Die vollständige Automatisierung der CAM-Programmierung wäre wünschenswert, wird sich jedoch kaum verwirklichen lassen. Bestimmte Schritte lassen sich aber durchaus automatisch ausführen. Wir nennen Ihnen die 4 Hauptgründe, warum CAM-Programmierer auch weiterhin Arbeit haben werden – und wo sich Automatismen lohnen.
Gelegentlich wird die Auffassung vertreten, dass mit der Konstruktion eines dreidimensionalen CAD-Modells die CAM-Programmierung nur noch eine Formsache sei. Schließlich würden die abzutragenden Konturen und die zu fertigenden Features aus dem Modell abzuleiten sein. Das ist im Prinzip richtig. Doch in der Praxis ist auf dem Weg vom CAD-Modell zum NC-Programm sehr viel mehr zu beachten. Das sind die 4 wichtigsten Gründe, die gegen eine vollständige CAD/CAM-Automatisierung sprechen:
Die in der Fertigung verwendeten CAD-Modelle stammen häufig von anderen CAD-Systemen. Sie werden über häufig verwendete Schnittstellen wie STEP, Parasolid oder JT in das eigene CAD- oder CAM-System übertragen. Dabei gehen viele Informationen verloren, insbesondere solche über die Entstehung des Modells.
So ist bei einer Bohrung zum Beispiel oft nicht mehr ohne Weiteres erkennbar, ob es sich um eine einfache Bohrung, eine Passung oder gar ein Gewinde handelt. Normal- und Feingewinde sind nicht mehr unterscheidbar. Auch Form- und Lagetoleranzen gehen verloren – was bleibt, ist ein Modell im Nennmaß.
Dieser Informationsverlust liegt in den heute gebräuchlichen Schnittstellen begründet. Die Übertragung solcher Daten eines CAD-Bauteils ist in ihnen nicht vorgesehen oder wurde nicht standardisiert. Als Workaround werden Flächenfärbungen eingesetzt, die bestimmte Attribute einer Geometrie kenntlich machen sollen: Gelb steht zum Beispiel für Gewindeflächen und Violett für Flächen, die geschlichtet werden müssen.
Es gibt außerdem die Möglichkeit, PMIs („Product Manufacturing Information“) zu vergeben. Diese sind jedoch rein textliche Zusatzinformationen über das 3D-CAD-Bauteil. Ihre Verwendung hat das Ziel, das Mitsenden von 2D-Zeichnungen unnötig zu machen. Auf die Geometrie haben sie weder im Ursprungs- noch im Zielsystem einen Einfluss.
Bei der Verwendung eines durchgängigen Systems für Konstruktion und Fertigung wie TopSolid treten diese großen Informationsverluste nicht auf. Doch in der Praxis ist der Import von Fremdsystem oft notwendig. Dann sind fähige CAM-Programmierer gefragt.
Erfahrung und Wissen ist ebenso bei der Auswahl des Werkzeugs und des Verfahrens gefragt. Das reine CAD-Modell kann das nicht ersetzen. Gewindebohrungen zum Beispiel lassen sich auf verschiedene Arten herstellen: durch Gewindebohren, Gewindeformen oder Gewindefräsen. Das am besten geeignete Verfahren wird in der Arbeitsvorbereitung ausgewählt. Kriterien dafür sind unter anderem die Gewindegeometrie, die vorhandenen Werkzeuge, der Werkstoff und die Fähigkeiten der Werkzeugmaschine. Die Einflussfaktoren der automatisierten Fertigung sind so zahlreich, dass sich selbst für ein scheinbar einfaches Gewinde kaum feste Regeln bestimmen lassen.
Noch schwieriger wird die Prozessauslegung zum Beispiel bei Aussparungen, Taschen oder Konturen zum Schlichten, zumal mit unterschiedlichen Oberflächenqualitäten. Dann ist eine Vielzahl von Faktoren zu beachten. Die dafür oft benötigten Informationen aus dem Konstruktionsbaum des Teils (die Geschichte seiner Erstellung im CAD-System) sind aber nicht immer vollständig. Das passiert zum Beispiel, wenn ein Normteil mit Hilfe eines Abzugskörpers dargestellt wird. Dann fehlen viele Details zu diesem Teil. Das Modell lässt sich deswegen nicht in automatisierte Fertigung umsetzen. Wir reden also von einer m:n-Beziehung zwischen Konstruktionselement im Bauteil und seinen möglichen Bearbeitungen. In solchen Situationen kann praktisch nur ein versierter CAM-Programmierer oder Maschinenbediener die geeigneten Bearbeitungsschritte bestimmen.
Ein Weg zur CAM-Automatisierung ist die Verwendung von Makros. Alle modernen CAM-Systeme, wie selbstverständlich auch TopSolid'Cam. können vorgefertigte Folgen von Bearbeitungen in einer Bibliothek speichern. Diese lassen sich mit wenigen Mausklicks auf ein neues Teil übertragen. Das verkürzt die Eingabezeiten und reduziert das Fehlerrisiko. Aber auch hier sind Geometrien auszuwählen und Parameter einzugeben, die nicht automatisch vom Teil abgeleitet werden können.
Im Falle von ähnlich strukturierten Teilen wurde schon mehrfach versucht, die CAM-Programmierung zu automatisieren. Ein Beispiel ist die Elektrodenfertigung im Werkzeugbau. Solche Elektroden sind in verschiedenen Varianten je nach Bearbeitung herzustellen (lange oder kurze Elektrode, kleinster Eckenradius). Die Automatisierung erfolgt entweder durch das Hinterlegen komplexer Auswahlregeln, oder die sogenannte automatische Bearbeitungsfolge wird einheitlich für den ungünstigsten Fall ausgelegt.
In der Praxis scheitert es oft, Regelwerke für die intelligente Auswahl von Bearbeitungsverfahren zu formulieren. Denn in Unternehmen besteht häufig keine Einigkeit über solche Regeln, oder die angewendeten Kriterien sind nicht eindeutig. Deswegen fehlt bei Mitarbeitern oft das nötige Vertrauen in die Systematik. Eine auf den ungünstigsten Fall ausgelegte Bearbeitungsfolge ist zwar immer anwendbar, aber sie ist zwangsläufig in einem durchschnittlichen Fall ineffizient. Dann ist der Zeitgewinn durch die entfallende Programmierung gegenzurechnen mit der möglicherweise ineffizienten Bearbeitung.
Letztlich ergeben weder komplexe Auswahlregeln noch die einheitliche Bearbeitung befriedigenden Ergebnisse. Deswegen ist der CAM-Programmierer auch bei scheinbar einfachen Teilen schwer zu ersetzen.
Die Spannlage und Spannsituation oder Einschränkungen der Maschine sind wesentliche Faktoren der automatisierten Fertigung. Im Falle von kombinierten Dreh-Fräs-Bearbeitungen oder Bearbeitungen auf 5-Achsen-Bearbeitungszentren ist es nicht unbedingt offensichtlich, in welcher Lage das Werkstück am besten auf der Maschine gespannt wird. Oft sind nicht alle zu fertigenden Geometrien in einer Aufspannung erreichbar. Zudem können Spannmittel wie Pratzen oder Schraubstöcke Bearbeitungsgeometrien verdecken. Dann muss die Spannsituation im Laufe der Bearbeitung verändert werden, um zum Beispiel mehrseitige Bohrungen anzubringen.
Unabhängig davon, ob das Bauteil in einer Spannung fertiggestellt werden kann, sind Fragen hinsichtlich Stabilität und Schwingung des Bauteils zu berücksichtigen. Es kann auch sinnvoll sein, eine Durchgangsbohrung aus zwei Richtungen mit jeweils einem kurzen Werkzeug zu bearbeiten statt aus einer Richtung mit einem sehr langen Werkzeug. Das kurze Werkzeug ist stabiler und kann mit besseren Schnittwerten in Einsatz gebracht werden. Das ist allerdings nur möglich, wenn die Maschine in diesem Fall präzise genug arbeitet oder die Anforderungen an das Bauteil in diesem Punkt hinreichend niedrig sind.
Hier automatisiert nahe an ein Optimum zu kommen, erscheint auf absehbare Zeit als aussichtslos. Die Erfahrung eines Maschinenbedieners oder CAM-Programmierers ist in solchen Fällen unverzichtbar.
Sie können also nicht den CAM-Programmierer und die CAM-Programmierung als solche überflüssig machen. Sie können aber die Produktivität erheblich steigern, indem sie automatisieren, was sinnvoll zu automatisieren ist, und indem Sie dem Menschen das überlassen, was er am besten kann. Sinnvolle Strategien zur Automatisierung sind:
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