CNC-HandbuchHans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz CNC-Handbuch 30., überarbeitete...
Transcript of CNC-HandbuchHans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz CNC-Handbuch 30., überarbeitete...
Kommunikation war schon immer die Voraussetzung für den Transfer von Wissen und damit für Fortschritt. Gut vernetzte Kommunikation macht mehr Wissen schneller verfügbar und ermöglicht intelligente Lösungen. Nutzen Sie deshalb auch in der Werkstatt alle in Ihrem Unternehmen zur Verfügung stehenden Informationen und Intelligenzen. Mit dem Funktions-umfang Connected Machining unserer TNC-Steuerungen erreichen Sie auch von der Werk-statt aus alle produktionsbegleitenden Bereiche. So integriert Connected Machining Ihre Werkstatt in die Prozesskette und macht sie noch effizienter. Produktivität, Qualität und Flexi-bilität steigen.
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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 83292 Traunreut Tel. +49 8669 31-0 www.heidenhain.de
CNC-Handbuch
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Hans B. KiefHelmut A. RoschiwalKarsten Schwarz
30., überarbeitete Auflage
CNC-Handbuch
Kommunikation war schon immer die Voraussetzung für den Transfer von Wissen und damit für Fortschritt. Gut vernetzte Kommunikation macht mehr Wissen schneller verfügbar und ermöglicht intelligente Lösungen. Nutzen Sie deshalb auch in der Werkstatt alle in Ihrem Unternehmen zur Verfügung stehenden Informationen und Intelligenzen. Mit dem Funktions-umfang Connected Machining unserer TNC-Steuerungen erreichen Sie auch von der Werk-statt aus alle produktionsbegleitenden Bereiche. So integriert Connected Machining Ihre Werkstatt in die Prozesskette und macht sie noch effizienter. Produktivität, Qualität und Flexi-bilität steigen.
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Kommunikation war schon immer die Voraussetzung für den Transfer von Wissen und damit für Fortschritt. Gut vernetzte Kommunikation macht mehr Wissen schneller verfügbar und ermöglicht intelligente Lösungen. Nutzen Sie deshalb auch in der Werkstatt alle in Ihrem Unternehmen zur Verfügung stehenden Informationen und Intelligenzen. Mit dem Funktions-umfang Connected Machining unserer TNC-Steuerungen erreichen Sie auch von der Werk-statt aus alle produktionsbegleitenden Bereiche. So integriert Connected Machining Ihre Werkstatt in die Prozesskette und macht sie noch effizienter. Produktivität, Qualität und Flexi-bilität steigen.
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Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal
Karsten Schwarz
CNC-Handbuch30., überarbeitete Auflage
CNC · DNC · CAD · CAM · FFS · SPS · RPD · LAN CNC-Maschinen · CNC-Roboter · Antriebe · EnergieeffizienzWerkzeuge · Industrie 4.0 · Fertigungstechnik · Richtlinien
Normen · Simulation · Fachwortverzeichnis
Die Herausgeber:Hans B. Kief, MichelstadtHelmut A. Roschiwal, AugsburgKarsten Schwarz, Schwabach
Bibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt.Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.
Zu diesem Buch wird für Dozenten eine Power-Point-Präsentation im Internet angeboten, vorgesehen zur Unterstützung der Vorlesungen über CNC-Technik. Der Foliensatz besteht aus über 400 Folien mit erläuternden Notizen und ist abgestimmt auf die 30., überarbeitete Auflage des CNC-Handbuchs.Um die Dateien herunterladen zu können, loggen Sie sich ein oder melden Sie sich an unter: https://dozentenportal.hanser.de/
© 2017 Carl Hanser Verlag München Gesamtlektorat: Dipl.-Ing. Volker HerzbergHerstellung: Cornelia RothenaicherTitelillustration: intACT Multimedia & Werbung, www.intACT-multimedia.deCoverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, MünchenUmschlaggestaltung: Stephan RönigkGesamtherstellung: Kösel, KrugzellAusstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr. 0748702Printed in Germany
ISBN: 978-3-446-45173-5E-Book ISBN: 978-3-446-45265-7
www.hanser-fachbuch.de
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Vorwort zur 30. Auflage
Wenn innerhalb von 41 Jahren nach Erschei-nen eines Fachbuchs bereits die 30. über-arbeitete und aktualisierte Ausgabe er-scheint, dann weiß man, dass sich die gesamte Thematik noch immer in der Ent-wicklung und ständigem Fortschritt befin-det. Es ist aber auch ein Zeichen dafür, dass Bedarf besteht, in einem Buch das gesamte Umfeld dieser Technik aktuell und zusam-menhängend verfügbar zu haben.
Heute zählen CNC-Maschinen zum tech-nischen Standard der Fertigungstechnik. Das notwendige Grundwissen wird in Be-rufs-, Fach- und Hochschulen unterrichtet und ist in der Praxis unverzichtbar. Der Funktionsumfang numerischer Steue run-gen wird jedoch ständig erweitert und in vielen Details verbessert. Damit wird die Produktion präziser, wirtschaftlicher, aber auch für die Planung und Steuerung trans-parenter.
In der vorliegenden Ausgabe wird der zu erwartende Einfluss von Industrie 4.0 auf die Fertigung thematisiert. Zwar werden seit Jahrzehnten Anlagen vernetzt und Pro-zesse digitalisiert, aber durch Nutzung des Internets entstehen völlig neue Möglich-keiten. In einem neuen Kapitel werden die Einflüsse von I 4.0 auf die Automatisierung der Fertigung anhand eines praktischen Beispiels anschaulich beschrieben.
Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz
Somit enthält das CNC-Handbuch 2017/2018 wieder eine ausgewogene Mischung frühe-rer, aktualisierter Kapitel und neuer, aktu-eller Themen. Bei dieser Aufgabe haben uns mehrere Hersteller und Autoren mit technischen Informationen und Bildern nach besten Kräften unterstützt, wofür ihnen unser hoher Dank gebührt!
Herausgeber und Autoren fühlen sich ver-pflichtet, diese Weiterentwicklungen der CNC-Technik auch weiterhin regelmäßig alle zwei Jahre in diesem Buch zu aktuali-sieren
In guter Zusammenarbeit mit dem Verlag und der Druckerei konnte auch die gesamte Qualität des Buches so fortgeführt werden, dass es gerne zur Hand genommen wird. Dafür möchten wir auch diesen Mitarbei-tern unseren besonderen Dank ausspre-chen.
Als Gründer, Autor und Herausgeber freut man sich, dass das CNC-Handbuch nach 40 Jahren noch immer seine Berechtigung hat und zur bevorzugten Fachliteratur der NC-Fertigungstechnik zählt. Dies möchten wir auch weiterhin errei-chen.
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Inhaltsübersicht
* aktualisiert, ** neuer Beitrag
Teil 1 Einführung in die CNC-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2 Meilensteine der NC-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3 Was ist NC, CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Teil 2 Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 1 Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2 Schaltfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 * 3 Funktionen der numerischen Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 4 SPS – Speicherprogrammierbare Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . 209 ** 1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 3 Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 ** 4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . 254 5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der
Prozessparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
Teil 4 Die Arten von numerisch gesteuerten Maschinen . . . . . . . . . . . . . . 277 * 1 CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 * 2 Additive Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 * 3 Flexible Fertigungs systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 * 4 Industrieroboter und Handhabung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462
Inhaltsübersicht 5
Teil 5 Werkzeuge in der CNC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 1 Aufbau der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 2 Werkzeug verwaltung (Tool Management) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung . . . . . 535 ** 4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung . . . . . 549 5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557
Teil 6 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563 * 1 NC-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565 * 2 Programmierung von CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610 3 NC-Programmier systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 630 4 Fertigungs simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648
Teil 7 Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control . . 669 2 LAN – Local Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686 3 Digitale Produkt entwicklung und Fertigung: Von CAD und
CAM zu PLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704 * 4 Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725 ** 5 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . 739
Teil 8 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751 Richtlinien, Normen, Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753 * NC-Fachwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761 Stichwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809 Empfohlene NC-Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819 Inserentenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821
6
InhaltsverzeichnisTabellenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Teil 1 Einführung in die CNC-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.1 Erste Nachkriegsjahre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.2 Wiederaufbau der Werkzeugmaschinen industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.3 Die Werk zeug maschinenindustrie in Ostdeutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.4 Weltweite Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.5 Weiterentwicklung der deutschen Werkzeug maschinenindustrie . . . . . . . . . . 271.6 Der japanische Einfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.7 Die deutsche Krise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.8 Ursachen und Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.9 Flexible Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.10 Weltwirtschaftskrise 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.11 Situation und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311.12 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2 Meilensteine der NC-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3 Was ist NC und CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.1 Der Weg zu NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.2 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.3 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.4 Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.5 NC-Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.6 SPS, PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.7 Anpassteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.8 Computer und NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473.9 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.10 Dateneingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.11 Bedienung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.12 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Teil 2 Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1 Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.2 Achsbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.3 Lageregelkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661.4 Positionsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Inhaltsverzeichnis 7
1.5 Einfache Diagnose von Messgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 831.6 Kompensationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2 Schaltfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1002.1 Erläuterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1002.2 Werkzeugwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1012.3 Werkzeugwechsel bei Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren . . . . . . . . . . . 1012.4 Werkzeugwechsel bei Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1052.5 Werkzeugplatzcodierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1052.6 Werkstückwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1072.7 Drehzahlwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1102.8 Vorschubgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1112.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3 Funktionen der numerischen Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.2 CNC-Grundfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1173.3 CNC-Sonderfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233.4 Kollisionsvermeidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1273.5 Integrierte Sicherheitskonzepte für CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1363.6 Zustandsüberwachung und Maschinendatenerfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1543.7 Anzeigen in CNCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1603.8 Touch-Bedienung der CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1613.9 Offene Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1663.10 Preisbetrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1693.11 Vorteile neuester CNC-Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1713.12 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
4 SPS – Speicher programmierbare Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1774.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1774.2 Entstehungsgeschichte der SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1774.3 Aufbau und Wirkungsweise von SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1784.4 Datenbus und Feldbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1814.5 Vorteile von SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1864.6 Programmierung von SPS und Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1884.7 Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1904.8 Programmspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1914.9 SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1924.10 SPS-Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1934.11 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1954.12 Tabellarischer Vergleich CNC/SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2015.1 Maschinenkonfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2015.2 Maschinengestelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2035.3 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8 Inhaltsverzeichnis
5.4 Maschinenverkleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2065.5 Kühlmittelversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2075.6 Späneabfuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2075.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . 209
1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2111.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2111.2 Achsmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2121.3 Analoge Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2131.4 Analoge vs. Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2141.5 Digitale intelligente Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2151.6 Reglertypen und Regelverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2161.7 Kreisverstärkung und Kv-Faktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2191.8 Vorsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2191.9 Frequenzumrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2201.10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2282.1 Anforderungen an Vorschubantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2292.2 Arten von Vorschub antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2302.3 Die Arten von Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2372.4 Vor-/Nachteile von Linearantrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2392.5 Anbindung der Antriebe an die CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2392.6 Messgeber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2422.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
3 Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2463.1 Anforderungen an Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2463.2 Arten von Hauptspindel antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2473.3 Bauformen von Haupt spindelantrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2493.4 Ausführungen von Drehstrom-Synchron motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2513.5 Vor- und Nachteile von Synchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . 2544.1 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2544.2 Dimensionierung von Hauptspindelantrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2604.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
5.1 Motorenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2645.2 Lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2655.3 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2665.4 Bearbeitungsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2675.5 Anforderungen an die Hauptspindel bezüglich Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . 271
Inhaltsverzeichnis 9
Teil 4 Die Arten von numerisch gesteuerten Maschinen . . . . . . . . . . . . . . 277
1 CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2791.1 Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2791.2 Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2901.3 Schleifmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2981.4 Verzahnmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3101.5 Bohrmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3261.6 Sägemaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3281.7 Laserbearbeitungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3301.8 Stanz- und Nibbelmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3371.9 Rohrbiegemaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3431.10 Funkenerosionsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3441.11 Elektronenstrahl-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3471.12 Wasserstrahlschneid maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3491.13 Multitasking-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3511.14 Messen und Prüfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3641.15 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
2 Additive Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3732.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3732.2 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3742.3 Verfahrenskette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3762.4 Einteilung der generativen Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3782.5 Die wichtigsten Schichtbauverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3802.6 Vorteile der Additiven Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3902.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
3 Flexible Fertigungs systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3963.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3963.2 Flexible Fertigungszellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3993.3 Flexible Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4003.4 Technische Kennzeichen von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4053.5 FFS-Einsatzkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4063.6 Fertigungsprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4083.7 Maschinenauswahl und -anordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4083.8 Werkstücktransport systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4103.9 FFS-Anforderungen an CNCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4193.10 FFS-Leitrechner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4203.11 Wirtschaftliche Vorteile von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4223.12 Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4243.13 Flexibilität und Komplexität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4253.14 Simulation von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4293.15 Produktions planungs systeme (PPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4323.16 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434
10 Inhaltsverzeichnis
4 Industrieroboter und Handhabung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4384.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4384.2 Definition: Was ist ein Industrieroboter? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4394.3 Aufbau von Industrie robotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4404.4 Mechanik/Kinematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4414.5 Greifer oder Effektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4434.6 Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4434.7 Safe Robot Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4464.8 Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4494.9 Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4514.10 Anwendungsbeispiele von Industrierobotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4524.11 Anbindung von Robotern an Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4544.12 Roboter mit CNC-Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4564.13 Einsatzkriterien für Industrieroboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4584.14 Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459
5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4625.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4625.2 Was ist Energieeffizienz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4625.3 Werkhallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4625.4 Maschinenpark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4635.5 Sonderfall Bearbeitungszentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4635.6 Energieeffiziente NC-Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4645.7 Möglichkeiten der Maschinenhersteller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4655.8 Möglichkeiten der Anwender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4665.9 Blindstrom-Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4685.10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4715.11 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471
Teil 5 Werkzeuge in der CNC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475
1 Aufbau der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4771.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4771.2 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4771.3 Gliederung der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4801.4 Maschinenseitige Aufnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4841.5 Modulare Werkzeug systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4901.6 Einstellbare Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4911.7 Gewindefräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4951.8 Sonderwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4971.9 Werkzeugwahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
2 Werkzeug verwaltung (Tool Management) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5062.1 Motive zur Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5062.2 Evaluation einer Werkzeugverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508
Inhaltsverzeichnis 11
2.3 Lastenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5082.4 Beurteilung von Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5092.5 Einführung einer Werkzeugverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5092.6 Gliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5092.7 Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5102.8 Werkzeugidentifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5102.9 Werkzeuge suchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5122.10 Werkzeugklassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5132.11 Werkzeugkomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5132.12 Komplettwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5152.13 Werkzeuglisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5172.14 Arbeitsgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5172.15 Werkzeugvoreinstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5182.16 Werkzeuglogistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5202.17 Elektronische Werkzeug identifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5222.18 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529
3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung . . . . . . . . 5353.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5353.2 Ansatzpunkte für die Prozess regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5353.3 Einsatzbereiche von Werkstück- und Werkzeugmesssystemen . . . . . . . . . . . . . 5363.4 Werkstückmesssysteme für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541
4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung . . . . . . . 5494.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5494.2 Bohrungsmessköpfe für kürzeste Messzeiten bei der Bohrungsherstellung . . 5504.3 Rauheitsmessgeräte für die automatisierte Prüfung von Oberflächen . . . . . . . 5514.4 DIGILOG-Messtaster für digitale und analoge Messwerterfassung . . . . . . . . . . 5534.5 Höchste Produktivität durch simultanes Messen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5544.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5575.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5575.2 Bruchüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5585.3 Einzelschneidenkontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5585.4 Messung von HSC-Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5595.5 Kombinierte Laser messsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5605.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561
Teil 6 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563
1 NC-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5651.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5661.2 Struktur der NC-Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5671.3 Programmaufbau, Syntax und Semantik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5701.4 Schaltbefehle (M-Funktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 570
12 Inhaltsverzeichnis
1.5 Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5721.6 Wegbedingungen (G-Funktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5741.7 Zyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5771.8 Nullpunkte und Bezugs punkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5811.9 Transformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5871.10 Werkzeugkorrekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5911.11 DXF-Konverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5981.12 CNC-Hochsprachen programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6001.13 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
2 Programmierung von CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6102.1 Definition der NC-Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6102.2 Programmiermethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6102.3 CAM-basierte CNC-Zerspanungsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6152.4 Arbeitserleichternde Grafik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6212.5 CNC-Programmierplätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6232.6 Auswahl des geeigneten Programmiersystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6262.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627
3 NC-Programmier systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6303.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6303.2 Bearbeitungsverfahren im Wandel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6313.3 Der Einsatzbereich setzt die Prioritäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6323.4 Eingabedaten aus unterschiedlichen Quellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6343.5 Leistungsumfang eines modernen NC-Programmiersystems (CAM) . . . . . . . . 6343.6 Datenmodelle auf hohem Niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6353.7 CAM-orientierte Geometrie-Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6353.8 Nur leistungsfähige Bearbeitungsstrategien zählen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6363.9 Adaptives Bearbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6373.10 3D-Modelle bieten mehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6383.11 3D-Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6383.12 Innovativ mit Feature-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6393.13 Automatisierung in der NC-Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6403.14 Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6433.15 Aufspannplanung und Definition der Reihenfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6443.16 Die Simulation bringt es auf den Punkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6443.17 Postprozessor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6453.18 Erzeugte Daten und Schnittstellen zu den Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . 6463.19 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 646
4 Fertigungs simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6484.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6484.2 Qualitative Abgrenzung der Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6494.3 Komponenten eines Simulationsszenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6524.4 Ablauf der NC-Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6554.5 Integrierte Simulations systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Inhaltsverzeichnis 13
4.6 Einsatzfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6594.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663
Teil 7 Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667
1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control . . . . 6691.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6691.2 Aufgaben von DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6691.3 Einsatzkriterien für DNC-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6701.4 Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6711.5 Technik des Programm anforderns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6721.6 Heute angebotene DNC-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6731.7 Netzwerktechnik für DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6751.8 Vorteile beim Einsatz von Netzwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6771.9 NC-Programmverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6771.10 Vorteile des DNC-Betriebes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6781.11 Kosten und Wirtschaft lichkeit von DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6821.12 Stand und Tendenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6821.13 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683
2 LAN – Local Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6862.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6862.2 Local Area Network (LAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6862.3 Was sind Informationen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6872.4 Kennzeichen und Merkmale von LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6882.5 Gateway und Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6962.6 Auswahlkriterien eines geeigneten LANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6972.7 Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6982.8 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701
3 Digitale Produkt entwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM . . 7043.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7043.2 Begriffe und Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7053.3 Digitale Produkt entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7103.4 Digitale Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7153.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 720
4 Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7254.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7254.2 Kernelemente der Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7274.3 Industrie 4.0 in der Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7324.4 Ein MES als Baustein der Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7344.5 Herausforderungen und Risiken von Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 736
5 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . 7395.1 Voraussetzung für Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7395.2 Nutzen von Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7415.3 Cyber-Physical-Systems (CPS), das „Internet der Dinge“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7415.4 Sechzehn Fallbeispiele zu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7415.5 Ein Arbeitstag mit Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7465.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748
Teil 8 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751
Richtlinien, Normen, Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753 1. VDI-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753 2. VDI/NCG-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 755 3. DIN – Deutsche Industrie Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 757
NC-Fachwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 761Stichwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 809Empfohlene NC-Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819Inserentenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 821
Zu diesem Buch wird für Dozenten eine Power-Point-Präsentation im Internet angeboten, vorgesehen zur Unterstützung der Vorlesungen über CNC-Technik. Der Foliensatz besteht aus über 400 Folien mit erläuternden Notizen und ist abgestimmt auf die 30., überarbeitete Auflage des CNC-Handbuchs.Um die Dateien herunterladen zu können, loggen Sie sich ein oder melden Sie sich an unter: https://dozentenportal.hanser.de/
14 Inhaltsverzeichnis
15
TabellenübersichtInhalt Seite
Adressen-Zuordnung nach DIN 66025 569Beispiel für Achsadressen mit mehreren Zeichen und zusätzlichen Erläuterungen 572Bezeichnung der Abweichungen im Volumenkompensationsmodell 93Blechdicke max. bei Nibbeln/Laserschneiden 341Bohrzyklen G80 – G89 578Funktionsumfang 139G-Funktionen nach DIN 66 025, Bl. 2 575Grundbestandteile von Handhabungsprogrammen [HES 96] 449Komponenten eines Robotersystems [WAR 90] 440Rechnerische Ermittlung der Drehmomente in den 6 Betriebsarten 258RFID, Lesezeiten im dynamischen Betrieb 529Schaltfunktionen nach DIN 66 025, Bl. 2 571Schritte in den Sequenzfunktionen für Kontinuierliches Wälzschleifen und Zyklo- Palloid-Fräsen mit Angabe der Ablaufzuordnungen 323Technische Sensoren (nach Hesse) 452Übertragungsgeschwindigkeiten im Vergleich 695Unterschiedliche Anforderungen verschiedener Werkzeugmaschinen an den Umfang ihrer Automatisierung 64Vergleich CNC und SPS 196Vergleich der unterschiedlichen Simulationsansätze 650Wegmaßtabelle für ein Bohrbild bei Absolut- und Relativ maß-Programmierung 574Zahlenwerte für cos ϕ und sin ϕ 470
Messtaster TC50
Schnell. Genau. Wirtschaftlich. High Performance. BLUM.
Multidirektional
Verschleißfreies Messwerk
Freiformflächen
Serienfertigung
Infrarotübertragung
www.blum-novotest.com Fertigungsmesstechnik Made in Germany
Einführung in die CNC-Technik
Kapitel 1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung . . . . . . . . . . 21
Kapitel 2 Meilensteine der NC-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Kapitel 3 Was ist NC und CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2111.1 Erste Nachkriegsjahre
1945 – 48: Alle Fertigungsstätten in Deutschland waren zerstört oder unbrauchbar, teilweise demontiert und als Reparationsleistungen ins Ausland transportiert. Die Produktion lag am Boden.
Die Industriestädte waren zerstört und größtenteils unbewohnbar, Millionen Tonnen Trümmerschutt blockierten die Straßen und Verkehrswege. Die Versorgung mit Strom, Gas und Wasser war notdürftig, eine industrielle Fertigung bis auf wenige unbedeutende Ausnahmen unmöglich.
1948 bis 1955: Nach der Währungsreform 1948 konnte der Wiederaufbau der Werkzeugmaschinen und Ferti gungs in dus trie beginnen. Dies geschah vorwiegend auf Basis noch vorhandener Konzepte, da während des Krieges und kurz danach die Entwicklung neuer Maschinenkonzepte nicht möglich war.
Die meisten Maschinen waren für die manuelle Bedienung ausgelegt, aber es fehlten die erfahrenen Facharbeiter. Die wenigen noch verfügbaren Maschinen fertigten dringend benötigte Massenprodukte.
Historische Entwicklung der NC-Fertigung
Ein Rückblick auf die Einführung und Entwicklung der NC-Technik soll zeigen, dass nicht nur technische Gesichtspunkte eine wichtige Rolle spielten. Richtige und falsche Management-Entscheidungen, der Beginn der Globalisierung und insbeson-dere die japanische Herausforderung waren wesentlich an der Gesamtveränderung des Marktes und der Fertigungslandschaften beteiligt.
Der Bedarf war fast unbegrenzt. Die vorhandenen Maschinen arbeiteten in zwei und drei Schichten, um den Bedarf an den dringend benötigten Massenprodukten zu decken.
Neue Arbeitsplätze entstanden, aber es fehlten die Arbeitskräfte. Über zwei Millionen deutsche Männer waren gefallen, über sechs Millionen verwundet, krank oder noch in Gefangenschaft.
Die Lösung waren die Gastarbeiter. Sie kamen aus allen westeuropäischen Ländern. Arbeit gab es genügend.
Das Ziel hieß: Wiederaufbau der zerstörten Städte, Fabriken, Brücken, Häuser, Straßen, der Infrastruktur und Bereitstellung der dringend benötigten Transportkapazitäten.
Dazu benötigte man jede Art von Maschinen, insbesondere Baumaschinen, Kräne, Bagger und LKWs.
Im Vordergrund der industriellen Produktion stand die Massenfertigung auf manuellen Produktionsmaschinen, Transferstraßen und mechanischen Automaten. Die Lebensdauer der hergestellten Produkte lag bei mindestens 10 Jahren, schnelle Produktionswechsel waren nicht gefragt.
Das Ergebnis dieses riesigen Bedarfs,
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22 Teil 1 Einführung in die CNC-Technik
einer klugen Politik und tatkräftiger Bürger war das deutsche „Wirtschaftswunder“.
1.2 Wiederaufbau der Werkzeugmaschinen-industrie
Deutschland verfügte aufgrund der geschilderten Ausgangslage innerhalb weniger Jahre (ca. 1960 – 70) über den jüngsten Werkzeugmaschinenbestand aller Industrie natio nen: das Durchschnittsalter betrug 5 – 6 Jahre. Aber es waren zu wenige, die Statistik „hinkte“. Einige neue Maschinen waren zudem technisch noch auf dem Vorkriegsstand!
Amerika hatte hingegen zu dieser Zeit (ca. 1960 – 75) durchschnittlich ca. 15 bis 17 Jahre alte Maschinen. Eine Verjüngung entstand durch den Einsatz von NCMaschinen (Drehen, Fräsen, Bearbeitungszentren) in der Fahrzeug und LuftfahrtIndustrie. Die in den USA ent wickelte NCTechnik setzte sich in der dortigen Industrie viel schneller durch als in Europa. Viele Projekte wurden staatlich unterstützt, wie z. B. zur Herstellung militärischer Produkte.
Die amerikanischen Hersteller von NCMaschinen verkauften sehr gut und weltweit, vernachlässigten jedoch die konsequente Weiterentwicklung der Maschinen. Dies führte zu ständig steigenden Importen preiswerter japanischer Maschinen.
Die rasch aufeinanderfolgenden Verbesserungen der Numerischen Steuerungen hatten einen gravierenden Einfluss auf alle MaschinenTypen und verlangten nach neuen, angepassten Konstruktionen. Dies wurde nicht rechtzeitig realisiert und führte sehr schnell zum Konkurs mehrerer amerikanischer Hersteller.
Japan förderte mit Beginn der 70er Jahre mit großen Investitionen die Werkzeug
maschinenProduktion. Es waren einfache, preiswerte, aber nach neuesten Gesichtspunkten konstruierte NCMaschinen. Bald konnte man ab Lager und zu bis dahin unglaublich niedrigen Preisen liefern. Die Maschinen waren nach anderen Vorgaben konstruiert: Serienmäßige Standardmaschinen ohne größere Modifikationen, zuverlässig, mit SerienNC ohne Möglichkeit der Steuerungswahl und preiswert.
Während die deutschen Hersteller traditionell den europäischen Raum belieferten, hatten sich die Japaner von Anfang an strategisch auf den Weltmarkt ausgerichtet, mit dem Schwerpunkt USA, später auch Europa. Kundenspezifische Modifikationen wurden konsequent abgelehnt.
Mitte der 80er Jahre hatte Japan hinsichtlich der Weltmarktanteile zu Deutschland aufgeschlossen!
Ein Zeichen der nachlassenden Wettbewerbsfähigkeit deutscher Hersteller war die stetig steigende Importquote in Deutschland: Von 1973 bis 81 stieg sie um 11,9 % auf 33,3 %, und bis 1991 sogar auf 41,2 %.
1.3 Die Werk zeug maschinen- industrie in Ostdeutschland
Die sächsischen Industriegebiete im Dreieck Leipzig – Dresden – Chemnitz gelten als die Wiege des deutschen Werkzeugmaschinenbaus. Vor dem 2. Weltkrieg waren noch mehr als 20 000 Menschen in die ser Branche beschäftigt. Nach dem Krieg waren die Industrieanlagen auch hier mehrheitlich zerstört, aber der Neuanfang gestaltete sich deutlich schwieriger als in Westdeutschland.
In der Sowjetischen Besatzungszone wurden die meisten noch existierenden Industriebetriebe als Reparationsleistung der Sowjet union übereignet. Namhafte Maschinenbaufirmen wie Pfauter, Pittler, Hille, Reinecker verlegten daher ihren Hauptsitz
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1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung 23
in den Westteil Deutschlands. Millionen von Menschen, darunter auch viele Fachkräfte aus dem Werkzeugmaschinenbau, verließen aus Angst vor den Repressalien des kommunistischen Regimes das Land über die damals noch offene Grenze.
Nach 1953 verzichtete die Sowjetunion auf weitere Reparationsleistungen und auch die Maschinenbaubetriebe wurden schrittweise wieder aufgebaut. Allerdings nicht als das Eigentum der ehemaligen Besitzer und Unternehmer, sondern in Form von Staatsbetrieben auch als VEB (Volks eigener Betrieb) oder VVB (Vereinigung Volkseigener Betriebe) bezeichnet. Es wurde die VVB WMW, also Vereinigung Volkseigener Betriebe Werkzeugmaschinen und Werkzeuge gegründet, unter deren Dach bis heute bekannte Maschinenbauer wie Heckert, Mikromat, Niles, Auerbach, Union, Modul usw. zusammengefasst wurden.
Da es in der DDR so gut wie keine Schwerindustrie gab, lag der Schwerpunkt bis etwa Anfang der sechziger Jahre auf
dem Bau von Werkzeugmaschinen für sehr große und schwere Werkstücke zur Herstellung von Turbinen sowie Stahl und Walzwerken. Nachdem dieser Bedarf gedeckt war, wurden im Zuge der Planwirtschaft auch Maschinen für die Klein, Mittel und Großserienfertigung in das Programm genommen. Drehautomaten, Konsolfräsmaschinen, Universalmaschinen, Rund und Flachschleifmaschinen, Bohrwerke, Verzahn maschinen und diverse Sondermaschinen gehörten zum Produktportfolio. Werkzeugmaschinen aus der DDRProduktion genossen weltweit einen guten Ruf und etwa 70 % der Werkzeugmaschinen wurden exportiert. Allerdings ging mehr als die Hälfte davon in die Länder der ehemaligen Sowjetunion, was sich nach dem Fall der deutschen Mauer sehr negativ auf die Umsatzzahlen der ostdeutschen Maschinenbauer auswirkte. Mitte der sechziger Jahre wurde auch das Thema Automatisierung von Werkzeugmaschinen in den Fokus der DDRPlanwirtschaft gerückt und
Bild 1.1: Die vom DDR-Steuerungsher-steller VEB NUMERIK produzierte CNC-600 im Einsatz an einer Heckert-Maschine CW500, die auch als Modul für den Ein-satz in flexiblen Fertigungs systemen (FMS) genutzt wurde.
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24 Teil 1 Einführung in die CNC-Technik
bereits 1964 zur Leipziger Frühjahrsmesse eine erste eigene NCSteuerung, basierend auf Relaistechnik, an diversen Maschinen gezeigt. Die Fertigung von numerischen Steue run gen wurde im VEB Starkstromanlagenbau KarlMarxStadt (Chemnitz), der aus den enteigneten Siemens und AEGNiederlassungen in Chemnitz entstanden war, begonnen. Der VEB Starkstromanlagenbau zentralisierte die Steuerungsproduktion 1972 in einem Neubau und wurde 1978 in VEB Numerik „KarlMarx“ umbenannt.
Seit 1965 wurden diverse Steuerungsgenera tio nen entwickelt und gefertigt, deren Funktionsumfang anfangs vergleichbar zu den NCSteuerungen der westlichen Welt war. Allerdings litt die Entwicklung der Steuerungstechnik unter dem Umstand, dass aufgrund der Embargopolitik der westlichen Staaten nur sehr begrenzt moderne Mikroprozessoren und Speicherchips eingekauft werden konnten. Der Versuch eigene Mikroprozessoren her zu stellen, gelang nur zum Teil bzw. der Abstand zur westlichen Konkurrenz vergrößerte sich zunehmend. Die Wiedervereinigung brachte viele der ostdeutschen Werkzeugmaschinenfabriken an den Rand der Existenz. Neben dem fehlenden Absatzmarkt der ehemaligen Sowjetunion waren unklare Besitzverhältnisse, sowie teilweise veraltete Produktionsmittel und extrem hohe Fertigungstiefen die Ursachen für den Niedergang. Die meisten Maschinenfabriken Ostdeutschlands haben aber überlebt und gehören nach entsprechenden Restrukturierungsmaßnahmen und Eigentümerwechseln heute wieder zur Spitze der Werkzeugmaschinenindustrie weltweit.
1.4 Weltweite VeränderungenIn vielen Industrienationen wurde noch 10 bis 15 Jahre nach dem 2. Weltkrieg vorwiegend auf veralteten Maschinen pro
duziert. Zuerst waren diese völlig ausreichend, aber mit zunehmendem Wettbewerb, dem Kostendruck und verändertem Käuferverhalten war eine Modernisierung des Maschinenparks in vielen Fertigungsbetrieben dringend erforderlich.
Zudem begann in den 70er Jahren weltweit die Entwicklung zum Käufermarkt, d. h. schnellere Produktänderungen und kürzere Lebensdauer setzten sich bei fast allen Produkten durch.
Folge: Es kam zu einer Verlagerung von der Massenproduktion hin zu kleineren Losgrößen. Anstelle der starren Massenfertigung auf Automaten und Transferlinien kamen zunehmend flexiblere NCMaschinen zum Einsatz. Aber auch die höhere Komplexität der Produkte infolge verstärkter Nutzung von CADSystemen erforderte den Einsatz moderner Werkzeugmaschinen mit durch gängiger Datennutzung zur schnelleren NCProgrammierung.
Neue, potenzielle NCMaschinenAnwender kamen hinzu, wie z. B.:
Rüstungsindustrie für Panzer, gepanzerte Fahrzeuge, Transporter etc.
Flugzeugindustrie mit den Lizenzfertigungen von Starfighter, Phantom, Helikopter und Waffen, später mit den Programmen Airbus, MRCATornado, AlphaJet, Dornier DO 27.
Aber auch die Flugzeugindustrie in Frankreich (Dassault, Aerospatiale, Snec ma), England (Hawker, British Aerospace) und in den USA (Boeing, McDonnell, Fairchild, Lockheed, Sikorsky u. a.) suchte neue Maschinenkonzepte. Gefragt waren schnell umrüstbare Maschinen mit hoher Präzision, neue Maschinengrößen (Flächenfräsmaschinen, Großbohrwerke) und Bearbeitungszentren.
Ein großes unerschlossenes Potenzial für die Anwendung von CNCMaschinen waren alle kleinen und mittleren Zulieferbetriebe.
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1 Historische Entwicklung der NC-Fertigung 27
1.5 Weiterentwicklung der deutschen Werkzeug-maschinenindustrie
Die westdeutsche Luftfahrtindustrie und die Automobilindustrie brachten ab 1968 wesentliche Impulse für die einheimische WerkzeugmaschinenIndustrie:
■ Großflächenfräsmaschinen und Bearbeitungszentren mit hohem Automatisierungsgrad,
■ Drei und FünfachsFräsmaschinen mit Simultaninterpolation in allen Achsen,
■ GantryTypeFräsmaschinen für große Fräsbreiten mit bis zu acht parallelen Hauptspindeln,
■ ElektronenstrahlSchweißmaschinen, Flexible Fertigungszellen und ein sehr hoher Automatisierungsgrad beim Werkstück und Werkzeughandling sowie bei der Bearbeitung,
■ High Speed CuttingMaschinen für den Formen und Werkzeugbau,
■ sowie neue Programmier und Bearbeitungsstrategien (APT, CAD, CAD/CAM) brachten große Aufträge für viele europäische Hersteller.
Innerhalb weniger Jahre (1970 – 80) wurde Deutschland zum größten WerkzeugmaschinenExporteur.
Zunächst wurden den alten, „bewährten“ Maschinenkonzepten viele mechanische Aus bau stu fen einfach hinzugefügt, ohne das Grundkonzept zu modernisieren.
Folge: Zu viele Bauteile, zu schwere Maschinen, zu lange Bauzeit, zu aufwändige Konzeptionen, zu teuer.
Sowie: zu lange Inbetriebnahmezeiten, zu häufige Ausfälle, zu lange Ausfallzeiten.
Ergebnis: Diese Maschinen waren für die „normale“ Industrie zu unwirtschaftlich! Erst die überarbeiteten, preiswerteren Konzepte brachten den dringend notwendigen Durchbruch im allgemeinen Maschinenbau.
1.6 Der japanische EinflussIm Gegensatz zu den europäischen und insbesondere deutschen Herstellern wurden japanische Maschinen in Großserienfertigung für einen anonymen Massenmarkt gefertigt. Damit konnten Werkzeugmaschinen preiswerter und schneller lieferbar ange boten werden. Sonderapplikationen waren allerdings nur begrenzt möglich. Die japanischen Maschinen und die dazugehörigen numerischen Steuerungen (Fanuc, Mitsubishi) erfreuten sich aufgrund der hohen Qualität steigender Akzeptanz. Der verbreitete Einsatz dieser Maschinen besonders im Mittelstand und der Zulieferindustrie, zwang auch europäische Maschinenhersteller japanische Steuerungsfabrikate an ihren Maschinen einzusetzen. Damit eröffneten sich neue Chancen für deutsche Maschinenbauer, ihre Maschinen auch international besser zu verkaufen. Die deutschen Steuerungshersteller (Siemens, Heidenhain, Bosch) gerieten dadurch unter Druck und mussten in der Folge auch ihre Produkte den internationalen Anforderungen anpassen.
Die Maschinen wurden in Großserien gebaut, hatten ungewohnt kurze Lieferzeiten und verfügten über sehr zuverlässige Numerische Steuerungen (Fanuc, Mitsubishi, Okuma, Mazatrol etc.). Zudem boten die japanischen Firmen einen großzügigen Service. Bald bauten auch immer mehr deutsche Maschinenhersteller japanische Steuerungen an ihre Maschinen an und nutzten den international vorhande nen Service, z. B. von Fanuc, um Maschinen weltweit zu verkaufen.
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28 Teil 1 Einführung in die CNC-Technik
1.7 Die deutsche Krise
Nach der Boomphase von 1985 bis 90 kämpfte der deutsche Werkzeugmaschinenbau ab 1992 gegen die schwerste Krise der Nachkriegszeit. Bis 1994 sackte die Produktion real um fast 50 % ab, die Beschäftigten um 30 %. Nun traten die strukturellen und finanziellen Schwierigkeiten der Maschinenhersteller besonders hervor.
Verursacht wurde dieser Einbruch durch das Zusammentreffen mehrerer Probleme.
Die deutsche WerkzeugmaschinenIndustrie kam wegen vergleichbarer Ursachen in dieselbe Krise wie in den 80er Jahren die amerikanische. Anstatt die Kräfte zu bündeln und sich gegen den japanischen Wettbewerb zu formieren, versuchte man mit Preisnachlässen den Wettbewerb fernzuhalten, was auf Dauer nicht gutgehen konnte. Zudem arbeiteten die deutschen Hersteller gegeneinander, anstatt sich miteinander und mit neuen Ideen gegen die schnell stärker werdende japanische Konkurrenz zu wehren. Gute Ansätze wären z. B. gewesen: einheitliche Werkzeugaufnahmen und wechselsysteme, einheitliche Palettenwechsler und aufeinander abgestimmte Tischhöhen. Dies hätte z. B. die Einführung von Flexiblen Fertigungssystemen durch Kombination von Maschinen unterschiedlicher Hersteller wesentlich verein facht, verbilligt und damit gefördert. Es fehlte aber auch das Geld, um neue, preiswertere Maschinen zu entwickeln.
Das Wettbewerbsdenken verhinderte gemeinsame, aufeinander abgestimmte, sich ergänzende, strategische Lösungen, wie sie von mehreren Großanwendern gewünscht wurden.
Folge: Die unter 5 % geschrumpften Deckungsbeiträge ließen keine größeren zukunftsorientierten Entwicklungen zu. Viele deutsche Maschinenhersteller hatten
entweder kein strategisches Konzept oder kein Geld, es zu realisieren. Stattdessen versuchten fast alle, „nach oben“ in den Sonder und Spezialmaschinenbereich auszuweichen. Doch diese Nischenpolitik konnte nicht funktionieren, die (Sonder)Maschinen wurden zu teuer, weil die Grundauslastung mit Standardmaschinen fehlte. Zudem verlangten die potenziellen Käufer umfangreiche Detailplanungen von mehreren Herstellern, ohne die dafür entstandenen Kosten zu tragen.
Viele renommierte Hersteller steuerten in den Konkurs oder wurden in den Folgejahren von Wettbewerbern übernommen.
1.8 Ursachen und Auswirkungen
Deutsche Manager fragten ganz offen: Was machen die Japaner besser als die einst so erfolgsgewohnten deutschen Maschinenhersteller?
Waren es die niedrigeren Preise durch geringere Produktionskosten? Oder die besseren technischen Konzepte? Oder die kürzeren Lieferzeiten?
Nur zum Teil! Viel gravierender waren die besseren Geschäftsideen, die höheren Stückzahlen und die Weltmarkt-Strategie! Die deutschen Hersteller suchten Käufer für Sondermaschinen, die japanischen Hersteller suchten Märkte für Standardmaschinen.
Japanische Maschinen waren gut und kamen mit ca. 30 % weniger mechanischen Teilen aus.
Den Käufern imponierten die Vorteile, die immer stärker zum Vorschein kamen.
Selbst Käufer, die bisher immer auf deutsche Fabrikate vertrauten, griffen immer mehr zu den asiatischen Produkten. Für den Preis einer deutschen „SuperSpezialSondermaschine“ mit langer Lieferzeit konnte man zwei bis drei japanische Stan