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Hans B. KiefHelmut A. RoschiwalKarsten SchwarzCNC-Handbuch30., überarbeitete Auflage
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Hans B. KiefHelmut A. RoschiwalKarsten SchwarzCNC-Handbuch30., überarbeitete AuflageCNC · DNC · CAD · CAM · FFS · SPS · RPD · LANCNC-Maschinen · CNC-Roboter · Antriebe · EnergieeffizienzWerkzeuge · Industrie 4.0 · Fertigungstechnik · RichtlinienNormen · Simulation · Fachwortverzeichnis
Die Herausgeber:Hans B. Kief, MichelstadtHelmut A. Roschiwal, AugsburgKarsten Schwarz, SchwabachBibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in derDeutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind imInternet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt.Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches,oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung desVerlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht fürZwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter V erwendung elektronischer Systemeverarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.Zu diesem Buch wird für Dozenten eine Power-Point-Präsentation im Internet angeboten, vorgesehen zur Unterstützung der Vorlesungen über CNC-Technik. Der Foliensatz besteht ausüber 400 Folien mit erläuternden Notizen und ist abgestimmt auf die 30., überarbeitete Auflagedes CNC-Handbuchs.Um die Dateien herunterladen zu können, loggen Sie sich ein oder melden Sie sich an unter:https://dozentenportal.hanser.de/ 2017 Carl Hanser Verlag MünchenGesamtlektorat: Dipl.-Ing. Volker HerzbergHerstellung: Cornelia RothenaicherTitelillustration: intACT Multimedia & Werbung, www.intACT-multimedia.deCoverconcept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, MünchenUmschlaggestaltung: Stephan RönigkGesamtherstellung: Kösel, KrugzellAusstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr. 0748702Printed in GermanyISBN: 978-3-446-45173-5E-Book ISBN: 978-3-446-45265-7www.hanser-fachbuch.de
Vorwort zur 30. AuflageWenn innerhalb von 41 Jahren nach Erscheinen eines Fachbuchs bereits die 30. über arbeitete und aktualisierte Ausgabe erscheint, dann weiß man, dass sich diegesamte Thematik noch immer in der Entwicklung und ständigem Fortschritt befindet. Es ist aber auch ein Zeichen dafür, dassBedarf besteht, in einem Buch das gesamteUmfeld dieser Technik aktuell und zusammenhängend verfügbar zu haben.Heute zählen CNC-Maschinen zum technischen Standard der Fertigungstechnik.Das notwendige Grundwissen wird in Berufs-, Fach- und Hochschulen unterrichtetund ist in der Praxis unverzichtbar. DerFunktionsumfang numerischer Steue run gen wird jedoch ständig erweitert und invielen Details verbessert. Damit wird dieProduktion präziser, wirtschaftlicher, aberauch für die Planung und Steuerung transparenter.In der vorliegenden Ausgabe wird der zuerwartende Einfluss von Industrie 4.0 aufdie Fertigung thematisiert. Zwar werdenseit Jahrzehnten Anlagen vernetzt und Prozesse digitalisiert, aber durch Nutzung desInternets entstehen völlig neue Möglichkeiten. In einem neuen Kapitel werden dieEinflüsse von I 4.0 auf die Automatisierungder Fertigung anhand eines praktischenBeispiels anschaulich beschrieben.Hans B. KiefSomit enthält das CNC-Handbuch 2017/2018wieder eine ausgewogene Mischung früherer, aktualisierter Kapitel und neuer, aktueller Themen. Bei dieser Aufgabe habenuns mehrere Hersteller und Autoren mittechnischen Informationen und Bildernnach besten Kräften unterstützt, wofür ihnen unser hoher Dank gebührt!Herausgeber und Autoren fühlen sich verpflichtet, diese Weiterentwicklungen derCNC-Technik auch weiterhin regelmäßigalle zwei Jahre in diesem Buch zu aktualisierenIn guter Zusammenarbeit mit dem Verlagund der Druckerei konnte auch die gesamteQualität des Buches so fortgeführt werden,dass es gerne zur Hand genommen wird.Dafür möchten wir auch diesen Mitarbeitern unseren besonderen Dank aussprechen.Als Gründer, Autor und Herausgeber freutman sich, dass das CNC-Handbuch nach40 Jahren noch immer seine Berechtigunghat und zur bevorzugten Fachliteratur derNC-Fertigungstechnik zählt.Dies möchten wir auch weiterhin erreichen.Helmut A. RoschiwalKarsten Schwarz3
4 Inhaltsübersicht* aktualisiert, ** neuer BeitragTeil 1 Einführung in die CNC-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Historische Entwicklung der NC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Meilensteine der NC-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Was ist NC, CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Teil 2 Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61*12345Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Schaltfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Funktionen der numerischen Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .SPS – Speicherprogrammierbare Steuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Einfluss der CNC auf Baugruppen der Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63100117177201Teil 3 Elektrische Antriebe für CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . 209** 1 Antriebsregelung für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Vorschubantriebe für CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Hauptspindelantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .** 4 Dimensionierung von Antrieben für Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . .5 Mechanische Auslegung der Hauptspindel anhand derProzessparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211228246254264Teil 4 Die Arten von numerisch gesteuerten Maschinen . . . . . . . . . . . . . 277* 1 CNC-Werkzeug maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 2 Additive Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 3 Flexible Fertigungs systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 4 Industrieroboter und Handhabung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Energieeffiziente wirtschaftliche Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .279373396438462
InhaltsübersichtTeil 5 Werkzeuge in der CNC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4751 Aufbau der Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 Werkzeug verwaltung (Tool Management) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Maschinenintegrierte Werkstückmessung und Prozessregelung . . . . .** 4 Maschinenintegrierte Werkstückmessung in der Serienfertigung . . . .5 Lasergestützte Werkzeugüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .477506535549557Teil 6 NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563* 1 NC-Programm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 2 Programmierung von CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 NC-Programmier systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Fertigungs simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .565610630648Teil 7 Von der betrieblichen Informationsverarbeitungzu Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6671 DNC – Direct Numerical Control oder Distributed Numerical Control .2 LAN – Local Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Digitale Produkt entwicklung und Fertigung: Von CAD undCAM zu PLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* 4 Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .** 5 Industrie 4.0 im mittelständischen Fertigungsbetrieb . . . . . . . . . . . . . .669686704725739Teil 8 Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751Richtlinien, Normen, Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .* NC-Fachwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Stichwort verzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Empfohlene NC-Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Inserentenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7537618098198215
6 InhaltsverzeichnisTabellenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Teil 1 Einführung in die CNC-Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Historische Entwicklung der NC-Fertigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.11.21.31.41.51.61.71.81.91.101.111.12Erste Nachkriegsjahre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Wiederaufbau der Werkzeugmaschinen industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Die Werk zeug maschinenindustrie in Ostdeutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Weltweite Veränderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Weiterentwicklung der deutschen Werkzeug maschinenindustrie . . . . . . . . . .Der japanische Einfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Die deutsche Krise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Ursachen und Auswirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Flexible Fertigungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Weltwirtschaftskrise 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Situation und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2Meilensteine der NC-Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353Was ist NC und CNC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393.13.23.33.43.53.63.73.83.93.103.113.12Der Weg zu NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .NC-Achsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .SPS, PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Anpassteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Computer und NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .NC-Programm und Programmierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dateneingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Bedienung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . eil 2 Funktionen der CNC-Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611Weginformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631.11.21.31.4Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Achsbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Lageregelkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Positionsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63636669
Inhaltsverzeichnis1.51.6Einfache Diagnose von Messgeräten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Kompensationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842Schaltfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1002.12.22.32.42.52.62.72.82.9Erläuterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Werkze
Hans B. Kief Helmut A. Roschiwal Karsten Schwarz CNC-Handbuch 30., überarbeitete Auflage CNC · DNC · CAD · CAM · FFS · SPS · RPD · LAN
