Simulationstechniken in Steuerungen integriert

Sonderteil Werkzeugmaschinen
Steuerungen
ZB726 Heidenhain
Lieber vorausschauen als das Nachsehen haben
Simulationstechniken
in Steuerungen integriert
Die Simulationstechniken innerhalb der „TNC“-Steuerungen
von Heidenhain gestatten dem Maschinenbediener eine realitätsnahe Vorschau auf die Bearbeitung. Fehler am Werkstück oder
Kollisionen im Maschinenraum kann er im Voraus erkennen und
damit vor der Bearbeitung korrigieren. Nacharbeit oder gar Ausschuss
und Maschinenschäden entfallen.
D
ie komplexen Maschinenbewegungen
bei der 5-Achs-Bearbeitung sowie die generell hohen Verfahrgeschwindigkeiten
machen Achsbewegungen schwer vorhersehbar. Damit der Maschinenbediener dennoch eine möglichst realistische Vorschau
auf die Bearbeitung bekommt, bieten TNCSteuerungen von Heidenhain verschiedene
Simulationstechniken an, Bild 1.
Die 3D-Simulationsgrafik spielt NC-Programme unter Berücksichtigung der tatsächlichen Maschinenkinematik und Maschinenkonfiguration virtuell durch. So erlaubt sie eine detaillierte und schnelle Analyse von Fehlern im NC-Programm. Die
„Dynamische Kollisionsüberwachung –
DCM“ berechnet Bewegungen im Maschinenraum voraus und vermeidet Kollisionen. Auf diese Weise machen beide Funktionen die Fertigung von der manuell gesteuerten Verfahrbewegung beim Einrichten der Maschine bis hin zu mannlosen
Schichten sicherer und effizienter.
Während der Simulation eröffnen viele
Ansichtsoptionen einen genauen und frei
wählbaren Blick auf Details. Die grafische
Simulation ist dabei so detailreich, dass der
Maschinenbediener unerwünschte Bearbeitungseffekte aus dem NC-Programm – zum
Beispiel nicht den Anforderungen entsprechende Oberflächen durch Fehlbewegungen der Werkzeuge – frühzeitig erkennt. Bei
maximaler Auflösung der 3D-Simulation
zeigt die Steuerung in der Darstellung der
Werkzeugbewegung als 3D-Liniengrafik zudem die Satzendpunkte mit den entsprechenden Satznummern an. Das erleichtert
bei CAM-generierten NC-Programmen zusätzlich die Analyse der Punkteverteilung
sowie die Vorabbeurteilung der zu erwartenden Oberfläche.
Der Bediener betrachtet wahlweise das
Werkstück, nur die Werkzeugwege oder beides gemeinsam. Er bekommt darüber hinaus Ansichten zur Wahl, die ihm zum Beispiel die ursprünglichen Abmessungen des
Bild 1. „TNC“-Steuerungen von Heidenhain mit detailgetreuer 3D-Simulationsgrafik.
Rohteils als Rahmen zeigen und darin die
Hauptachsen kennzeichnen. Für ein besseres räumliches Vorstellungsvermögen kann
die 3D-Simulationsgrafik die Werkstückkanten als Linien darstellen. Die Ansichtsoption „Werkstück-Transparent“ erlaubt außerdem einen Blick auf innenliegende Bearbeitungen – auch bei rotationssymmetrischen Werkstücken. Eine farbliche Kennzeichnung am Werkstück, bei der für jedes
neue Werkzeug auch eine neue Farbe verwendet wird, verdeutlicht dem Bediener die
einzelnen Arbeitsschritte und erleichtert
die Zuordnung der eingesetzten Werkzeuge.
Die Werkzeuge lassen sich zusätzlich noch
voll oder transparent einblenden und auch
jederzeit wieder ausblenden.
Kollisionsüberwachung mit detaillierter Komponentendarstellung
3D-Simulationsgrafik
mit zahlreichen Vorteilen
Die detailgetreue 3D-Simulationsgrafik unterstützt den Bediener der TNC-Steuerungen dabei,
fehlende Angaben oder Ungereimtheiten im Programm ohne
Gefahr für Werkstück, Werkzeug
und Maschine schon im Vorfeld
einer Bearbeitung zu erkennen,
Bild 2. Dazu zeigt sie das Werkstück in beliebigen Betrachtungswinkeln und simuliert sowohl
Fräs- als auch Drehbearbeitungen
in einer Ansicht. Als Rohteile
sind nicht nur Quader, sondern
auch zylindrische Körper und rotationssymmetrische
Rohteile
möglich.
Bild 2. Einfache Vorab-Analyse der Oberfläche: Die detailreiche Anzeige der 3D-Simulationsgrafik zeigt unerwünschte Effekte.
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Die Dynamische Kollisionsüberwachung DCM überwacht
die Verfahrbewegungen im Maschinenraum sowohl im Automatik- als auch im Einrichtbetrieb,
Bild 3. Bei einer drohenden Kollision stoppt die HeidenhainSteuerung die Bearbeitung beziehungsweise verlangsamt im manuellen Betrieb den Vorschub bis
zum vollständigen Stopp. Dabei
zeigt die TNC-Steuerung dem Bediener grafisch an, welche Maschinenkomponenten auf Kollisionskurs sind. Zusätzlich gibt sie
eine entsprechende Meldung
aus. Weil DCM im Realtime-Modus läuft, berücksichtigt sie auch
Programmänderungen oder manuelle Eingriffe, die nach einer
eventuell schon im CAD-System
VDI-Z 178 (2016), Nr. 1/2 – Januar / Februar
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Bild 3. Maschinenschäden und Stillstandszeiten vermeiden: Die „Dynamische Kollisionsüberwachung – DCM“ überwacht die Verfahrbewegungen im Maschinenraum und stoppt sie vor einer drohenden Kollision.
durchgeführten Simulation noch am NCProgramm vorgenommen wurden. Maschinenschäden und dadurch bedingte teure
Stillstandszeiten lassen sich so vermeiden.
Das „M3D-Format“ für die Darstellung
der Kollisionskörper macht die Dynamische
Kollisionsüberwachung DCM besonders effektiv, Bild 4. Sie nutzt dank M3D hochdetaillierte 3D-Modelle für eine bessere Sicht
auf mögliche Kollisionskörper. Der Maschinenhersteller hat die Möglichkeit, Kollisionskörper aus seinen Standard-CAD-Modellen mithilfe des PC-Tools „M3D Converter“ in das sichere M3D-Format zu konvertieren und auf der TNC-Steuerung einzubinden. Diese M3D-Daten sind gegen nachträgliche Manipulationen gesichert und
schützen gleichzeitig die Konstruktionsdetails der Kollisionskörper. Dazu kann der
Maschinenhersteller für die Kollisionsüberwachung Unwichtiges verbergen beziehungsweise aus den Daten löschen oder
Baugruppen vereinfacht darstellen (etwa
ohne innenliegende Teile).
DCM berücksichtigt alle Komponenten
im Arbeitsraum wie Spannmittel, Vorrichtungen, Werkzeuge und Werkzeughalter sowie Tastsysteme oder andere Messmittel.
Das Ergebnis ist die detailgetreue Abbildung
auch komplexer Maschinenkomponenten.
Infolgedessen lässt sich der Maschinenraum
wesentlich besser nutzen – gerade in kompakten Bauräumen ein ganz entscheidender
Vorteil. DCM vermeidet Kollisionen, denn
Reparaturen an Maschinenachsen oder an
Bild 4. DCM mit dem Format „M3D“ überwacht selbst kleinste Ecken
und Kanten auf mögliche Kollisionen.
Bild (4): Heidenhain
der Spindel sind teuer. Hinzu kommt, dass
die Maschine nach einer Kollision möglicherweise nicht mehr mit der ursprünglichen Genauigkeit arbeitet. Das kann einerseits die Qualität der zu fertigenden Werkstücke negativ beeinflussen. Andererseits
drohen Auswirkungen einer Terminverschiebung oder Kapazitätsverlust nach einem Maschinenausfall.
Neuheiten auf der Metav
Jeder Betrieb ist individuell und hat seine
eigene Philosophie, wie Abläufe zu organisieren sind. Aber die wesentlichen Glieder
und Schritte einer Prozesskette sind oft vergleichbar. Idealerweise verknüpft sie Konstruktion, Programmierung, Simulation,
Fertigungsvorbereitung und Produktion
nahtlos miteinander. Für ein digitales Auftragshandling müssen Kommunikation
und Datentransfer in alle Richtungen möglich sein.
Auf der „Metav“ zeigt Heidenhain, wie
einfach Kommunikation und Datentransfer
zwischen allen Prozessbeteiligten mit der
TNC 640 ablaufen können. Bereits im Standardfunktionsumfang erlaubt die TNC 640
direkt an der Steuerung den Zugriff auf die
Daten des Fertigungsprozesses über einen
CAD-Viewer, einen PDF-Viewer, eine FotoAnzeige und einen Web-Browser. Für die
Browser-Darstellung muss kein eigenes Programm installiert werden. Die Bedienung
von webbasierten Dokumentations- oder
ERP (Enterprise Resource Planning)-Systemen ist genauso möglich wie der Zugriff auf
das E-Mail-Postfach.
Eine erweiterte Lösung zur Integration
der TNC 640 in die Prozesskette ist die Option „133 Remote Desktop Manager“. Sie gestattet einfach per Tastendruck auf der
Steuerungstastatur den bequemen Wechsel
vom Steuerungsbildschirm zur Oberfläche
eines Windows-PC. Dies kann sowohl ein
Rechner im lokalen Netzwerk als auch ein
Industrie-PC (IPC) wie der „IPC 6641“ von
Heidenhain im Schaltschrank der Maschine
sein. Der Maschinenbediener erhält damit
direkt an der Steuerung vollen Zugriff auf alle datentechnischen Systeme der Prozesskette. Er kann einfach alle gewohnten Anwendungen – wie Verwalten, Dokumentieren und Visualisieren – auf der Steuerung
bedienen und nutzen. Selbst rechenintensive Aufgaben im Bereich CAD/CAM nehmen
keinen Einfluss auf die CNC-Bearbeitung
und die Leistungsfähigkeit der Maschine.
Damit die TNC 640 diese wichtigen Funktionen innerhalb des digitalen Auftragshandlings in jedem Betrieb erfüllen kann,
passt sie sich an die individuell bestehende
Prozesskette an. Darüber hinaus ist sie dank
ihrer zukunftsweisenden Software-Plattform offen für Änderungen und Weiterentwicklungen.
Jens Kummetz
Dr. Jens Kummetz ist Leiter Produktmarketing für CNC-Steuerungen
bei Heidenhain in Traunreut.
Nutzen integrierter 3D-Simulationen auf der Steuerung
Dass die 3D-Simulation direkt auf der TNC-Steuerung erfolgt, hat für den Bediener einige Vorteile. So kann er beispielsweise an der Maschine erstellte Bearbeitungsprogramme schnell und einfach überprüfen. Auch bei Programmen, die er aus CAD/CAM-Systemen übernimmt, lohnt sich
eine Simulation auf der Steuerung: Die 3D-Simulationsgrafik berücksichtigt das auf der Steuerung hinterlegte Kinematikmodell, welches optimal an die tatsächliche Geometrie der Werkzeugmaschine angepasst ist und auf diese Weise die Bewegungen der Maschine realitätsnah widerspiegelt.
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u Info
Dr. Johannes Heidenhain GmbH,
Dr.-Johannes-Heidenhain-Str. 5,
83301 Traunreut, Tel. 08669 / 31-0,
Fax 08669 / 38609, E-Mail: info@
heidenhain.de, Internet: www.heidenhain.de,
Metav: Halle 16, Stand C 13
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