Datenanalyse und Optimierung mit dem NC-Profiler

Maschinenbasierte NC-Datenanalyse

Fehlerhafte NC-Programme für die Werkstückbearbeitung verursachen oft hohe Kosten, beispielsweise durch Werkzeugausfall oder aufwendige Nachbearbeitungsschritte. Die am Fraunhofer IPT entwickelte Software »NCProfiler« bietet eine maschinenspezifische Analyse und Optimierung auf Basis von NC-Daten für jeden Fertigungsprozess direkt an der Maschine. Bei der Analyse über einen stationären Computer oder über ein Mobilgerät, beispielsweise auf einem Tablet oder Smart Glasses, werden neben der Maschinenkinematik auch die dynamischen Limitierungen der einzelnen Achsen sowie Steuerungseigenschaften berücksichtigt. Durch die an die Bearbeitungsmaschine adaptierte Analyse können Defekte des NC-Codes schon vor der eigentlichen Bearbeitung erkannt und behoben werden. Typische Fehler wie treppenförmige NC-Bahnen oder Sprünge durch Flächenversätze werden zuverlässig erkannt, auf dem Werkzeugweg markiert und im NC-Programm angezeigt. Der NCProfiler arbeitet direkt mit dem NC-Code und kann daher sowohl zur Kontrolle der Postprozessorausgabe als auch zur Analyse schon bestehender NC-Programme eingesetzt werden. Es werden alle gängigen NC-Formate, beispielsweise Heidenhain iTNC, Sinumerik oder ISO-NC, aber auch Zwischenformate wie APT oder CLDATA unterstützt. Für die einlesbaren Formate sind auch Codegeneratoren verfügbar, mit denen sich der NCProfiler als Postprozessor einsetzen lässt.

Präzise Vorhersage durch kinematische Modellierung

Für die Analyse bildet der NCProfiler die Kinematik der Werkzeugmaschine ab, auf der die Bearbeitung stattfinden soll. So können die durch das NC-Programm vorgegebenen Bewegungen der einzelnen Achsen auf Überschreitungen dynamischer Grenzwerte wie Ruck und Beschleunigung sowie auf Achsumkehrpunkte untersucht werden. Solche Positionen werden dann für den Nutzer farbig auf dem Werkzeugweg markiert und auch im NC-Programm kenntlich gemacht. Außerdem sind die zeitlichen Verläufe der dynamischen Achswerte über Graphen darstellbar. Neben dieser kinematischen Analyse berechnet der NCProfiler eine Bahnvorschubgeschwindigkeit, in der die Begrenzungen der einzelnen Achsen sowie die geometrischen Randbedingungen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht eine Abschätzung der Bearbeitungsdauer sowie deren Aufschlüsselung in Haupt- und Nebenzeiten.

Tracing: Aufnehmen von Maschinendaten

Neben den simulierten Bewegungsdaten können auch reale Daten visualisiert werden: Die Bewegungen der einzelnen Achsen können während der Bearbeitung eines Werkstücks aufgenommen und im NCProfiler dargestellt und analysiert werden. So erhält der Bediener umgehend Informationen über tatsächliche Positionen, Geschwindigkeiten und Rücke. Außerdem lässt sich das korrekte Werkzeugverhalten verifizieren und Bahnabweichungen vor, während und nach der Bearbeitung werden erkennbar.

Harmonischerer Bahnverlauf durch Spline-Technologie

Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Bearbeitung von Freiformflächen ist die Erzeugung einer harmonischen Bahnführung. Im NCProfiler sind Funktionen zur automatisierten Glättung der Werkzeugbahn unter Einhaltung von Vorgabetoleranzen verfügbar. Dadurch lässt sich eine höhere Oberflächengüte bei der Werkstückbearbeitung erzielen. Durch die verbesserte Ausgangssituation für die Folgebearbeitung lassen sich so kostenintensive und manuelle Nachbearbeitungsschritte reduzieren.

Ihr Nutzen

Der NCProfiler ermöglicht eine detaillierte Analyse und Optimierung der NC-Daten auf einem Arbeitsplatzrechner, bietet aber auch eine schnelle Übersicht über den NC-Code auf einem mobilen Gerät. Kritische Bereiche des Werkzeugweges können sowohl direkt in der CAM-Ausgabe als auch im maschinenspezifischen NC-Code identifiziert und durch programmeigene Optimierungsfunktionen verbessert werden. Durch die Postprozessorfunktionalität fügen sich die optimierten NC-Programme nahtlos in die bestehende Prozesskette ein. Das Resultat ist eine verkürzte Programmanlaufzeit, weniger Ausschuss und eine höhere NC-Programmqualität.

Modularer Aufbau des »NCProfiler«

Die Funktionalitäten des NCProfiler sind in aufeinander aufbauenden Modulen gekapselt. Diese Module können einzeln lizenziert werden und so passgenau für die Bedürfnisse des Kunden in einem Softwarepaket zusammengestellt werden. Der NCProfiler kann sowohl als reine Kommandozeilenapplikation, etwa für Postprozessoraufgaben, mit einer individualisierten Benutzeroberfläche für Analyse- und Optimierungsarbeiten oder mit einer Oberfläche für Mobilgeräte bestellt werden, mit der sich schnelle Analysen direkt an der Maschine durchführen lassen.

Die Leistungsmerkmale im Überblick

2D-Visualisierung

Das 2D-Graphenfenster des NCProfiler zeigt Ihnen die Ergebnisse der NC-Datenanalyse als Diagramme. Beispielsweise können so die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der einzelnen Achsen kontrolliert werden.

3D-Visualisierung

In der 3D-Ansicht können der genaue Bahnverlauf auf dem jeweiligen Bauteil sowie weitere Informationen, beispielsweise die Werkzeuganstellung, visualisiert werden. Kritische Bereiche werden dabei farbig markiert.

Trace-Visualisierung

Aufgenommene Bewegungsdaten verschiedener System- und Prozessparameter, die mit einer
Sinumerik- oder Heidenhain-Steuerung aufgenommen wurden, können im NCProfiler zum Beispiel für eine Soll-Ist-Analyse eingelesen und visualisiert werden.

Tool Path Clean-up

Sowohl doppelte Bahnpunkte als auch Punkte innerhalb einer vorgegebenen Distanz können gefiltert werden, um so den Werkzeugpfad zu bereinigen.

Tool-Path-Optimierung

Der Werkzeugweg wird mithilfe von Splines geglättet und harmonisiert, um eine höhere Oberflächengüte bei der Bearbeitung zu erzielen.

NC-Code-Statistik

Der NC-Code wird unter Berücksichtigung der ausgewählten System- und Prozessparameter analysiert und die voraussichtliche Fertigungszeit wird angezeigt. Diese wird in Anfahr-, Abfahr-, Rapid- und Konturbewegungen aufgegliedert.

Postprocessor

Der eingelesene NC-Code kann mit dieser Postprozessorfunktionalität in einen anderen Dialekt umgewandelt werden.

Batchmodus

Sämtliche Operationen sind auch im sogenannten Batchmode für kundenseitige Automatisierungslösungen verfügbar. Dies erlaubt beispielsweise eine Umwandlung des NC-Codes in einen anderen Dialekt von der Kommandozeile aus.