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Verfahrensoptimierte CNC-Lösungen für das Schneiden

06.08.2008
Zu den strategischen Erfolgsfaktoren einer CNC-Lösung im Maschinenbau gehören die steuerungsseitige Minimierung von Rüstzeiten für den Bediener sowie ein Konzept, das die weitere Maschinenentwicklung flexibel unterstützt.

Viele Optimierungsfaktoren der Steuerungslösung sind darüber hinaus verfahrenstypisch. Das heißt, die optimale Ausgestaltung der Steuerung beinhaltet Merkmale, die den besonderen Prozesseigenschaften oder den für das Verfahren typischen Maschinenkomponenten angepasst sind.

So lassen sich integrierte Hard- und Software-Pakete entwickeln, die optimal auf die Bedürfnisse einzelner Bearbeitungsverfahren zugeschnitten sind. Die Vorteile dieser verfahrensoptimierten CNC-Lösungen werden im Folgenden am Beispiel des Schneidens vorgestellt.

Technische und geometrische CNC-Funktionen

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Zu den CNC-Funktionen, die bei Schneideanwendungen immer wieder nachgefragt werden, gehört die bahngeschwindigkeitsabhängige Regelung der Schneideparameter. Auch wenn in Abhängigkeit vom Schneidewerkzeug (zum Beispiel Messer, Laser, Wasserstrahl) mit dieser Funktion unterschiedliche Prozessparameter gesteuert werden, erfolgt die entsprechende steuerungstechnische Umsetzung immer wieder nach demselben Muster.

Um eine genau definierte Schnittfuge in optimaler und gleichbleibender Qualität zu erzeugen, muss insbesondere auf die Konstanz der vom Laser abgegebenen Strecken-energie geachtet werden. Bei variabler Bearbeitungsgeschwindigkeit, wie sie beim Schneiden komplizierter und feiner Geometrien notwendigerweise auftritt, muss die Laserleistung kontinuierlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Bahngeschwindigkeit geregelt werden. Dazu bieten die Eckelmann-CNC einen bahngeschwindigkeitsabhängigen Ausgang, je nach Anforderung als Spannungs- oder PWM-Signal oder über Busschnittstelle, an.

Dieses Verfahren lässt sich auf andere Schneidewerkzeuge übertragen. So lässt sich mit dem bahngeschwindigkeitsabhängigen Signal beispielsweise ebenso die Abrasivdosierung oder der Druck beim Wasserstrahlschneiden regeln. Zusätzliche Parametrierungen, wie Grenzwerte (zum Beispiel Minimaldruck beim Wasserstrahlschneiden), sind ebenfalls möglich.

Eine weitere immer wieder auftretende NC-Funktion beim Schneiden ist die automatische Z-Achsen-Höhenregulierung. Auch deren Funktionsweise sei mithilfe des Laserschneidens erläutert: Beim Laserschneiden treten typische Effekte auf, die die Konstanz der Schnittbedingungen beeinträchtigen und damit die Schnittqualität mindern könnten. So kann sich, bedingt durch die Welligkeit der Werkstücke und Verwerfungen während der Bearbeitung, der Abstand zwischen Werkstückoberfläche und Laserfokus ändern. Um dennoch eine konstante Laserstrahlgeometrie im Schneidebereich zu erhalten, müssen solche Höhenunterschiede durch eine schnelle Korrektur der Z-Achsen-Position automatisch ausgeglichen werden.

Höhenmessung mittels eines kapazitiven Ringsensors

Hierzu verfügt die CNC über einen analogen oder inkrementalen Eingangskanal zur Erfassung des Abstandes zwischen Werkzeug und Werkstückoberfläche. Im Fall der Blechbearbeitung kann dies die Höhenmessung mittels eines kapazitiven Ringsensors sein oder die Lichtbogenspannung von einer Plasma-Stromquelle. Es können auch andere optische oder taktile Systeme zur Abstandserfassung verwendet werden.

Zu den häufigsten geometrischen NC-Funktionen, wie sie typischerweise beim Schneiden eine Rolle spielen, gehören die Eckenerkennung, verschiedene Korrekturmodule (zum Beispiel für den Fall, dass sich der Schneidepunkt eines mechanischen Werkzeugs nicht genau in der Achsmitte befindet) sowie die Manteltransformation (zum Beispiel zum Rohrschneiden).

Darüber hinaus verfügt das Eckelmann-NC-Betriebssystem über weitere Funktionen, die die Arbeitsvorbereitung und den Bearbeitungsprozess beim CNC-Schneiden unterstützen, sich in gleicher Art aber auch bei anderen Anwendungen wiederfinden. Zum Beispiel bei der Vermessung der Tischoberfläche, Ermittlung und Verrechnung der Werkstücklage, tangentiale Werkzeugnachführung oder beim Rückwärtsfahren und Wiederanfahren an die Kontur.

Human-Machine-Interface im Branchen-Look

Von großer Bedeutung für die Maschinenakzeptanz ist eine Konzeption und Gestaltung der Bedienung, die an den Bedürfnissen und typischen Arbeitsgewohnheiten der Nutzer ausgerichtet ist. Auch in diesem Kontext ergeben sich schneidtypische Charakteristika. Die Eckelmann-CNC-Bedienoberfläche ermöglicht einen einfachen Import von Fertigungsdaten (DXF, DIN, ESSI) und eine komfortable Erstellung von NC-Programmen an der Maschine, die durch eine umfassende Makrobibliothek unterstützt wird.

Die HMI-Version „CNC für das Schneiden“ unterstützt mehrere Schachtelvarianten: das Gitterschachteln als einfachste Variante, bei der alle Teile in einem rechteckigen Gitter auf der Platte verschachtelt werden. In ähnlicher Weise, aber mit nochmals maximierter Platzausnutzung funktioniert das so genannte Parkettschachteln.

Eine weitere Variante ist das Konturschachteln, bei der Teile verschiedener Art verschachtelt werden können. Für zusätzliche Produktivität sorgen das automatische Platzieren von Anschnittfahnen oder das Sortieren und Optimieren der Schneidreihenfolge. Eine in die Software integrierte Auftragsverwaltung und Betriebsdatenerfassung runden die produktivitätsorientierte Bedienung ab.

Erfolgreiche Entwicklungspartnerschaft mit Lasercomb

Zu den Kunden der Eckelmann AG, mit denen viele der beschriebenen Steuerungsfunktionen umgesetzt und kontinuierlich optimiert wurden, gehört das Maschinenbauunternehmen Lasercomb GmbH. Lasercomb ist ein international bekannter Anbieter und Lieferant von innovativen Systemlösungen für die Verpackungsindustrie und den Stanzformenbau. Das umfangreiche Maschinenprogramm von Lasercomb unterstützt unterschiedliche Werkzeuge und Schneidverfahren. In allen Maschinen kommen CNC-Steuerungen von Eckelmann in unterschiedlichen Bauformen zum Einsatz.

Für den Stanzformenbau werden Laserschneidemaschinen mit Bearbeitungsflächen von bis zu 4000 mm × 2000 mm angeboten. Bei den Musterschneideanlagen (mit einer Bearbeitungsfläche von bis zu 5500 mm × 2500 mm) kommen Messer, Riller, Fräser und Zeichenstifte zum Einsatz. Damit werden Muster-Verpackungen und Displays exakt auf Tiefe geritzt, perforiert, gefräst, geschnitten und markiert. Zur Optimierung des Schneideergebnisses werden die Werkzeuge tangential zur Bahnkontur nachgeführt und durch eine Z-Achsen-Kompensation unterschiedlichen Tischhöhen angepasst.

Dipl.-Ing. Manfred Hofmann ist Vertriebsingenieur im Geschäftsbereich Embedded Control Systems bei der Eckelmann AG in 65205 Wiesbaden.

Manfred Hofmann | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/konstruktion/antriebsundsteuerungstechnik/articles/139381/

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