Verbesserungen auf vielen Ebenen: CAM im Wandel

CAM ist deutlich älter als CAD und wurde schon Anfang der 60er Jahre eingesetzt, um wertvolle Teile – etwa im Flugzeugbau – sicher herzustellen.

CAM besteht grob gesagt aus einem "Prozessor", mit dessen Hilfe das NC-Programm generiert wird. Das geschieht neutral ohne Anpassung an eine spezielle Maschine. Genau diese Anpassung macht dann der "Postprozessor". Im Grunde könnte man mit diesen beiden Komponenten NC-Programme erzeugen und auf einer CNC-Maschine "abfahren". Dabei wäre dann aber ein ausführliches Einfahren der Programme auf der Maschine nötig, was man früher auch gemacht hat.

Heute will man mögliche Programmfehler schon in der virtuellen Welt erfassen und bereinigen. Dazu hat man auf der Seite des Prozessors die virtuelle Maschine, sowie deren Simulation einschließlich der Werkzeuge und Aufspannsituationen.

Auf der Seite des Postprozessors gibt es die Simulation nach dem Postprozessorlauf, welche mit den "echten" Steuerungsbefehlen arbeitet (z. B. Eureka). Danach sollte auf der Maschine nichts mehr schiefgehen.

Fügt man nun noch ein Toolmanagementsystem und eine CAM-Datenverwaltung hinzu, hat man das, was man aktuell unter CAM versteht.

Gesamtzusammenhänge sehen

"Es geht heute nicht mehr darum, eine Frässtrategie zu optimieren oder ähnliche Dinge, sondern darum, die Gesamtzusammenhänge in einem Unternehmen zu sehen", so Jörg Rudig. Und weiter: "Systementscheidungen hat man früher anhand eines Werkstückspektrums getroffen, den Gesamtprozess hat man aber nicht gesehen."

Darum gehen die DPS-Fachleute heute anders vor als früher, nicht der Verkauf eines Systems steht zunächst im Mittelpunkt, sondern die Analyse der Prozesse. Hat sich das Competence Team ein Bild gemacht, "sitzen wir oft mit der Geschäftsleitung oder dem Chef der Fertigung zusammen, um zu diskutieren, wie die Prozesse optimiert werden können, ohne erst einmal an ein konkretes Produkt oder Modul zu denken", führt Rudig aus.

Danach erarbeiten die CAM-Fachleute ein Konzept, welches die optimale Lösung bezüglich der Prozesse und Datenflüsse enthält. Es wird u.a. eine Lösung gebraucht, welche es erlaubt, die Daten, die aus der Konstruktion kommen, einfach in der Fertigung weiter zu verarbeiten. Kleines Beispiel: Lange Zeit war es üblich, die Toleranzen eines Werkstücks in die Zeichnung zu schreiben. Der Mann in der Fertigung steht dann da und "klappert" sie wieder händisch in sein System. Und die 

Mittentoleranzen muss er selbst ausrechnen und berücksichtigen, denn die Fertigung auf Mittentoleranzen ist schließlich das, was man will.

Viel einfacher wird die ganze Geschichte, wenn der Konstrukteur seine Toleranzen in das Modell einträgt! Dann kann das CAM-System (im Fall von DPS ist es Solidcam) sie automatisch verarbeiten. Die Bearbeitungszeit in der Werkstatt sinkt, wie auch die Fehlerrate.

Eine andere Frage, die zu diskutieren ist: Müssen in der Fertigung die Werkzeuge und Vorrichtungen selbst konstruiert werden? Dann braucht man natürlich ein CAM-System, welches auch CAD kann. Bei dem CAD/CAM-System, Solidcam, kein Problem.

Zu berücksichtigen wäre ferner die Speicherung der CAM-Daten sowie die Ablage und Weitergabe von konkreten Erfahrungswerten aus bereits realisierten Projekten. Macht man das mit dem PDM-System, welches evtl. schon vorhanden ist oder kommt eine andere Lösung infrage? Rudig: "Wir haben bei DPS jetzt eine eigene neue Lösung namens ‚FDM‘, Fertigungsdaten Management, entwickelt.

Mit diesem RPS Modul ist der Anwender in der Lage, alle fertigungsrelevanten Daten sicher abzulegen und zu steuern. Damit lassen sich die Daten lückenlos nachvollziehen und können später weiter genutzt werden. Die wichtigsten Bausteine sind:

• CAM Projektverwaltung
• Artikelverwaltung
• Dokumentenverwaltung
• Maschinendatenverwaltung
• Spannmittelverwaltung
• Versionsverfolgung
• NC-Programmverwaltung

Die Lösung ist modular aufgebaut und kann somit bei kleinen, wie großen Fertigungsunternehmen eingesetzt werden.

Wenn über diese und weitere Punkte die Strategie klar ist, macht DPS einen Vorschlag zur Realisierung. Und dieser wird dann Schritt für Schritt umgesetzt.

Simulation, virtuelle Maschine, Kollisionsvermeidung

Ein Thema, welches immer mehr gefragt ist! Aber die Schere geht noch immer auf zwischen Unternehmen, die eine neue Bearbeitung niemals beginnen, wenn sie nicht anhand einer "Digitalen Maschine" abgesichert ist und anderen, denen noch immer die Kollisionskontrolle zwischen Werkzeugen, Spannmitteln und Werkstück im Arbeitsraum genügen.

Viele Werkzeugmaschinenhersteller liefern heute eine virtuelle Maschine mit oder sind zumindest behilflich, wenn es Anwender oder deren Dienstleister tun wollen. Darum ist der Aufbau einer virtuellen Maschine kein Brief mit sieben Siegeln mehr.

Sind die Anwender bereit, die dafür notwenigen Investitionen zu tätigen?

"In der Regel ja", sagt Jörg Rudig. "Wer einmal einen Crash fährt weiß, dass die Reparatur so viel wie zwei CAM-Arbeitsplätze kostet." Schlaglicht: Eine Werkzeugspindel mit 30000 Umdrehungen pro Minute kostet rund 30.000 Euro!

Eben auch diesem Ziel dient die Simulation nach dem Postprozessing: Fertig optimierte und Crash-freie Programme auf die Maschine zu bringen. Zu diesem Zweck bietet DPS ‚Eureka‘ an, eine Software der Firma Roboris in Italien mit einer Direktschnittstelle zu Solidcam.

Eureka führt eine komplette 3D-Simulation von Werkzeugmaschinen durch. Dank einer einfachen Benutzung (sehr intuitiv) leicht einsetzbar. Ausgehend vom G-Code wird die Beschädigung teurer Maschinen und Werkstücke vermieden. Außerdem werden NC-Programme am Rechner optimiert und sparen sehr viel Zeit beim Einfahren und optimieren des Programmes in der Fertigung.

Sehr zum Vorteil: Genau passende Postprozessoren

Postprozessoren, jenes Element im CAM-System, welches die allgemein erstellten CAM-Programme in die Sprache der jeweiligen Werkzeugmaschine übersetzt.

Gut gemachte "PP" steigern die Performance der Maschine. Darum macht DPS mit einem speziellen Team die Postprozessoren für seine Anwender. "Wir schauen uns genau an, welche Maschinen/Steuerungskombination im jeweiligen Fall vorliegt und erzeugen den genau passenden Postprozessor dafür. Bei den aktuellen Multi-Achsen-Maschinen hat der Kunde allein überhaupt keine Chance mehr das zu tun." (Rudig)

Das Postprozessor-Team von DPS ist mittlerweile eine internationale Truppe, weil auch DPS international aufgestellt ist. "Wir können auf Kollegen in Serbien und Israel (Solidcam) genauso zugreifen, wie in Tschechien, Polen und natürlich hier in Deutschland. Wir tauschen uns gegenseitig aus und helfen einander, so dass der Pool, aus dem wir schöpfen können, in den letzten Jahren viel größer geworden ist", erklärt J. Rudig.

Immer ein Blick auf die Werkstoffe

Wie ein Teil zerspant werden kann bzw. muss, hängt maßgeblich auch von den Werkstoffen ab. In den letzten Jahren sind viele neue Werkstoffe auf den Markt gekommen, die man vorher nicht so kannte. Das betrifft metallische Werkstoffe, etwa besondere Titanlegierungen oder auch gedruckte metallische Werkstoffe, sowie auch Faserverbundwerkstoffe.

Schaut man auf die schwierig zu zerspanenden Metalle, dann ist iMachining von Solidcam ein Helfer. Diese seit 2011 auf dem Markt befindliche Frässtrategie im Gleichlauf wurde zunächst als reines Performance-Tool gesehen: Einfach schneller fräsen.

Seine Nebeneigenschaften, wie geringerer Schnittdruck und damit geringere Belastung von Maschine, Spindel und Werkzeugen, macht iMachining geradezu zum prädestinierten Tool für schwer zerspanbare Werkstoffe. Die Standzeiten der Werkzeuge sind höher oder es können sogar einfachere Werkzeuge statt Spezialwerkzeuge eingesetzt werden.

Das hilft sehr direkt, gerade auch bei Teilefertigern, die sich mit solchen Werkstoffen "herumschlagen" müssen.

Wie bekannt, sind alle diese trochoidalen Bearbeitungen für das Schruppen geeignet.

Auf der anderen Seite gibt es eine neue Werkzeugkategorie, die das Schlichten stark beschleunigt: Die Kreissegmentfräser.

Aus der Betrachtung der Rauhtiefenformel weiß man, dass die Höhe des Zeilensprungs negativ in die Oberflächenqualität eingeht und der Durchmesser des Werkzeugs sich positiv auswirkt. Wenn man also richtig schnell Schlichten will (große Zeilensprünge), dann braucht man Werkzeuge mit sehr hohen Durchmessern, z. B. 300 mm, 500 mm oder 1000 mm.

Jeder Fertigungsfachmann wird gleich sehen, das geht nicht. Das geht aber doch, wenn man nämlich die hohen Durchmesser als Kreissegmente an ganz normale Schaftfräser anschleift. Wie die Werkzeughersteller herausgefunden haben, funktioniert es sehr gut. Mit Fräsern dieser Art können Flächen nun 5 – 10-mal schneller geschlichtet werden als zuvor. Auf der EMO 2019 wurden solche Lösungen gezeigt, u. a. bei Solidcam, wo Kreissegmentfräser mittlerweile voll unterstützt werden.

Auf der anderen Seite des Werkstoffspektrums stehen die Faserverbundwerkstoffe. Sie werden ähnlich wie Holz bearbeitet und nicht selten auch auf Holzbearbeitungsmaschinen.

Die hierfür nötigen CAM-Programme können mit Systemen, wie Solidcam, erstellt werden, in bestimmten Fällen geht es aber besser mit speziellen Systemen für die Holzbearbeitung. Über ein solches verfügt DPS in der Form von SWOOD CAM. SWOOD basiert ebenfalls auf Solidworks und passt daher bestens als "Partner" zu Solidcam.

Jörg Rudig: "Wir haben viele Lohnfertiger als Kunden. Die müssen im Grunde alle Werkstoffe verarbeiten. Und wir sind in der Lage, ihnen das jeweils bestmögliche CAM-Paket zu bieten, natürlich nicht ohne auf die Gesamtprozesse zu schauen."

www.dps-software.de