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Programmsimulation

Um Fehler zu erkennen bietet sich bei manchen Steuerungen die Möglichkeit, das Programm simuliert, also ohne Auswirkung auf Fertigungsvorgänge, ablaufen zu lassen. Verschiedene grafische Einstellungen am Bildschirm ermöglichen dynamische Simulationen oder Darstellungen in mehreren Schichten. Auch perspektivische Darstellungen, also solche aus verschiedenen Blickrichtungen sind möglich.Eine solche Simulation gibt jedoch keine absolute Garantie für die Korrektheit und Funktionalität des Programmes. Feinheiten können leicht übersehen werden.

Programmierverfahren

Für die Erstellung von CNC-Programmen gibt es unterschiedliche Verfahren, die jeweils spezifische Vor- und Nachteile haben. Den Königsweg für jede Aufgabe gibt es hierbei nicht, die Anforderungen des Einzelfalls bestimmen, welche Lösung die beste ist. Grundsätzlich lassen sich CNC-Programme manuell oder rechnergestützt erstellen. Bei der rechnergestützten Variante wird die Kontur aus einzelnen Elementen wie Geraden, Kreisteilen, etc. schrittweise aufgebaut, die notwendigen Berechnungen erledigt die Technik. Allerdings entsteht so auch ein Programm, das spezifisch auf die jeweilige Maschinensteuerung ausgelegt ist. Ähnlich wie bei der Programmierung für Industrieroboter kann auch die Erstellung von CNC-Programmen an unterschiedlichen Orten erfolgen. Bei der Werkstattprogrammierung wird das Programm direkt an der Maschine erstellt, auf der es später ausgeführt werden soll. Die meisten Steuerungen erlauben dies, während im Hintergrund ein anderes Programm abgearbeitet wird, es entstehen also keine Ausfallzeiten der Maschine durch die Programmierung. Alternativ kann das Programm an einem separaten Programmierplatz entworfen werden (AV-Programmierung). Um die Wiederverwendbarkeit von CNC-Programmen zu erhöhen und so den Programmieraufwand zu reduzieren, wird zunehmend werkstattorientiertes Programmieren (WOP) eingesetzt, bei dem die CNC-Programme sowohl direkt an der Maschine als auch am separaten Programmierplatz grafisch-interaktiv und werkstattgerecht entworfen und geändert werden können. Dabei wird nicht mit den eigentlichen NC-Befehlen programmiert, sondern anhand leicht verständlicher Bildsymbole und Eingabemasken eine symbolische Darstellung der einzelnen Bearbeitungsgänge erstellt. Notwendige Daten wie Maße werden dabei interaktiv vom Programm erfragt. Der große Vorteil dieser symbolischen Darstellung ist die hohe Wiederverwendbarkeit – diese Beschreibung wie das Werkstück zu erstellen ist, kann für viele unterschiedliche Werkzeugmaschinen in ein jeweils maschinenspezifisches CNC-Programm übersetzt werden. Dazu ist kein zusätzlicher Programmieraufwand notwendig, alle Anpassungen werden durch die Technik automatisch erledigt. Auch die Anbindung von CAD-Systemen ist hier möglich, so dass aus der 3D-Zeichnung im Computer ohne großen Aufwand direkt ein maschinenspezifisches CNC-Programm zur Herstellung des am Computer entworfenen Werkstücks erzeugt werden kann. Zusätzliche Bedingungen, etwa welche Werkzeuge auf den Maschinen verfügbar sind, können hier ebenfalls schon einfließen und ermöglichen so die extrem flexible Erstellung von CNC-Programmen, die nahezu unabhängig von der eingesetzten NC-Maschine sehr gute Ergebnisse bringen. Sind alle relevanten Informationen über die eingeplanten Werkzeugmaschinen verfügbar, kann die Software auch für jeden Bearbeitungsschritt Vorschläge zur Auswahl geeigneter Werkzeuge und Alternativen anbieten, sowie Bearbeitungsschritte anpassen, wenn kein geeignetes Werkzeug zur Verfügung steht. Bei manueller Programmerstellung wäre der Aufwand für solche Änderungen erheblich und könnte eine Produktion sogar unrentabel machen.

Programmieren (Werkstückkonturen)

Anhand der Konstruktionszeichnung wird das Programm für die Dreh- oder Fräsmaschine zur Erstellung der Werkstückkonturen erstellt. Bei Drehteilen werden die X-Koordinaten meist als Durchmesser angegeben, da dies die einfache Übernahme der Werte aus der technischen Zeichnung erlaubt und so fehlerreduzierend wirkt. Als erste Schritte werden die ggf. notwendige Nullpunktverschiebung und der Werkzeugaufruf sowie dessen Anstellung programmiert. Nach diesen vorbereitenden Sätzen folgen die einzelnen Wegbedingungen und Koordinatenwerte, wobei jeder Satz als Koordinaten den anzufahrenden Zielpunkt enthält. Je nach Wegbedingung errechnet die Maschine die notwendige Bewegung des Werkzeugs von der jeweiligen Endposition des vorherigen Schrittes aus selbsttätig, beispielsweise als Geraden- oder Kreisinterpolation.

Programmieren (Roboter)

Industrieroboter müssen für ihre jeweilige Aufgabe entsprechend programmiert werden. Dabei gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Methoden, den jeweiligen Programmablauf zu entwickeln:

• Online-Programmierung: Die Programmierung des Roboters wird direkt vor Ort über die Steuerungskonsole des Roboters vorgenommen. Hierbei kann das Programm entweder klassisch in textueller Form entworfen werden, per Teach-In-Programmierung dem Roboter quasi „gezeigt“ werden, oder im Rahmen einer interaktiven Programmierung erstellt werden, bei der der Roboter jeden eingegebenen Befehl oder Programmteil auf Knopfdruck ausführt.
• Offline-Programmierung: Das Programm für den Roboter wird an einem separaten Arbeitsplatz ohne Zugriff auf den jeweiligen Roboter entworfen. Die Möglichkeit der Teach-In-Programmierung ist hierbei nur begrenzt gegeben, da ein zweiter Roboter dafür nötig wäre, was erhebliche Kosten verursacht. Bei der Offline-Programmierung dominieren daher die klassische textuelle Programmierung und die grafisch-interaktive Programmierung, bei der eine Simulation des Roboters das entstehende Programm schon direkt bei der Programmierung schritt- oder abschnittsweise ausführen kann. So lassen sich Fehler und Probleme im Ablauf schnell erkennen und beheben.

Mit der stetig weiter fortschreitenden Automatisierung hat das Teach-In-Verfahren stark an Bedeutung verloren, früher war es vor allem für komplexe Bewegungsabfolgen ein probates Mittel, die Bewegungen des Roboterarms ohne großen Zeitaufwand umzusetzen. Mittlerweile ist die Technik so weit fortgeschritten, dass nicht nur der Entwurf der Bauteile am PC geschieht, sondern auch die Erstellung von Anweisungen für den Zusammenbau der Bauteile direkt aus dem CAD-System heraus möglich ist. Das Programm für den Roboter wird also vom menschlichen Programmierer nur noch kontrolliert und ggf. leicht angepasst, die Hauptarbeit der Programmerstellung wird von der Technik übernommen. Dies hat vor allem bei komplexen Robotern große Vorteile, da die Software die Bewegungen des Roboters besser optimieren kann, was Zeiteinsparungen und somit eine effizientere Produktion zur Folge hat. Auch die Ausrüstung mit Sensoren nimmt immer weiter zu, so dass Roboter heute in weiten Grenzen selbsttätig Werkstücke und Positionen erkennen können und anhand der Sensordaten automatisch ihre Programme anpassen können, beispielsweise beim Aufnehmen unterschiedlich großer Bauteile. Programme für Industrieroboter unterscheiden sich von Programmen für NC-Maschinen deutlich. Es kommen unterschiedlich orientierte Koordinatensysteme zum Einsatz und die Komplexität der Programme ist deutlich höher. Industrieroboter liefern auch deutlich mehr Informationen an ihre Steuerung zurück, beispielsweise ob sich im Greifer gerade ein Gegenstand befindet oder nicht. Bewegungen können entweder als Punkt-zu-Punkt-Bewegung beschrieben werden, bei der die Steuerung automatisch den schnellsten Weg berechnet und daher nicht vorhersehbar ist, wie sich der Roboter bewegen wird, oder als Bewegung entlang angegebener Geraden oder Kreisbahnen. Letztere Bewegungen sind insbesondere dann wichtig, wenn der Roboter in das Werkstück einfahren soll, beispielsweise beim Punktschweißen der Karosserie im Autobau. Willkürliche, wegstreckenoptimierte Bewegungen könnten Roboter und Werkstück beschädigen.