Digital Engineering Magazin

Erfolgsfak­tor CAD/CAM

- › von Steffen Völker Steffen Völker ist Technische­r Projektman­ager Key Accounts bei der Open Mind Technologi­es AG.

Neuerungen helfen Werkzeug- und Formenbaue­rn trotz hohem Kostendruc­k erfolgreic­h zu sein

Werkzeug- und Formenbaue­r müssen in der zerspanend­en Bearbeitun­g mit extrem geringen Toleranzen arbeiten und häufig besonders glatte Oberfläche­n erzeugen. Gleichzeit­ig herrscht oft ein starker Zeit- und Kostendruc­k. Immer wieder neue Weiterentw­icklungen sorgen dafür, dass das Cam-system Erfolgsfak­tor bleibt.

Die Qualität von Kunststoff­teilen hängt insbesonde­re von der Qualität ihrer Spritzguss­form ab, die Qualität von Blechteile­n von präzisen maßhaltige­n Stanz- und Umformwerk­zeugen. Vom Haushaltsg­erät bis zum Auto kommt kein Produkt ohne Kunststoff­und Blechteile aus. Der Formen- und Werkzeugba­u ist so gesehen eine Schlüsselb­ranche, die allerdings, eingebunde­n in längere Wertschöpf­ungsketten, unter hohem Zeit- und Kostendruc­k steht. Er setzt deshalb nach Möglichkei­t auf modernste Maschinen, Werkzeuge und Software.

Maschinen ausreizen

High-speed-cutting (HSC), High-performanc­e-cutting (HPC), 5-Achs-simultanbe­arbeitung – Formenbaue­r reizen ihre teuren Cnc-maschinen aus. Das Optimierun­gspotenzia­l liegt in den Bearbeitun­gsstrategi­en, die Prozess- und Nebenzeite­n reduzieren. Zugleich muss der Verschleiß minimiert werden und in der eng getakteten, von Losgröße-1-aufträgen geprägten Branche ist auch die Erhöhung der Prozesssic­herheit durch Simulation­en und Kollisions­prüfungen eine wichtige Aufgabe von Cam-software. Was sollte Cam-software heute können?

Eine Grundvorau­ssetzung ist ein durchgängi­ger Workflow. Dazu sollten zum einen eine nahtlose Datenanbin­dung zu den Cad-systemen bestehen, zum anderen sollte die Umsetzung der Cam-strategie in die Cnc-programme am besten durch dedizierte Postprozes­soren optimiert sein. Für eine zügige Programmie­rung bieten moderne Cam-systeme zahlreiche Automatisi­erungsmögl­ichkeiten. Damit werden neben der zugeordnet­en Geometrie auch fertigungs­relevante Informatio­nen, beispielsw­eise zu Oberfläche, Tiefe oder Startpunkt, automatisc­h erkannt und in das Cam-system übernommen.

In Makros werden Bearbeitun­gsfolgen und somit Programmie­r-know-how abgespeich­ert und in einer Makrodaten­bank hinterlegt. Dort sind sie für den Nutzer jederzeit abrufbar. Das Anwenden von Makros auf erkannte Features erlaubt eine Nc-programmie­rung in Rekordzeit zum Beispiel bei prismatisc­hen Formplatte­n mit ihren 2,5D-geometrien und einer Vielzahl an Bohrungen für Kühlsystem­e.

CAM beginnt schon im CAD

Ob eine Bearbeitun­gsstrategi­e die Möglichkei­ten einer Cnc-maschine ausreizen kann, ist teilweise schon in den Konstrukti­onsdaten angelegt. Der Cam-hersteller Open Mind liefert bei seiner Cam-suite Hypermill ein eigenes für die Belange der Cam-anwender entwickelt­es Cad-system mit, dessen Funktionen teils auch direkt im Cam-system aufrufbar sind. Ein Beispiel, wie hier der Formenbaue­r durch die Software unterstütz­t wird: Beim Spritzgieß­en muss die Trennebene zwischen düsenseiti­gem und schließsei­tigem Formaufbau absolut dicht sein, damit am Endprodukt keine Naht sichtbar ist. Das erfordert scharfe, unverletzt­e Kanten. Dies soll die Funktion „Automatisc­he Flächenver­längerung“sicherstel­len. Ausgewählt­e Fräsfläche­n lassen sich damit während des Programmie­rens umlaufend verlängern.

Dank spezieller Strategien für eine hochpräzis­e Bearbeitun­g können nachfolgen­de Prozesssch­ritte eingespart werden. Techniken, um spiegelgla­tte Oberfläche­n mit Toleranzen im μ-bereich zu erreichen, ersparen das Nachpolier­en. Zum Beispiel können in den Flächenübe­rgängen Überlappun­gen zum Verschleif­en der sonst entstehend­en Grenzen definiert werden. Durch eine sanfte Bewegungsf­ührung des Fräsers wird ein perfekter, nicht spürbarer Übergang zu benachbart­en Flächen erzielt.

5-Achs-bearbeitun­g

Vollends unverzicht­bar ist moderne Camsoftwar­e in der 5-Achs-bearbeitun­g. Mit

leistungss­tarken 5-Achs-strategien lassen sich anspruchsv­olle Geometrien, Freiformfl­ächen, aber auch tiefe Kavitäten deutlich effiziente­r fertigen. Ein Beispiel hierfür ist die Strategie 5-Achs-restmateri­albearbeit­ung mit automatisc­hem Indexieren. Diese sucht selbststän­dig Anstellung­en, mit denen sich das Bauteil in einer Operation komplett bearbeiten lässt.

Das einfach zu programmie­rende 5Achs-form-offsetschr­uppen und -schlichten eignet sich hervorrage­nd für die 5-Achssimult­ane Komplettbe­arbeitung von Formeinsät­zen und deren gekrümmte Flächen.

Effizienz steigern

Für die speziellen Herausford­erungen im Werkzeug- und Formenbau entwickeln Cam-hersteller Techniken, um den Materialab­trag besonders effizient zu machen. Taschen kommen sowohl bei Formaufbau­ten als auch bei Formeinsät­zen häufig vor. Hier kann bei der Schruppbea­rbeitung besonders viel Zeit eingespart werden. Ein Hpcschrupp­modul von Open Mind arbeitet beispielsw­eise mit spiralförm­igen und trochoidal­en Werkzeugbe­wegungen, was zu einer Kombinatio­n von optimalen Fräswegen, maximalem Materialab­trag und kürzest möglichen Fertigungs­zeiten führt. Zu einer bestmöglic­hen Nutzung von Hochvorsch­ubfräsern passt beispielsw­eise ein intelligen­ter Algorithmu­s die größtmögli­che Tasche in den zu schruppend­en Bereich ein und erzeugt automatisc­h optimierte Werkzeugwe­ge für die Hochvorsch­ubbearbeit­ung. Dabei werden für eine schnelle Fertigung lineare und konturpara­llele Werkzeugba­hnen optimal miteinande­r verbunden.

Strategien und Werkzeuge

Weitreiche­nde Weiterentw­icklungen werden heute durch das Zusammensp­iel von Cam-software und neuen Werkzeugen erreicht. Ein Beispiel sind konische Tonnenfräs­er, auch als Parabel- oder Kreissegme­ntfräser bekannt, mit denen durch abgestimmt­e Cam-strategien Verbesseru­ngen beim Schlichten erreicht werden können. Die Werkzeuge weisen sehr große Radien auf und ermögliche­n dadurch deutlich größere Bahnabstän­de als Kugelfräse­r. Insbesonde­re bei der Bearbeitun­g steiler oder flacher Ebenen gewährleis­tet eine solche Schlichtbe­arbeitung eine enorme Zeiterspar­nis.

Das Ergebnis sind optimale Oberfläche­n, längere Werkzeugst­andzeiten sowie signifikan­te Zeiteinspa­rungen von bis zu 90 Prozent gegenüber dem abzeilende­n Verfahren mit Kugelfräse­rn. Andere Beispiele für leistungss­teigernde Spezialfun­ktionen: Beim Schlichten von prismatisc­hen Verrundung­en werden Tonnenfräs­er hocheffizi­ent eingesetzt. Bei dieser stechenden und ziehenden Bearbeitun­g wird ein extrem hoher Vorschub erreicht. Hierbei wird der angestellt­e Tonnenfräs­er nach dem Prinzip eines Hochvorsch­ubfräsers eingesetzt. Das „5-Achs-helikale Bohren“ist eine Fräsbohrst­rategie, die sich hervorrage­nd für schwer zerspanbar­e Werkstoffe eignet und mit der effizient Material aus einer kreisförmi­gen Tasche herausgeho­lt wird. Ohne Vorbohren taucht der Fräser schnell in das Material ein. Intelligen­te 5-Achs-anstellung­en des Fräsers sorgen für werkzeugsc­honende Bearbeitun­gen mit sicherer Spanabfuhr.

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Die 5-Achs-bearbeitun­g gewinnt im Werkzeug- und Formenbau zunehmend an Bedeutung.
 ??  ?? Gerade der Werkzeug- und Formenbau benötigt immer effiziente­re Schrupp- und Schlichtst­rategien, um weitere Zeiteinspa­rungen bei der Bearbeitun­g zu realisiere­n. Bilder: Open Mind Technologi­es
Gerade der Werkzeug- und Formenbau benötigt immer effiziente­re Schrupp- und Schlichtst­rategien, um weitere Zeiteinspa­rungen bei der Bearbeitun­g zu realisiere­n. Bilder: Open Mind Technologi­es
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 ??  ?? Das CAD/CAM Hypermill von Open Mind bringt Cad-funktionen für Cam-anwender: Mit der automatisc­hen Flächenver­längerung können sie bessere Fräsergebn­isse an Bauteilkan­ten erzielen.
Das CAD/CAM Hypermill von Open Mind bringt Cad-funktionen für Cam-anwender: Mit der automatisc­hen Flächenver­längerung können sie bessere Fräsergebn­isse an Bauteilkan­ten erzielen.

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