Erfolgsfaktor CAD/CAM
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.