Fünf-Achs-Simultan-Bearbeitung Mit ganzheitlicher Prozessplanung zu mehr Effizienz beim Fräsen

Viele Faktoren beeinflussen die Prozessleistung bei der Fünf-Achs-Simultan-Bearbeitung komplexer Werkstückoberflächen und können zu möglichen Fehlern führen. Das verursacht eine aufwändige Prozessauslegung. Abhilfe schaffen kann eine ganzheitliche Analyse und Planung mehrachsiger Fräsprozesse.

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Klinkhammer Intralogistics GmbH

COSCOM Computer GmbH

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Ingenieure und Techniker, die Fertigungsprozesse zur Herstellung von Strömungsflächen planen und umsetzen müssen, sehen sich immer wieder mit der gleichen Herausforderung konfrontiert: Was ist zu tun, wenn der Prozess keine ausreichende Stabilität aufweist? Die Suche nach der Ursache von Instabilitäten gleicht häufig der Suche nach der berühmten Stecknadel im Heuhaufen. Nicht selten liegt die größte Schwierigkeit darin, einzugrenzen, wo die Suche beginnen soll.

Betriebs- und Fertigungsmittel beeinflussen den Prozess

Einfluss auf die Stabilität des Prozesses haben nicht nur die gewählten Prozessparameter, sondern ebenso Betriebs- und Fertigungsmittel wie Werkzeugmaschine, Werkzeuge, Spannkonzepte und Bearbeitungsstrategie. Nicht weniger entscheidend wirkt auch die gesamte IT-Kette – beginnend beim CAD-Datensatz des zu fertigenden Bauteils bis hin zum NC-Programm mit Steuerungsbefehlen für die Maschine. Ausnahmslos alle Komponenten können sich als Fehlerquelle entpuppen oder zumindest unvorhergesehene Bearbeitungsergebnisse verursachen – und sie tun es, wie zahllose Beispiele in der Praxis immer wieder zeigen.

Die Suche nach den Ursachen von Abweichungen im Bearbeitungsergebnis bleibt allzu oft unsystematisch. Besonders schwer wiegen Konflikte, die während der Fehlersuche zwischen beteiligten Parteien wie Maschinenhersteller, Steuerungshersteller oder CAM-Systemanbieter entstehen. Gegenseitige Schuldzuweisungen führen dann zu Versuchen, einen instabilen Prozess oder ein unzureichendes Bearbeitungsergebnis einfach dadurch auszugleichen, dass der Prozess „eingebremst“, also mit stark reduzierter Dynamik betrieben wird. Der Prozess wird so zwar wieder stabiler, jedoch häufig auch ineffizienter und bleibt weit unterhalb der theoretischen Leistungsgrenze.

Unsaubere CAM-Planung führt zu unharmonischer Bahngeometrie

Zur Analyse und Beschreibung möglicher Fehlerquellen und ihrer Auswirkung dient die Prozesskette zur CAM-gestützten Planung fünfachsiger Fräsoperationen, dargestellt in Bild 1. Dort sind zerspanungstechnologische und Software-spezifische Aspekte getrennt voneinander dargestellt.

Erste Schwierigkeiten können bereits entstehen, wenn fertigungsspezifische Anforderungen an die Daten während der Produktkonstruktion nicht ausreichend berücksichtigt werden: So vernachlässigen Konstrukteure und Aerodesigner nicht selten Flächenverbände oder andere Geometrieelemente, die für die Bauteilfunktion eine eher untergeordnete Rolle spielen.

Die CAM-Planung, also die Gestaltung der Werkzeugbewegung muss allerdings auch auf Basis dieser Geometrieelemente erfolgen (Bild 2a). Werden diese unstetigen Verläufe der Krümmung oder sich überlappende Flächen bei der Fertigungskonstruktion nicht korrigiert, führt das oft zu einer unharmonischen Bahngeometrie und zu fehlerhaften Bauteiloberflächen.

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