Leseprobe zu

„CNC-Handbuch“

von Hans B. Kief et al.

Print-ISBN: 978-3-446-45877-2 E-Book-ISBN: 978-3-446-46524-4

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© Carl Hanser Verlag, München

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Vorwort zur 31. Auflage

Die CNC-unterstützte Fertigung ist heute das Rückgrat der weltweiten Produktion. Mit Hilfe der internetbasierten Technolo-gien wird die bereits hoch automatisierte Fertigung noch effektiver. Wer heute im Umfeld der zerspanenden oder additiven Fertigungstechnik tätig ist oder sein will, muss deshalb über ein solides technisches Grundwissen der CNC-Technik verfügen. Man muss verstehen, wie die einzelnen Komponenten einer CNC-Maschine funk-tionieren und wie sich diese auf das Ge-samtsystem und die Qualität der gefertig-ten Werkstücke sowie auf die spätere Rentabilität der Produktion auswirken.

Die Digitalisierung verändert alle Le-bensbereiche – auch die Fertigung. Der Be-griff Industrie 4.0 steht dabei als Synonym für den Einsatz der Internettechnologien im Umfeld der industriellen Fertigung weltweit. Bereits die Planung CNC-gestütz-ter Fertigungssysteme beginnt mit einer anspruchsvollen Kommunikation zwischen Maschinenhersteller und Anwender. Dabei steht oft nicht die Vollautomatisierung im Vordergrund, sondern die Suche nach der technisch passenden und rentabel produ-zierenden, wirtschaftlichen Lösung. Dafür sind gute Kenntnisse der Terminologie un-verzichtbar. Zudem besteht der Anspruch, die mit dieser Technik gebotenen umfang-reichen Möglichkeiten auch tatsächlich nut-

Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz

zen zu können. Der Prozess der Planung, Konstruktion und Inbetriebnahme wird durch digitale Tools unterstützt. Als Ergeb-nis der Projektierung entwickeln Maschi-nenhersteller digitale Zwillinge ihrer Ma-schinenreihen und können so flexibler auf Kundenanforderungen reagieren. Mit Hilfe des digitalen Zwillings kann der Anwender seine Fertigung fast vollständig vorberei-ten, ohne die reale Maschine dafür mit un-produktiven Aufgaben belegen zu müssen.

Auch wenn durch die zunehmende Digita-lisierung und den Einsatz von künstlicher Intelligenz Standardaufgaben in der Her-stellung und Nutzung von CNC-Maschinen immer mehr verschwinden, so sind noch immer gut qualifizierte Menschen gefragt, die passende Lösungen entwickeln, planen, perfektionieren und dabei die spätere Ren-tabilität nicht aus dem Blick verlieren. Auf der Seite des Anwenders zählen dazu so-wohl die Bediener und Programmierer als auch die für Betrieb, Wartung und Instand-haltung zuständigen Fachkräfte. Ihr solides Fachwissen und das Verständnis für das Zusammenwirken sind Voraussetzung, um den Betrieb solcher Fertigungssysteme stets funktionsfähig und rentabel zu gestal-ten.

Diesem anspruchsvollen Personenkreis haben wir unser Buch gewidmet.

Die drei Herausgeber sind Ingenieure und Fachautoren mit vielen Jahren bereichsübergreifen-der Erfahrungen auf den Gebieten Entwicklung von CNC-Maschinen und -Steuerungen, Pla-nung von FMS, dem Einsatz der CNC/CAD/CAM-Technik, Vernetzung und Automatisierung, sowie Schulung und Fortbildung für Manager, Industriepersonal und Studenten.

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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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3 Was ist NC und CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Teil 2 Funktionen der CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 * 1 Weginformationen, Wegmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2 Schaltfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 * 3 Betriebsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 4 SPS – Speicher programmierbare Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 ** 5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . 215 1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 3 Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 * 4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . 261 * 5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der

Prozessparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

Teil 4 Numerisch gesteuerte Maschinen und Fertigungssysteme . . . . 283 * 1 CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 * 2 Additive Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 3 Flexible Fertigungs systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 * 4 Industrieroboter und Handhabung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

 Inhaltsübersicht 7

Teil 5 Werkzeuge in der CNC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 1 Aufbau der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 2 Werkzeug verwaltung (Tool Management) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501 3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung . . . . . 529 ** 4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung . . . . . 545 5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553

Teil 6 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559 * 1 NC-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 ** 2 Programmierung von CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 3 NC-Programmier systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629 4 Fertigungs simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 647

Teil 7 Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665

1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control . . 667 2 LAN – Local Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683 * 3 Digitale Produkt entwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM

zu PLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701 * 4 Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719 ** 5 Der Weg zur Digitali sierung in der CNC-Werkzeug maschinen-

Branche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737 6 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . 759

Teil 8 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771 Richtlinien, Normen, Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773 * NC-Fachwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781 Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827 * Stichwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829 * Empfohlene NC-Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839 Inserentenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842

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InhaltsverzeichnisTabellenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Videoübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

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 . . . . . . . . . . 241.6 Der japanische Einfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.7 Die deutsche Krise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271.8 Ursachen und Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281.9 Flexible Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.10 Weltwirtschaftskrise 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.11 Situation und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331.12 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2 Meilensteine der NC-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3 Was ist NC und CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.1 Der Weg zu NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.2 Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.3 Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.4 Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443.5 NC-Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.6 SPS, PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.7 Anpassteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.8 Computer und NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503.9 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.10 Dateneingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.11 Bedienung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.12 Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.13 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

Teil 2 Funktionen der CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

1 Weginformationen, Wegmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671.2 Achsbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671.3 Lageregelkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701.4 Positionsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

 Inhaltsverzeichnis 9

1.5 Einfache Diagnose von Messgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 861.6 Kompensationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

2 Schaltfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032.1 Erläuterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1032.2 Werkzeugwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1042.3 Werkzeugwechsel bei Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren . . . . . . . . . . . 1042.4 Werkzeugwechsel bei Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1082.5 Werkzeugplatzcodierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1082.6 Werkstückwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1092.7 Drehzahlwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1132.8 Vorschubgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1132.9 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

3 Betriebsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1583.7 Anzeigen in CNCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1633.8 Touch-Bedienung der CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1663.9 CNC-Bedienoberflächen ergänzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1673.10 Elektronische Schüssel systeme für die sichere Betriebsartenwahl . . . . . . . . . . 1713.11 Offene Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1733.12 Einsatz von OPC UA in der CNC-Werkzeugmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1763.13 Preisbetrachtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1783.14 Vorteile neuester CNC-Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1803.15 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

4 SPS – Speicher programmierbare Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1854.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1854.2 Entstehungsgeschichte der SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1854.3 Aufbau und Wirkungsweise der SPS und SPS-Module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1864.4 Datenbus und Feldbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1894.5 Vorteile von SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1944.6 Programmierung von SPS und Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1944.7 Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1974.8 Programmspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1984.9 SPS, CNC und PC im integrierten Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1994.10 SPS-Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2004.11 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2024.12 Tabellarischer Vergleich CNC/SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

5 Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2075.1 Maschinenkonfiguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2075.2 Maschinengestelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2095.3 Führungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

10 Inhaltsverzeichnis

5.4 Maschinenverkleidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2125.5 Kühlmittelversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2135.6 Späneabfuhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2135.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . 215

1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2171.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2171.2 Achsmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2181.3 Analoge Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2191.4 Analoge vs. Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2201.5 Digitale intelligente Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2211.6 Reglertypen und Regelverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2231.7 Kreisverstärkung und Kv-Faktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2251.8 Vorsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2261.9 Frequenzumrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2261.10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2352.1 Anforderungen an Vorschubantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2362.2 Arten von Vorschub antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2372.3 Die Arten von Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2432.4 Vor-/Nachteile von Linearantrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2452.5 Anbindung der Antriebe an die CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2462.6 Messgeber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2482.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

3 Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2533.1 Anforderungen an Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2533.2 Arten von Hauptspindel antrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2543.3 Bauformen von Haupt spindelantrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2553.4 Ausführungen von Drehstrom-Synchron motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2583.5 Vor- und Nachteile von Synchronmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . 2614.1 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2614.2 Dimensionierung von Hauptspindelantrieben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2664.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

5.1 Motorenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2715.2 Lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2725.3 Schmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2735.4 Bearbeitungsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2735.5 Anforderungen an die Hauptspindel bezüglich Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . 278

 Inhaltsverzeichnis 11

Teil 4 Numerisch gesteuerte Maschinen und Fertigungssysteme . . . . 283

1 CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2851.1 Bearbeitungszentren, Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2851.2 Drehmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2981.3 Schleifmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3051.4 Verzahnmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3141.5 Bohrmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3221.6 Sägemaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3241.7 Laserbearbeitungsanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3261.8 Stanz- und Nibbelmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3331.9 Rohrbiegemaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3381.10 Funkenerosions-maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3391.11 Elektronenstrahl-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3421.12 Wasserstrahlschneid maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3441.13 Multitasking-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3461.14 Messen und Prüfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3581.15 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

2 Additive Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3672.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3672.2 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3682.3 Verfahrenskette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3702.4 Einteilung der generativen Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3742.5 Die wichtigsten Schichtbauverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3752.6 Vorteile der Additiven Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3852.7 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3882.8 Neuere Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3882.9 Arbeits-Vorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3912.10 Einbindung in die Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3922.11 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

3 Flexible Fertigungs systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3953.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3953.2 Flexible Fertigungszellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3983.3 Flexible Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3983.4 Technische Kennzeichen von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4053.5 FFS-Einsatzkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4063.6 Fertigungsprinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4083.7 Maschinenauswahl und -anordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4103.8 Werkstücktransport systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4113.9 FFS-Anforderungen an CNCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4193.10 FFS-Leitrechner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4203.11 Wirtschaftliche Vorteile von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4223.12 Probleme und Risiken bei der Auslegung von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4233.13 Flexibilität und Komplexität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4253.14 Simulation von FFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4283.15 Produktions planungs systeme (PPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432

12 Inhaltsverzeichnis

3.16 Planung flexibler Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4333.17 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

4 Industrieroboter und Handhabung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4394.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4394.2 Definition: Was ist ein Industrieroboter? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4404.3 Aufbau von Industrie robotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4404.4 Mechanik/Kinematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4424.5 Greifer oder Effektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4424.6 Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4444.7 Safe Robot Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4474.8 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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4564.14 Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458

5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4615.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4615.2 Was ist Energieeffizienz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4615.3 Werkhallen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4615.4 Maschinenpark . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4625.5 Sonderfall Bearbeitungszentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4625.6 Energieeffiziente NC-Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4635.7 Möglichkeiten der Maschinenhersteller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4645.8 Möglichkeiten der Anwender . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4655.9 Blindstrom-Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4675.10 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4695.11 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

Teil 5 Werkzeuge in der CNC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471

1 Aufbau der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4731.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4731.2 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4731.3 Gliederung der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4761.4 Maschinenseitige Aufnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4811.5 Modulare Werkzeug systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4851.6 Einstellbare Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4861.7 Gewindefräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4901.8 Sonderwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4921.9 Werkzeugwahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

2 Werkzeug verwaltung (Tool Management) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5012.1 Motive zur Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5012.2 Evaluation einer Werkzeugverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 502

 Inhaltsverzeichnis 13

2.3 Lastenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5032.4 Beurteilung von Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5042.5 Einführung einer Werkzeugverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5042.6 Gliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5042.7 Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5052.8 Werkzeugidentifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5052.9 Werkzeuge suchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5062.10 Werkzeugklassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5072.11 Werkzeugkomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5082.12 Komplettwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5102.13 Werkzeuglisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5112.14 Arbeitsgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5122.15 Werkzeugvoreinstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5122.16 Werkzeuglogistik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5142.17 Elektronische Werkzeug identifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5182.18 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526

3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung . . . . . . . . 5293.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5293.2 Ansatzpunkte für die Prozess regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5293.3 Einsatzbereiche von Werkstück- und Werkzeugmesssystemen . . . . . . . . . . . . . 5303.4 Werkstückmesssysteme für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536

4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung . . . . . . . 5454.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5454.2 Bohrungsmessköpfe für kürzeste Messzeiten bei der Bohrungsherstellung . . 5464.3 Rauheitsmessgeräte für die automatisierte Prüfung von Oberflächen . . . . . . . 5474.4 DIGILOG-Messtaster für digitale und analoge Messwerterfassung . . . . . . . . . . 5484.5 Höchste Produktivität durch simultanes Messen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5504.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550

5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5535.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5535.2 Bruchüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5545.3 Einzelschneidenkontrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5545.4 Werkzeugmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5555.5 Messung von HSC-Werkzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5555.6 Kombinierte Laser messsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5565.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 557

Teil 6 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 559

1 NC-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5611.1 Definitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5611.2 Struktur der NC-Programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5621.3 Programmaufbau, Syntax und Semantik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5631.4 Schaltbefehle (M-Funktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5641.5 Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 566

14 Inhaltsverzeichnis

1.6 Wegbedingungen (G-Funktionen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5671.7 Zyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5701.8 Nullpunkte und Bezugs punkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5711.9 Transformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5881.10 Werkzeugkorrekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5921.11 DXF-Konverter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5941.12 CNC-Hochsprachen programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6001.13 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603

2 Programmierung von CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6072.1 Definition der NC-Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6072.2 Programmiermethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6072.3 CAM-basierte CNC-Zerspanungsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6142.4 Arbeitserleichternde Grafiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6232.6 Auswahl des geeigneten Programmiersystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6252.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626

3 NC-Programmier systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6293.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6293.2 Bearbeitungsverfahren im Wandel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6303.3 Der Einsatzbereich setzt die Prioritäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6313.4 Eingabedaten aus unterschiedlichen Quellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6333.5 Leistungsumfang eines modernen NC-Programmiersystems (CAM) . . . . . . . . 6333.6 Datenmodelle auf hohem Niveau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6333.7 CAM-orientierte Geometrie-Manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6343.8 Nur leistungsfähige Bearbeitungsstrategien zählen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6353.9 Adaptives Bearbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6363.10 3D-Modelle bieten mehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6363.11 3D-Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6373.12 Innovativ mit Feature-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6373.13 Automatisierung in der NC-Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6383.14 Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6413.15 Aufspannplanung und Definition der Reihenfolge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6423.16 Die Simulation bringt es auf den Punkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6423.17 Postprozessor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6433.18 Erzeugte Daten und Schnittstellen zu den Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . 6443.19 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644

4 Fertigungs simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6474.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6474.2 Qualitative Abgrenzung der Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6484.3 Komponenten eines Simulationsszenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6514.4 Ablauf der NC-Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6544.5 Integrierte Simulations systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6564.6 Einsatzfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6564.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 661

 Inhaltsverzeichnis 15

Teil 7 Von der betrieblichen Informationsverarbeitung zu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665

1 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control . . . . 6671.1 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6671.2 Aufgaben von DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6671.3 Einsatzkriterien für DNC-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6681.4 Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6691.5 Technik des Programm anforderns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6701.6 Heute angebotene DNC-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6711.7 Netzwerktechnik für DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6721.8 Vorteile beim Einsatz von Netzwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6751.9 NC-Programmverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6751.10 Vorteile des DNC-Betriebes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6791.11 Kosten und Wirtschaft lichkeit von DNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6791.12 Stand und Tendenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6801.13 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680

2 LAN – Local Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6832.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6832.2 Local Area Network (LAN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6832.3 Was sind Informationen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6832.4 Kennzeichen und Merkmale von LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6862.5 Gateway und Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6932.6 Auswahlkriterien eines geeigneten LANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6942.7 Schnittstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6942.8 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697

3 Digitale Produkt entwicklung und Fertigung: Von CAD und CAM zu PLM . . 7013.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7013.2 Begriffe und Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7023.3 Digitale Produkt entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7073.4 Digitale Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7113.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716

4 Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7194.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7194.2 Kernelemente der Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7234.3 Industrie 4.0 in der Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7304.4 Ein MES als Baustein der Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7324.5 Herausforderungen und Risiken von Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734

5 Der Weg zur Digitali sierung in der CNC-Werkzeug maschinen-Branche . . . 7375.1 Auswirkungen der gesell schaftlichen Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7375.2 Digitalisierung der Prozesse in der CNC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7395.3 Der Digitale Zwilling einer Werkzeugmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7485.4 Sensorik für CNC-Maschinen als Voraussetzung für I4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752

16 Inhaltsverzeichnis

6 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . 7596.1 Voraussetzung für Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7596.2 Nutzen von Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7616.3 Cyber-Physical-Systems (CPS), das „Internet der Dinge“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7616.4 Sechzehn Fallbeispiele zu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7616.5 Ein Arbeitstag mit Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7676.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 768

Teil 8 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771

Richtlinien, Normen, Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7731. VDI-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7732. VDI/NCG-Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7753. DIN – Deutsche Industrie Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777

NC-Fachwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 781

Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827

Stichwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 829

Empfohlene NC-Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839

Inserentenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der ProzessparameterDipl.-Ing. (FH) Michael Häußinger, Dipl.-Ing. (FH) Hans-Christian Steinbach, WEISS Spindeltechnologie GmbH, Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Müller

5.1 Motorenauswahl

Die Motorauswahl hat tragenden Einfluss auf die korrekte Funktionalität der Haupt-spindel. Bei modernen Hauptspindeln ist der Antriebsmotor integriert. Der Läufer ist Bestandteil der Spindelwelle und wird von deren Lagerung getragen. Die mecha-nische Kopplung zwischen Motorwelle und Spindelwelle kann entfallen. Durch den Wegfall zusätzlicher Übertragungsele-mente ergeben sich für den Anwender diverse Vorteile wie ruhiger Lauf, gerin-gerer Platzbedarf innerhalb der Werk-zeugmaschine, höhere Genauigkeiten oder verbesserte Regeldynamik durch weniger Massenträgheit. Die Übertra-gung des Drehmoments erfolgt berüh-rungslos. Mechanischer Verschleiß ist aus-geschlossen. Die elektrische Leistung wird nur dem feststehenden Außenmantel des Motors zugeführt. Der Rotor benötigt keine eigenständige Leistungsversorgung.

Abhängig von der Anwendung bzw. vom Einsatz der Spindel ist deren Auslegung vor-zunehmen. Die jeweiligen veränderlichen Spindelparameter werden durch die Pro-zessgrößen Schnittgeschwindigkeit und Zerspankraft definiert. Liegt der Fokus der Bearbeitung beispielsweise auf Scherzerspanung mit hohen Schnittkräften und damit einhergehend geringen Schnittgeschwindigkeiten, dann muss die Auslegung der Hauptspindel anders erfolgen als bei einem Spindeldesign für Hochgeschwindigkeits-bearbeitungen.

Generell sind für den Einsatz in einer Motorspindel synchrone oder asynchrone Einbaumotoren vorgesehen und stehen in verschiedenen Drehzahlklassen zur Ver-fügung. Beide Varianten stellen bestimmte Anforderungen an die Leistungsumrichter, die bei der Auslegung der Werkzeugma-schine berücksichtigt werden müssen. Zu-sätzlich müssen unterschiedliche Vor- und Nachteile, abhängig vom gewünschten Ein-satz, gegeneinander abgewogen werden.

Asynchronmaschinen sind weniger komplex in der Ansteuerung und bieten einen großen Feldschwächbereich zur Realisierung höchster Drehzahlen bei gleichzeitig geringerem Strombedarf als vergleichbare Synchronmaschinen. Kurze Hochlaufzeiten können ebenfalls realisiert werden.

Synchrone Einbaumotoren bieten hohe Leistungsdichten durch die Permanent-erregung und ermöglichen kompakte Bau-weisen bzw. lassen vergleichsweise große

272 Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

Wellendurchmesser zu. Die Verlustleistung im unteren Drehzahlbereich ist gering. Bei schnelldrehenden Motoren besteht unter Umständen die Notwendigkeit des Einsat-zes einer zusätzlichen Induktivität (Dros-sel). Dies ist im Aufbau des Motors begrün-det. Zusätzlich besteht mit Drosseln die Möglichkeit, durch Filterung hochfrequen-ter Signalanteile die Spannungsspitzen zu reduzieren und die Motorwicklungen zu entlasten.

Motorspindeln sind allgemein mit inte-grierten Kanälen zur Flüssigkeitskühlung des Stators ausgestattet. Der Stator, der die elektrische Antriebsleistung aufnimmt, ist die hauptsächliche Verlustwärmequelle der Spindeleinheit. Das Kühl kanal system ist deshalb thermisch eng an diesen gekop-pelt. Allerdings werden auch die thermisch weiter entfernt liegenden Verlustwärme-quellen durch das integrierte Kühlsystem versorgt und finden noch eine angemessen effiziente Wärmeabsenkung. Die Spindel-einheit selbst ist über eine Vor- und Rück-laufleitung mit dem Kühlmedium zu ver-sorgen. Die Abkühlung des Kühlmediums auf die ursprüngliche Vorlauftemperatur erfolgt außerhalb der Spindel durch ein exter nes Kühl- oder Wärmetauschsystem. Den notwendigen Druck des Kühlmediums in der Vorlaufleitung liefert eine externe Pumpe. Beide Systeme liegen in der Zu-ständigkeit des Maschinenherstellers.

Zur Überwachung der Motortempera-tur werden Temperatursensoren verwen-det. Diese dienen dem Schutz vor Überlas-tung im drehenden Betrieb. Bei speziellen Einsatzbedingungen der Synchronmotoren (z. B. Belastung im Motorstillstand) ist eine zusätzliche Überwachung der Motorpha-sen zum Schutz vor Überlastung erforder-lich. Diese wird über einen PTC-(Positive Temperature Coefficient)Kaltleiterdrilling realisiert. Optional stehen auch NTC-(Nega-tive Temperature Coefficient)Heißleiter zur Verfügung. Diese kommen zum Einsatz, wenn der verwendete Umrichter die Aus-wertung der KTY-Sensoren nicht erlaubt.

5.2 Lagerung

Die Lagerung einer Hauptspindel hat die Aufgabe, diese hochgenau zu führen und die Bearbeitungskräfte aufzunehmen. Ab-hängig von den geforderten Prozesspara-metern variieren die Lagerauswahl und deren Anordnung. Den Großteil der einge-setzten Lager stellen Wälzlager dar.

Für Spindeln in Werkzeugmaschinen werden bei Wälzlagern fast ausschließlich erhöhte Genauigkeitsklassen verwendet. Hauptsächlich die Bauarten Schrägkugel-lager, Radial-Schrägkugellager, Spindel-lager (mit Druckwinkel 15 und 25°), zwei-seitig wirkende Axial-Schrägkugellager, Radial- und Axial-Zylinderrollenlager so-wie gelegentlich Kegelrollenlager. Je nach den geforderten Leistungsdaten einer Werkzeugmaschine wird die Lagerung mit Kugel- oder Rollenlagern nach den Krite-rien Steifigkeit, Reibungsverhalten, Genau-igkeit, Drehzahleignung, Schmierung und Abdichtung konstruiert und ausgelegt. Ab-hängig vom Drehzahlbereich kommen bei Wälzlagern unterschiedliche Materialien wie Stahl und Keramik zum Einsatz. Bei extremen Anforderungen an Laufgenauig-keit und Dämpfung werden darüber hin-aus  hydrodynamisch oder hydrostatisch gelagerte Spindeleinheiten eingesetzt. Aus einer Vielzahl möglicher Werkzeugmaschi-nenlagerungen haben sich einige cha rak te-ris tische Lageranordnungen herausgebil-det, die sich im Werkzeugmaschinenbau bewährt haben.

Stehen hohe Zerspankräfte und ge-ringe Drehzahlen im Vordergrund, müs-sen die Lager eine hohe Steifigkeit vorwei-sen und die Spindel radial und axial genau führen. Durch große Wellen- und Lager-durchmesser wird dies erreicht. Eine starre Lageranstellung mit entsprechend einge-stellter Vorspannung erzeugt die ge-wünschte Genauigkeit. Bei Anforderungen an sehr hohe Drehzahlen hingegen muss die Lagerung besonders den thermischen und dynamischen Betriebsbedingungen

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter 273

gerecht werden. Besonders geeignet sind Hybrid-Spindellager mit Keramikku-geln. Die Lagerpaare sind antriebs- und abtriebsseitig über Federn mit definierter Vorspannung gegeneinander angestellt. Dies ermöglicht eine zwanglose Kompensa-tion der axialen Längsdehnung durch ther-mische und dynamische Einflüsse. Optio-nale Kugelbüchsen unterstützen die radiale Steifigkeit zusätzlich. Bei vorschriftsmäßi-gem Betrieb der Spindelkühlung, Einhal-tung der zulässigen Lagerbelastung und Berücksichtigung der maximal erlaubten Umgebungstemperatur im Betriebszustand ist gewährleistet, dass die zulässige Lager-temperatur nicht überschritten wird.

5.3 SchmierungUm während des Einsatzes der Spindel im Bearbeitungsvorgang eine ausreichende Gebrauchsdauer sowie einen verschleiß-freien Lauf sicherzustellen, ist ein Schmier-film im Reibkontakt unabdingbar. Damit dies gewährleistet werden kann, ist ein Schmierstoff mit den notwendigen Eigen-schaften auszuwählen, sowie dessen An-wesenheit zu jeder Zeit des Betriebs si-cherzu stel len. Generell kann zwischen Fettschmierung und Öl-Luft-Schmierung unterschieden werden. Die Fettschmie-rung wird vorzugsweise bei geringeren Drehzahlanforderungen eingesetzt. Ihre Vorteile liegen in der geringen Reibung, der vereinfachten Spindelkonstruktion und den vergleichsweise niedrigen Systemkos-ten. Bei Einhaltung der jeweiligen Belast-barkeitsgrenzen einer Spindel bestimmt die Fettgebrauchsdauer die Lebensdauer der Lager. Die Fettgebrauchsdauer ist als die Zeit definiert, in der die Lagerfunktion durch den eingebrachten Schmierstoff auf-rechterhalten wird. Die Fettgebrauchs-dauer ist nicht von der Lagerbelastung ab-hängig, sinkt allerdings mit zunehmender Drehzahl. Maßgeblicher Einfluss auf die Fettgebrauchsdauer geht von der Fett-menge, der Fettart, des Lagerdesigns, so-

wie Drehzahl, Temperatur und den Einbau-bedingungen aus.

Die zweite Schmierungsart ist die Öl-Luft-Schmierung. Zur Schmierung von Spindellagern reicht sehr wenig Öl aus. Es genügen bereits Mengen in der Größenord-nung von ca. 100 mm3/h (ein Tropfen hat ca. 30 mm3), wenn sichergestellt ist, dass alle Roll- und Gleitflächen vom Öl benetzt werden. Eine solche Minimalmengen-schmierung ergibt geringe Reibungsver-luste. Ölminimalmengen-Schmierung wird angewandt, wenn die Spindeldrehzahl für Fettschmierung zu hoch ist. Das Standard-verfahren ist heute die Öl-Luft-Schmierung. Bewährt haben sich Öle nach der Bezeich-nung ISO VG 68 + EP, das heißt: Nennvisko-sität 68 mm2/s bei 40 °C und Extrem-Pres-sure-Zusätze. Hierbei sind vorzugsweise durchsichtige Schläuche mit Innendurch-messer 2 – 4 mm zu verwenden, um den Schmierstofftransport überwachen zu kön-nen. Die feine Tröpfchenbildung entsteht durch die überströmende Luft bei 1 – 5 bar und ist ab Schlauchlängen ab 400 mm ge-währleistet. Spezifische Strömungsverhält-nisse in der Lagerung können die Ölmenge deutlich beeinflussen.

5.4 Bearbeitungsprozesse Fräsen

Charakteristisch für Frässpindeln (Bild 5.1) ist der Einsatz standardisierter Werk-zeugaufnahmen. Standardisierung setzt Anpassung an die Bedürfnisse vor aus. Sie bietet den Herstellern von Werkzeug-maschinen bzw. Spindeleinheiten die Mög-lich keit, durch den einfachen Austausch der Zange mit Halter unterschied liche Steil kegel werkzeuge (Kegel-/Anzugsbolzen-Norm) oder Hohlschaftkegelwerkzeuge zu spannen. Verschiedene Ausführungen von Werkzeugspannern mit oder ohne Kühl-schmiermittelzuführung, mit hydraulischen oder pneumatischen Löseeinheiten können in die gleichen Werkzeugspindeln einge-

274 Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

baut werden. Drehdurchführungen und Löse einheiten sind untereinander kompa-tibel und austauschbar.

Grundsätzlich wird zwischen Steil-kegel aufnahmen (SK, BT) und Hohl-schaft kegel-(HSK-)Werkzeugaufnahmen unterschieden. Beide haben typenspezifi-sche Eigenschaften mit Vor- und Nachtei-len. Bei Werkzeugsystemen für Spindeln bis 10 000 rpm werden oft Steilkegelwerk-

zeuge nach DIN 69871 Teil 1 eingesetzt (auf Anfrage bei den entsprechenden Zulie-ferern sind auch höhere Drehzahlen mög-lich).

5-Achs-Spindeleinheiten werden ebenso unterstützt wie Überkopfbearbeitungen. Sicheres Zerspanen ist in jedem Winkel möglich. Nachteilig ist die begrenzte Dreh-zahleignung. Bei hohen Drehzahlen weitet sich die Spindel durch die Zentrifugalkraft

Bild 5.1a: Aufbau einer Frässpin-del. (Quelle: Weiss, Schweinfurt)Bild 5.1b: Werkzeugspindel für den automatischen Werkzeug-wechsel. (Quelle: GMN Nürn-berg)Im Lehrfilm werden gezeigt:

■ Flüssigkeitskühlung von Lage-rung und Motor

■ Kühlmittelzufuhr an den Fräser durch Welle und Gehäuse

■ Automatischer WZ-Wechsel und Zugstangen-Überwachung

■ Kegelreinigung der WZ-Aufnahme mittels Luft ■ Öl-/Luft-Schmierung der vorderen und hinteren Lager ■ Sensor zur Messung der Axialen Wellenverlagerung ■ Sperrluft gegen Eindringen von Schmutzpartikeln von außen ■ Drehwinkelgeber zur Positionierung der Spindel ■ Temperaturmessung am vorderen Lager zum Ausgleich der Axialen Wellenbewegung

bit.ly/3bTsFQxVideo 13

bit.ly/2xSaI6tVideo 14

Labyrinth-Dichtung mit Sperrluft

Spannsystem mit Federpaket

Geber Werkzeug-Löseeinheit

Drehdurchführung

Wassergekühlter Asynchron- oder Synchron-MotorSpindellagerungWerkzeug-Schnittstelle

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter 275

auf. Der Steilkegel kann tiefer in die Spin-del eingezogen werden und sich verklem-men.

Die Beschleunigung von Bearbeitungs-vorgängen im Werkzeug- und Formenbau und in der zerspanenden Industrie durch High Speed Cutting (HSC) erfordert auch Lösungen für schnellere Werkzeugwechsel. HSK-Spannsätze werden den gestiegenen Anforderungen gerecht. Das Hauptunter-scheidungsmerkmal dieser Schnittstelle im Vergleich zur SK-Werkzeugaufnahme ist die zusätzliche Plananlage an der Stirn-seite der Welle. Durch diese Abstützung am Bund wird eine deutlich höhere Biege-festigkeit als bei vergleichbaren Steil-kegelwerkzeugen erreicht. Zusätzlich er-möglicht die Plananlage eine axiale Positioniergenauigkeit im Mikrometer-bereich. Formschlüssige, enge Kegeltole-ranzen verhindern Rundlauffehler.

Die maximalen Drehzahlen der Spann-systeme reichen dabei von ca. 40 000 rpm bei einer HSK-A63 Werkzeugaufnahme bis hin zu 60 000 rpm bei HSK-A32 Schnitt-stellengrößen. Der nachteiligen Aufwei-tung der Spindel durch die Zentrifugalkraft und das daraus resultierende Einziehen des Werkzeugs in die Spindel wird durch die Plananlage entgegengewirkt. Zusätz-lich sind die Spannelemente so angeordnet, dass diese bei höheren Fliehkräften zwar nach außen gedrückt werden, dies jedoch eine Spannkraftverstärkung bewirkt. Dreh-momente werden über den Reibschluss des Kegels, sowie über zusätzliche Mitnehmer-steine am Schaftende übertragen.

Mit steigenden Anforderungen an den Spindelhochlauf sind zunehmend auch die Nebenzeiten beim Werkzeugwechsel ent-scheidend. Für eine möglichst geringe Werkzeugwechselzeit sind leistungsfähige Löseeinheiten erforderlich. Die Löseein-heit hat die Aufgabe ein eingezogenes Werkzeug aus der Spindel zu lösen. Dazu muss im hinteren Teil der Spindel ein Löse-kolben auf das Spannsystem drücken, um so gegen das Federpaket des Spannsys-

tems wirkend das Werkzeug auszustoßen. Üblicherweise werden Löseeinheiten hyd-raulisch oder pneumatisch betätigt, es gibt für hydraulikfreie Maschinenkonzepte aber auch elektrisch betätigte Löseeinheiten. Alle drei Konzepte können in modernen Werkzeugspindeln zu identischen Werk-zeugwechselzeiten führen.

Schleifen

Beim Schleifen sind Werkzeugaufnahmen mit Innen- oder Aussenkegel sowie zylind-rische Aufnahmen zum manuellen Span-nen einer Schleifscheibenaufnahme üblich. Darüber hinaus werden für automatischen Schleifscheibenwechsel auch Werkzeug-aufnahmen mit Hohlschaftkegel einge-setzt.

Schleifspindeln werden grundsätzlich in Innenrund- und Außenrundschleifen unterschieden. Außenrundschleifspindeln eignen sich darüber hinaus auch zum Flachschleifen. Je nach Verfahren sind ver-schiedene Schleifscheibenaufnahmen und Schleifscheibendurchmesser notwendig. Die Größe des Schleifkörpers bestimmt die Betriebsdrehzahl der Spindeln. Ebenfalls das Material des Schleifkörpers ist ent-scheidend für die Betriebsdrehzahl. Als Un-terscheidungsmerkmale dienen hier die verschiedenen Schleifmittel (Korund, Sili-ziumkarbid, CBN, etc.) und unterschied-liche Bindematerialien (Keramik, Kunst-harze, etc.).

Da das Schleifen oftmals der letzte Ar-beitsgang innerhalb eines Herstellungspro-zesses ist, ist die Gleichmäßigkeit der Oberfläche von entscheidender Bedeu-tung. Deshalb muss auf die Anordnung der Wälzlager stets besonderes Augenmerk ge-legt werden. Eine starre Anstellung der La-ger zueinander ist zu bevorzugen (Bild 5.2), infolge dessen die Drehzahleignung aller-dings stark einschränkt wird. Gleichzeitig stellt sich das Bearbeitungsergebnis auf-grund geringerer Wellenbewegung quali-tativ höherwertig dar. Gerade bei Innen-

276 Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

rundschleifspindeln werden häufig auch Hochgeschwindigkeitsspindeln eingesetzt, hier muss das Lagerungskonzept jedoch den kinematischen Bedingungen ange-passt werden. Dadurch müssen Abstriche in der Steifigkeit der Spindel und somit unter Umständen auch in der Oberflächen-güte der bearbeiteten Teile hingenommen werden.

Der Schleifprozess erfordert häufig, dass die Spindel mit Dauerdrehzahl (S1) betrie-ben wird. Gerade für den Betrieb bei hohen Dauerdrehzahlen wird die Öl-Luftschmie-rung für die Lagerung bevorzugt. Fett-lebensdauer geschmierte Lager sind für einen Einsatz bei Dauerdrehzahlen nahe ihrem maximal zulässigen Drehzahlkenn-wert ungeeignet, da das Schmiermedium erhöhten Verschleiß erfährt und Lager durch unzureichende Schmierung frühzei-tig ausfallen können.

Bei Anwendungen mit größeren Schleif-scheibendurchmessern kommen häufig Wuchtsysteme zum Einsatz, die die Restunwucht des Schleifkörpers während

des Betriebes kompensieren. Hier gibt es eine Vielzahl von patentierten Systemen unterschiedlicher Hersteller, die Aufnahme des Wuchtsystems liegt meist zentral in der Spindelwelle.

Einbaumotoren der Motorschleifspin-deln können in Synchron- oder Asyn-chrontechnik ausgeführt sein. Gerade bei Asynchrontechnik wird häufig noch die Spindel geberlos betrieben, d. h. es wird auf einen Drehgeber verzichtet. Allerdings ist hier das Sicherheitskonzept der Maschine zu bewerten.

Drehen

Spindeln für Drehmaschinen zeichnen sich vor allem durch genormte Schnittstellen für Spannfutter zur Werkstückaufnahme aus. In Europa werden vor allem die Kurz-kegelaufnahmen A3 – A20 nach DIN 55026 und 55027 verwendet. Bei DIN 55026 (ISO 702/I) wird das Drehfutter von vorne mit Inbusschrauben befestigt. Die Gewinde-bohrungen befinden sich direkt in der

Bild 5.2: Aufbau einer Schleifspindel. (Quelle: Weiss, Schweinfurt)

Wassergekühlter Asynchron- oder Synchron-Motor

GeberLageranordnung für hohe axiale und radiale Steifigkeit und hohe Drehzahlen

Dorn für Schleifscheibe

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter 277

Spindelnase. Bei DIN 55027 (ISO 702/III) wird das Drehfutter über Befestigungsbol-zen verspannt, ähnlich auch DIN 55021 und DIN 55022. In asiatischen Maschinen findet man häufig auch Schnittstellen nach DIN 55029 (ISO 702/II), auch als „Cam-lock“-Aufnahmen bezeichnet. Neben manu-ellen Spannfutterbetätigungen gibt es auch Spannfutter mit automatischer Werk-stückklemmung. Dafür werden am Spin-delende Hydraulikzylinder aufgesetzt, die über eine Zugstange durch eine Bohrung in der Spindelwelle das Spannfutter betäti-gen.

Aus dem Bearbeitungsprozess ergeben sich für Drehspindeln meist hohe Steifig-keitsanforderungen. Die arbeitsseitige Lagerung muss die Spindel bei hohen axia-len und radialen Beanspruchungen genau führen und darf nur wenig Nachgiebigkeit aufweisen. Dafür werden für kleine bis mittlere Drehzahlanforderungen vorzugs-weise starr verspannte Lageranordnungen gewählt. Hierbei kommen meist hoch-

genaue Spindellager zum Einsatz (Bild 5.3). Für erhöhte Bearbeitungskräfte werden auch Lageranordnungen mit radialwirken-den Zylinderrollenlagern, in Kombination mit Axiallagern verwendet. Lagersysteme mit gegeneinander verspannten Kegelrol-lenlagern finden eher selten Anwendung. Für hohe Drehzahl anforde rungen wer-den auch federnd angestellte Lagersysteme verwendet, diese bieten gegenüber der starren Lagerung allerdings Nachteile in der Steifigkeit, vor allem zulässige Zug-kräfte sind eingeschränkt. Die Lager ein-heiten in Drehspindeln sind überwiegend Fettlebensdauer geschmiert. Die Lager-lebensdauer wird somit über die Fett-gebrauchs dauer definiert.

Der C-Achsbetrieb erfordert in Drehspin-deln eine erhöhte Auflösung des Drehge-bers, hier helfen optische oder magnetische Drehgeber mit erhöhter Strichzahl.

Drehspindeln haben gelegentlich auch Gehäuse mit offenen Kühlhülsen. Die so genannte Cartridge-Ausführung nutzt den

Bild 5.3: Aufbau einer Drehspindel. (Quelle: Weiss, Schweinfurt)

Geber für C-Achs-Betrieb

Lageranordnung für hohe Steifigkeit

Spindelkopf nach DIN 55026A

278 Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen

Spindelstock der Maschine als Gehäuse, die O-Ringe zur Abdichtung des Kühlwas-serraumes werden auf die Spindel mon-tiert.

5.5  Anforderungen an die Hauptspindel bezüglich Industrie 4.0

Der Begriff Industrie 4.0 wird verwendet um jedwede Form der Vernetzung von Produkt entstehung, Produktion, Logistik und sekundären Aufgaben einer Fabrik zu erklären. Im Grundgedanken der vierten industriellen Revolution soll mithilfe mo-derner Informations- und Kommunika-tions techno logie die Qualität von Produk-ten gesteigert und gleichermaßen die Produktivität und Flexibilität in der Ferti-gung erhöht werden.

Die Anforderungen an die Hauptspindel leiten sich vom ganzheitlichen Ansatz aller an der Produktherstellung beteiligten Pro-zesse ab. Im Wesentlichen werden die An-forderungen an die Qualität der Haupt-spindel wie Genauigkeiten, Lebensdauer, Thermostabilität und Verfügbarkeit stei-gen. Um eine intelligente Vernetzung der Maschine mit vor- und nachgelagerten Pro-zessen zu erreichen, reicht es nicht aus, die Spindel mit beliebig vielen Sensoren zur Überwachung der Bearbeitung zu ergän-zen. Die intelligente, sich selbst steuernde Werkzeugmaschine kann nur funktionie-ren, wenn alle Parameter im Prozess unter Kontrolle sind. Um die Verfügbarkeit einer Maschine 24 h/7 Tage die Woche zu ge-währleisten, müssen alle Einzelkomponen-ten zusammenpassen. Zum Beispiel müs-sen die Werkzeuge gut gewuchtet sein, die Spindel von guter Rund- und Planlaufquali-tät sein, weiterhin die Schwankungen der Werkstücke durch Aufspannung oder Vor-fertigung in der Toleranz gehalten werden. Vordefinierte Abschaltgrenzen führen sonst häufig zum unerwünschten Ausstieg der Maschine aus dem Fertigungsprozess und zu Stillstandszeiten.

Auch in der Einzel- und Lohnfertigung mit geringen Losgrößen lohnt sich eine in-telligente Simulation des Prozesses, um ohne manuellen Eingriff den Produktions-prozess überprüfen zu können. Eine der Hauptausfallursachen von Maschinen ist eine Kollision der Hauptspindel. Sind Stör-konturen bereits in der Simulation be-kannt, so verhindert das Programm einen ungewollten Kontakt. Kann man Prozess-schritte weglassen, sind weiterhin Steige-rungen der Produktivität möglich.

Bisher wurden in Hauptspindeln neben der Drehzahl und einiger analoger oder digi taler Näherungssensoren nur Tempe-raturen, gelegentlich auch Schwingungen durch Beschleunigungsaufnehmer über-wacht. Die Daten wurden mit vorher ein-gegebenen Warn- und Abschaltgrenzen in  der Steuerung verglichen und führten bei Überschreitung dieser zur Warnung, schlimmstenfalls zum Ausstieg der Ma-schine aus dem Fertigungsprogramm. Der Maschinenbediener musste dann aufgrund einer mehr oder weniger aussagekräftigen Fehlermeldung in der Steuerung auf die Ursache schließen. Immer wieder werden Hauptspindeln ausgebaut und zur Über-prüfung geschickt, obwohl die Ursache des Fehlers an anderer Stelle zu suchen ist. Eine deutliche Verbesserung könnte er-reicht werden, wenn die Signale der einzel-nen Sensoren mit der Steuerung vernetzt sind, z. B. über CAN-Bus-Systeme.

Nicht selten werden in Maschinen die Signale durch eine Vielzahl elektronischer Bauteile gestört. Leitungen werden häufig über mehrere Meter an stark belasteten Leistungskabeln vorbei zur Steuerung ge-führt, wodurch es immer wieder zu Schwie-rigkeiten mit EMV-Störungen (Elekro-Mag-netische Verträglichkeit) kommt. Solche Einflüsse führen zu falschen Informatio-nen in der CNC und so zu Fehl inter preta-tionen. Moderne Hauptspindeln haben aus diesen Gründen integrierte Sensormodule, die analoge Sensorsignale in der Spindel verarbeiten, in digitale Signale umwandeln

5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand der Prozessparameter 279

und diese über ein Netzwerkkabel an die Steuerung weitergeben (Bild 5.4). Die digi-tale Signalübertragung erfolgt störungsfrei und vermeidet so den Informationsverlust.

Ein weiterer Vorteil dieser integrierten Sensormodule ist, dass die vorhandenen Daten in der Spindel gespeichert werden können und so für den Spindellieferanten, dem Service des Maschinenherstellers als auch der Wartungsabteilung des End-anwenders auslesbar sind. Damit lässt sich die tatsächliche Nutzung der Spindeln in Bezug auf Drehzahlen, Leistung oder Dreh-moment prüfen und kann dahingehend

Bild 5.4: Spindel mit Sensormodul. (Quelle: Weiss Spindeltechno-logie GmbH)

bit.ly/2V8xazUVideo 15

opti miert werden. Weiterhin lassen sich so frühzeitig Veränderungen des Spindelzu-standes erkennen und eine Wartung oder Austausch besser planen.

Moderne CNCs bieten zusätzlich eine eigene integrierte Benutzeroberfläche für die Spindeldiagnose an. Oben genannte Informa tionen wie Drehzahl-, Leistungs- und Drehmomentcluster, Werkzeugspann-zustände von Frässpindeln oder tatsäch-liche Spindellaufzeiten (Spindel dreht) lassen sich so bedienerfreundlich auslesen (Bild 5.5).

Stichwort verzeichnis

AAbrasiv-Schneiden 345Abrichten von Schleifscheiben 310Abrichtgerät 310Abrichtwerkzeuge 310, 320Abrichtzyklen 312ABS-Kupplung 483, 486absolute Messung 80Absolutmaße 566Absolutmaßprogrammierung 567abstandscodierte Referenzmarken 80Achsantriebe 464Achsbezeichnung 67Achsen, asynchrone 119Achsen sperren 119Achsen, synchrone 122Achsen tauschen 123Achsmechanik 218Achsregelung 446Achsrichtung, positive 69Adaptive Control (AC) 142Adaptive Controls 754Adaptive Feed Control 144Adaptives Bearbeiten 636Adaptive Vorschubregelung 142Additive Fertigungsverfahren 367Additive Manufacturing 709AGV (Automated Guided Vehicles) 413Analoge Regelung 219angetriebene Werkzeuge 483angetriebene Werkzeugspindeln 347Ankratzen 585Anpassprogramm 117Anpassteil 49Antriebe, analog/digital 246Antriebsleistung 265Antriebsregelung 217Antriebsregler 235Antriebstechnik 221

Anzeigen in CNC 163Apps 170Äquidistantenkorrektur 593Arbeiten von der Stange 110Arbeitserleichternde Grafiken 623Arbeitsfeldbegrenzung 123Asynchrone Unterprogramme 124Asynchronmotor 240, 254, 256Aufspannplanung 642Ausbildung und Schulung 659Auslegerbohrmaschinen 322Ausspindelwerkzeuge 486Auswahl des geeigneten Programmier-

systems 625Automated Guided Vehicles (AGV) 415Automatische Systemdiagnosen 124Automatisierung 51, 68

– flexible 456 – gleitende 449

AWL – Anweisungsliste 195

BBahnsteuerung 44, 290Balance Cutting 125Bandsägen 325BDE/MDE 118Bearbeitungsstrategien 635Bearbeitungszentrum 104, 209, 285

– mehrspindliges 294Bedienung 55, 324Bedienungspersonal 340Betriebssystem 43, 117Bezugspunkte 571Big Data 162, 726Binder jetting 390Blindleistung 467Blindstrom 467Blindstromanteil 465

830 Teil 8 Anhang

Blockzykluszeit 125, 152, 297Bohr-Gewindefräsverfahren 492Bohrmaschinen 208, 322Bohrstangen mit Feindreheinsätzen 488Bohrwerk 323Bohrzentren 323Bohrzyklen 290, 571Bohrzyklen G80 – G89 571Brennschneiden 330Bridge 693Build-Prozessor 392Bussysteme 458

CC-Achsbetrieb 257, 277C-Achse 304CAD 701CAD-CAM Kopplung 370CAD/CAM Programmierung und Fertigung

612CAD/CAM-Systeme 713CAE-Software 704CAI (Computer Assisted Inspection) 362CAM-basierte CNC-Zerspanungsstrategien

614CAM (Computer Aided Manufacturing) 701,

704, 714CAM-orientierte Geometrie-Manipulation

634CAPP (Computer Aided Process Planning)

705CAPTO-Aufnahmen 482CA-Systeme 703CBN 480CFK-Werkstoffe 297CIM 701Closed Loop-Technologie 73Cloud 758CNC 117

– Definition 117 – für Drehmaschinen 304 – für Messmaschinen 361 – für Sägemaschinen 325 – für Schleifmaschinen 309 – Grundfunktionen 117 – offene 173 – Preisentwicklung 178 – Software 117 – Sonderfunktionen 123 – Werkzeugmaschinen 285

CNC-Bedienoberfläche 164CNC-Hochsprachenprogrammierung 600CNC-Programmierplätze 610CO2-Laser 326Computer Aided Engineering 704Computer und NC 50Containermanagement 763Cutter Location Data (CLDATA) 613Cyber-Physical Systems (CPS) 728, 761

DD-Regler 225Datenanreicherung 733Datenbus 189Dateneingabe 55Datenkommunikation mit CNC-Steuerungen

669Datenmodelle 633Datenschnittstellen 119Datenumwandlung 150Daten und Schnittstellen 644Diagnosefunktion 248Diagnose-Software 119Dialogführung 305Diamant 480Diamantrollenabrichtgerät 311Differentialregler 223DIGILOG-Messtaster 548Digitale Fertigung 711Digitale intelligente Antriebstechnik 221Digitale Produktentwicklung 707Digitale Regelung 220Digitaler Zwilling 391, 741, 748 f.Digitalisierte Fertigung 52Digitalisierung 737, 739Digital Light Processing Chip (DLP-Chip)

383Digital Light Processing (DLP) 384Dimensionierung von Antrieben 261DIN 66025 564DIN 66217 68Diodenlaser 329Direct energy deposition powder by laser

389Direct energy deposition wire by lase 390Direktantriebe 242direktes Messsystem 248Direktes Metall-Lasersintern 376DNC – Direct Numerical Control 667DNC – Distributed Numerical Control 55

 Stichwort verzeichnis 831

DNC-Schnittstelle 126DNC-System 52Doppelgreifer 106Doppelspindel-Bearbeitungszentren 289Drahtelektrode 340Dreh-Fräsen 621Dreh-Fräszentren 347, 481Drehgeber 73, 75Drehmaschinen 298Drehmoment 253, 264Dreh-Schleifzentren 353Drehspindel 277Drehstrom Synchronmotoren 257Dreh-Wälzfräszentren 353Drehzahlen 253Drehzahlregelung 228Drehzahlvorsteuerung 97Drehzahlwechsel 113Drehzentrum 350Drehzyklen 5713D-Bearbeitung 6303D-Drucken (Binder Jetting) 3803D-Messmaschine 3603D-Modelle 6363D-Printing 3743D-Scannen 3743D-Simulation 5963D-Werkzeug-Radiuskorrektur 1563-Finger-Regel 68Dry Run 129Durchhangfehlerkompensation 91DXF 509, 594, 633DXF-Dateien 613DXF-Konverter 594Dynamische Vorsteuerung 88

EEbenen- Auftrag (PBF, MJ, BJ) 391EBM (Electron Beam Melting) 377EB-Schweißen 344Eckenverzögerung 141EDGE-Computing 743Effektivmoment 265Effektor 442Einbaumotoren 271Einfahren neuer Programme 656Einfluss der CNC 207Eingabegrafik 623Einrichtfunktionen 129Einsatz der CNC-Werkzeugmaschinen 56

Einstechschleifprozess 313einstellbare Werkzeuge 486Einzelsatzbetrieb 129Electron Beam Melting (EBM) 377Electronic-Key-System 172Elektronenstrahl-Maschinen 342elektronischer Gewichtsausgleich 88, 98elektronische Schüsselsysteme 171elektronische Werkzeug-Identifikation 518Energiebilanz 464Energieeffizienz 119, 461Energiemanagement 766Energieverbrauch 463Erodiermaschine 340ERP 676, 732ERP-Lösung 517Erzeugungsrad 321Ethernet 246, 674ETHERNET 192Evolvente 314

FF-Adresse 113Fabriknetz 404Fahranweisungen 562Fahrständerbauweise 287, 289Fahrständermaschine 324Faserlaser 329Feature-Technik 637Feinbearbeitung von Bohrungen 486Feinverstellköpfe 488Feldbus 189Feldschwächbereich 256FEM-Berechnung 371Ferndiagnose 158Fernzugriff 162Fertigungsflexibilität 427Fertigungsplanung 433Fertigungsprinzipien 408Fertigungssimulation 647Fertigungssystem (FFS) 111FFS-Leitrechner 420Flachbettdrehmaschinen 298Flachschleifmaschine 306flexible Bearbeitungszelle 335flexible Fertigungslinien 402flexible Fertigungssysteme 395flexible Fertigungszellen 111, 398Flurförderzeuge 415Flüssigkeitskühlung 274

832 Teil 8 Anhang

Formfräsen 315Formschleifen 315Formverfahren 315FRAME 141Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrum 347Fräserradiuskorrektur 593Fräs-Laserzentrum 351Fräsmaschinen 209, 285Frässpindel 481Fräszyklen 571Freiformflächen 630Freischneiden 119Frequenzumrichter 226, 230, 253Führungen 210, 3065-Achs-Maschinen 2905-Seiten-Bearbeitung 293Funkenerosionsmaschinen 339Funktionen der NC 117FUP – Funktionsplan 195Fused Deposition Modeling (FDM) 380Fused Layer Modeling (FLM) 381

GG54 … sG57 586Gantry-Achsen 69Gantrybauweise 285Gateway 693generative Fertigungsverfahren 367, 374Geometriedaten 297geometrische Zuverlässigkeit eines

Werkzeugs 474Gewindebohren 144Gewindebohren ohne Ausgleichsfutter 144Gewindefräsen 144, 490Gewindeschneiden 305G-Funktionen 567G-Funktionen nach DIN 66025, Bl. 2 568Gleichrichter 227Gleichstrom-Servomotoren 239Gleitführungen 210Greifer 442Greifer-Wechselsysteme 444

HHakenmaschine 212Handeingabe 120Handhabung 439Handshake 695Hardware 42

Hardware-Schnittstellen 694Hartfeinbearbeitung 319Hartfeinbearbeitungsmaschine 314Hart-Zerspanung 297Hauptantriebe 255Hauptsätze 563Hauptspindel 271Hauptspindelantriebe 253, 266High-Performance-Cutting 297High Speed Cutting (HSC) 275, 481Hilfsachsen 148Hilfsgrafik 623HMI (Human Machine Interface) 168Hobelkamm 316Hochgantrybauweise 287Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentrum

296Hochleistungsbearbeitung 297Hochsprachenelemente 120Hohlschaftkegel 274, 481Honen 319HPC 297HSC 481, 615HSC-Bearbeitung 489HSK-Aufnahmen 482HUB 732Hüllschnittverfahren 315Human-Machine-Interface 403hybride Werkzeugmaschine 356Hydraulik 464

IIGES 370, 634Inbetriebnahme 248indirektes Messsystem 248Indirektes-Metall-Lasersintern 378Industrial Ethernet 192Industrie 4.0 719, 737, 759Industrieroboter 110, 439 f., 442

– Aufbau 440 – Einsatzkriterien 456

Informationen 683inkrementale Messung 80Innengewindefräsen 490In-Prozess-Messen 146Integrierte Simulations-Systeme 656integrierte Werkzeugkataloge 510Interdisziplinarität 724Internet der Dinge 725, 761Interpolation 147, 253

 Stichwort verzeichnis 833

Interpolator 44I-Regler 223

JJT-Modell 638

KKalkulation 764Kanalstruktur 145Kantentaster 585Karussell-Drehmaschine 324Kassettenmagazine 105Kegelräder 320Kegelradfräsmaschinen 321Kegelradherstellung 314Kegelreinigung 274Keramik 480Kettenmagazin 105Kippmoment 256Kollisionserkennung, automatische 655Kollisionsüberwachung, dynamische 130Kollisionsvermeidung 127Kompensation 88

– beschleunigungsabhängiger Positions-abweichungen 99

– dynamischer Abweichungen 88, 98 – von Durchhang- und Winkligkeitsfehlern 88

Komplettbearbeitung 351Komplettwerkzeuge 476, 510Komponenten eines Werkzeug-

Identifikationssystems 522Konsolbettbauweise 286Konsolständerbauweise 286, 288 f.Koordinatenachsen 68Koordinatentransformation 348KOP – Kontaktplan 195Körperschallaufnehmer 312Körperschallmessung 313Korrekturwerte 121Korrekturwerttabelle 293Kosten und Wirtschaftlichkeit von DNC 679Kreissägen 325Kreisverstärkung 225Kreuzbettbauweise 288Kreuzgittermessgerät 78Kreuztischbauweise 286, 288Kugelgewindetriebe 73, 238Kühlmittel 213

Kühlmittelzufuhr an den Fräser 274Kühlung/Schmierung 474Künstliche Intelligenz 723Künstliche Intelligenz (KI) 40Kurzklemmhalter 487Kv-Faktor 71, 225, 238, 248, 250, 268

LLaderoboter 304Lageregelkreis 70, 72, 210, 219, 248Lageregelung 71Lageregler 71Lagersysteme 518Laminated Object Manufacturing (LOM) 385Langdrehmaschinen 299Längenmessgeräte 74, 78Längenmesssystem 237LAN – Local Area Networks 683Laserauftragschweißen 385laserbasierte Strahlschmelzverfahren 377Laserbearbeitungsanlagen 326Laserbearbeitungsköpfe 330Laserbearbeitungsmaschine 336Lasersintern 384Lasersintern (LS) 376, 378Lattice-Optimierung 372Leistungsteile 235, 446Lichtleitfaser 330Linearantriebe 245Linearinterpolation 152Linearmagazine 105Linearmaßstab 248Linearmotoren 84, 242, 244Linear- oder Geradeninterpolation 45Logbuch 675Look-Ahead-Funktion 297Losekompensation 88

MMakros 121Mantelfläche 483manuelle Betriebsart 134Maschinenauswahl 410Maschinendatenerfassung 158Maschinendatenerfassung (MDE) 745Maschinengestelle 209Maschinenmodell 651Maschinennullpunkt 584Maschinen-Parameterwerte 44

834 Teil 8 Anhang

maschinenseitige Aufnahmen 481Maschinenverkleidung 212Masken-Sintern (MS) 384Maßstabfaktor 145Maßstabfehler-Kompensation 146Master-Slave-Verfahren 690Materialanforderung 761Material extrusion 390Materialise E-Stage 384Material jetting 390MDE/BDE 681Mehr-Achsen Auftrag (DED, EXT) 391Mehrfach-Spannbrücke 293Mehrmaschinenbedienung 742Mehrspindelautomaten 299MES (Manufacturing Execution System)

732MES Pyramide 406Messen und Prüfen 358Messgeber 248messgesteuertes Schleifen 313Messköpfe 539Messmaschinen 358Messprotokoll 360, 536Messsteuergeräte 313Messsystem, direktes 466Messsystem, indirektes 237Messtaster 147, 358, 361, 529, 585Messuhr 585Messzyklen 146, 358, 535, 585Minimalmengenschmierung 273Mobile Computing 724Mockup 709modulare Werkzeugsysteme 485Montageroboter 443Motor 235, 239Motorgeber 237, 240Motorspindeln 256, 260, 272MT Connect 176Multitasking Bearbeitung 621Multitasking-Bearbeitung 148Multitasking-Maschinen 346Multi- Touch-Bedienung 166

NNachlauffehler 72, 155Nano- und Pico-Interpolation 147NC-Achsen 46NC-Hilfsachsen 148NC-Kern, virtueller 155

NC-Programm 42, 52, 561NC-Programmiersysteme 629NC-Programmierung 51, 607NC-Programm und Programmierung 52NC-Programmverwaltung 675NC-Simulation 654Nd:YAG-Laser 327Nesting 391Netzwerktechnik für DNC 672Nibbel-Prinzip 334Nick und Gear-Kompensation 88Nullpunkte 531, 571, 573Nullpunktverschiebung 541, 585NURBS 149, 297

OOEE 752Offene Steuerungen 173Offenheit einer CNC 173Offset 121Öl-/Luft-Schmierung 274OPC UA 176, 189Open System Architecture 174Optimierte CNC-Drehbearbeitung 620Optimierte CNC-Frässtrategien 615Overall Equipment Effectiveness (OEE) 752

PPalette 110Palettenpool 111Palettenspeicher 111Paletten-Umlaufsysteme 414Palettenverwaltung 149, 742Palettenwechsel 290Parallel-Achsen 69Parallelkinematik 209Parametrierung 228PDM (Product Data Management/Produkt-

daten management) 706, 710PDM-Systeme 704Pick-Up-Drehmaschinen 298Pick-up-Verfahren 110, 314PID-Regler 224Planung eines Flexiblen Fertigungssystems

407Planung flexibler Fertigungssysteme 433Planungsphase in der Serienfertigung 659Platzcodierung 108

– variable 109, 118

 Stichwort verzeichnis 835

PLM (Product Lifecycle Management) 701, 707

PMI (Product Manufacturing Information) 703

Pneumatik 464Polarkoordinaten 121Portalfräsmaschinen 287Portalroboter 402Portal-Tischbauweise 287Position setzen 121Positionsregelung 219Postprozessor 53, 294, 643, 648Postprozessoren (PP) 613Postprozessor und Simulation 391Powder bed fusion by electron beam 389Powder bed fusion by laser 389Preisbetrachtung 178Prismen-Aufnahme 483Probelauf 129Product Data Management 706, 710Product Lifecycle Management 707, 711Produktbaukasten 319Produktdatenmanagement 710Produktionsleitsysteme 395Produktionsnetzwerk 404Produktionsplanungssysteme 432Produktionsprozess 659Produkt-Lebenszyklusverwaltung 707Profilieren von Schleifscheiben 312Profilschleifen 319Profilschleifmaschine 311PROFINET 189Programmänderung im laufenden Betrieb

658Programmaufbau, Syntax und Semantik 563Programmgenerierung, automatische 451Programmieren von Drehmaschinen 305Programmieren von Messmaschinen 360Programmieren von Robotern 445, 449Programmieren von Schleifprozessen 311Programmiermethoden 607Programmier-Software 123Programmiersysteme 290, 312, 625Programmierung 52, 290

– werkstattorientierte 290, 305Programmierung für die generative

Fertigung 614Programmnullpunkt 584Programmtest 121, 129Programmverwaltung 675Proportionalregler 223

Protokoll 691prozessnahe Messung 532Prozessregelung 529Prozesssteuerung 763Prüfschärfensteuerung 766Pulsweiten-Modulation 230Punktsteuerungen 44

QQuadrantenfehler-Kompensation 88, 90

RRahmenständerbauweise 289Rapid Manufacturing 369Rapid Prototyping 368, 709Rapid-Technologien 368Rapid Tooling 369Rattern 98Ratterunterdrückung 98Räumen 315Rechnereinheit 445Referenzpunkt 573Regeldifferenz 250Regelkreis 84Regelung 217Regelungstechnik 217Reglertypen 223Reibkompensation 88, 90Relativmaße 566Reset 121Revolver 104, 301, 483, 587RFID 518Roboter 110Roboterarm 442Robotersteuerung 444Rohrbiegemaschinen 338Rollenförderer 415rotierende Werkzeuge 476, 481Ruckbegrenzung (Slope) 122Rückzugsbolzen 481Rund- oder Schwenkachsen 69

SSachmerkmalleiste 477Safe Handling 447Safe Operation 447Safe Robot Technology 447Sägemaschinen 324

836 Teil 8 Anhang

Satz ausblenden 122Satz Vorlauf 122Säulenbohrmaschinen 322Scannen auf Messmaschinen 361Schaeffler 754Schälrad 316Schaltbefehle 42Schaltbefehle (M-Funktionen) 564Schaltfunktionen 103, 562Scheibenlaser 328Scheinleistung 467Schleifbänder 308Schleifen 275

– unrunder Formen 312Schleifmaschinen 209, 305Schleifscheiben 308Schleifschnecken 320Schleifspindeln 276, 347Schleifwerkzeuge 308Schleifzyklen 312Schleppabstand 71Schleppfehler 71, 155Schleppfehler-Kompensation 97Schmelzschneiden 330Schneiderodieren 340Schneidplatten 477Schneidrad 316Schneidstoff 479Schnittdaten 474Schnittgeschwindigkeit 296, 304, 474Schnittstellen 694Schnittwerte 511Schrägbettdrehmaschinen 298Schrägverzahnung 316 f.Schrittmotoren 239Schutzbereiche 129Schwenkachsen 294Schwenkbarer Drehtisch 293Selective Laser Melting 376selektive Laserstrahlschmelzen 369Selektives Lasersintern (SLS) 378Semi Closed Loop 83Semi-Closed-Loop-Betrieb 77Senkerodieren 340 f.Sensoren 451SERCOS interface 246Servoantriebe 464Servomotor 235, 237, 239Shiften 318Sicherheitsfunktionen bei Robotern 447Sicherheitskonzepte, integrierte 136

Sicherheitstechnik 136Simulation 122, 128 f., 642, 647, 660, 708

– der Bearbeitung 290 – des Bearbeitungsablaufs 715

Simulationsgrafik 623 f.Simulation von FFS 428Simultandrehen 148Sinterverfahren 374Slice-Prozess 370Smart Data 162Smarte Objekte 724Smart Factory 730, 759Software 43Software-Schnittstelle 123, 697Sonderwerkzeuge 492Späneförderer 213Spannfutter 276Spannmittel 651Spannvorrichtungen 411speicherprogrammierbare Anpasssteuerung

117speicherprogrammierbare Steuerung 185Speicherprogrammierbare Steuerungen

(SPS) 185Sperrluft 274Spiegeln, Drehen, Verschieben 122Spindelantriebe 297Spindeldrehzahl 113Spindelmesstaster 537, 539 f.Spindelsteigungsfehlerkompensation 88,

249Spindelsteigungskompensation 89Spline 149, 152Spline-Interpolation 149, 152Splines 297Sprachumschaltung 153Sprungantwort 217SPS 173, 178, 185, 202SPS, PLC 49Stangenbearbeitungszentrum 347Stanzkopf 335Stanz-Laser-Maschine 336Stanz- und Nibbelmaschinen 333stehende Werkzeuge 476, 482Steigungsfehler 74Steilkegel 481Steilkegelaufnahmen 274STEP 370, 633 f.STEP (ISO/IEC 10303) 152Stereolithografie 382Sternrevolver 483

 Stichwort verzeichnis 837

Steuerungen, offene 173Steuerungsarten 44Steuerungsnachbildung 648Stirnräder 314Stirnseitenbearbeitung 349STL 370STL-Format 370Strahlführung 330Strahlquellen 326Strahlschmelzen 375, 378Streckensteuerungen 44Struktur der NC-Programme 562Stützengenerator 384Stützgeometrien 392Sublimierschneiden 330Swiss type Lathe 299Synchron-Linearmotoren 242Synchronmotoren 257 f.Synchron-Servoantriebe 239Synchron-Servomotor 231, 239Systemdiagnosen 124

TTapping-Center 323Taster, messender 361Tastkopf 360Tauchfräsen (Plunging) 615TCP/IP 189Technologische Informationen 562Teileprogramme 117Teilverfahren 315Temperaturfehler-Kompensation 118Temperaturkompensation 88, 92Tiefbohrmaschinen 323Token Passing 690Token-Prinzip 690Topologie-Optimierung 371Torquemotoren 84Touchbedientafeln 170Touch-Bedienung 166Touch Panels 166Trägheitsmoment 238Transferstraßen 401Transformation 588Transportsysteme 414trochoidale Bearbeitung 615Trockenbearbeitung 213, 296, 319Trockenlauf 129

UÜbertragungsgeschwindigkeit 691Übertragung von Daten 182Umkehrspanne 72Umlenkspiegel 330Umschlingungswinkel 615Universal-Rundschleifmaschine 306Universelle NC-Programmiersysteme 612Unterprogramme 122

VV.24-Schnittstelle 695VDI-Halter 482Verschleißkompensation 487Verstellkopf 488Vertikaldrehmaschinen 298Vertikalmaschinen 285Verzahnmaschinen 209, 314Verzahnverfahren 315Vierquadrantenbetrieb 228Virtualisierung 724Virtuelle Maschine 650Voll Hartmetall 480Volumenkompensation (VCS) 88, 92Voreinstellgeräte 513Vorschub 474Vorschubantriebe 71, 235, 237, 257, 306Vorschubbegrenzung 155Vorschubgeschwindigkeit 113Vorsteuerung 155, 226

WWälzfräsen 315

– von Zahnrädern 316Wälzfräser 316Wälzfräsmaschinen 314, 317 f.Wälzführungen 210Wälzhobeln 316Wälz- oder Hüllschnittverfahren 315Wälzschleifen 315Wälzstoßen 315 f.Wartung 767Wasserstrahl-Schneidmaschinen 344Wechselrichter 227, 236Wegbedingungen 567Weginformationen 67, 562, 566Weichvorbearbeitung 316Weltwirtschaftskrise 2009 30

838 Teil 8 Anhang

Wendeplatten 477, 480Wendeschneidplatten-Feinverstellung 487Wendespanner 293Werkrad 321Werkstattorientierte Programierung (WOP)

51Werkstattorientierte Programmierung (WOP)

608Werkstückmesstaster 530Werkstückmessung 529Werkstücknullpunkt 584Werkstücktransportsysteme 411Werkstück- und Werkzeugwechsel 314Werkstückwechsel 109, 290Werkstück-Wechseleinrichtung 290Werkzeugaufnahmen 273, 500Werkzeugausgabe 764Werkzeugblatt 506Werkzeugbruch-Kontrolle 305Werkzeugbruch- und Standzeitüberwachung

118Werkzeuge 473, 641, 652

– angetriebene 108, 119Werkzeugidentifikation 108, 505Werkzeugklassifikation 478, 507Werkzeugkomponenten 508Werkzeugkorrektur 541, 592, 765Werkzeugkorrektur, 3-D 156Werkzeugkorrekturwerte 304Werkzeuglängenkorrektur 592Werkzeuglängenmessung 124Werkzeuglisten 511Werkzeuglogistik 514

Werkzeugmaschine 159Werkzeugradiuskorrektur 592Werkzeugrevolver 104, 483Werkzeugschleifmaschine 306, 314Werkzeugspeicher 290Werkzeug-Standzeitüberwachung 305Werkzeugträgerbezugspunkt 587Werkzeugverwaltung (Tool Management)

293, 501Werkzeugvoreinstellung 512Werkzeugwechsel 104, 106, 131Werkzeugwechselpunkt 587Werkzeugwechsler 464Wiederanfahren an die Kontur 122Winkelkopf 485Winkligkeitsfehlerkompensation 91Wirbelfräsen (Trochoidales Fräsen) 143, 615Wirkleistung 467WLAN – Wireless Local Area Network 673WOP – Werkstattorientierte Programmie-

rung 290, 305Wuchtausgleich, dynamischer 489

ZZirkular- oder Kreisinterpolation 46Zustandsüberwachung 158Zustellung 474Zwischenkreis 235Zwischenkreisspannung 256Zyklen 324, 570Zylindermantelflächen 293