit übergreifende Planungsteilaufgaben aus, beispielsweise die Ermittlung der Aufspannung.Das agentenbasierte NC-Planungssystem unterstützt den NC-Planer bei der Erstellung, Überprüfung und Modifikation von Teileprogrammen für die Komplettbearbeitung auf Dreh-Fräszentren durch einen hohen Automatisierungsgrad und maschinenangepasste Methoden. Die wesentlichen Vorzüge des Systems sind:- Reduzierung der Programmierzeit durch einen hohen Automatisierungsgrad und effektiven Handlungsspielraum für den NC-Planer,- Verringerung der Stückzeit durch maximale Nutzung der Bearbeitungsmöglichkeiten eines Dreh-Fräszentrums wie Parallelisierung und Synchronisierung,- Maschinenspezifische Bearbeitungsmodellierung zur Anpassung an verschiedene Maschinen,- weitgehend automatische NC-Planung durch Einsatz der Agententechnik,- Überprüfung der Fertigbarkeit und möglicher technischer Kollisionen,- Ermittlung des Maschinenaufbaus bei vorgegebenem Werkstückspektrum,- grafisch-interaktive Benutzerführung durch übersichtliche Anzeigen und Dialoge.Mit dem Planungssystem STEP-NC wird erstmalig eine standardisierte Datenschnittstelle bereitgestellt, mit der eine durchgängig und bidirektional integrierte Prozesskette vom CAD-System über das CAP-System bis hin zur NC-Steuerung zu realisieren ist.Literatur:[1] Klemm, P., und S. Heusinger: STEP-NC-basierte NC-Planung der Komplettbearbeitung steigert die Effizienz im Produktionsablauf. Maschinenmarkt 39/2003, S. 24-27. [2] Li, R.: Agentenbasierte NC-Planung für die Komplettbearbeitung auf Dreh-Fräszentren. Dissertation Universität Stuttgart 2001.

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