30-31-32-33-35_Besturingen 20-06-11 11:21 Pagina 30 DOOR: PAUL QUAEDVLIEG Tweespalt bij CNContwikkelingen De ontwikkelingen bij CNC-besturingen zijn veelomvattend. Enerzijds introduceren bepaalde fabrikanten eenvoudigere besturingen voor een minimum aantal assen en goedkope machines, weer anderen bouwen voort op complexe besturingen en zorgen voor meer functionaliteit. Dialoogbesturing wordt populairder, bepaalde merken die ooit alleen volgens ISO programmeerden, bieden nu ook software aan voor dialoog. En globalisering speelt een steeds grotere rol. Europese fabrikanten leveren aan het Verre Oosten en de eerste volwassen Chinese CNC-besturingen zijn al waargenomen. Hier volgt de stand van zaken op CNC-gebied aan de vooravond van de EMO 2011. Een CNC-besturing is een element van een metaalbewerkingsmachine waar elke operator, machine-insteller of programmeur dagelijks mee te maken heeft. Door een verregaande automatisering, krachtige CAM-pakketten enerzijds maar ook de vraag naar goedkopere en eenvoudigere machines anderzijds is er een tweespalt bij de besturingen ontstaan. Een fabrikant die aan de bovenzijde van de markt opereert is Heidenhain. Besturingen van deze fabrikant worden veel verkocht aan machinefabrieken die CNC-machines leveren aan onder meer matrijzenbouwers. Deze, vaak complexe producten, vragen om een solide en nauwkeurige besturing. Een CNC-besturing Krachtige CNC-besturingen, zoals deze Heidenhain itnc 530, hebben alles in zich om producten nauwkeurig, snel en vijfassig te kunnen bewerken (foto: Paul Quaedvlieg) bevindt zich in een spanningsveld tussen nauwkeurigheid, snelheid en oppervlakteruwheid, belang om de oppervlakte goed te krijgen. Ook produceerbaarheid van de banen is van groot legt Paul Venema van Heidenhain uit. De re- is een constante snelheid van de frees van groot 30 jaargang 49 www.metaalmagazine.nl 6-2011
30-31-32-33-35_Besturingen 20-06-11 11:21 Pagina 31 belang. Daarom is de dataverwerking van de nieuwste generatie CNC-besturingen nog sneller en nauwkeuriger. Intelligent verspanen Heidenhain spreekt zelf van Intelligent Machining. Daaronder vallen optionele zaken als Adaptive Feed Control en Dynamic Collision Monitoring. Bij Adaptive Feed Control voelt de spil aan het opgenomen vermogen hoeveel materiaal er verspaand wordt. De voedingsnelheid wordt daarop aangepast. Bij meer materiaal gaat de voeding omlaag, bij minder materiaal omhoog. In zijn totaliteit wordt de bewerking - snelheid geoptimaliseerd, wat zeker bij vijfassige bewerkingen van belang is. Een andere belangrijke feature bij vijfassig verspanen is de geïntegreerde Dynamic Collision Monitoring. Venema: Deze functionaliteit voorkomt botsingen tussen het gereedschap en machinecomponenten of tussen het gereedschap en de opspanmiddelen. Hierbij kan de gebruiker zelf met behulp van een Fixturewizard zijn eigen opspanmiddelen in de besturing brengen. Daarnaast bestaan er tabellen van de meest gebruikte opspanmogelijkheden. Open CNC-besturing Binnen de metaalindustrie wordt er veel gebruik gemaakt van de CNC-besturingen van Siemens, Fanuc en Heidenhain. Toch zijn er machinebouwers die kiezen voor andere besturingen die meer open zijn en waarmee de softwareontwikkelaars net iets meer kunnen doen dan met de gevestigde orde. Een van die bedrijven is het Nederlandse Voortman Automatisering, een bekende speler in de bewerking van staalprofielen. Zij ontwikkelen en bouwen machines voor de staalbouwindustrie en gebruiken de besturingen van Beckhoff. De besturingen van de Voortman machines zijn zo ontworpen dat deze onderling in een complete productielijn met elkaar moeten kunnen communiceren. In theorie zou één operator in staat moeten zijn een complete Voortman installatie, bestaande uit meerdere machines en processen, te kunnen bedienen. De Beckhoff CNC software is een uitbreiding van het Twincat pakket. Dit pakket draait als soft PLC/CNC in realtime op een standaard of industriële PC. Met behulp van de snelle Ethercat veldbus worden de servoassen en I/O s aangestuurd die de CNC-bewerking uitvoeren, maar ook de overige hulpassen en aan- en afvoersystemen. Doordat Twincat draait op moderne PC processoren (Dual, Quad, multicore, 64 bit OS) blijft er voldoende rekenkracht over voor overige high level functies zoals vision systemen, data analyse voor conditie monitoring, robots, HMI/SCADA, MES, databases et cetera. De totale besturing is in één controller te plaatsen met alle voordelen daarbij (kosten, data-integratie, eenvoudige datakoppeling, assen koppelen, synchroniseren, enz.). Intuïtief Een andere factor waar fabrikanten van CNCbesturingen en machines mee te maken hebben is de uitloop en het mogelijk toekomstige tekort aan ervaren operators. De nieuwe generatie operators is opgegroeid met computers, legt Venema uit. Die willen snel, eenvoudig en intuïtief kunnen programmeren. Daarom heeft Heidenhain de intuïtieve gebruikersinterface Smart.NC ontwikkeld voor de itnc530 besturing. Door deze meer windows -achtige manier van programmeren, met de bekende mappenstructuur, kan de jeugdige operator sneller en makkelijker uit de voeten. Voor complexe bewerkingen verdiepen extra schermen de functionaliteit van de betreffende bewerking. Maar ook de mensen die reeds ervaring hebben met de klaartekst-dialoogprogrammering van Heidenhain werken zoals ze zijn gewend met de volledige functionaliteit van de besturing. Eenvoudig Om tegemoet te komen aan de vraag voor eenvoudigere compacte besturingen introduceerde Heidenhain vorig jaar de nieuwe contourbesturing TNC 620. Tot nu waren bij de digitale besturingen van Heidenhain de hoofdcomputer en de separate regelcomputer in de schakelkast ondergebracht. Bij de TNC 620 wordt de hoofdcomputer, direct achter het 15 XGA-beeld- Voortman Automatisering is een van de machinebouwers die de open besturingen van Beckhoff gebruiken en hier hun eigen software op laten draaien (foto: Paul Quaedvlieg) scherm en samen met het toetsenbord in de bedieningskast gemonteerd. Hiermee komt relatief dure bekabeling te vervallen. Als geheugenmedium voor de NC-programma s en het PLCprogramma is voor een Compact Flash-kaart gekozen. Deze geheugenkaart is ongevoelig voor mechanische trillingen en geeft daarom optimale zekerheid voor de gegevens. De basis van de bediening blijft hetzelfde als bij de overige Heidenhain besturingen, waardoor een ervaren TNC-gebruiker zich meteen thuis zal voelen op de TNC 620. EMO 2009 in Milaan al een eenvoudigere besturing, namelijk de Sinumerik 828D. Metaal Magazine heeft daar al vaker over gepubliceerd. Deze besturing is ontwikkeld voor draai- en freesmachines. De Sinumerik 828D moet gezien worden als de besturing voor de zogenaamde algemene werkplaatsbewerkingsmachines, legt Daniël Kofman van Siemens Nederland uit. Deze besturing is geschikt voor alle bewerkingscentra inclusief vijfassig met maximaal vier assen simultaan en alle draaibanken met een slede of revolver, dus ook aangedreven gereedschappen Onderkant Een andere grote speler op het gebied van CNCbesturingen, Siemens, introduceerde op de Y-as en subspil. Maar onlangs hebben we de familie van CNC-besturingen uitgebreid naar de onderkant met de 828D Basic. Deze heeft de- >>> jaargang 49 www.metaalmagazine.nl 6-2011 31
30-31-32-33-35_Besturingen 20-06-11 11:22 Pagina 32 De 828D Basic besturing is de laatste uitbreiding van Siemens aan de onderzijde van de CNC-besturingen (foto: Siemens) zelfde interface (Sinumerik Operate) en mogelijkheden als de 828D, maar heeft een iets kleiner beeldscherm (8.4 ) en is iets beperkter in bijvoorbeeld blokverwerkingstijd, look ahead, en intern geheugen. Het beeldscherm, de toetsen en de CNC-elektronica vormen één geheel met slechts enkele interfaces en kabels, waardoor een maximale beschikbaarheid wordt bereikt. Het bedieningspaneel is van gegoten magnesium en aangezien de nieuwe CNC geen slijtageonderdelen zoals een ventilator, harde schijf of batterij heeft, is deze volledig onderhoudsvrij. De 828D Basic is onlangs geïntroduceerd op de IMTEX in Delhi (India) en de CIMT 2011 in Beijing, legt Kofman uit. Daar zijn meteen veel orders geplaatst door vooral Indiase, Taiwanese en Chinese machinebouwers. We hebben nog nooit zo'n succesvolle introductie van een nieuwe besturing gehad. Beperking is mechanisch Moderne processortechniek en softwarearchitectuur vormen de basis van de 80-bits-nano FPnauwkeurigheid (floating point) van de 828D Basic. Softwarematig zijn in de hele NC, drive en encoderketen nauwkeurigheidswaarden van één duizendste nanometer mogelijk. Hierdoor wordt de nauwkeurigheid die in de praktijk kan worden behaald niet beperkt door de besturingstechniek, maar door de mogelijkheden van de mechanische componenten van de freesmachine, legt Kofman uit. De Sinumerik 828D Basic M is niet alleen zeer nauwkeurig, maar ook flexibel inzetbaar. Ze biedt niet alleen een groot aantal technisch geavanceerde cycli voor draai-, boor- en freesbewerkingen, maar is ook geschikt voor matrijsbewerkingen. Om de snelheid en de oppervlaktekwaliteit te bereiken die hiervoor nodig is, is de Sinumerik 828D familie voorzien van het technologiepakket Sinumerik MDynamics met de intelligente bewegingsbesturing Advanced Surface dat ook in de highend-besturingen 840D sl wordt gebruikt. Met Sinumerik Operate beschikken zowel de 828D familie als de 840D sl over dezelfde intuïtieve gebruikersinterface. Kofman: De besturing kan zowel in dialoog worden geprogrammeerd met Shopmill of ShopTurn, als in DIN-ISO, evenals een mix van beiden. Alle cycli die beschikbaar zijn in Shopmill, zijn dat ook in de ISO omgeving evenals de krachtige 3D simulatie. Hiermee kunnen altijd snel en eenvoudig alle CNC-programma s worden gemaakt. Communicatie CNC-besturingen maken gebruik van de laatste stand der techniek op elektronicagebied. Zo heeft de Sinumerik 828D familie optioneel de functie Easy Message. Hiermee wordt de operator of de medewerker die voor de machine verantwoordelijk is per SMS op de hoogte gehouden van alle belangrijke procesgegevens van het productieproces. Als een machine van nieuwe onbewerkte onderdelen moet worden voorzien of als een frees de grens van zijn standtijd heeft bereikt, versturen de Sinumerik 828D besturingen de betreffende informatie naar de juiste persoon. Op deze manier wordt de productiviteit van de machine verder verbeterd. Cyclustijden omlaag Het Amerikaanse Hurco is qua besturing altijd al een aparte fabrikant geweest. Op vakbeurzen wordt een demonstratie aan een Hurco machine vaak gedaan door een aantrekkelijke blonde dame. Het bedrijf wil hiermee vooral laten zien dat hun besturing niet complex is en 32 jaargang 49 www.metaalmagazine.nl 6-2011
30-31-32-33-35_Besturingen 20-06-11 11:22 Pagina 33 dat producten vrij snel te programmeren zijn. Het meer en meer inzetten van vijfassige bewerkingscentra om cyclustijden te verkleinen legt een grote druk op de programmeercapaciteit van metaalbewerkers. De Hurco WinMax V8 dialoogbesturing maakt het de machinebediener mogelijk om gemakkelijk en daardoor snel vijfzijdige bewerkingen direct aan de machine zonder externe programmeerplaats te programmeren. Maar ook Hurco blijft de WinMax besturing continu verbeteren en upgraden. Frank Smets van Hurco Nederland: Metaalbewerkers worden steeds uitgedaagd de cyclustijd van componenten te verminderen. Dit met behoud van een hoge kwalitatieve afwerking. Met de nieuwe UltiMotion oplossing, een geavanceerd software-based motion systeem van Hurco, zijn machines in staat om de cyclustijd te verkorten met 30 procent. Dit is software voor aansturing van de assen die veel gelijkmatigere asbewegingen genereert. Het reduceren van jerk in de machinebewegingen maakt hogere voedingssnelheden mogelijk en verbetert tevens de oppervlaktegesteldheid. Ook de machinelevensduur wordt positief beïnvloed. De blokverwerkingssnelheid ligt bij Hurco op een waarde tot 2277 blokken per seconde. Standaard is deze besturing tot vijfassig simultaan in te zetten. Radiografisch handwiel Hoe groter de machine, des te plezieriger is het radiografische handwiel HR 550 FS dat Heidenhain sinds enige maanden levert. Hierdoor kan de bediener nu vlak bij het proces blijven staan. De nieuwe afstandsbediening beschikt over kleurige astoetsen en een zesregelig display met de belangrijkste informatie over de machine zoals de positieweergave van de assen, de voeding, het toerental van de spindel, de werkstand en andere functies. Op het display wordt ook de veldsterkte van de radiografische overdrachtssignalen weergegeven. Als de bediener zich uit het toegestane werkbereik beweegt, wordt hij bovendien door een trilalarm gewaarschuwd. Om het handwiel aan te passen aan de verschillende taken, beschikt het over vijf extra softkeys. Aan deze softkeys kunnen speciale functies toegekend worden die elk in het display worden weergegeven. Daarnaast kan de machinefabrikant ook functies toekennen aan de zes van led s voorziene functietoetsen. De symbolen op de astoetsen en de functietoetsen zijn uitwisselbaar. FS staat voor Functional Safety en komt daarmee overeen met de geldende veiligheidseisen. De gebruikelijke veiligheidselementen zoals Bijvoorbeeld voor het aantasten en het vastleggen van een nulpunt is de noodstop en de bevestigingstoetsen zijn een radiografische handwiel plezierig en efficiënt werken (foto: op het handwiel aanwezig. Heidenhain) Chatten Steeds vaker worden ook de Hurco machines in onbemande productie ingezet. Met de nieuwe Hurco Ultimonitor kan elke machine, die met de nieuwe WinMax V8 besturing is uitgerust, van afstand via een internetkoppeling in de gaten worden gehouden. Zo kan men op afstand de bewerking volgen via een webcam en actuele machinewaardes tijdens de bewerking zien. Verder zal de machine melding geven als de bewerking gestopt is, hetzij door bijvoorbeeld gereedschapbreuk of door het succesvol beëindigen van het bewerkingsprogramma. Tijdens de bemande machine-uren kan de functie Ultimonitor ook worden ingezet voor klantondersteuning bij programmeer- en servicevragen. Zo is er een online chatfunctie, die het de bediener mogelijk maakt om informatie uit te wisselen zonder last te hebben van omgevingslawaai. Ook heeft de bediener toegang tot de Hurco online university waar veel informatie beschikbaar is voor ondersteuning van het bewerkingsproces. Automatisering Steeds meer robots nemen taken op zich als het beladen en ontladen van bewerkingsmachines, ontbramen van componenten en het meten hiervan. Fanuc, dat zowel robots als CNC-besturingen Met de Hurco WinMax V8 dialoogbesturing is het mogelijk om snel en gemakkelijk vijfzijdige bewerkingen direct aan de machine te programmeren (foto: Hurco) ontwikkelt en fabriceert, speelt hierin we- reldwijd een grote rol. Het bedrijf levert oplossingen voor een eenvoudige stand-alone machine met een robot tot en met complexe volledig geautomatiseerde productiestraten waar meerdere robots en CNC-machines samenwerken. Omdat de Fanuc robots en CNC-besturingen uit dezelfde familie komen, zijn ze van tevoren >>> jaargang 49 www.metaalmagazine.nl 6-2011 33
30-31-32-33-35_Besturingen 20-06-11 11:22 Pagina 35 al geconfigureerd voor een ideale interactie met elkaar. Een Fanuc robot kan daarom met weinig moeite en binnen korte tijd gekoppeld worden aan een CNC-machine met Fanuc besturing. Robot connection Hoewel elke robot over een eigen besturing beschikt, kan deze communiceren met de CNC-besturing via een eenvoudige veldbusaansluiting en software. De nieuwste Fanuc robots beschikken nu over een FL-Net interface waardoor FL- Net functies gemakkelijk geïntegreerd kunnen worden. Deze functies zijn van belang voor de grotere productiestraten, waarin meerdere CNC-besturingen en robots met elkaar moeten communiceren. Dankzij de nieuwe functie Robot Connection in de Fanuc besturingen, is het gecombineerd bedienen van een bewerkingsmachine en een robot alleen maar eenvoudiger geworden. Zo kan bijvoorbeeld de status van de robot en het geselecteerde programma getoond en aangepast worden op het CNC-bedieningsscherm. Aan de andere kant wordt op het robotscherm specifieke informatie getoond over de CNC-besturing en staat het de gebruiker toe om deze informatie te gebruiken. Tijdens een set-up procedure van een robot, kan de operator de functie Robot Connection gebruiken om een menu op te roepen met daarin alle noodzakelijke informatie over de status van de robot zoals onderhoudstaken of alarmmeldingen. Ook kunnen hiermee programma s gekozen en geladen worden en kan de robot bediend worden zonder de afzonderlijke robotbesturing. Dat scheelt veel tijd en verhoogt de veiligheid met betrekking tot werken met de robot. Omgekeerd geeft een menu in de robotbesturing toegang tot de machinebesturing. Deze eigenschap is bijzonder handig als de robot wordt ingesteld tijdens de preproductiefase als de programmeur informatie nodig heeft over de status van de machineassen om potentiële conflicten tussen robot en machine op voorhand te identificeren. De bijbehorende software bevat tevens een handleiding voor de nieuwe functies, inclusief voorbeeldmenu s en uit te voeren programma s. Besturing op maat In vergelijking met oudere generaties besturingen zijn de nieuwe Fanuc CNC-besturingen van de series 30i/31i/32i Model B (oftewel afgekort 3xi-B) speciaal ontwikkeld voor complexe machinale bewerkingen. De nieuwe B-serie heeft diverse verbeteringen en extra functies voor ponsmachines en lasersnijmachines. Daarnaast is er een speciale besturing geïntroduceerd, de CNC 35i-B Serie. Deze is gebaseerd op de 30i-B Met de functie Robot Connection van Fanuc kan een operator de robot aansturen via de CNC-besturing. Ook gaat de softwarematige koppeling zeer eenvoudig (foto: Fanuc) serie en speciaal ontwikkeld voor transport en handling van producten. Fanuc speelt daarmee in op de specialisatie van bepaalde machines en de bestuursspecifieke functies. Een nieuwe high speed servoprocessor vergroot het basisvermogen van de digitale asaandrijving en staat veel meer assen toe zonder dat een extra insteekkaart nodig is. De nieuwe FSSB (Fanuc Seriële Servo Bus) is nog sneller en biedt een beslissend voordeel: het kan ook spindeldata transporteren. Servo- en spindelversterkers worden via een enkele optische kabel verbonden met de CNC-besturing. De verminderde verkabelingscomplexiteit en het gebruik van optische kabels spaart tijd en kosten en vermindert de kans op fouten. bij de besturingen lopen parallel aan de ontwikkelingen op elektronica- en softwaregebied. In dit artikel proberen we een actuele stand van zaken te geven en hebben we lang niet alle merken aan bod laten komen. Zo is de CNC-besturing van Bosch Rexroth in Duitsland breed geaccepteerd, maar is dit type besturing in Nederland amper geleverd. Maar ook de diverse machinebouwers die hun eigen besturing bouwen, zijn niet allemaal aan bod gekomen. Duidelijk is wel dat de meeste fabrikanten inspringen op zaken als kostenreducties, eenvoudigere besturingen, nieuwe generaties operators, intuïtiever, sneller en eenvoudiger programmeren, verkorting van bewerkingscycli, verhoging van productkwaliteit en een betere aansluiting op automatiseringsoplossingen. Conclusie CNC-besturingen bepalen de intelligentie van Benieuwd wat we op de komende EMO 2011 in Hannover gaan aantreffen op een bewerkingsmachine. De ontwikkelingen CNC-gebied. <<< jaargang 49 www.metaalmagazine.nl 6-2011 35