CAM-Software Willkommen in der realen Welt, NC-Programm!

Die Funktion Hypermill Best Fit beschleunigt und vereinfacht speziell das Nacharbeiten additiv gefertigter Werkstücke. An die exakte Position der zum Fräsen aufgespannten Werkstücke (Nullpunkt) wird der NC-Code automatisch über CAM-Funktionen angepasst.

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Stützstrukturen und Oberflächen, denen man den schichtweisen Auftrag ansieht, sind der Grund, warum additiv erzeugte Bauteile nachbearbeitet werden müssen. Deshalb gibt es auch hybride Bearbeitungszentren, die 3D-Druck und zerspanende Nachbearbeitung direkt nacheinander in einer Aufspannung ausführen. Verwendet man ein CAM-System, das beide Prozesse unterstützt, dann stimmen das Modell des Werkstücks im CAD/CAM und die Realität in der Maschine jederzeit überein. Diese hybriden Maschinen sind nur für einen kleinen Teil der Fertiger wirtschaftlich sinnvoll.

Normalerweise finden additive und subtraktive Fertigung auf unterschiedlichen Maschinen statt, weil man dann insgesamt flexibler in der Belegung von Fertigungskapazitäten ist. Das heißt aber auch, dass man zusehen muss, dass das im Direct-Energy-Deposition-Verfahren (DED) oder im Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) erzeugte Bauteil so in der Fräsmaschine für die Nachbearbeitung positioniert wird, dass Nullpunkt und Achsen zum NC-Code passen.

Auch in der herkömmlichen zerspanenden Fertigung gibt es Wechsel der Maschinen oder die Notwendigkeit, ein Rohteil mit kleinem Aufmaß auszurichten. Das Schlichten nach einer thermischen Behandlung des geschruppten Werkstücks, das Nachbearbeiten eines reparierten Werkstücks, die Bearbeitung von Gussteilen oder von geschmiedeten Rohlingen – in all diesen Fällen muss ein Objekt auf einer Maschine ausgerichtet werden, damit das Werkzeug in der Maschine das Bauteil so bearbeitet, wie es auch programmiert wurde. Außerdem ist die manuelle Bauteilausrichtung oftmals fehlerbehaftet, ungenau und zeitaufwendig.

Manuelle Ausrichtung: Zeitraubendes Verfahren

Die manuelle Ausrichtung braucht Erfahrung, Geduld und Zeit. Oft müssen mehrere Ebenen und somit auch Achsen gleichzeitig berücksichtigt werden. Und – da sind wir wieder beim Beispiel 3D-Druck-Nachbearbeitung – es geht teilweise um sehr kleine Schritte. Einer der großen Vorteile des Pulverbettverfahrens ist, dass man Werkstücke fertigen kann, die mit keinem anderen Verfahren erzeugt werden können, bis hin zur Bionik, die gewachsene Strukturen nachahmt. Um dabei sehr filigrane Strukturen exakt fertigzustellen und nicht zu zerstören, müssen Nullpunkt und Lage des Werkstücks nach der Aufspannung auf wenige hundertstel Millimeter genau bekannt sein.

Manuelles Ausrichten dauert hier in der Praxis viele Stunden und stellt eine der größten Produktivitätshürden dar. Das Bauteil wird mit Messuhr, Steuerungszyklen und viel Feingefühl ausgerichtet. Man passt gewissermaßen die reale Aufspannung an die virtuelle Welt der Programmierung an. Dieser zeitaufwendige Prozess muss oft mehrmals wiederholt werden und ist mit Unsicherheiten und Risiken behaftet. Umso mehr, da es sich um Bauteile handelt, die bis auf kleine Unebenheiten bereits den gewünschten Endprodukten entsprechen. Teilweise kann man durch aufwendige Aufspannvorrichtungen leichter zum Ziel kommen, verlagert dabei aber letztlich nur den Aufwand. Frustrierend ist, dass bei der manuellen Ausrichtung stets das Restrisiko bleibt, einen vielleicht sehr kostenintensiven Rohling zu beschädigen.

Die elegante Alternative zur manuellen Ausrichtung

Mit der Funktion Best Fit hat Open Mind in der virtuellen Maschine ihrer CAD/CAM-Suite Hypermill eine Alternative zur manuellen Ausrichtung von Werkstücken für die Weiterbearbeitung vorgestellt. Diese Software-Funktion richtet das Bauteil auf Tastendruck automatisch aus. Voraussetzung ist ein 5-Achs-Fräszentrum mit einem digitalen Messtaster sowie die Bereitschaft, die Maschine für die Kommunikation mit einem digitalen Zwilling zu öffnen. Mit einer 3D-Messung wird das nicht ausgerichtete Bauteil auf der Maschine angetastet und das Messprotokoll an das CAM-System gesendet. Die Software passt den NC-Code an die reale Bauteilposition an. Somit wird jetzt die virtuelle Welt (Programmierung) an die reale Welt (Aufspannung) angepasst – nicht umgekehrt!

CAM-Software

Programmieren von Werkzeugmaschinen: Die Software macht's

In der Praxis sieht der Prozess wie folgt aus: Zunächst muss man die Messaufgaben in der CAM-Software anlegen, damit sich das System die Informationen über die realen Gegebenheiten holen kann. Beim Setzen der Messpunkte unterstützt die Software den Anwender, indem sie die Verschiebung des realen Rohlings im Vergleich zum digitalen Zwilling simuliert. So wird festgelegt, wo die Tastpunkte sind. Auf Basis des Messprotokolls wird der korrigierte NC-Code erzeugt und dann in der virtuellen Maschine auf der tatsächlichen Aufspannsituation simuliert und automatisch optimiert. Und das ist sehr wichtig. Die Software-Funktion Hypermill Best Fit erzeugt hundertprozentig kollisionsgeprüfte Werkzeugwege, denn in der Simulation werden die geänderten Wege und Ausgleichswege hinsichtlich der Maschinenlimitationen überprüft. Der ursprüngliche NC-Code war zwar kollisionsgeprüft, aber durch die ungenaue Einspannung muss man von einer neuen Kollisionssituation ausgehen. Der letzte Schritt, bevor das Werkzeug Späne erzeugen darf, besteht darin, den nunmehr angepassten NC-Code durch wiederholtes Tasten erneut zu verifiziern. So wird die virtuelle Welt noch einmal mit der Realität abgeglichen. Wenn in der Serienfertigung alle Rohteile gleich einspannt sind, reicht dieser letzte Verifikationsschritt, um zu gewährleisten, dass alle Bauteile richtig sitzen.

Fazit: Rüstprozesse werden kürzer

Die automatische Ausrichtung spart Zeit und Nerven und unter Umständen viel Geld, wenn sich eine manuelle Ausrichtung als nicht ausreichend zuverlässig erweist. Mit der Software-Funktion Hypermill Best Fit werden Rüstprozesse kürzer und besser planbar. Anwender werden auch flexibler, da dem kurzfristigen Maschinenwechsel der Schrecken genommen ist. Stehen künftig mehr 3D-Druck-Nachbearbeitungen an? Mit einer CAM-Funktion, die das NC-Programm an die Realität anpasst, ist man gut vorbereitet.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.maschinenmarkt.ch

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