Maschinensimulation für eine hohe Sicherheit

Die CAM-Software führt zwar bereits eine Simulation des Werkzeugwegs oder des Materialabtages durch. Diese ist jedoch allgemein gehalten und nicht auf die spezielle Maschinenumgebung abgestimmt. Das kann gelegentlich zu Problemen führen. Für eine bessere Sicherheit ist es möglich, eine weitergehende Simulation der Maschine mit der konkreten Aufspannsituation nach der Umwandlung des Codes durch den Postprozessor durchzuführen.

Maschinensimulation im CAM-System verhindert Kollisionen auf Ihren CNC-Maschinen

Die Verwendung von CAM-Systemen für die Steuerung von CNC-Maschinen trägt zu einer hohen Produktivität und zu günstigen Fertigungskosten bei. Allerdings sind damit auch einige Gefahren verbunden.

Kommt es zu einer Maschinenkollision, führt das zu enormen Kosten. Diese liegen nicht nur in den Aufwendungen für die Reparatur begründet. Darüber hinaus kommt es dadurch zu kostspieligen Fertigungsausfällen und Lieferverzögerungen. Aus diesem Grund ist es von großer Bedeutung, Kollisionen zuverlässig zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, eine virtuelle Maschine für Ihre CAM Software zu erzeugen. Wir sprechen hierbei auch über einen digitalen Zwilling Ihrer CNC-Maschinen.

 

CNC-Maschinensimulation

Bei VSG bieten wir Ihnen eine hochwertige Simulationssoftware an, die für eine umfassende Sicherheit während des Fertigungsprozesses sorgt. Diese überprüft alle Bewegungen der Werkzeuge und kontrolliert, ob hierbei die Gefahr einer Kollision besteht. Auf diese Weise schützen Sie die getätigten Investitionen und stellen eine zuverlässige Fertigung ohne Verzögerungen sicher.

Außerdem kann durch die digitale Simulation des NC-Codes die Programmoptimierung, egal ob für Einzel- oder Serienteile, ohne Sillstandzeiten der Maschine im Vorfeld durchgeführt werden.

 

Was ist eine Maschinensimulation?

Moderne CNC-Maschinen erledigen meist mehrere Aufgaben gleichzeitig. Sie bohren, drehen und fräsen auf mehreren Achsen oder Spindeln in einem Maschinenraum. Hinzu kommt der Einsatz von weiteren CNC-gesteuerten Aggregaten, wie z.B. Winkelköpfen, Lünetten, Handling, etc.

Besonders wenn mehrere Werkzeuge und Aggregate zur gleichen Zeit im Einsatz sind, kann es zu Kollisionen kommen. Aufgrund der großen Kräfte, die hierbei wirken, kann das schwere Folgen haben und die Maschine weitreichend beschädigen. Deshalb ist eine Maschinensimulation der realen CNC-Maschine über den digitalen Zwilling so wichtig.

Die Maschinenraumsimulation überprüft jeden Programmschritt in der virtuellen Maschine am PC, bevor das freigegebene NC-Programm in die Fertigung gelangt. Dadurch kann eine mögliche Kollision der realen Maschine rechtzeitig erkannt und durch einfache Überarbeitung des Programms am PC vermieden werden.

Kollisionsschäden vermeiden – durch eine zuverlässige Simulationssoftware

Moderne CNC-Maschinen erledigen meistens mehrere Aufgaben gleichzeitig. Sie bohren, drehen und fräsen auf mehreren Achsen. Hinzu kommt der Einsatz von Greifern. Besonders, wenn diese Werkzeuge zur gleichen Zeit im Einsatz sind, kann es zu Kollisionen kommen. Aufgrund der großen Kräfte, die hierbei wirken, kann das schwere Folgen haben und die Maschine weitreichend beschädigen. Deshalb ist eine Maschinensimulation der realen CNC-Maschine über den digitalen Zwilling so wichtig. Die Maschinensimulation überprüft jeden Programmschritt virtuell am PC, bevor das Programm in die Fertigung gelangt und gegebenenfalls auf der realen Maschine zu einer Kollision führt. Treten hierbei Probleme auf, kann durch einfaches Überarbeiten der Programmierung die Beschädigung der realen CNC-Maschine rechtzeitig vermieden werden.

Simulation innerhalb des CAM-Systems

Viele Betriebe verwenden ein CAM-System, um die Programme für die CNC-Fertigung eines Bauteils zu erstellen. Das bringt viele Vorteile mit sich. Insbesondere ist zu erwähnen, dass diese Systeme einen einheitlichen Code für unterschiedliche CNC-Maschinen erstellen. Somit können die hierfür zuständigen Fachkräfte stets die gleiche Software verwenden, was zu einer erhöhten Produktivität führt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass diese Systeme in der Regel auch eine Simulation des Fertigungsprozesses erlauben und damit Probleme frühzeitig erkannt werden.

Die Situation nach dem Postprozesslauf simulieren

Bei der Simulation im CAM-System handelt es sich häufig um keine wirkliche Maschinenraumsimulation. Oft ermöglicht diese lediglich eine grobe visuelle Kontrolle. Die vollständigen Abläufe innerhalb der Maschine werden hierbei nicht berücksichtigt. Das liegt daran, dass die CAM-Systeme zunächst einen internen allgemeinen Code erzeugen, der für alle verschiedenen Maschinen gültig ist. Für die Anpassung an die spezifischen Eigenschaften der CNC-Maschine kommt ein Postprozessor zum Einsatz. Dieser ist jeweils auf eine spezielle Steuerungs-/Maschinenkombination ausgelegt und wandelt den Code so um, dass er sich von dieser problemlos verarbeiten lässt. Eine genaue Simulation der Bewegungsabläufe ist erst nach diesem zusätzlichen Schritt möglich. Damit die CNC-Fertigung möglichst gut abgesichert wird, ist die Überprüfung des realen NC-Programms, das mit dem Postprozesslauf entsteht, sehr wichtig.

Welche Arten von CNC-Simulation werden heute genutzt?

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    NC-Code Simulation

    Das besondere Merkmal der NC-Code Simulation auf dem PC ist die digitale Darstellung der vollständigen Abläufe mit 1:1 exakt demselben NC-Code, wie dieser später auf Ihrer CNC-Maschine verarbeitet wird.

    Dazu zählen beispielsweise Werkzeugwechsel und Messvorgänge, Simultanbewegungen der Maschinenachsen, das Positionieren der Maschinenspindel für Schwenkbewegungen oder die Bauteilbearbeitung mit mehreren Werkzeugen gleichzeitig über mehrere Kanäle und damit verbundene Kollisionsrisiken.

    Vom Postprozessor erzeugte Befehle, z.B. Zyklen, werden aufgelöst und der Simulation am PC 1:1 lesbar bereitgestellt, so wie es auf der realen Maschinensteuerung erfolgt.

    Ein weiterer wichtiger Aspekt der Simulation des NC-Codes ist zudem die Zeitersparnis zum Einstellen der Maschine auf ein neues Bauteil. Besonders bei komplexen Werkstücken werden häufig Programmkorrekturen notwendig, weil beispielsweise eine kollisionskritische Bewegung erkannt wurde, oder - besonders bei Serienteilfertigung - Leerbewegungen reduziert werden sollen.

    Durch die vorherige digitale Kontrolle der echten und vollständigen Maschinenbewegungen kann hier viel Maschinenstillstandzeit gespart und somit auch die Maschine effektiver und produktiver genutzt werden.

    In dieser Simulation wird alles betrachtet, was mit dem Fertigungsprozess im Arbeitsraum der Maschine zu tun hat. Voraussetzung hierfür ist das exakte digitale Abbild der Maschine, der Spannsituation und der Werkzeuge.
     
    NC-Code Simulation

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    Abtragssimulation

    In der Abtragsimulation wird geprüft, an welchen Stellen Materialabtrag erfolgt ist und an welchen noch nicht.
    So kann durch die Abtragsimulation während der CAM-Programmierung geprüft werden, ob und wo noch Material durch eine zusätzliche Bearbeitung abgetragen werden muss, oder ob das Bauteil auf Fertigmaß bearbeitet sein wird.
     
    abtragssimulation

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    Werkzeugwegsimulation

    Mit der Werkzeugwegsimulation werden die programmierten Werkzeugwege dargestellt. Die Überprüfung dieser Wege ist insbesondere bei kritischen Bewegungen, (wie z.B. bei Verfahr-bewegungen im Eilgang nahe der Kontur wichtig, um Kollisionen des Werkzeuges mit dem Bauteil frühzeitig zu erkennen). Diese Art der Simulation wird auch gerne genutzt um sich die eben programmierten Werkzeugwege in einer Vorschau anzeigen zu lassen, um beispielsweise An- und Ausfahrbewegungen zu betrachten.
     
    werkzeugwegsimulation

Individuelle Maschinenraumsimulation für eine zuverlässige Kollisionsprüfung

Bei VSG bieten wir Ihnen eine hochwertige Simulationssoftware an, die für eine umfassende Sicherheit während des Fertigungsprozesses sorgt. Diese überprüft alle Bewegungen der Werkzeuge und kontrolliert, ob hierbei die Gefahr einer Kollision besteht. Auf diese Weise schützen Sie die getätigten Investitionen und stellen eine zuverlässige Fertigung ohne Verzögerungen sicher.

Gestaltung der virtuellen Maschine durch Software

Um eine zuverlässige Simulation der Fertigungsprozesse zu ermöglichen, ist eine detaillierte Beschreibung der Maschine sehr wichtig. Hierfür ist die exakte Geometrie des Arbeitsraums der Maschine, sowie der Werkzeuge und Spannvorrichtungen unverzichtbar. Kommen hierbei etwa ergänzende Halterungen, Verlängerungen oder separate Schneiden zum Einsatz, ist es notwendig, all diese Komponenten bei der Berechnung zu berücksichtigen. Nur so ist eine zuverlässige Kollisionsprüfung der verwendeten Maschine, bevor das erstellte NC-Programm in die reale Fertigung geplant, möglich.

CNC-Simulation für CAM-Systeme unterschiedlicher Hersteller

Welche Simulationssoftware zum Einsatz kommen kann, hängt auch vom verwendeten CAM-System ab. Bei VSG bieten wir Ihnen passende Lösungen für mehrere Hersteller an. Viele Anwender verwenden beispielsweise NX CAM von Siemens. Da hierbei eine integrierte CAM-Anwendung mit Simulation des realen NC-Programms (nach dem Postprozessorlauf) erfolgt, kann in einem durchgängigen Prozess eine sehr präzise Simulation z.B. der Geschwindigkeiten und Zykluszeiten bis hin zum Werkzeugwechsel und anderer Maschinenfunktionen, wie z.B. einer Synchronisation mehrerer Kanäle auf Multifunktionsmaschinen erfolgen.
Neben den Angeboten für Siemens NX halten wir auch für Produkte weiterer Hersteller, wie Mastercam passende Software für die Maschinensimulation auf NC-Programm Basis bereit. Mit über 30-jähriger Branchenerfahrung ist VSG ein zuverlässiger Ansprechpartner für digitale Zwillinge zur Maschinenraumsimulation – unabhängig davon, ob Sie Mastercam oder Siemens NX zur CNC-Programmierung verwenden.

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    Weitergedacht - Digitalisierung und Industrie 4.0

    Wenn man den gesamten Herstellungsprozess eines Produktes betrachtet, ist der digitale Zwilling der Fertigung nur ein Teilstück des Fertigungsprozesses:
     
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    Neben der CAM-Programmierung, der Maschinensimulation und der Bauteilfertigung auf CNC-Maschinen können auch betriebliche Prozesse digital abgebildet werden.

    Ein PLM-System kann alle Informationen Ihres Produktes, von seiner Entstehung am Reißbrett bis zu seiner Verwertung, zentral in einer Datenbank zusammenfassen. Damit wird jeder Teilschritt, jede Änderung, jeder Gedanke festgehalten und für weitere Zwecke, beispielsweise eine neue Version des Artikels, wiederverwendet werden.
     
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    Um Daten möglichst nur an einem Ort im Unternehmen zu pflegen, greifen PLM Systeme und PPS-/ERP-System auf vorhandene Informationen wechselseitig zu.

    Durch Kombination der genannten Management-Plattformen lassen sich so jederzeit alle notwendigen Informationen transparent abrufen, Änderungen verlässlich nachvollziehen und beliebige Beziehungen und Abhängigkeiten von Informationen auswerten.

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    Was ist ein "digitaler Zwilling"?

    „Ein digitaler Zwilling ist eine digitale Kopie eines materiellen, immateriellen Objekts oder Prozesses aus der realen Welt in der digitalen Welt.“ (Quelle Wikipedia)

    Gerade für die Industrie hat er eine besondere Bedeutung, da er Produkte, Produktionsanlagen und Prozesse darstellen kann.
    Betrachtet man beispielsweise den Produktherstellungsprozess, kann ein digitaler Zwilling den physikalischen Prototypen ersetzen, da sich in einer simulierten Umgebung dieselben Möglichkeiten, Verhalten, Funktionalitäten und Qualitäten abbilden lassen. So lassen sich äußerst kostengünstig bereits vor der Herstellung eines echten Bauteiles z. b. Designanpassungen durchführen, Produktoptimierungen umsetzen oder gar Fehler ausmerzen.

    Digitale Zwillinge können aber auch Designmodelle sein, die dazu dienen Daten aus dem Einsatz des realen Produktes zu analysieren und auszuwerten.

    Wie auch Prototypen eines Produktes lassen sich ganze Produktionsanlagen und auch Prozesse digital abbilden.
    Besonders für letzteres ist das sog. Toolmanagement zu nennen, mit dessen Hilfe Sie u.a. Zerspanungswerkzeuge digital zusammenbauen, in Ihrer CAM-Software importieren und gleichzeitig den Lagerbestand und die Bestellung auslösen und verfolgen können.