Claus Michelfeit, Oktober 2013 Virtuelle Prozesse Ich möchte Ihnen im Rahmen meiner Präsentation einen Einblick geben über die Möglichkeiten in NX, Bearbeitungsprozesse in NX virtuell nachzubilden. Durch diese Nachbildung erreichen Sie eine erhöhte Prozesssicherheit und erhalten einen besseren Einblick in das Zeitverhalten Ihrer Bearbeitungsprozesse.

Agenda NX CAM Simulation Common Simulation Environment (CSE) Struktur Vorteile Anwendung Vorführung (Janus) Was sind die Inhalte meines Vortrages? Ich möchte ihnen zunächst einen Überblick geben über die Simulationsmöglichkeiten in NX CAM. Etwas tiefer eingehen werde ich dann auf unser CSE und Ihnen die Struktur und die Vorteile der Anwendung nächerbringen. Nach dem theoretischen Einblick werden Ihnen dann meine Kollegen von Janus Beispiele aus der realen Anwendung vorstellen.

NX CAM Simulation portfolio Tool Path Verify Bauteil & Werkzeug Machinensimulation Int. Werkzeugweg Machinensimulation NC Daten Virtuell Maschine Beliebiger NC Code Das Portfolie der Bearbeitungssimulation in NX CAM erstreckt sich von der einfache Überprüfung von Bauteil, Werkzeugweg und Werkzeug bis hin zu einer kompletten Nachbildung der gesamten NC-Maschine – der sogenannten virtuellen Maschine Lassen Sie mich im folgenden auf die hier gezeigten vier Stufen näher eingehen. Maschinen- spezifisch Allgemein

Simulation - Verify Zielsetzung: Unterstützung der CAM Programmierung Werkzeugbewegung Materialabtrag Kollisionsprüfung: Bauteil, In-Process-Workpiece (IPW) Werkzeug und Halter Um die CAM-Programmierung zu unterstützen, bietet Verify die Möglichkeit, die Werkzeugbewegungen – mit oder ohne Materialabtrag – darzustellen. Eine Kollisionsprüfung von Bauteil und aktuellem Werkstück (IPW) gegen Werkzeug und Halter sorgt für Sicherheit. Darüber hinaus sind Analysefunktionen wie zum Beispiel eine farbcodierte Darstellung der verbleibenden Materialstärke verfügbar.

Maschinensimulation – interner Werkzeugweg Zielsetzung: Prüfung der CAM-Ausgabe bezogen auf die Maschine Prüfung der Maschinenbewegungen Basierend auf internen Events Auflistung von Kollisionen Achslimits Materialabtrag Einen Schritt weiter geht die Maschinensimulation der internen Werkzeugbewegungen. Hier werden zusätzlich noch die Komponenten der NC-Maschine mit berücksichtigt. Basierend auf Events wird hier die Bewegung der gesamten Maschine inklusive Materialabtrag simuliert. Kollisionen und Verletzungen von Achslimits werden erkannt und in eine Liste eingetragen, die eine weitere Überprüfung erlaubt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit die Maschine auf einen beliebigen Punkt in der Werkzeugbewegung zu positionieren und damit weitere Analysen durchzuführen.

Maschinensimulation – NC Code Zielsetzung: Prüfung der CAM-Ausgabe bezogen auf das NC-Programm Prüfung der Maschinenbewegungen Basierend auf NC Output Auflistung von Kollisionen Achslimits Materialabtrag Unterstützung von Zyklen Steuerungsnachbildung Die gleichen Optionen in der Simulation bietet auch die Maschinensimulation mit NC-Code: Hier wird im Gegensatz zur Simulation der internen Wege das reale NC-Programm simuliert, welches auch auf der realen Maschine abgefahren wird. Hierzu ist es notwendig, dass die Steuerung im Rahmen der Simulation nachgebildet wird, was dann auch die Simulation von Maschinezyklen erlaubt.

Virtuelle Maschine – Beliebiger NC-Code Zielsetzung: Prüfung des CAM Output für spezielle Maschine Prüfung der Maschinenbewegungen Basierend auf NC Output Auflistung von Kollisionen Achslimits Materialabtrag Unterstützung von Zyklen Integration der 840D (VNCK + HMI) Um eine Überprüfung des NC-Programms für eine spezielle Maschine zu ermöglichen, bieten wir – nur über Maschinenhersteller – eine sogenannte virtuelle Maschine an. Hier wird die Steuerung nicht von der Simulation nachgebildet, sondern eine virtuelles Abbild der 840D Steuerung inklusive der Zyklen – dem VNCK in die Simulation integriert. Zusammen mit dem Sinumerik HMI und einer vom OEM frei konfigurierbaren Steuertafel ergibt dies dann eine nahezu perfekte virtuelle Nachbildung der realen Maschine.

Beispiel – Impeller-Bearbeitung virtuell - real Hier zeige ich Ihnen eine Gegenüberstellung eine Simulation in NX (links) und einer realen Bearbeitung (rechts)

Struktur der Maschinensimulation (CSE) Hauptbestandteile: Kinematikmodell (NX Machine Tool Builder) Maschinenbestandteile Lage der Achsen, … Controller dlls Parser, steuerungsabhängig (G01, CALL, …) Controller Configuration File (CCF) auszuführenden Aktionen Machine Configuration File (MCF) Achskonfigurationen Unterprogramme Mindestens Werkzeugwechsel Lassen Sie mich jetzt auf die Details der Maschinensimulation in NX, also den drei letzten der gezeigten Optionen näher eingehen: Die Nachbildung der Maschine besteht aus den folgenden Teilen: Im Machine Tool Builder in NX erstellte Maschinenmodell Controller dll, die die jeweilige Sprache der Steuerung versteht und in gültige Anweisungen zerlegt (z.B. G01, CALL,…) CCF, das sorgt für die korrekte Ausführung der gültigen Anweisungen – die eigentliche Steuerungsnachbildung MCF für die Achskonfigurationen inklusive der dynamischen Parameter wie max. Geschwindigkeit, Beschleunigung, Ruck, kV Unterprogramme, so wie sie auch auf der echten Maschine vorliegen. Minimal ist die Definition des Werkzeugwechsel, aber auch andere Zyklen Die einzelnen Bestandteile möchte ich Ihnen im folgenden näher erläutern.

Kinematikmodell Einen Geometriemodell in NX (Assembly mit beliebigen Bauteilen) wird eine kinematische Struktur zugewiesen. Hierzu werden Komponenten identifiziert, Achse mit Position, Richtung und Limits, sowie die Aufspannung definiert. Dieses Kinematikmodell wird für die Maschinensimulation – unerheblich ob die internen Werkzeugbewegungen oder das NC-Programm simuliert werden.

Controller Configuration File (CCF) Für eine Simulation des NC-Code ist die Nachbildung der Steuerung notwendig. Dies geschieht durch das Controller Configuration File. Dort ist zum Beispiel definiert, was im Falle des Codes M6 (Werkzeugwechsel) geschehen soll. Dieses File findet sich unterhalb des Eintrages in der Maschinenbibliothek und ist für die wichtigsten Steuerungen wie Sinumerik, Heidenhain oder Fanuc verfübar. Die Nachbildung der Steuerung ist maschinenneutral.

Machine Configurator File (MCF) Die nähere Spezifikation der Maschine wird im Machine Configuration File abgelegt. Diese Datei befindet sich im gleichen Verzeichnis wie die CCF-Datei. Sie enthält im Wesentlichen die Spezifikation der Achsen mit deren dynamischen Kennwerten wie zum Beispiel Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Ruck oder Kv-Wert. Auch weitere Details wie zum Beispiel eine Nachbildung des PLC werden hier abgelegt. Beispiel hierfür wären M-Funktionen wie das Öffnen und Schließen von Spannelementen.

Unterprogramme / Zyklen Um eine Simulation der NC-Ausgabe zu ermöglichen, müssen natürlich auch die Zyklen der realen Maschine in der Simulation nachgebildet werden. Die Zyklendefinitionen finden sich in einem eigenen Unterverzeichnis. Im CCF wird dann zum Beispiel der Zusammenhang zwischen M6 und dem Unterprogramm ToolChange.SPF festgelegt. Als Minimum sollte hier der Werkzeugwechsel definiert werden. Im hier gezeigten Beispiel sehen wir die Nachbildung der Öffnungs- und Schließfunktion für die Tür zum Werkzeugmagazin.

Beispiel: Werkzeugwechsel Lassen Sie uns noch einen detaillierten Blick auf den Ablauf des Werkzeugwechsels werfen: Im NC-Programm steht: „M06 T1“ Wird vom Parser zerlegt in M 06 und T 1 M06 erkennt das CCF als Werkzeugwechsel mit zugehörigem Werkzeugnamen (-nummer) und ruft das Unterprogramm für den Werkzeugwechsel auf (ToolChange.spf) Dort steht die Werkzeugwechselposition Die Soft-Limits werden deaktiviert für den Werkzeugwechsel Die Tür zum Magazin wird geöffnet Werkzeug wird aktiviert Soft Limits werden wieder aktiviert Zurück zum NC-Programm

Vorteile der Maschinensimulation (CSE) Prozesssicherheit durch realitätsnahe Nachbildung der Maschine Reale NC-Programme werden simuliert Eilgang, Vorschub, Linear-, Kreisbewegungen Prüfung von Maschinenlimits Kollisionsprüfung Interpolation mit echter Zykluszeit (IPO-Takt, z.B. 2ms, 4ms,..) Bewegungsplanung mit dynamischen Achsparametern sehr gute Laufzeitabschätzung (90-95%) Zyklen-Nachbildung entweder original oder nachgebildet Transformationen abbildbar (z.B. TRAORI, TRANSMIT,…) Zusammen mit Maschinenherstellern bieten wir über die erwähnten Optionen hinaus noch eine Integration des VNCK in die Simulation an. Dies bietet dann den Vorteil, ein Archiv der echten Maschine mit allen Werten in der Simulation zur Verfügung zu haben. Damit kommt man noch etwas näher an die Realität, die Genauigkeit der Zeitabschätzung steigt auf bis zu 98%. Hierzu ist aber der Maschinenhersteller notwendig, um sein know-how mit zur Verfügung zu stellen  OEM Diese Option ist aber nur für die Sinumerik verfügbar.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Claus Michelfeit Product Manager Manufacturing Engineering Group Schreiberhauerstr. 3 90475 Nürnberg Phone: +49 9122 87 50 760 E-mail: claus.michelfeit@siemens.com Damit bin ich mit meinen theoretischen Erläuterungen am Ende. Noch Fragen? Dann übergebe ich das Wort an meine Kollegen von Janus für die Darstellung von Beispielen aus der Praxis Smarter decisions, better products.

History Rev. Date Name Comment 1 10/25/2013 Claus Erster Entwurf

Allowable design space With title bar or without...bar can use blue, grey or orange colors Optional background colors for boxes: 85 | 160 | 185 140 | 195 | 210 205 | 230 | 235 215 | 215 | 205 170 | 170 | 150 190 | 205 | 215 135 | 155 | 170 35 | 55| 70

Siemens color palette Web and presentation colors (RGB) Primary colors | RGB-values Accent colors | RGB-values Special web colors 0 | 153 | 153 235 | 120 | 10 238 | 238 | 238 255 | 185 | 0 153 | 0 | 0 255 | 255 | 255 100 | 25 | 70 0 | 0 | 0 175 | 35 | 95 135 | 155 | 170 0 | 100 | 135 85 | 160 | 185 190 | 205 | 215 100 | 125 | 45 170 | 180 | 20 170 | 170 | 150* 15 | 25 | 35 80 | 90 | 100 215 | 215 | 205 * Siemens Sand is only permitted at full saturation in type.

Siemens color palette GUI colors (RGB) 35 | 55 | 70 60 | 55 | 45 125 | 45 | 30 65 | 20 | 50 0 | 55 | 75 55 | 80 | 15 5 | 10 | 15 55 | 75 | 90 90 | 85 | 75 160 | 60 | 35 80 | 20 | 60 0 | 70 | 100 70 | 95 | 25 15 | 25 | 35 80 | 100 | 115 110 | 105 | 90 180 | 75 | 40 100 | 25 | 70 0 | 85 | 120 85 | 110 | 40 30 | 40 | 50 100 | 120 | 135 130 | 127 | 110 200 | 90 | 30 120 | 30 | 75 0 | 100 | 135 100 | 125 | 45 50 | 60 | 70 115 | 135 | 150 150 | 150 | 130 220 | 105 | 20 135 | 30 | 80 20 | 115 | 145 115 | 135 | 50 65 | 75 | 85 135 | 155 | 170 170 | 170 | 150 235 | 120 | 10 155 | 30 | 90 40 | 130 | 160 135 | 150 | 40 80 | 90 | 100 155 | 175 | 190 185 | 185 | 165 245 | 140 | 20 175 | 35 | 95 60 | 145 | 175 150 | 165 | 30 100 | 110 | 120 173 | 190 | 203 200 | 200 | 185 250 | 165 | 10 195 | 70 | 115 85 | 160 | 185 170 | 180 | 20 125 | 135 | 145 190 | 205 | 215 215 | 215 | 205 255 | 185 | 0 215 | 105 | 140 115 | 180 | 200 190 | 195 | 40 150 | 160 | 170 205 | 217 | 225 225 | 225 | 215 255 | 205 | 80 230 | 135 | 165 140 | 195 | 210 210 | 215 | 65 175 | 185 | 195 223 | 230 | 237 235 | 235 | 227 255 | 225 | 120 240 | 170 | 195 175 | 215 | 225 230 | 230 | 95 200 | 210 | 215 235 | 240 | 245 245 | 245 | 240 255 | 240 | 155 245 | 200 | 220 205 | 230 | 235 240 | 240 | 140 220 | 225 | 230