Kief / Roschiwal / Schwarz CNC-Handbuch 2015/2016

CNC, DNC, CAD, CAM, FFS, SPS, RPD, LAN, CNC-Maschinen, CNC-Roboter, Antriebe, Simulation, Fachwortverzeichnis
1. Auflage 2015
ISBN: 978-3-446-44356-3
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 766 Seiten

Inhaltsbeschreibung folgt

Autoren/Hrsg.

Kief, Hans B.

Roschiwal, Helmut A.

Schwarz, Karsten

Fachgebiete

• Mathematik | Informatik EDV | Informatik Professionelle Anwendung Computer-Aided Design (CAD)
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Mess- und Automatisierungstechnik
• Technische Wissenschaften Technik Allgemein Konstruktionslehre und -technik
• Technische Wissenschaften Elektronik | Nachrichtentechnik Elektronik Robotik
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Produktionstechnik Computergestützte Fertigung
• Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Maschinenbau Konstruktionslehre, Bauelemente, CAD

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsübersicht;6
3;Inhaltsverzeichnis;8
4;Tabellenübersicht;16
5;Teil 1 - Einführung in
die CNC-Technik;19
5.1;1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung;21
5.1.1;1.1 Erste Nachkriegsjahre;21
5.1.2;1.2 Wiederaufbau der Werkzeugmaschinenindustrie;22
5.1.3;1.3 Die Werkzeugmaschinenindustrie in Ostdeutschland;22
5.1.4;1.4 Weltweite Veränderungen;24
5.1.5;1.5 Neue, typische NC-Maschinen;27
5.1.6;1.6 Der japanische Einfluss;27
5.1.7;1.7 Die deutsche Krise;28
5.1.8;1.8 Ursachen und Auswirkungen;28
5.1.9;1.9 Flexible Fertigungssysteme;29
5.1.10;1.10 Weltwirtschaftskrise 2009;30
5.1.11;1.11 Situation und Ausblick;31
5.1.12;1.12 Fazit;33
5.2;2 Meilensteine der NC-Entwicklung;35
5.3;3 Was ist NC und CNC?;39
5.3.1;3.1 Der Weg zu NC;39
5.3.2;3.2 Hardware;40
5.3.3;3.3 Software;42
5.3.4;3.4 Steuerungsarten;42
5.3.5;3.5 NC-Achsen;44
5.3.6;3.6 SPS, PLC;45
5.3.7;3.7 Anpassteil;47
5.3.8;3.8 Computer und NC;47
5.3.9;3.9 NC-Programm und Programmierung;49
5.3.10;3.10 Dateneingabe;52
5.3.11;3.11 Bedienung;53
5.3.12;3.12 Zusammenfassung;56
6;Teil 2 - Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen;61
6.1;1 Weginformationen;63
6.1.1;1.1 Einführung;63
6.1.2;1.2 Achsbezeichnung;63
6.1.3;1.3 Lageregelkreis;66
6.1.4;1.4 Positionsmessung ;69
6.1.5;1.5 Kompensationen;83
6.2;2 Schaltfunktionen;96
6.2.1;2.1 Erläuterungen;96
6.2.2;2.2 Werkzeugwechsel;97
6.2.3;2.3 Werkzeugwechsel bei Drehmaschinen;97
6.2.4;2.4 Werkzeugwechsel bei Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren;98
6.2.5;2.5 Werkzeugidentifikation;102
6.2.6;2.6 Werkstückwechsel;103
6.2.7;2.7 Drehzahlwechsel;107
6.2.8;2.8 Vorschubgeschwindigkeit;108
6.2.9;2.9 Zusammenfassung;108
6.3;3 Funktionen der numerischen Steuerung;113
6.3.1;3.1 Definition;113
6.3.2;3.2 CNC-Grundfunktionen;113
6.3.3;3.3 CNC-Sonderfunktionen;119
6.3.4;3.4 Kollisionsvermeidung;123
6.3.5;3.5 Integrierte Sicherheitskonzepte für CNC-Maschinen;130
6.3.6;3.6 Anzeigen in CNCs;146
6.3.7;3.7 CNC-Bedienoberflächen ergänzen;147
6.3.8;3.8 Offene Steuerungen;150
6.3.9;3.9 Preisbetrachtung
;153
6.3.10;3.10 Vorteile neuester CNC-Entwicklungen;155
6.3.11;3.11 Zusammenfassung;156
6.4;4 SPS – Speicher­programmierbare Steuerungen;161
6.4.1;4.1 Definition;161
6.4.2;4.2 Entstehungsgeschichte der SPS;161
6.4.3;4.3 Aufbau und Wirkungsweise von SPS;162
6.4.4;4.4 Datenbus und Feldbus;165
6.4.5;4.5 Vorteile von SPS;170
6.4.6;4.6 Programmierung von SPS und Dokumentation;172
6.4.7;4.7 Programm;174
6.4.8;4.8 Programmspeicher;175
6.4.9;4.9 SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb
;176
6.4.10;4.10 SPS-Auswahlkriterien;177
6.4.11;4.11 Zusammenfassung;179
6.4.12;4.12 Tabellarischer Vergleich CNC/SPS;179
6.5;5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine;185
6.5.1;5.1 Maschinenkonfiguration;185
6.5.2;5.2 Maschinengestelle;187
6.5.3;5.3 Führungen;188
6.5.4;5.4 Maschinenverkleidung ;190
6.5.5;5.5 Kühlmittelversorgung;191
6.5.6;5.6 Späneabfuhr;191
6.5.7;5.7 Zusammenfassung;191
7;Teil 3 - Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen;195
7.1;1 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen;197
7.1.1;1.1 Anforderungen an Vorschubantriebe;198
7.1.2;1.2 Arten von Vorschubantrieben;199
7.1.3;1.3 Die Arten von Linearmotoren;206
7.1.4;1.4 Vor-/Nachteile von Linearantrieben;208
7.1.5;1.5 Anbindung der Antriebe an die CNC;208
7.1.6;1.6 Messgeber;211
7.1.7;1.7 Zusammenfassung;212
7.2;2 Hauptspindelantriebe;215
7.2.1;2.1 Anforderungen an Hauptspindelantriebe;215
7.2.2;2.2 Arten von Hauptspindelantrieben;216
7.2.3;2.3 Bauformen von Hauptspindelantrieben;218
7.2.4;2.4 Ausführungen von Drehstrom-Synchronmotoren;220
7.2.5;2.5 Vor- und Nachteile von Synchronmotoren;221
7.3;3 Prozessadaptierte Auslegung von Werkzeugmaschinenantrieben ;223
7.3.1;3.1 Grenzen der Betrachtung ;223
7.3.2;3.2 Ausgangspunkt Bearbeitungsprozess ;224
7.3.3;3.3 Energiebilanz;226
7.3.4;3.4 Aufbau von Werkzeugmaschinen-Antrieben ;227
7.3.5;3.5 Stationäre und dynamische Auslegung von Vorschubantrieben;229
7.3.6;3.6 Linearantriebe ;234
7.3.7;3.7 Ableitung der Antriebsauslegung aus Prozesskenngrößen ;234
7.3.8;3.8 Universelle/spezifische Auslegung von Maschinen;237
7.3.9;3.9 Auslegung von Vorschubantrieben spanender Werkzeugmaschinen aus Prozessparametern ;238
7.3.10;3.10 Systembetrachtung einer Werkzeugmaschine ;240
7.3.11;3.11 Zusammenfassung ;243
7.4;4 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter;245
7.4.1;4.1 Motorenauswahl;245
7.4.2;4.2 Lagerung;246
7.4.3;4.3 Schmierung;247
7.4.4;4.4 Bearbeitungsprozesse ;248
8;Teil 4 - Die Arten von nummerisch gesteuerten Maschinen;255
8.1;1 CNC-Werkzeugmaschinen;257
8.1.1;1.1 Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen;257
8.1.2;1.2 Drehmaschinen;268
8.1.3;1.3 Schleifmaschinen (Dr.-Ing. Heinrich Mushardt);276
8.1.4;1.4 Verzahnmaschinen (Dr.-Ing. Klaus Felten);287
8.1.5;1.5 Bohrmaschinen;297
8.1.6;1.6 Sägemaschinen (Dipl.-Ing. Armin Stolzer);299
8.1.7;1.7 Laserbearbeitungsanlagen;303
8.1.8;1.8 Stanz- und Nibbelmaschinen;310
8.1.9;1.9 Rohrbiegemaschinen;316
8.1.10;1.10 Funkenerosionsmaschinen;318
8.1.11;1.11 Elektronenstrahl-Maschinen;321
8.1.12;1.12 Wasserstrahlschneidmaschinen;323
8.1.13;1.13 Multitasking-Maschinen;325
8.1.14;1.14 Messen und Prüfen;338
8.1.15;1.15 Zusammenfassung;343
8.2;2 Generative Fertigungsverfahren;347
8.2.1;2.1 Einführung;347
8.2.2;2.2 Definition;348
8.2.3;2.3 Verfahrenskette;350
8.2.4;2.2 Einteilung der generativen Fertigungsverfahren;352
8.2.5;2.5 Vorstellung der wichtigsten Schichtbauverfahren ;354
8.2.6;2.6 Zusammenfassung;364
8.3;3 Flexible Fertigungs­systeme;366
8.3.1;3.1 Definition;366
8.3.2;3.2 Flexible Fertigungsinseln;369
8.3.3;3.3 Flexible Fertigungszellen;369
8.3.4;3.4 Technische Kennzeichen Flexibler Fertigungssysteme;372
8.3.5;3.5 FFS-Einsatzkriterien;374
8.3.6;3.6 Fertigungsprinzipien;375
8.3.7;3.7 Maschinenauswahl und -anordnung;377
8.3.8;3.8 Werkstück-Transportsysteme;378
8.3.9;3.9 FFS-geeignete CNCs ;388
8.3.10;3.10 FFS-Leitrechner;389
8.3.11;3.11 Wirtschaftliche Vorteile von FFS;391
8.3.12;3.12 Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS;393
8.3.13;3.13 Flexibilität und Komplexität;394
8.3.14;3.14 Simulation von FFS;398
8.3.15;3.15 Produktionsplanungssysteme (PPS);400
8.3.16;3.16 Zusammenfassung;401
8.4;4 Industrieroboter und Handhabung;404
8.4.1;4.1 Einführung;404
8.4.2;4.2 Definition: Was ist ein Industrieroboter?;405
8.4.3;4.3 Aufbau von Industrierobotern;406
8.4.4;4.4 Mechanik/Kinematik;407
8.4.5;4.5 Greifer oder Effektor;409
8.4.6;4.6 Steuerung;409
8.4.7;4.7 Safe Robot Technologie;412
8.4.8;4.8 Programmierung;415
8.4.9;4.9 Sensoren;417
8.4.10;4.10 Anwendungsbeispiele von Industrierobotern;418
8.4.11;4.11 Einsatzkriterien für Industrieroboter;422
8.4.12;4.12 Vergleich Industrieroboter und CNC-Maschine ;423
8.4.13;4.13 Zusammenfassung und Ausblick;424
8.5;5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung;427
8.5.1;5.1 Einführung ;427
8.5.2;5.2 Was ist Energieeffizienz?;427
8.5.3;5.3 Werkhallen;427
8.5.4;5.4 Maschinenpark;428
8.5.5;5.5 Sonderfall Bearbeitungszentren
;428
8.5.6;5.6 Energieeffiziente NC-Programme;429
8.5.7;5.7 Möglichkeiten der Maschinenhersteller;430
8.5.8;5.8 Möglichkeiten der Anwender;431
8.5.9;5.9 Blindstrom-Kompensation ;433
8.5.10;5.10 Zusammenfassung ;436
8.5.11;5.11 Ausblick;436
9;Teil 5 - Werkzeuge in der CNC-Fertigung;439
9.1;1 Aufbau der Werkzeuge;441
9.1.1;1.1 Einführung;441
9.1.2;1.2 Anforderungen ;441
9.1.3;1.3 Gliederung der Werkzeuge;444
9.1.4;1.4 Maschinenseitige Aufnahmen;448
9.1.5;1.5 Modulare Werkzeugsysteme ;454
9.1.6;1.6 Einstellbare Werkzeuge;455
9.1.7;1.7 Gewindefräsen;459
9.1.8;1.8 Sonderwerkzeuge;461
9.1.9;1.9 Werkzeugwahl;466
9.2;2 Werkzeug­verwaltung (Tool Management);468
9.2.1;2.1 Motive zur Einführung;468
9.2.2;2.2 Evaluation einer Werkzeugverwaltung;470
9.2.3;2.3 Lastenheft;470
9.2.4;2.4 Beurteilung von Lösungen;471
9.2.5;2.5 Einführung einer Werkzeugverwaltung;471
9.2.6;2.6 Gliederung;471
9.2.7;2.7 Integration;472
9.2.8;2.8 Werkzeugidentifikation;472
9.2.9;2.9 Werkzeuge suchen;474
9.2.10;2.10 Werkzeugklassifikation ;475
9.2.11;2.11 Werkzeugkomponenten;475
9.2.12;2.12 Komplettwerkzeuge;477
9.2.13;2.13 Werkzeuglisten;479
9.2.14;2.14 Arbeitsgänge;479
9.2.15;2.15 Werkzeugvoreinstellung;480
9.2.16;2.16 Werkzeuglogistik ;482
9.2.17;2.17 Elektronische Werkzeugidentifikation;484
9.2.18;2.18 Zusammenfassung;491
9.3;3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung;497
9.3.1;3.1 Einführung;497
9.3.2;3.2 Ansatzpunkte für die Prozessregelung;497
9.3.3;3.3 Einsatzbereiche von Werkstück- und Werkzeugmesssystemen;498
9.3.4;3.4 Werkstückmesssysteme für Werkzeugmaschinen;503
9.4;4 Lasergestützte Werkzeugüberwachung ;511
9.4.1;4.1 Einführung;511
9.4.2;4.2 Bruchüberwachung;512
9.4.3;4.3 Einzelschneidenkontrolle;512
9.4.4;4.4 Messung von HSC-Werkzeugen;513
9.4.5;4.5 Kombinierte Laser-Messsysteme;514
9.4.6;4.6 Mit Bohrungsmessköpfen nah am Prozess;515
9.4.7;4.7 Aktorische Werkzeugsysteme ;516
9.4.8;4.8 Mechatronische Werkzeugsysteme;516
9.4.9;4.9 Geschlossene Prozesskette;519
9.4.10;4.10 Zusammenfassung;521
10;Teil 6 - NC-Programm und Programmierung;523
10.1;1 NC-Programm;525
10.1.1;1.1 Definition;526
10.1.2;1.2 Struktur der NC-Programme;526
10.1.3;1.3 Programmaufbau, Syntax und Semantik;529
10.1.4;1.4 Schaltbefehle (M-Funktionen);530
10.1.5;1.5 Weginformationen;531
10.1.6;1.6 Wegbedingungen (G-Funktionen);534
10.1.7;1.7 Zyklen;537
10.1.8;1.8 Nullpunkte und Bezugspunkte;541
10.1.9;1.9 Transformation;546
10.1.10;1.10 Werkzeugkorrekturen;549
10.1.11;1.11 DXF-Konverter;556
10.1.12;1.12 Zusammenfassung;559
10.2;2 Programmierung von CNC-Maschinen;561
10.2.1;2.1 Definition der NC-Programmierung;561
10.2.2;2.2 Programmiermethoden;561
10.2.3;2.3 CAM-basierte CNC-Zerspanungsstrategien;569
10.2.4;2.4 Arbeitserleichternde Grafik;575
10.2.5;2.5 Auswahl des geeigneten Programmiersystems;577
10.2.6;2.6 Zusammenfassung;578
10.3;3 NC-Programmiersysteme;583
10.3.1;3.1 Einleitung;583
10.3.2;3.2 Bearbeitungsverfahren im Wandel ;584
10.3.3;3.3 Der Einsatzbereich setzt die Prioritäten ;585
10.3.4;3.4 Eingabedaten aus unterschiedlichen Quellen;587
10.3.5;3.5 Leistungsumfang eines modernen NC-Programmiersystems (CAM);587
10.3.6;3.6 Datenmodelle auf hohem Niveau;588
10.3.7;3.7 CAM-orientierte Geometrie-Manipulation ;588
10.3.8;3.8 Nur leistungsfähige Bearbeitungsstrategien zählen ;589
10.3.9;3.9 Adaptives Bearbeiten;590
10.3.10;3.10 3D-Modelle bieten mehr ;591
10.3.11;3.11 3D-Schnittstellen;591
10.3.12;3.12 Innovativ mit Feature-Technik ;592
10.3.13;3.13 Automatisierung in der NC-Programmierung;593
10.3.14;3.14 Werkzeuge;596
10.3.15;3.15 Aufspannplanung und Definition der Reihenfolge ;597
10.3.16;3.16 Die Simulation bringt es auf den Punkt;597
10.3.17;3.17 Postprozessor;598
10.3.18;3.18 Erzeugte Daten und Schnittstellen zu den Werkzeugmaschinen ;599
10.3.19;3.19 Zusammenfassung;599
10.4;4 Fertigungssimulation;601
10.4.1;4.1 Einleitung;601
10.4.2;4.2 Qualitative Abgrenzung der Systeme;602
10.4.3;4.3 Komponenten eines Simulationsszenarios;605
10.4.4;4.4 Ablauf der NC-Simulation;608
10.4.5;4.5 Integrierte Simulationssysteme ;612
10.4.6;4.6 Einsatzfelder;612
10.4.7;4.7 Zusammenfassung;616
11;Teil 7 - Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0;619
11.1;1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control;621
11.1.1;1.1 Definition;621
11.1.2;1.2 Aufgaben von DNC ;621
11.1.3;1.3 Einsatzkriterien für DNC-Systeme;622
11.1.4;1.4 Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen;623
11.1.5;1.5 Technik des Programmanforderns;624
11.1.6;1.6 Heute angebotene DNC-Systeme ;625
11.1.7;1.7 Netzwerktechnik für DNC;627
11.1.8;1.8 Vorteile beim Einsatz von Netzwerken;629
11.1.9;1.9 NC-Programmverwaltung;629
11.1.10;1.10 Vorteile des DNC-Betriebes;630
11.1.11;1.11 Kosten und Wirtschaftlichkeit von DNC;634
11.1.12;1.12 Stand und Tendenzen;634
11.1.13;1.13 Zusammenfassung;635
11.2;2 LAN – Local Area Networks;638
11.2.1;2.1 Einleitung;638
11.2.2;2.2 Local Area Network (LAN);638
11.2.3;2.3 Was sind Informationen?;639
11.2.4;2.4 Kennzeichen und Merkmale von LAN;640
11.2.5;2.5 Gateway und Bridge;648
11.2.6;2.6 Auswahlkriterien eines geeigneten LANs;649
11.2.7;2.7 Schnittstellen;650
11.2.8;2.8 Zusammenfassung;653
11.3;3 Digitale Produktentwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM;658
11.3.1;3.1 Einleitung ;658
11.3.2;3.2 Begriffe und Geschichte;659
11.3.3;3.3 Digitale Produktentwicklung ;664
11.3.4;3.4 Digitale Fertigung;669
11.3.5;3.5 Zusammenfassung;674
11.4;4 Industrie.4.0 ;677
11.4.1;4.1 Grundlagen;677
11.4.2;4.2 Kernelemente der Industrie.4.0;679
11.4.3;4.3 Industrie.4.0 in der Fertigung;682
11.4.4;4.4 Ein MES als Baustein der Industrie.4.0;682
11.4.5;4.5 Herausforderungen und Risiken von Industrie.4.0;686
11.5;5 Anwendung der durchgängigen Prozesskette in der Dentalindustrie;688
11.5.1;5.1 Einleitung;688
11.5.2;5.2 Einfluss des Medizinproduktgesetzes;688
11.5.3;5.3 Dentale Fertigung im Wandel;689
11.5.4;5.4 Anforderungen an den Informationsfluss in der dentalen Fertigung;691
11.5.5;5.5 Das durchgängige Informationssystem für die Dentalindustrie;695
12;Teil 8 - Anhang;699
12.1;Richtlinien, Normen, Empfehlungen;701
12.1.1;1. VDI-Richtlinien;701
12.1.2;2. VDI/NCG-Richtlinien ;703
12.1.3;3. DIN – Deutsche Industrie Normen;705
12.2;NC-Fachwortverzeichnis;709
12.3;Stichwortverzeichnis;755
12.4;Empfohlene NC-Literatur;766
12.5;Inserentenverzeichnis;768

Über Autor(innen)

Roschiwal, Helmut A.
Helmut A. Roschiwal ist Gründer, Beirat und Mehrheitsgesellschafter der Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH, Augsburg

Kief, Hans B.
Hans B. Kief hat jahrzentelange Erfahrung auf dem Gebiet der NC-Technik und ist Gründer des NC-Handbuchs.

Schwarz, Karsten
Karsten Schwarz Leiter des Technologie-und Applikationscenter bei Siemens Motion Control, Machine Tool Systems

Hans B. Kief hat jahrzentelange Erfahrung auf dem Gebiet der NC-Technik und ist Gründer des NC-Handbuchs.
Helmut A. Roschiwal ist Gründer, Beirat und Mehrheitsgesellschafter der Roschiwal + Partner Ingenieur GmbH, Augsburg
Karsten Schwarz Leiter des Technologie-und Applikationscenter bei Siemens Motion Control, Machine Tool Systems