CNC-Programmierproduktivität durch fortschrittliche Software und Interfaces steigern

Schnelle, smarte Steuerungen machen kurze Arbeit aus großen Aufgaben.

Vernetzte Fertigung und Digitalisierungstechnologien treiben viele der großen Innovationen in CNC-Maschinensteuerungen voran, die Werkstätten helfen, Metall so schnell und effizient wie möglich zu schneiden und Teile zu erstellen. In den meisten Fällen führt Software den Weg, um sowohl CNC-Programmierern als auch Bedienern auf dem Shopfloor zu helfen, Teile mit höchstmöglicher Präzision einfach zu fertigen.

Heutige CNC-Ausrüstung strotzt praktisch vor neuesten Hardware-Fortschritten, einschließlich schnellerer Prozessoren, mehr On-Board-RAM für rechenintensive Aufgaben, plus neuerer Solid-State-Drive-Optionen, die nahtlose Boot-Zeiten und sorgenfreien Betrieb in rauen Shop-Umgebungen ermöglichen.

Die neuesten Software-Fortschritte jedoch, mit Funktionen, die vernetzte Fertigungs-Apps, fortschrittliche 3D-Simulationen und touchbasierte Benutzeroberflächen umfassen, geben CNC-Herstellern weiterhin die besten Wege, sich von der Masse abzuheben.

"Die Steuerungssoftware ist wirklich der einzige Ort für Werkzeugmaschinenhersteller, um spielverändernde Innovation einzuführen", sagte Michael Cope, Produktspezialist bei Hurco Cos. Inc., Indianapolis. "Da neue und innovative mechanische Lösungen selten und fern sind, besonders ohne Einführung neuer Metallurgietechnologie oder Ähnlichem, muss das Angebot von modernster Software und grafischen Benutzeroberflächenänderungen, die CNC-Steuerungen mächtiger, vielseitiger und einfacher zu bedienen machen, der Bereich sein, in dem sich jeder Hersteller vom Wettbewerb abhebt."

Können wir reden?

Während die Fertigungsindustrie ihre Digitalisierungstransformation durchläuft, fügen CNC-Steuerungsentwickler und Werkzeugmaschinenhersteller weiterhin neue Features und Funktionalitäten mit den neuesten Sensoren, Prozessoren und Software hinzu. Auf der IMTS zeigten Steuerungsentwickler FANUC und Siemens insbesondere neue Ausrüstung und Strategien für die Vernetzung ihrer Steuerungen und Automatisierung für das Industrial Internet of Things (IIoT) und die Ermöglichung von Industry 4.0.

Am IMTS-Stand von FANUC America Corp. in Rochester Hills, Mich., demonstrierte das Unternehmen seine neuesten IIoT-Technologien, einschließlich des FANUC Intelligent Edge Link and Drive (FIELD) Datenerfassungs- und Überwachungssystems und seines Zero Down Time on ROBOT-LINKi (ZDT), das Predictive Analytics nutzt, um Ausfallzeiten durch unerwartete Ausfälle zu verhindern.

FANUC zeigte auch neue CNC-Features, einschließlich verbesserter hochauflösender 3D-Modell-Bearbeitungssimulation für Fünf-Achs- und Compound-Bearbeitungsfunktionen; seine neueste Series 0i-Model F Plus, die nächste Generation seiner Series 0i Steuerungen; und sein Quick and Simple Startup of Robotization (QSSR) Feature für die Verknüpfung von FANUCs CNCs mit den Robotern des Unternehmens. Zusätzlich hat FANUC Sehfähigkeiten direkt in seine CNCs eingebaut.

"Wir sehen viel Druck in Richtung Nutzung eingebauter Vision-Systeme auf CNCs", sagte Paul Webster, Engineering Manager für FANUC Americas Hoffman Estates, Illinois-basierte CNC-Einheit. "Das wird gerade freigegeben; die Hardware-Technologie ist dieselbe wie auf der Roboterseite, aber sie wird anders implementiert." Das System, das andere Software als die in FANUC-Robotern verwendeten Vision-Systeme nutzt, "erlaubt eine flexible Implementierung von Vision durch die CNC", sagte Webster.

Der neueste Trend, CNC-Werkzeugmaschinen miteinander zu verbinden, kann Herstellern höhere Produktivität und zuverlässigere Qualität bieten, merkte Tiansu Jing, Sinumerik CNC Produktmanager für die in Elk Grove Village, Illinois ansässige Siemens Machine Tools Business Unit an. "Siemens bietet variable technische Innovationen für alle Fertigungsbereiche, einschließlich der großen wie Luft- und Raumfahrt und Automotive", sagte er. "Die Innovationen fokussieren nicht nur auf die Verbesserung der Engineering-Geschwindigkeit der Maschinenbauer durch Einführung eines neuen, mächtigen TIA-Portals und Safety Integrated Plus, sondern auch die 'Kunst' der Digitalisierungsprodukte, die Endkunden Wege bieten, ihre Maschinen zu verbinden, überwachen, analysieren und optimieren."

"Smart Manufacturing/Industry 4.0, auch 'Digitalisierung' genannt, ist der Gamechanger in der Fertigung", fuhr Jing fort. "Indem man Maschinen verbindet, kommen viele neue Möglichkeiten sowie neue Geschäftsmodelle herein. Um besseren Service für ihre Kunden zu bieten, müssen Hersteller ihre Produktivität und Qualität erhöhen, um bessere Produkte in kürzeren Lieferzeiten anzubieten. Ähnlich, um ihre Wettbewerbsposition am Markt zu stärken, müssen Unternehmen die Zeit verkürzen, die es braucht, neue Produkte zu designen."

Zerspaner suchen immer nach Wegen, Schneidoperationen einfacher und schneller zu machen, fügte Jing hinzu. "Für verschiedene Maschinenarten brauchen sie verschiedene Features, um dieses Ziel zu realisieren, z.B. 'Top Surface' für Formen- und Matrizenbearbeitung für bessere Oberflächenqualität in kürzerer Zeit, und 'Tool Manager' um alle Werkzeuge einfach zu verwalten, um Maschinenausfallzeiten durch Werkzeugbruch etc. zu reduzieren", sagte er. Die Softwareelemente von CNC-Steuerungen haben die einfache Hinzufügung spezialisierter Routinen und Makros ermöglicht, die Produktivität sowohl bei großen Herstellern als auch bei kleineren Jobshop-Operationen steigern.

"Hersteller suchen ständig nach höherer Produktivität und besserer Qualität", merkte Jing an.

"Begrenzt durch Werkzeugmaterial und Maschinenmechanik, ist es schwer, die Schnittgeschwindigkeit dramatisch zu verkürzen, also ist das neue Potenzial zur Produktivitätssteigerung durch besseres Management der kompletten Produktionswertschöpfungskette, einschließlich Verteilung der Aufgaben auf verschiedene Maschinen, optimierter Werkzeuganordnung, Simulation vor echtem Schneiden zur Designverifikation, und Online-Analyse von Maschinenkomponenten, einschließlich Werkzeugen etc."

"Siemens bietet komplette Produktlinien, um große Hersteller und kleinere dabei zu unterstützen, ihren virtuellen Zwilling aufzubauen und ihre Produktion zu analysieren, um die Produktion vom Produktdesign bis zur Auslieferung zu optimieren", fuhr Jing fort. Siemens Software umfasst Manage MyMachine, Analyze MyPerformance, Analyze ToolPath und Run MyVNCK zur Designverifikation, Teileprogramm-Optimierung, Schneidsimulation und Maschinenbetrieb auf optimalen Leistungsniveaus, fügte er hinzu.

Indem man Maschinen mit Industry 4.0 und Smart Manufacturing verbindet, kann die Industrie das Spiel ändern und die Skills-Lücke schließen, die heute in der Fertigung existiert, laut Hurcos Cope. "Diese neuen Standards bieten die Fähigkeit, Maschinen und Steuerungen miteinander interagieren zu lassen und Maschinen zu 'Helfern' innerhalb einer großen Fertigungszelle zu machen, wo ein bestimmter Job oder ein Programm an die nächste verfügbare Werkzeugmaschine gesendet werden kann und nicht von einer bestimmten Maschine abhängig ist, die verfügbar wird. Sie können auch Job- oder Maschinen-Feedback an spezifizierte E-Mail- oder Text-Empfänger senden."

"Die Macht und Vielseitigkeit der Arbeit mit Automatisierung wird in den kommenden Jahren für Werkstätten aller Größen immer unschätzbarer werden", fuhr Cope fort. "Wegen der geringeren Mitarbeiterzahl könnten kleinere Werkstätten von dieser Technologie sogar mehr profitieren als größere, weil es ihnen erlaubt, mehr Stunden am Tag zu nutzen – sogar ohne erweiterte zweite und dritte Schichten."

An seinem IMTS-Stand zeigte Hurco Automatisierung mit kollaborativen Robotern, Mehrachs-Serial-Robotern und Palettensystemen, die Automatisierung für High-Mix/Low-Volume-Teileproduktion demonstrieren, die in vielen Jobshops vorkommt, sagte Cope, und merkte an, die Automatisierungsausstellung war ein kollaborativer Aufwand zwischen Hurco und Erowa, Universal Robots, FANUC, Online Resources, und Industrial Controls & Automation.

"Hurco hat umfangreiche Engineering-Ressourcen gewidmet, um unser patentiertes softwaregetriebenes Bewegungssteuerungssystem, genannt UltiMotion, zu erfinden", sagte Cope. "Mit UltiMotion profitieren alle Branchen von riesigen Mengen an Speicher und NC-Block-Look-ahead (alles Standardfeatures auf unserer Steuerung), aber es wird besonders vorteilhaft für unsere Formenbauer und Luftfahrtwerkstätten sein. Die kombinierte Geschwindigkeit, Durchsatz und Achsenreaktionsfähigkeit wird helfen sicherzustellen, dass der Kunde die bestmöglichen Teile produziert, mit kürzeren Zykluszeiten und herausragenden Oberflächenveredelungen."

Einzelne Aufspannungen, Simulation geschätzt

Effizienteres Arbeiten mit einzelnen Aufspannungen an Mehrachsmaschinen ist ein Trend bei CNCs heute, merkte Gisbert Ledvon, TNC Business Development Manager bei Heidenhain Corp., Schaumburg, Illinois an. "Leute wollen mehr auf einer Maschine machen, wenn sie können, also hat Fünf-Achs offensichtlich einen langen Weg gemacht, nicht nur für volles Fünf-Achs sondern immer mehr für 3+2 [Bearbeitung], weil Leute wettbewerbsfähig bleiben müssen", sagte Ledvon. "Wenn sie weitermachen, was sie machen, werden sie nicht wettbewerbsfähig sein."

Während etwas Bearbeitungsarbeit in die USA zurückkommt, kommt das einfachste Bearbeiten nicht zurück, fügte er hinzu.

"Das komplexe Zeug kommt zurück. Es gibt einen Trend, dass Leute mehr in einem Werkzeugmaschine machen wollen, also ist es entweder Fünf-Achs oder sie wollen eine Fräs-/Dreh-Applikation auf einer Fräsmaschine machen. Sie wollen etwas in Automatisierung einsteigen, also wollen sie eine einfache Funktionalität auf ihrer Steuerung, um vielleicht einen einfachen Palettenwechsler zu managen, und Prioritäten davon zu setzen."

Bearbeitungsoperationen für Schaben und komplexes Verzahnen haben ein Comeback erlebt, unterstützt durch neuere Software in Heidenhains TNC-Steuerung, fügte er hinzu. Komplexe Bearbeitungsoperationen erfordern hochpräzise 3D-Modellierung in Simulationssoftware wie Heidenhain sie kürzlich zum TNC-Werkzeugkasten hinzugefügt hat, einschließlich seiner Dynamic Collision Monitoring.

"Auch wenn Sie vielleicht Kollisionsüberwachung außen haben, wie mit einem CAM- oder Vericut-Programm, zum Beispiel, das Ihr Programm verifiziert, damit Sie keine Kollisionen haben, wollen Leute das auch auf der Maschine [Steuerung] machen, wenn sie können", sagte Ledvon. "Wenn die Maschine ihnen visuell zeigen kann, ob sie ein Kollisionsproblem haben, wollen sie das 3D-Modell der Kinematik der Maschine sehen und einfach doppelt prüfen, dass wenn sie die Programmierung machen – sie wollen diese Verifikation immer noch auf der Maschine."

Simulation von Teilen auf der CNC-Steuerung wird häufiger, mit neuen CNC-basierten Simulationen, die auf der IMTS von FANUC und anderen eingeführt wurden. FANUCs Simulation bietet volle 3D-Teilsimulation, merkte Webster an, die den Festkörper des Teils zeigt, während es Bearbeitungsoperationen durchläuft.

Nutzung von Festkörpermodellen wächst auch innerhalb der CNC-Entwickler-Angebote, merkte Hurcos Cope an. "Ein Trend, den einige Steuerungen anfangen zu adoptieren, und den wir sicher wachsen sehen werden, ist die Fähigkeit, Festkörpermodelle direkt in die Steuerung zu importieren – und Programme daraus zu erstellen. Obwohl wir seit mehreren Jahren STL-Dateien importieren konnten, um sie als Rohteilgeometrie zu nutzen, führte Hurco eine neue Funktion ein, 3D Import mit erweitertem 3D DXF auf der IMTS 2018, die von Messebesuchern sehr gut aufgenommen wurde", fügte Cope hinzu. "Da viele Nutzer Festkörpermodelldateien von ihren Kunden erhalten, ist es ein signifikanter Vorteil, diese Datei einfach in die Steuerung laden und ein Teileprogramm erstellen zu können, ohne ein CAM-System zu benötigen."

Was Zerspanern am wichtigsten ist

Benutzerfreundlichkeit rangiert sehr hoch auf den Wunschlisten der meisten Zerspaner, und CNC-Entwickler machen stetige Fortschritte in diesem Bereich, mit FANUC, das seine Benutzeroberfläche in jüngsten Jahren überarbeitet hat, und vielen anderen Entwicklern, die einfachere Touchscreen-Interfaces einbeziehen.

"Sie wollen Geschwindigkeit, wollen nicht warten, und sie wollen Genauigkeit", sagte Robin Cave, Software Engineer für das in Florence, Ky. ansässige Mazak Corp. "Die Grafiken auf unserer Windows-Maschine sind sehr gut, und sie helfen Zerspanern, Code vor Schnittbeginn zu verifizieren mit ziemlich guter Simulation, die alles zeigt."

Mazaks Mazatrol Smooth Linie von CNCs, die SmoothX, SmoothG und SmoothC umfassen, wurden von Mazak in Japan vor etwa drei Jahren überarbeitet, mit Mitsubishi-Hardware und Integration des Windows 8 Embedded Betriebssystems. Diese CNCs bieten intuitive Bedienung für Nutzer mit Touchscreens, die das Anpassen eines Teileprozesses erlauben, merkte Cave an, indem sie Slider-Bars und andere grafische Eingaben nutzen.

"Es ist eine schreiend schnelle Steuerung", sagte Cave über die Smooth CNCs, und merkte an, dass Georgia Tech die Steuerungen getestet hat. "Sie verarbeitet schneller als alles, was wir zuvor gemacht haben, und die Solid-State-Drives helfen wirklich mit der Geschwindigkeit. Man braucht nicht immer viel Geschwindigkeit, aber wenn man einen Kugelkopffräser interpoliert, muss man viel Code schnell fressen", sagte Cave. "Man läuft in solche Dinge mehr in Formen- und Luftfahrtarbeit rein."

"Ein anderes wirklich großes Ding mit unseren Kunden ist unser SMC – unser Smooth Machine Configuration", fuhr Cave fort. "Was Kunden wollten, war, dass unsere Maschinen flexibler sind. Manchmal müssen sie wirklich präzise sein, manchmal nicht." Der SMC erlaubt Zerspanern, einfach Schieberegler anzupassen, um die Maschine mehr oder weniger präzise zu machen, wie Bearbeitungsbedingungen es erfordern, merkte er an, was On-Machine-Programmieraufgaben erleichtert.

Einzelne Plattform für alles

Bearbeitungsvielseitigkeit ist ein Schlüsseltrend für CNC-Nutzer heute, merkte Todd Drane, Marketing Manager für Fagor Automation-USA, Elk Grove Village, Illinois an. "Hersteller wollen eine einzelne CNC-Plattform, die jede Applikation bewältigen kann, die sie auf dem Fertigungsboden haben", sagte Drane, und merkte an, dies erlaubt besseren Austausch von Shop-Personal. "Einmal, wenn sie eine CNC-Plattform lernen, ist die Integration in einen neuen Prozess für diese Person viel einfacher, wenn die Betriebsplattform mit dem neuen Prozess gleich bleibt."

Unter seinen neuesten Entwicklungen wurde Fagors 8065 CNC-Plattform mit proprietären fortschrittlichen Features für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung designed, während beste Bearbeitungsoberflächenqualität und maximale Genauigkeit beibehalten werden, sagte Drane. Fagors Adaptive Real-Time Feed and Speed (ARFS) Feature erlaubt der CNC, Bearbeitungsbedingungen wie Spindellast, Servoleistung und Werkzeugspitzentemperatur zu analysieren, und passt sowohl den Achsvorschub als auch die Spindeldrehzahl für maximale Bearbeitungsleistungsproduktivität an, fügte Drane hinzu. "Das Ergebnis ist eine Reduktion der Zykluszeit, gekoppelt mit einer überlegenen Teileveredelung. Erweiterte Spindel- und Servomotorenlebensdauer wird ebenfalls erreicht sowie verbesserte Werkzeutnutzung."

Der Fagor 8065 CNC ist auch mit luftfahrtspezifischer High Speed Surface Accuracy (HSSA) Bearbeitungsfunktionalität ausgestattet, die reduzierten mechanischen Stress auf die Maschine bietet, was die Werkzeugmaschinenlebensdauer erhöht. Auch wegen der niedrigeren Maschinenvibration ist die Maschine fähig zu sanfterer Bewegung und höheren Vorschüben, sagte Drane. "Zusätzlich erlaubt das onboard Bode-Diagramm-Tool die Messung der Frequenzantwort der Maschine, was die Möglichkeit bietet, die von verschiedenen Betriebsbedingungen und Umgebung erzeugten Maschinenvibrationen tatsächlich zu filtern."

Fagor bietet auch seine Fagor Machining Calculator (FMC) Applikation an, die auf sowohl den 8060 als auch 8065 CNC-Plattformen verfügbar ist. Das Feature besteht aus einer Datenbank von zu bearbeitenden Materialien und Bearbeitungsoperationen (Fräsen und Drehen) und einem Interface zur Auswahl geeigneter Schneidbedingungen (Achsvorschub und Spindeldrehzahl für jede Operation). Ein weiterer Fortschritt in Fagor CNCs ist das kompakte Hardware-Design der Steuerungslinie, sagte Drane. "In der heutigen Fertigung, wie von einem Kunden gesagt, ist Platz Geld", merkte er an. "Daher hat Fagor nicht nur kompakte CNCs geschaffen, sondern auch kompakte Antriebe und sogar Motoren. Die Idee ist, schlanke Lösungen zu bieten, die dem Bedarf entsprechen vs. einem Cookie-Cutter-Ansatz."