Für Industrie 4.0 optimiert und erweitert

PAL-Programmiersystem Drehen und Fräsen

Information für die Praxis, Stand: August 2018
Die mit Industrie 4.0 vorgesehene Integration der CNC-Maschine als Fertigungseinheit in den automatisierten Fertigungsprozess erfordert Anpassungen in den CNC-Lerninhalten in den Bereichen:
Automatisierung der Qualitätskontrolle sowie
Einbeziehung des Fertigungsumfeldes mit
  • Automatisierung des Werkstückflusses
  • automatischem Werkzeugtausch gesteuert durch Werkzeugverschleißkorrekturen
  • Schnittstellen mit werkzeugspezifischen Fertigungsdaten für die Fertigungssteuerung
Der PAL-CNC-Fachausschuss Zerspanungsmechaniker hat sich mit den an die CNC-Ausbildung entstehenden Anforderungen durch Industrie 4.0 intensiv beschäftigt und die nachstehenden Optimierungen und Erweiterungen der PAL-Programmiersysteme Drehen und Fräsen beschlossen.
Die Optimierungen werden schrittweise ab der Winterprüfung 2020/21 eingeführt. Die Modifizierungen bezüglich der Thematik Industrie 4.0 (lfnd. Nr. 2-5) werden im schriftlichen Teil in den Projekten 2 und 3 (gebundene und ungebundene Aufgaben) berücksichtigt werden.

1. Anpassungen der PAL-Befehlscodierung

Anpassungen der PAL-Befehlscodierung an die aktuellen Erweiterungen der CNC- Industriesteuerungen, die in den letzten zehn Jahren eingeführt wurden. Dies sind im Einzelnen:

Drehen und Fräsen

  • An- und Abfahrstrategien für das tangentenstetige und ruckfreie (krümmungsstetige) An- und Abfahren von Konturen,
  • Linearer Verfahrbefehl mit Anhaltebewegung durch externes Steuersignal zur Verwendung mit Messtastern
  • Einführung von Verschleißkorrekturwerten
  • G-Befehle zum Setzen der Verschleißkorrekturwerte und der (gemessenen) einstellbaren Nullpunkte
  • Erweiterte Nullpunktprogrammierung, Koordinatentransformationen
  • Werkzeug-Freifahr-Makros
  • Vorgabe von Toleranztabellen für unterschiedliche Bearbeitungen für die Erstellung von Messprotokollen und mögliche Nacharbeitungen
  • Vereinheitlichung der PAL-Dreh- und Frässteuerungen bei der Bearbeitungsebenenanwahl und Vorgabe der Drehwinkelreihenfolge
  • Protokollierungsbefehl MSG, der beliebige NC-Programmablaufdaten, Zeiten, Messergebnisse und Verschleißkorrekturen als Konsolnachricht ausgeben oder in einer NC-Protokolldatei zur Weitergabe an Produktions-Steuerungssysteme abspeichern kann (Anlage zu den PAL-Prüfungen)

Drehen

  • Abstechzyklus mit optionaler Fase oder Verrundung und Zustellwertfolge
  • Umschaltung zwischen Durchmesser und Radiusprogrammierung
  • Bearbeitung mit Stoßwerkzeugen
  • Werkzeugkorrekturwertnachführung mit der B-Achse
  • Spindel-NC-Achse auch inkrementell programmierbar
  • Fräsen/Angetriebene Werkzeuge beim Drehen
  • Rechteckzapfenzyklus
  • Mehrkantzyklus
  • Bohrbild-Erweiterungen auf Bohrmatrix oder Bohrrahmen
  • Gravurzyklus
  • Konturfräszyklus mit Zustellfolge

 Ergänzungen bei den Fräs-Taschenzyklen

  • Erweiterung der Taschen- und Freistellzyklen auf konfigurierbares Hochgeschwindigkeits-Fräsen (trochoidale Bearbeitungsstrategien)
  • Fasen der Kanten (Taschen und Inselränder) in Taschenzyklen
  • Anfräsen von Absätzen bei den Taschenzyklen
  • Praxisgerechte nicht konstante Zustellstrategien bei den Taschenzyklen
  • Optionales mehrfaches Schlichten

Erweiterungen bei den Maschinenbefehlen, zum Beispiel

  • M1 : Optionaler Halt (Einfahren von Programmen, Programmoptimierung)
  • M6 : Werkzeugwechsel beim Fräsen

2. Qualitätskontrolle in der CNC-Maschine

Die Qualitätskontrolle in der CNC-Maschine unter Einbeziehung von Nacharbeitungen wird mit In-Prozess-Messungen unter Verwendung von Messtastern ermöglicht. Dies gestattet mit der Überprüfung der Fertigungstoleranzen nicht nur eine Kontroll-, sondern mit der Ermittlung der Werkzeugverschleißkorrekturwerte auch eine Steuerfunktion für Werkstücknachbearbeitungen und Werkzeugaustausch.
  • Erweiterungen um elementare Messbefehle und um Messzyklen für Punkte, Richtungen und Formelemente

3. Fertigungsprotokoll

Die Ergebnisse der werkstückspezifischen Fertigung mit Soll- und Ist-Maßen, Bearbeitungszeiten und Nacharbeitungsvermerken werden zu einem Fertigungsprotokoll für das Qualitätsmanagement der Fertigungssteuerung zusammengefasst, das als Anlage zu den Fragen in den Projekten 2 und 3 der PAL-Prüfungen verwendet wird.

4. Einbeziehung des Werkstückflusses

Die Einbeziehung des Werkstückflusses mit Handhabungssystemen kann in universeller Weise mit einem sechs-achsigen Knickarm-Roboter realisiert werden. Mit dieser Kinematik lassen sich alle Handhabungsaufgaben und auch das Entgraten lösen. Die Programmierung des Roboters erfolgt im DIN-Code der PAL-Fräsmaschinensteuerung (beim Beladen oder Entladen der CNC-Maschine im Werkstückkoordinatensystem der Maschine oder im Koordinatensystem des Werkstückmagazins) als ein eigenständiger Bearbeitungskanal der Werkzeugmaschinensteuerung. Alternativ zu den programmierten Roboterbewegungen gibt es einen Teach-In-Betrieb mit Abspeicherung der manuellen Roboterbewegungen im NC-Programm.
Beide CNC-Steuerungs-Marktführer bieten in der Praxis verstärkt die Variante an, eine mehrkanalige CNC-Steuerung statt getrennten Steuerungen für Maschine und Roboter zu verwenden. Dies hat zudem den Vorteil, dass alle Programmieraufgaben nur in einer Sprache zu realisieren sind und eine Synchronisation der beiden Prozesse über die Mehrkanalprogrammierung möglich ist. Diese Mehrkanalprogrammierung wurde schon in der PAL-Befehlscodierung von 2007 im Hinblick auf Mehrrevolver-Drehmaschinen vorgesehen:
  • G99 – Kanalanwahl über die Kanalnummer
  • G98 – Synchronisation mit Angabe der Kanalnummer, Synchronisationsmarke und der Option WAIT oder NO WAIT

5. Erweiterung der Syntax 

Insbesondere die vorstehenden Anforderungen 2. bis 4. erfordern eine Erweiterung der DIN-Syntax auf die Parameterprogrammierung mit den üblichen Abfragen, Programmschleifen sowie einer Steuerungs-Makro-Programmierung und den direkten Zugriff auf CNC-Steuerungsparameter einer erweiterten Systemparameterliste der PAL 2007. Damit können diese Steuerungs- und Automatisierungsaufgaben viel einfacher programmiert werden als mit dem aktuellen Verzweigungsbefehl G29. NC-Programmierbefehlserweiterungen sind:
  • Sprünge: GOTO xxx
  • Abfragen: IF [Bedingung] THEN „auszuführende Anweisung“
  • Schleifen: WHILE [Bedingung] DO x / …. / END x

Diese Erweiterungen der CNC-Lerninhalte sind beispielhaft für die in allen technischen Berufen hinzukommenden informationstechnischen Lerninhalte.