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Open Mind

Ein CAM-System für alle Anwendungsfälle

| Autor / Redakteur: Thomas Tosse / Stefanie Michel

Bild 1: Für mehr Effizienz im Werkzeugeinsatz sorgt die Datenbank von Hypermill.
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Bild 1: Für mehr Effizienz im Werkzeugeinsatz sorgt die Datenbank von Hypermill. (Bild: HF-Zerspanungstechnik)

Wenn ein Zulieferer verschiedene Branchen bedient und damit unterschiedlichste Anforderungen erfüllen muss, ist ein wirtschaftliches CAD/CAM-System gefordert. Eine durchgängige Steuerungsumgebung sorgt zudem für ein perfektes Zusammenspiel von Soft- und Hardware.

Was 1996 als Ein-Mann-Unternehmen HF-Zerspanungstechnik in Saaldorf auf einem Bauernhof begann, präsentiert sich heute als leistungsfähiger Zulieferbetrieb. Der Unternehmer heißt Fritz Huber und ist Feinwerkmechanikermeister. Er investiert in die aktuelle Technik und überträgt seinen Elan auf seine 14-köpfige Mannschaft. Diese arbeiten zweischichtig an Maschinen wie DMU 50 und DMU 125P von DMG, B300 und C42U von Hermle. Daneben gibt es einige Drehmaschinen, etwa wie eine Gildemeister CTX410V6 mit angetriebenen Werkzeugen, Y-Achse und Gegenspindel, sowie eine DMT Kern CD480 und eine 3D-Koordinatenmessmaschine Wenzel LH87. Sämtliche Fräsmaschinen beschafft Huber mit der Steuerung iTNC 530 von Heidenhain, denn diese waren für ihn von Anfang an vorbildlich in Qualität und Anwenderfreundlichkeit. Dank Abschaltautomatik kann man die Maschinen damit auch allein laufen lassen.

Die Aufträge erhält HF-Zerspanungstechnik aus vielen Richtungen. So liefert HFZ seit 18 Jahren an einem Unternehmen für Kunststofftechnik und Verpackungen beispielsweise Schweißelektroden zum Folienschweißen, mit denen anschließend Blut- oder Infusionsbeutel gefertigt werden. Diese Werkzeuge von höchster Genauigkeit werden komplett vermessen, protokolliert und montiert. Einen Teil des Umsatzes erwirtschaftet das Unternehmen auch als Zulieferer für den Rennsport: Darunter sind eigenkonstruierten Formen für Kohlefaserteile, wie etwa Strukturbauteile für Monocoque-Rennwagen oder Komponenten und Baugruppen für GT3-Fahrzeuge. Als Hauptlieferant arbeitet HF-Zerspanungstechnik für verschiedene namhafte Unternehmen. Weitere Schwerpunkte liegen in der Teilefertigung für den Maschinenbau und im Formenbau, wo extreme Anforderungen an die Oberflächenqualität ebenso wie an die Genauigkeit gelten. Insgesamt werden zu 80 % Buntmetalle, aber auch Kunststoff oder Hochfest-Aluminium aus dem Flugzeugbau verarbeitet.

Universelle NC-Programmierung gefordert

Dieses unterschiedliche Aufgabenspektrum wurde in der Vergangenheit mit zwei verschiedenen CAM-Systemen bewältigt. „Bei vielen Aufträgen dauert die Arbeitsvorbereitung ebenso lange, wie die Bearbeitung auf der Maschine“, sagte Fritz Huber. „Viele unserer Einzelteile sind wirklich aufwendig zu programmieren.“ Als Neukunden im Formenbau im Jahr 2011 einen Wachstumsschub auslösten und die Fünf-Achsbearbeitung einschließlich Simultanfräsen immer stärker gefordert wurde, stellte das Unternehmen seine CAM-Strategie auf den Prüfstand. Neben den beiden vorhandenen Systemen wurde das CAD/CAM-System Hypermill/Hypercad von Open Mind untersucht. In Vorführungen stellte sich schnell heraus, dass die verschiedenen Anforderungen sich mit diesem System am wirtschaftlichsten erfüllen ließen. „Neben dem breiten Funktionsumfang und dem guten Preis-Leistungs-Verhältnis sahen wir einen Vorteil in den gut aufeinander abgestimmten Produkten von Open Mind und Heidenhain“, so Huber.

Inzwischen sind die beiden CAM-Arbeitsplätze zweischichtig besetzt, denn bei HFZ gibt es keine Trennung zwischen Maschinenbediener und NC-Programmierer. Huber: „Jeder Mitarbeiter hat bei uns die Zeit und das Know-how, die Programme für seine Maschine am CAM-Arbeitsplatz zu schreiben und an der Steuerung zu ändern. Dadurch fließt das Wissen über aktuelle Werkzeugtechniken mit den möglichen Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten immer in die NC-Programme ein.“ Ein besonders benutzerfreundliches System und Schulungen in der nahe gelegenen Niederlassung von Open Mind machen es möglich.

Einsatz einer zentralen Werkzeugdatenbank mit Hypermill

Einen ersten Vorteil aus dem Einsatz eines einzigen CAM-Systems erlebten die Mitarbeiter durch die gemeinsame Werkzeugverwaltung von Hypermill. Hier wurden alle vorhandenen Werkzeuge eingepflegt – mit Verweisen auf die jeweiligen Maschinen, auf welchen sie eingesetzt werden. „Wir versuchen, mit großen Werkzeugspeichern an den Maschinen, automatischen Werkzeugentnahmen und Nullpunkt-Spannsystemen die Rüstzeiten zu senken“, erklärte Huber. Der Einsatz einer zentralen Werkzeugdatenbank hat einen großen Schritt weitergeführt.

Weiteren Nutzen zieht HFZ aus den führenden Funktionen im Fünf-Achs-Fräsen, die mit Hypermill dazugekommen sind. Im Fünf-Axis-Modul werden 3D-Strategien um Fünf-Achs-Anstellungen erweitert, bis hin zu einer vollautomatischen Berechnung der Werkzeuganstellung für Bearbeitungen mit gleichmäßigem Aufmaß. „Wir haben etwa 15 verschiedene Zyklen bekommen, die wir alle im direkten Einsatz ausprobieren konnten“, so Hermann Thanbichler, NC-Programmierer. „Damit finden wir immer einen effizienten Weg zu der geforderten Oberflächengüte.“

Zusammenspiel zwischen zwischen Programmiersystem und Steuerung

Ein perfektes Zusammenspiel zwischen Programmiersystem und Steuerung ist möglich:

Bewegungsführung – Auf die Strategie der Steuerung kommt es an: Die hohen Vorschubgeschwindigkeiten der HSC-Bearbeitung fordern zwangsläufig höhere Achsbeschleunigungen an gekrümmten Werkstückkonturen. Für jede Bearbeitungsaufgabe muss sichergestellt werden, dass auch bei hochdynamischen Bahnbewegungen keine Einbußen in der Güte der Werkstückoberflächen durch Maschinenschwingungen entstehen. Besonders hohe Anforderungen an die Steuerung entstehen in der Bewegungsführung für die Fünf-Achs-Bearbeitung. Dabei muss gleichzeitig die Bearbeitungszeit minimiert und eine optimierte Oberflächengüte unter Einhaltung vorgegebener Konturgenauigkeiten erreicht werden.

Heidenhain-Steuerungen glätten automatisch die Satzübergänge, wodurch das Werkzeug kontinuierlich auf der Werkstückoberfläche fährt. Gesteuert wird die automatische Glättung über eine interne Funktion zur Kontrolle der Konturabweichungen. Diese Funktion (Zyklus 32) ermöglicht es dem Anwender, die zulässige Konturabweichung zu definieren. Ohne Glättung der Sollbahndaten müssten die Achsen der Maschine in den Übergangspunkten schlagartig beschleunigen. Durch den entstehenden Ruck würde die Maschine verstärkt zu Schwingungen angeregt. Bahnabweichungen würden entstehen, die je nach Krümmungsänderung und Bahngeschwindigkeit Ausmaße annehmen können, welche im mikrometergenauen Werkzeugbau nicht toleriert werden. Die Bewegungsführung der iTNC 530 erreicht eine Glättung des Rucks, wobei die vorgegebene Konturtoleranz auch bei starken Änderungen der Bahngeschwindigkeit eingehalten wird

Die Bewegungsführung der Steuerung erzeugt schöne Fräsbilder und eine hohe Oberflächengüte. „Gerade die Formen für Kohlefaserprodukte müssen eine perfekte Oberfläche haben – wir benutzen dafür Schleifpapier mit 800er Körnung“, erklärte Fritz Huber. „Je genauer wir fräsen können, desto weniger Handarbeit müssen wir leisten.“

Reproduzierbare Genauigkeit bei der Fünf-Achs-Bearbeitung

Die Genauigkeitsanforderungen, insbesondere im Bereich der Fünf-Achs-Bearbeitung, werden immer höher. Komplexe Werkstücke müssen mit reproduzierbarer Genauigkeit über einen längeren Zeitraum gefertigt werden. Die Funktion Kinematics-Opt hilft der Firma HF-Zerspanungstechnik bei der Realisierung dieser Anforderung. Sie vermisst vollautomatisch in einen Zyklus die Drehachsen einer Maschine über ein Tastsystem und ermittelt aus den gemessenen Werten die statistische Schwenkgenauigkeit. Dabei minimiert die Software den durch die Schwenkbewegung entstehenden Raumfehler und speichert die Maschinengeometrie am Ende des Messvorgangs automatisch in den jeweiligen Maschinenkonstanten der Kinematiktabelle ab.

Die iTNC530 bietet vielfältige Funktionen für die Mehrseiten- und Fünfachsbearbeitung, welche vom Postprozessor entsprechend unterstützt werden. Ein Beispiel ist die Plane-Funktion: Programme für Konturen und Bohrungen auf schrägen Flächen sind meist sehr aufwändig und mit viel Rechen- und Programmieraufwand verbunden. Mit der Plane-Funktion wird die Bearbeitung wie gewohnt in der Hauptebene programmiert. Die TNC führt die Bearbeitung jedoch im geschwenkten System aus.

Ein weiterer Vorteil für den Anwender liegt in sauber gegliederten, gut nachvollziehbaren NC-Programmen. Robert Kraller, Produktmanager Anwendungstechnik, bei der Dr. Johannes Heidenhain GmbH: „Durch einen Kommentarsatz ‚Einschwenken auf 45 Grad’ versteht der Maschinenbediener sofort, was passieren wird. Das sagt mehr als Koordinaten und NC-Sätze.“

In Simulation räumliche Gegebenheiten für Fünf-Achs-Bearbeitung prüfen

Weil bei der Fünf-Achs-Bearbeitung die Maschineninnenräume immer eng werden, stellt die 3D-Simulation des Bearbeitungsablaufes eine unverzichtbare Hilfe dar. „Hier prüfen wir, ob eine bestimmte Fünf-Achs-Bearbeitung unter den räumlichen Gegebenheiten der Maschine mit den jeweiligen Werkzeugen und Spannmitteln überhaupt möglich ist“, berichtet Huber. Durch die genau abgebildeten Werkzeuge aus der Datenbank und die exakte Wiedergabe der Innenräume ist darauf Verlass. Neben dieser Kollisionskontrolle lässt sich die realistische Simulation zur Optimierung der Werkzeugauswahl, der Verfahrwege oder der Vorschübe einsetzen.

Von der Datenübernahme mit dem CAD-System Hypercad, mit dem inzwischen alle 3D-Modelle von Kunden übernommen und fräsgerecht aufbereitet werden, bis zur Kinematikoptimierung durch die iTNC 530-Steuerungen von Heidenhain läuft alles rund bei HF-Zerspanungstechnik. Von der eigentlichen Bearbeitung merkt man nichts: Auf dem glänzenden Hallenboden findet man nicht einen einzigen Span. Huber: „Wir sind sehr zufrieden mit dem Zusammenspiel von Open Mind und Heidenhain, denn wir konnten unsere Abläufe entsprechend den harten Bedingungen des Wettbewerbs optimieren. Bei der Verkürzung der Programmierzeiten und der Bearbeitungszeiten haben wir Fortschritte erreicht. Durch die Werkzeugverwaltung an einem einzigen CAM-System konnten wir unsere Rüstzeiten erheblich senken.“ MM

* Dr. Thomas Tosse ist Fachjournalist. Weitere Informationen: Open Mind Technologies AG in 82234 Weßling, Tel. (0 81 53) 9 33-5 00, info.europe@openmind-tech.com

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