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Zusammenarbeit des IBT mit Siemens bei der Weiterentwicklung von NX

Siemens NX Sinumerik

Das IBT hat in Kooperation mit Siemens in zahlreichen Projekten NX für Schulungs- und Anwendungszwecke weiterentwickelt. Dabei konnten eine E-Learning-Plattform für NX aufgebaut, eine Simulationsumgebung für digitale Zwillinge von Maschinen geschaffen, der virtuelle NC-Kernel (VNCK) in die CAM-Anwendung NX integriert sowie konventionelle und additive Fertigungselemente vereinigt werden.

Aufbau einer E-Learning-Plattform für NX

Das IBT hat einen Editor entwickelt, der es ermöglicht, einen digitalen Zwilling einer realen Werkzeugmaschine in der virtuellen Umgebung einer 3D-Simulation innerhalb von NX CAM zu steuern.  Der Editor verfügt über Online-Hilfebildschirme sowie einen Postprozessor für die Common Simulation Engine (CSE) in NX CAD/CAM. Der G-Code-Befehlssatz der herstellerneutralen pädagogischen algorithmischen Sprache (PAL) wird zur Programmierung von computergesteuerten numerischen Steuerungen (CNC) von Werkzeugmaschinen verwendet. Die Teilnehmer können die Sprache PAL verwenden, um Code zu erstellen und zu simulieren, der zur Ausführung von NX CNC-Werkzeugmaschinen-Simulationen verwendet werden kann. Dieses Plugin für die NX-Software kann für die Ausbildung in CNC-Technik für Maschinenbediener im dualen Ausbildungssystem hilfreich sein.

Die Grenzen der CAM-Simulation verschieben

Die NX CAM-Software wird nicht nur zur Erstellung von Programmen für NC-Werkzeugmaschinen, sondern auch zur realistischen Simulation des Verhaltens komplexer Maschinen verwendet. Ziel ist es, Kollisionen zu vermeiden, einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und die Bearbeitungsleistung in einem virtuellen Prozess zu überprüfen. Für die Produktentstehung nutzt das IBT die NX-Software, um eine Umgebung zu schaffen, die sie unabhängig von der verwendeten Hardware macht.

In einem Projekt verknüpften Studenten am IBT eine physikalische Prozesssimulation mit einer fortschrittlichen virtuellen speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) von Siemens SIMATIC S7-PLCSIM mit dem NX Mechatronics Concept Designer. Dazu gehörte die Definition von Sensoren und Aktoren sowie die Steuerung und Überwachung ihres Ansprechzeitverhaltens. Die SPS-Simulation und die Physiksimulation tauschen permanent Informationen aus. Damit ergab sich eine durchgängige Simulation mit digitalen Zwillingen der Mechanik und der SPS der Maschine, sodass die Projektbeteiligten Fehler bereits in der Planungsphase erkennen und beheben konnten, ohne physische Prototypen zu bauen.

In einem weiteren Projekt integrierten Studenten am IBT den virtuellen NC-Kernel (VNCK) zur NC-Codesimulation mit der CAM-Anwendung NX, um die Maschinensimulation von NC-Code zu erleichtern. Diese Integration ermöglicht realistischere Simulationen als andere Simulationsmethoden ohne VNCK, wie beispielsweise die Verwendung der Common Simulation Engine (CSE). Die NX CAM-Software stellt die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) der Sinumerik NC-Steuerungssoftware in der Simulationsumgebung zur Verfügung. Dies erleichtert die Erstellung von NC-Programmen aus 3D-Modellen mit NX CAM in der digitalen Prozesskette.

Vollständig kompatible Integration der additiven Fertigung

In der additiven Fertigung werden Stereolithographie (STL)-Dateien zur Darstellung der Bauteilgeometrie verwendet. Sie beschreiben nur die Oberflächengeometrie eines dreidimensionalen Objekts ohne Darstellung von Farbe, Textur oder anderen gängigen CAD-Modellattributen. Basierend auf einer dreieckigen Formbeschreibung führt ihr Einsatz zu nicht optimalen Ergebnissen bei runden Oberflächen. Außerdem werden die Tragkonstruktionen der Teile typischerweise in der Frontend-Software der generativen Produktionsanlagen hinzugefügt. Dies bedeutet, dass die Daten nicht für andere Zwecke wiederverwendet werden können. Simulationen, die beispielsweise für FEM-Festigkeitsanalysen verwendet werden, wären realistischer, wenn die verwendeten Volumenmodelle alle tragenden Strukturen des Bauteils umfassen.

In einem Projekt programmierten Studenten am IBT eine Softwareanwendung in NX-Software, die automatisch die tragenden Strukturen der zu fertigenden Teile mit Hilfe der additiven Fertigung erzeugt. Ziel war es, die Vorteile der durchgängigen Datenkonsistenz der Software zu nutzen. Dies ermöglicht die Kombination von additiven Fertigungstechniken und traditioneller Bearbeitung. Es bietet auch die Möglichkeit, perfekt runde Formen herzustellen und andere CAD-Modellattribute einzubinden. Darüber hinaus können die Ingenieure alle teilespezifischen Daten für nachfolgende Arbeiten an den digitalen Zwillingen der Teile nutzen.

Das IBT nutzt dies, um eine Hybridmaschine für die konventionelle und additive Fertigung zu entwickeln. Sie nutzt einen 6-achsigen Industrieroboter, der mit einem Extruder für den 3D-Druck und einer Spindel für die anschließende Bearbeitung ausgestattet ist. Die NC-Programme für diese unkonventionelle Fertigungseinheit werden ausschließlich mit NX CAM erstellt und simuliert und anschließend an die Steuerung des Roboters übertragen.

Kontakt

Hochschule Trier, Umwelt-Campus Birkenfeld
Institut für Betriebs- und Technologiemanagement (IBT)
Campusallee, Gebäude 9925
55768 Hoppstädten-Weiersbach