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Offline-Interpolation: hochauflösend und produktiv


Ultrapräzisionsmaschinen zur Herstellung komplexer Optikkomponenten greifen auf klassische CNC-Steuerungstechnik zurück. Wesentlich hochauflösender und produktiver gelingt die Werkzeug-bahnbewegung hingegen mit einem neuartigen Offline-Interpolationsansatz, der bestehende Limits überwindet.

Bild 1. Überwindet die Limitationen der bisherigen Datenkette: Ultrapräzisionsdrehmaschine ›IL300‹ mit
[zum Vergrößern in das Bild Klicken]

Die klassische Datenkette zur Herstellung optischer Oberflächen besteht im Wesentlichen aus den Schritten des funktionellen Designs der Oberfläche, dem CAD/CAM zur Berechnung einer Werkzeugbahn, der CNC-Berechnung zur Aufteilung der Werkzeugbahn in individuelle interpolierende Achsbewegungen der Maschine sowie der Lage und Geschwindigkeitsregelung der Einzel­achsen, um mit dem Tool Center Point (TCP) positionsgetreu der Werkzeugbahn zu folgen. Während die rein auf Geometriedaten basierenden Schritte des Designs und der CAD/CAM-Routinen offline auf PCs durchgeführt werden, lassen sich die Auflösungen zur Oberflächenbeschreibung nahezu beliebig zulasten der Rechenzeit und des verwendeten Speichers einstellen. Wenn die Datenformate und Rechenalgorithmen stimmig sind, lassen sich Abweichungen von der Sollgeometrie von bis zu einem Nanometer erzielen (Bild 1). Umgekehrt können sich bereits in diesen Schritten Fehler einschleichen, die eine ultrapräzise Fertigung einer optischen Oberfläche in den Folgeschritten unmöglich machen.

 

Interpolation der Einzelachsen
Die in der Kette folgende CNC-Rechenroutine teilt nun die ermittelte 3D-Werkzeugbahn derart auf, dass sie durch interpolierende Bewegungen der zur Verfügung stehenden Einzelachsen der Werkzeugmaschine umsetzbar ist. Die Verfahrprofile für die Einzelachsen werden als Führungsgrößen bezeichnet. Der Begriff der Interpolation impliziert hierbei die geometrische wie auch zeitlich abgestimmte Bewegung der Achsen. Neben den Geometriedaten der Schritte Design und CAD/CAM werden nun Geschwindigkeits-, Be­schleunigungs- und Ruckprofile (Veränderung der Beschleunigung) für die Einzelachsen berechnet und für die Bearbeitung hinterlegt. Die Berechnung in der CNC-Steuerung ist je nach Interpolationsroutine (Linear, Spline) komplex und aufwendig, wird allerdings nach dem Stand der Technik stets online während der Bear­beitung durch-
geführt. Um potenzielle Grenzwertüberschreitungen beziehungsweise Kollisionen zu vermeiden, wird mit einem steuerungsinternen Look ahead gerechnet, der typischerweise zwischen 200 und 2000 Bahnpunkte im Voraus inter­polieren kann. Es existieren derzeit keine CNC-Rechenansätze, um parallelisiert auf mehreren Kernen eines PCs zu rechnen; die Routinen werden auf Einzelkernen exerziert (Bilder 2a und b). [...]

 

Hersteller
INNOLITE GmbH
52074 Aachen
Tel. +49 241 475708-12
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