3D-Werkstückkompensation
und Werkzeugvektorprogrammierung

3D-Werkstückkompensation und Werkzeugvektorprogrammierung
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Zum Beispiel: G32 G1 X0 Y0 Z0 A_0=1 B_0=1 C_0=2
13.01.2021 | Die Programmierung von 5-Achs-Maschinen ist ein nicht zu unterschätzender Aufwand. Häufig werden dabei die Rundachsen direkt mit deren Winkelstellung programmiert. Dies hat den Vorteil, dass man sich beim Betrachten des Werkstückprogrammes die Stellung des Bearbeitungskopfes vorstellen kann. Der Nachteil ist aber, dass damit das Werkstückprogramm von der Kinematik der Maschine abhängt und man das Werkstückprogramm nicht ohne Änderung auf eine andere 5-Achs-Maschine übernehmen kann. Um das Werkstückprogramm unabhängig von der Maschinenkinematik erstellen zu können greift man zur Werkzeugvektorprogrammierung. Dabei wird mittels der Komponenten des Vektors entlang der X-, Y- und Z-Achse die Richtung des Werkzeugs programmiert. Voraussetzung ist, dass die CNC Steuerung dann die jeweilige Kinematik der Maschine kennt, damit sie die programmierten Vektoren in Echtzeit auf die reellen Achswinkel umrechnen kann.

Das Ausrichten von zu bearbeitenden Werkstücken auf der Maschine kann unter Umständen sehr aufwändig sein. Um in solchen Fällen die Produktivität zu erhöhen, bietet die CNC-Steuerung die Möglichkeit das Werkstück durch entsprechende Korrekturwerte softwaregestützt auszurichten. Das Werkstück bleibt schräg aufgespannt, aber die CNC kennt die Aufspannfehler und korrigiert sie per Software. Dazu stellt die CNC-Steuerung eine spezielle HMI Seite zur Verfügung, in welcher die entsprechenden Korrekturwerte eingetragen werden können. Das aus den Verschiebungen und Drehungen resultierende Koordinaten System bezeichnen wir als «ausgerichtetes Koordinatensystem» BCS (Balanced Coordinate System).

 

Kommen wir nun zur Werkzeugvektorprogrammierung. Die CNC-Steuerung befindet sich grundsätzlich im Modus in welchem direkt die Achswinkel programmiert werden. Dieser Standard-Modus kann auch durch den Befehl G30 programmiert werden. Für die Werkzeugvektorprogrammierung verwendet man entweder den G32 oder den G34. Wird der G32 eingesetzt, heisst das, dass der Werkzeugvektor, mit auf die Hauptachsen projizierten Werten, programmiert wird. Die CNC-Steuerung berechnet in Echtzeit die realen Achspositionen unter Berücksichtigung von TCP  (Tool Center Point) Position, der Werkzeugabmessungen, der allenfalls aktivierten schiefen Ebene und der Korrekturen für das BCS, sowie aller weiteren Korrekturen und Verschiebungen. Die Programmierung stellt sich recht einfach dar.

 

Zum Beispiel: G32 G1 X0 Y0 Z0 A_0=1 B_0=1 C_0=2 (siehe Grafik).

 

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Damit sich die Maschine nun gemäss dem Werkstückprogramm bewegt interpoliert die CNC-Steuerung kontinuierlich die Werkzeugorientierung synchron zur Bahnbewegung.

Dabei definieren die Parameter A_0, B_0, C_0 den Werkzeugvektor. Diese Parameter, wie auch die Achspositionen, können natürlich sowohl Zahlen als auch Variablen sein. Eine Normierung des Vektors ist nicht erforderlich. Dies wird durch die Steuerung automatisch durchgeführt.

 

Der G34 entspricht dem G30, also Achswinkelprogrammierung, jedoch berücksichtigt der G34 zusätzlich die Korrekturen welche für das BCS aktiv sind und die allfällig aktivierte schiefe Ebene. Aus den eingegeben Rundachswinkeln berechnet die Steuerung beim G34 den Werkzeugvektor und führt dann die Korrekturen wie beim G32 durch. Mit der Programmierung G34- werden die Korrekturen für das BCS berücksichtigt, hingegen müssen die Drehungen und Verschiebungen für eine allfällige schiefe Ebene bereits im Werkstückprogramm berücksichtig sein, wodurch sich die CNC Steuerung also nicht darum kümmern muss.

 

Im Werkstückprogramm werden durch die Vektoren oder Winkel die Werkzeugorientierungen satzweise programmiert. Bei einer 5-Achs-Maschine mit simultaner Achsbewegung ändert sich die Position und Orientierung des Werkzeugvektors normalerweise in jedem NC-Satz. Damit sich die Maschine nun gemäss dem Werkstückprogramm bewegt interpoliert die CNC-Steuerung kontinuierlich die Werkzeugorientierung synchron zur Bahnbewegung (siehe Grafik). Damit die Werkzeugspitze bei den Drehbewegungen der Rundachsen raumfest ist, muss RTCP (Rotating Tool Center Point) natürlich aktiv sein.


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