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Datum: 01.09.2004
"Zeit ist Geld, und die ist in der Serienfertigung besonders kostbar. Deshalb legen Fertigungsbetriebe bei der CAM-Programmierung großen Wert auf möglichst kurze Rüst- und Maschinenlaufzeiten. Die Optimierung von Werkzeugwegen und Schnittbedingungen erfordert ein CAD/CAM-System, das den Leistungsumfang der komplexen Maschinen in der Serienfertigung voll ausschöpft und zugleich in der Lage ist, ihr Zeitverhalten zuverlässig zu simulieren.
Bei der Fertigung von hohen Losgrößen können sich Einsparungen von wenigen Sekunden bei der Bearbeitung der einzelnen Teile erheblich auf die Stückkosten auswirken. Das hängt nicht zuletzt damit zusammen, dass in der Serienfertigung anders als zum Beispiel im Werkzeug- und Formenbau - in aller Regel sehr komplexe Maschinen und spezielle Werkzeuge eingesetzt werden, die entsprechend kostspielig sind. Deshalb sind Fertigungsunternehmen eher bereit, Zeit in die Wahl der optimalen Werkzeuge, Bearbeitungszyklen und Schnittbedingungen zu investieren, um ihre Bearbeitungszeiten so kurz wie möglich zu halten. Die Programmierzeit spielt für sie keine so wichtige Rolle.
Dessen ungeachtet wollen natürlich auch Fertigungsbetriebe nicht auf eine komfortable CAM-Programmierung verzichten. Integrierte 3D-CAD/CAM-Lösungen wie die TopSolid-Produktfamilie von Missler Software bieten in dieser Hinsicht den Vorteil, dass der Anwender fertigungsrelevante Informationen wie Bohrungen, Nuten oder Taschen, die bereits bei der Konstruktion definiert wurden, bei der Programmerstellung nicht erneut eingeben muss und die einmal erzeugten NC-Programme bei späteren Änderungen an der Teilegeometrie sehr einfach aktualisieren kann. Die Programme lassen sich auch bei Teilen mit ähnlicher Geometrie wieder verwenden, was den Programmieraufwand reduziert.
Die Zuverlässigkeit der erzeugten NC-Programme ist für ein Fertigungsunternehmen von großer Bedeutung, weil ein Werkzeugbruch oder der Stillstand einer Maschine hohe Zusatzkosten verursacht. Sie trägt aber auch dazu bei, die Rüstzeiten kurz zu halten. Wenn der Mann an der Maschine sicher sein kann, dass das Programm wie am Schnürchen läuft, braucht er nicht so viel Zeit für das Einfahren der Maschine. Die 3D-Programmierung schließt Fehler natürlich nicht vollständig aus, aber sie vermeidet wenigstens die typischen Zahlendreher und andere Flüchtigkeitsfehler bei der manuellen Eingabe.
Wie zuverlässig die NC-Programme sind, hängt in erster Linie davon ab, wie gut die entsprechende CAM-Software die eingesetzten Maschinen beherrscht. Die Anforderungen der Fertigungsindustrie diesbezüglich sind hoch, denn die Unternehmen setzen heute hochkomplexe Bearbeitungszentren für die kombinierte Dreh-, Bohr- und Fräsbearbeitung ein, um ihre Werkstücke nach Möglichkeit mit einer Aufspannung komplett zu bearbeiten. Es gibt 5-Achs-Maschinen mit zwei zusätzlichen Spindeln und Revolvern, die simultan angesteuert werden können. Jedes Unternehmen setzt unter Umständen eine etwas andere Konfiguration der Maschine ein. Das erfordert auf Seiten des Softwareherstellers bzw. seiner Vertriebspartner sehr viel Know-how, um den Maschinenpark in der Software abbilden und die Postprozessoren anpassen zu können. Viele Fertigungsunternehmen legen dabei Wert darauf, dass die Postprozessoren in der Lage sind, Unterprogramme zu verwalten, um den Maschinencode im Bedarfsfall schneller lesen und einfacher modifizieren zu können.
Die korrekte Abbildung der Maschinenfunktionen und -parameter ist die Voraussetzung für eine exakte Simulation der erzeugten Bearbeitungsprogramme. Dabei geht es nicht nur darum, mögliche Kollisionen auszuschließen, sondern auch um eine effiziente Optimierung der Maschinenlaufzeiten. "Wenn ich bei der Simulation sehe, wo die Maschine bei der Bearbeitung die meiste Zeit benötigt, kann ich gezielt eingreifen und gegebenenfalls ein anderes Werkzeug oder eine andere Bearbeitungsstrategie wählen, beispielsweise einen bestimmten Bereich HSC-fräsen oder ein teureres Werkzeug einsetzen, mit dem ich tiefer eingreifen kann", erläutert Ulrich Alt, Geschäftsführer von Missler-Vertriebspartner WeSt.
CAM-Lösungen für die Serienfertigung müssen heute das Hochgeschwindigkeitsfräsen gut unterstützen, eine Anforderung, die TopSolid'Cam vollständig erfüllt. Durch das Einfügen von Schleifen und Radien ergeben sich nicht nur beim Schruppen durchgehend weiche Verfahrwege, auch beim Schlichten können die Fräsbahnen in scharfen Ecken gerundet werden, um den Verfahrweg flüssiger zu gestalten und die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Zur weiteren Beschleunigung gibt es einen Modus, der abwechselnd im Gleich- und im Gegenlauf fräst. Das widerspricht zwar dem Dogma, dass immer im Gleichlauf gefräst werden sollte, ist aber bei geringer Eingriffstiefe durchaus zulässig und spart enorm viel Zeit.
In der Serienfertigung werden oft Mehrfachaufspannungen verwendet, um die Bearbeitungszyklen zu reduzieren, beispielsweise Spanntürme mit Drehhachse. Auch das muss natürlich durch die CAM-Software unterstützt werden, denn sonst kann der Programmierer nicht untersuchen, ob es zweckmäßiger ist, mit einem Werkzeug alle vier Seiten zu bearbeiten und dann erst das Werkzeug zu wechseln oder jedes Werkstück für sich fertig zu bearbeiten. Die Simulation der Werkzeugwechsel ist nicht unwichtig für die Verkürzung der Bearbeitungszyklen und dient insbesondere bei Drehmaschinen mit Revolvern der Optimierung von An- und Abfahrtswegen.
Eine der wesentlichen Anforderungen an eine CAM-Lösung für die Serienfertigung ist die Möglichkeit, das im Unternehmen vorhandene Fertigungs-Know-how in der Software abzubilden und damit allen Anwendern verfügbar zu machen. Das fängt schon bei den eingesetzten Werkzeugen, Zustelltiefen und anderen Parametern an. "Viele Programmierer gehen lieber auf Nummer sicher und nutzen das Potential der eingesetzten Werkzeuge und Maschinen nicht aus", sagt Alt. "Wenn man ihnen getestete Voreinstellungen zur Verfügung stellt, tun sie sich bei der Optimierung der Bearbeitungszyklen wesentlich leichter."
Leistungsfähige Simulationsfunktionen sind das A und O für die Optimierung der Maschinenlaufzeiten, weil der CAM-Programmierer im Einzelfall nur schwer beurteilen kann, welcher Weg am schnellsten zum Ziel führt. Ulrich Alt erläutert das an einem Beispiel: "Die neue Version von TopSolid'Cam bietet die Möglichkeit der Trochoiden-Bearbeitung, bei der sich das Werkzeug in kleinen Kreisen bewegt, so dass der Schnittdruck geringer ist. Dadurch kann ich tiefer ins Material eingreifen, lege aber auch einen längeren Weg zurück. Ob das eine Zeitersparnis bringt, hängt also im Einzelfall davon ab, mit welchem Vorschub und welcher Drehzahl ich die Maschine fahre. Das kann der Anwender nicht sofort erkennen, aber mit TopSolid'Cam zuverlässig simulieren."
Durch eine optimale Steuerung der Rauhtiefe lässt sich die Maschinenlaufzeit ebenfalls verkürzen. Zur schnelleren Bearbeitung wird die Schrittweite zwischen den Durchgängen optimiert und die maximale Rauhtiefe beibehalten. Zu den Neuerungen in der Version 2005 von TopSolid'Cam gehört die Möglichkeit, exakt die benötigte Rauhtiefe zu ermitteln und ausgehend davon die ideale Schrittweite für die schnellsten Bearbeitungszyklen zu berechnen. Dies führt bei der Bearbeitung zu einer Zeitersparnis von bis zu 40 Prozent.
Neben der Trochoiden-Bearbeitung unterstützt TopSolid'Cam neuerdings auch das Tauchschruppen. Dabei wird das Material durch Eintauchen in das Werkstück anhand vertikaler Bohrvorgänge auf effiziente Weise entfernt, was die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert. Ein schonender Umgang mit den Werkzeugen ist gerade für Serienfertiger wichtig, weil sie häufig teurere Spezialwerkzeuge einsetzen. Ihre Lebensdauer kann in der Werkzeug-Datenbank des CAM-Systems hinterlegt werden. Da die Software zugleich die Länge der Werkzeugbahnen kennt, kann der Programmierer rechtzeitig einen Werkzeugwechsel veranlassen, bevor der Fräser stumpf wird. "Ein stumpfer Fräser zieht sich in die Kontur, so dass Sie die Teile wegwerfen können, wenn sie das erst nach der Schicht feststellen", erläutert Ulrich Alt.
Um die teuren Maschinen optimal auszulasten, arbeitet die Fertigung in aller Regel in mehreren Schichten. Das bedeutet, dass die Mitarbeiter dort "rund um die Uhr" auf alle fertigungsrelevanten Unterlagen zugreifen müssen. Deshalb kommen Fertigungsbetriebe auf Dauer nicht ohne eine leistungsfähige Datenverwaltung aus, die neben den CAD-Daten auch die NC-Daten und andere fertigungsrelevante Informationen verwaltet und die Prozesse in Konstruktion und Fertigung elektronisch unterstützt. Missler Software hat zu diesem Zweck eine schnell zu implementierende und einfach zu bedienende Produktdaten-Management-Lösung entwickelt, die vollständig in die TopSolid-Produktfamilie integriert ist. Die Software wird in Frankreich bereits von zahlreichen Kunden aus der Fertigungsindustrie eingesetzt und soll auch für den deutschen Markt freigegeben werden.