Eine Handeingabesteuerung ist eine CNC zur automatisierten Fertigung durch Werkzeugmaschinen mit der besonderen Eignung zur Erstellung des Fertigungsprogramms an der Maschine. Man spricht dabei von der „Steuerung“, welche aber Steuerungs- und Regelungsaufgaben erledigt. Der Facharbeiter soll einen möglichst großen Anteil seines Fertigungsspektrums ohne eigene Berechnungen einfach eintippen können. Als einzugebende Werte sollen die Angaben ausreichen, die in einer eindeutig bemaßten, fertigungsgerechten Zeichnung enthalten sind. Sie braucht daher zahlreiche Hilfen, die dies auch unter Werkstattbedingungen (Lautstärke, Platzmangel, Gefährdung usw.) ermöglichen. Konkret geht es dabei um Funktionen wie die Berechnung der Äquidistanten durch die Steuerung, Zyklen, direkt lesbaren Programmcode, grafische Simulation usw.

Programmiersprachen Es gibt Handeingabesteuerungen, welche mit 3 verschiedenen Programmiersprachen betrieben werden können. Programmweise kann eine verschiedene Sprache verwendet werden und alle 3 Typen können gleichzeitig im selben Gerät gespeichert werden. Beispielsweise kann der Anwender an der Steuerung ein kurzes Startprogramm mit Klartext selbst eintippen und dort vom CAM-System generierte Massendaten aufrufen.

Normung

Die Normung greift für die wenigen Funktionen, die damit geregelt sind auch bei diesen Steuerungen. F ist auch hier der Vorschub und die genormte M-Funktion M2 z. B. steht für Programm-Ende. In der Norm DIN 66025/ISO 6983, meist kurz DIN/ISO-Programmierung genannt, sind grundlegende, allerdings rudimentäre Festlegungen festgeschrieben, welche auch für Handeingabesteuerungen gelten. Die weiteren Funktionen sind weitestgehend Hersteller-spezifisch in Aufbau und Wirkungsweise.

Programmiersprachen-Übersicht Werkstatt-orientierte Programmierung Durch Text und Hilfsbilder und weitere Eingabehilfen unterstützte Sprache für die Werkstattprogrammierung (WOP) DIN-ISO G-Code-gestützte Programmierung hauptsächlich für die externe Programmierung. DIN/ISO-Programme verschiedener Steuerungshersteller sind nicht miteinander kompatibel, weil heute (2011) jeder Hersteller die über die Normung hinausgehenden Abläufe nach eigenem Ermessen auslegt. SmarT-NC (Heidenhain) Ab der iTNC 530 vorhandene weiterentwickelte Werkstattprogrammierung mit überwiegendem Einsatz von Zyklen für häufige Aufgabenstellungen.

„Klartext“artige-Sprachen Viele heutige Steuerungshersteller entwickeln und fertigen jeweils eine oder sogar mehrere eigene Sprachen. Dabei werden Klartext und Bilder verwendet, welche die Werkstattprogrammierung ermöglichen bzw. erleichtern.

Klartext Durch Text und Hilfsbilder unterstützte Sprache der Firma Heidenhain für die universelle Werkstattprogrammierung Shopmill Entwicklung des deutschen Steuerungsherstellers Siemens (Sinumerik) Fanuc Entwicklung des japanischen Steuerungsherstellers Fanuc Mazatrol Entwicklung des japanischen Steuerungsherstellers Yamazaki Mazak

Einsatzmöglichkeiten

Traditionell die automatische spanende Fertigung industrieller Teile, primär auf Dreh- oder Fräsmaschinen, aber auch Laser-Verwendung, Biegen, Wasserstrahlschneiden usw. mit der Besonderheit, dass die Programme vom Facharbeiter in der Werkstatt erstellt werden (können). Dies trifft vor allem für Betriebe mit geringer Arbeitsteilung zu, für Kleinserienfertigung mit wenig Arbeitsvorbereitung. Es ergibt sich aber auch bei zunächst externer Programmierung der Vorteil, dass Abläufe an der Maschine besser beurteilt werden können als am Programmierplatz und mit Werkstattprogrammierung optimiert und so zurückgeschickt werden können.

SPS und NC Eine Numerische Steuerung enthält funktionsmäßig 2 grundverschiedene Bereiche:

SPS

Die SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), auch PLC (Programmable Logic Controller = Programmierbare Verknüpfungssteuerung) ist die aktuelle Lösung für die ursprüngliche hardwaremäßige, feste Verdrahtung. Sie wird vom Maschinenhersteller für einen bestimmten Maschinentyp entwickelt und verbindet permanent aktuelle, in der Regel digitale Eingangssignale und aus dem NC-Programm kommende Schaltbefehle mittels logischer Verknüpfungen.

Beispiel: Im NC-Programm wird eine Fahrbewegung mit Fräsvorschub gelesen. Die SPS prüft, ob die Spindel sich dreht, die Solldrehzahl erreicht ist, der Arbeitsraum geschlossen ist und ggf. zusätzliche Sicherheitsbedingungen eingehalten sind. Erst dann und nur so lange alle diese Bedingungen vorliegen, gibt sie den Vorschub frei. Das Verknüpfungsprogramm bestimmt in hohem Maße die Möglichkeiten und den Komfort einer Maschine und bleibt bei Standardmaschinen nach Auslieferung der Maschine unverändert. Auf Kundenwunsch kann der Maschinenhersteller jedoch auch nach Auslieferung der Maschine Änderungen im PLC-Speicher vornehmen. Für den Benutzer der Maschine ist es nicht direkt sichtbar.

NC Die im NC­-Teil befindlichen Programme dienen der Herstellung der momentan zu fertigenden Teile. Sie enthalten in einer zur Fertigung von Teilen geeigneten Programmiersprache Anweisungen für Fahrbefehle, Zyklen für komplexe Fertigungsabschnitte, Ausgabe von Schaltbefehlen, Rechenabläufe usw. Die Programme werden an der Maschine erstellt oder extern und können ständig wechseln.

Betriebsarten

Einrichtbetrieb Die NC bietet bei einer Handeingabesteuerung manuelle Betriebsarten zum Einrichten der Maschine wie Manuell, Handrad, Handeingabe (MDI=Manual Data Input)

Programmierplatz Betriebsart Editieren (Programm erstellen) mit Bildschirm und Datenschnittstellen zur Erstellung und Betriebsart Simulation von Fertigungsprogrammen

Maschine/Fertigung Betriebsart Satzfolge zur automatischen, kontinuierlichen Fertigung von Teilen Betriebsart Einzelsatz zur zeilenweisen Ausführung von Programmen.

Geschichtliche Entwicklung der Handeingabesteuerung Die Handeingabesteuerung hat sich aus der NC über die CNC entwickelt.

(Andere Hersteller ergänzen!) Entwicklungen

CNCs Die Verfügbarkeit von Mikroprozessoren erlaubte ab 1978 den Bau von CNCs (Computerized Numerical Controls). Der integrierte Mikrocomputer, Tastatur und Bildschirm, Arbeitsspeicher, externe Speichergeräte usw. ermöglichten generell die Eingabe und Modifikation von Programmen an der Maschine. Die Mikroprozessor- und Computertechnik einer CNC erlaubt dem Hersteller von Werkzeugmaschinen, softwaretechnisch Verbesserungen und Erweiterungen der Funktionalität in die laufende Maschinen-Serie einzubringen, ohne die Steuerungs-Hardware – oft auch, ohne die Maschinenmechanik und Verschaltung ändern zu müssen. So kann schneller auf die Anforderungen des Marktes reagiert werden. Häufige Abläufe ließen sich programmtechnisch definieren und viel einfacher weiterentwickeln. Immer mehr Systemzyklen und schließlich auch vom Anwender selbst erstellbare Zyklen vereinfachten und beschleunigten die Programmierung vor Ort. Immer leistungsfähigere Elektronik erlaubte auch immer realistischere und schnellere grafische Simulation.

Handeingabesteuerungen Der um 1978 erreichte Leistungsstand von Hard- und Software führte zu der Überlegung, dem Maschinenbediener/Facharbeiter wieder Zugang zum Fertigungsablauf zu verschaffen um sein Fertigungs-Wissen zu nutzen. Die Erstellung der Programme musste soweit vereinfacht werden, dass sie auch unter Werkstattverhältnissen realistisch zu bewältigen war. In einer guten Handeingabesteuerung sind daher viele Zielsetzungen des WOP-Arbeitskreises realisiert (WOP = Werkstatt-orientierte Programmierung). Dem Anwender von Werkzeugmaschinen bietet die Handeingabesteuerung neue Möglichkeiten in den Bereichen der Programmerstellung, Visualisierung und Bedienerführung. Parallel dazu wurde die Leistungsfähigkeit von Steuerungen auch zur externen Programmierung gesteigert durch Erhöhung der Rechengeschwindigkeit, Anzahl der Achsen, Schnittstellen-Anbindung usw. Heute (2011) werden sowohl Handeingabesteuerungen, als auch Steuerungen zur externen Programmierung gebaut. Eine eindeutige Abgrenzung ist oft nicht möglich, da sich leistungsfähige Handeingabesteuerungen auch extern programmieren und steuern lassen und andererseits viele nicht explizit so benannte Steuerungen ebenfalls über für diese typische Ausstattungsmerkmale verfügen. Handeingabesteuerungen finden sich bevorzugt in kleineren Betrieben mit geringer Arbeitsteilung und in den Werkstätten der Großbetriebe.

Leistungsklassen

Leistungsklassen nach Anzahl der simultan bewegbaren Achsen:

(1D) Punktsteuerung

Auch als Positioniersteuerung bezeichnet. D steht für Dimension = simultan (gleichzeitig) verfahrbare Maschinenachsen. Kann vorgegebene Positionen mit fester, in der Regel maximaler Geschwindigkeit anfahren. Die Bearbeitung findet am Endpunkt der Bewegung statt. Werkzeugkompensation: Werkzeuglängenkompensation Bewegungsform: Geradenbewegung Fertigungsarten: Bohren, Sägen, Biegen, Punktschweißen, Laserbearbeitung, Stanzen.

(1D) Streckensteuerung Kann 1 Achse mit programmierbarem Vorschub verfahren. Die Bearbeitung kann daher während der Bewegung mit einem dazu geeigneten Vorschub stattfinden. Weiterhin gibt es einen Eilgang zum Positionieren.

Werkzeugkompensation: Werkzeuglängenkompensation* Bewegungsform: Achsparallele Geradenbewegung Fertigungsarten: Senkrechte Bohrungen, achsparallele Fräsbilder, achsparallele Schweißnähte, achsparallele Laserbearbeitung. Es gibt Steuerungen mit einer achsparallelen Werkzeugradiuskompensation.

(2D) Bahnsteuerung

Kann 2 Achsen simultan mit programmierbarem Vorschub interpoliert verfahren (so, dass der programmierte Endpunkt von den beteiligten Achsen gleichzeitig erreicht wird). Die Bearbeitung kann daher während der Bewegung mit einem dazu geeigneten Vorschub stattfinden. Weiterhin gibt es einen Eilgang zum Positionieren. Werkzeugkompensationen: Werkzeuglängenkompensation und Werkzeugradiuskompensation Bewegungsformen (achsparallele und schräge) Gerade, Kreise in einer Interpolationsebene, mathematische Kurven in einer Interpolationsebene. Es gibt einen programmierbaren Bearbeitungsvorschub und eine maximale Positioniergeschwindigkeit. Fertigungsarten: Senkrechte Bohrungen, ebene Fräsbilder, Biegen, Schweißen, Laserbearbeitung.

(3D) Bahnsteuerung 3 kartesische (senkrecht zueinander stehende) Maschinenachsen Kann mit bis zu 3 Achsen simultan mit senkrecht stehendem Werkzeugträger verfahren. Am Markt befinden sich auch 2,5D-Bahnsteuerungen: Von 3 regelbaren Achsen können jeweils 2 sich simultan bewegen, die 3. Achse muss während dieser Bewegung in ihrer Position bleiben. Sie kann bei anderen Bewegungen jedoch mit einer der anderen Achsen kombiniert verfahren. Bewegungsformen: Zusätzlich zu den obigen Varianten: Schräg im Raum angeordnete, in sich gerade Flächen, rotationssymmetrische Körper, Kugel(teile), Grundkörper, Regelflächen. Fertigungsarten: Senkrechte Bohrungen, Fräsen, Biegen, Schweißen, Laserbearbeitung.

(3D) Bahnsteuerung mit weiteren starren Linear- oder Rundachsen Kann mit mehr als 3 Achsen simultan in starrer Stellung von Werkzeug oder Werkstückträger die sich durch die Ansteuerung der Zusatzachsen ergebende Verlagerung des WZ-Angriffspunktes berechnen und durch entsprechende Ausgleichsbewegung der Grundachsen kompensieren. Werkzeugkompensationen: Werkzeuglängenkompensation und Werkzeugradiuskompensation, ggf. auch additive Werkzeugkorrekturen für Länge und Radius zur Berücksichtigung von Werkzeugverschleiß. Bewegungsformen: Für schräg im Raum angeordnete, in sich gerade Flächen, (rotationssymmetrische) Körper, Kugel(teile), Grundkörper, Regelflächen und CAD-generierte Flächen.

(3D) Bahnsteuerung mit weiteren schwenkbaren Linear- oder Rundachsen Kann mit mehr als 3 Achsen simultan mit einschwenkbarem Werkzeugträger und/oder Werkstückträger verfahren, und die sich durch das Einschwenken ergebende Verlagerung des WZ-Angriffspunktes berechnen und durch entsprechende Ausgleichsbewegung der Grundachsen kompensieren.