CNC-HandbuchHans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz CNC-Handbuch 30., überarbeitete...

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Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz 30., überarbeitete Auflage CNC-Handbuch

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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. 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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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

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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

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 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

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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

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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

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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

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 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

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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

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 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

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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

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 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

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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

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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

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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

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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.

Page 30: CNC-HandbuchHans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz CNC-Handbuch 30., überarbeitete Auflage CNC · DNC · CAD · CAM · FFS · SPS · RPD · LAN CNC-Maschinen · CNC-Roboter

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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