Bohrende Fragen im Formenbau

Jahrelang setzten Formenbauer und Maschinenbediener auf eine manuelle Programmierung, um einfache Teile und Geometrien vorzubereiten. In bestimmten Fällen hat die manuelle Eingabe auch heute noch ihre Berechtigung, etwa bei Teilen mit einer geringen Anzahl von Bohrungen, Bohrungen mit Standardgrößen oder Bohrungen, die auf primäre Bearbeitungsrichtungen beschränkt sind.

Anders sieht es bei komplexen Geometrien aus: Eine rein manuelle Eingabe ohne die Verwendung von Automatismen ist nicht mehr ausreichend, um NC-Programme zu generieren. Zum einen ist sie zu zeitaufwendig und zum anderen birgt sie zu viel Fehlerpotenzial. An dieser Stelle kommen innovative CAM-Systeme ins Spiel. Sie bieten dem Anwender zahlreiche Strategien für ein automatisiertes Programmieren. Die Grundidee ist die Wiederverwendung von Programmier- und Fertigungs-Know-how. Zu den wichtigsten Möglichkeiten, die Programmierung zu automatisieren, zählt die Feature-Erkennung. Open Mind war einer der ersten Entwickler, der bereits vor Jahren eine Feature-Technologie mit automatischer Feature-Erkennung in seinem CAM-System integrierte. Mit der Feature-Erkennung in Hypermill lassen sich beispielsweise Geometrieelemente und Technologiemakros identifizieren, um standardisierte Fräsvorlagen für definierte Geometrien wie Bohrungen zu erstellen und nutzen. Wenn die richtige Software verwendet wird, fällt die Programmierung eines komplexen Jobs mit mehreren hundert Bohrungen unterschiedlicher Größe, Orientierung, Gewinde, Durchmesser, Tiefe oder Passung nicht schwerer als bei einer einfachen Vorrichtungsplatte mit Senkbohrungen.

Die Wahl der richtigen CAM-Software

Die meisten CAM-Softwareanbieter werben mit einer großen Bandbreite an Funktionen für eine automatisierte Programmierung. Ob diese jedoch in der Praxis den Anforderungen des Anwenders genügen, sollte im Voraus recherchiert werden. Insbesondere sollte der Nutzer genau prüfen, ob der Zeitaufwand für die Programmierung und die Bearbeitung verkürzt wird, wie effizient die Funktionen wirklich sind und ob sie tatsächlich helfen, Workflow-Risiken zu senken.

Hersteller Open Mind betont beispielsweise, dass mit der Feature-Erkennung in Hypermill die Programmierzeit signifikant reduzieren und für einen konsistenten Workflow sorgen kann. Native oder neutral formatierte Geometriedaten werden ausgelesen und strukturiert. Die Ausgabe definiert sowohl die Bohrgröße als auch die Parameter wie Durchgangs- oder Sackbohrung, Gewinde, Oberflächenbeschaffenheit, Orientierung und Senkungen. Da die Software automatisch das Modell durchsucht und Elemente gruppiert, entfällt für den Anwender die zeitaufwendige manuelle Auswahl. Fehler wie beispielsweise die Nichtberücksichtigung von Elementen oder die Nichtgruppierung ähnlicher Geometrien werden vermieden. Nur mit einer automatisierten Feature-Erkennung lassen sich alle Geometrieinformationen sicher erfassen, strukturieren und übersichtlich verarbeiten. So sind NC-Programme selbst für aufwendige Werkstücke einfach und effizient zu erstellen.

Bearbeitungsschritt, Werkzeug und Geometrie

Im Zusammenhang mit Features und der Feature-Erkennung müssen auch die Möglichkeiten der Erstellung von Makros und Makrodatenbanken in Hypermill erwähnt werden. Ein Technologiemakro enthält eine bestimmte Folge von Bearbeitungsschritten mit Werkzeugen und Technologiedaten für charakteristische Geometrien. Makros ermöglichen praktisch ein „Programmieren per Mausklick“. Hypermill sucht dabei selbstständig zum jeweiligen Geometrie-Feature das passende Makro aus der Technologiedatenbank, in der alle Makros hinterlegt sind. Komplette Arbeitsschritte können so automatisiert erstellt werden. Idealerweise sollten Makrodatenbanken möglichst viele fertigungsrelevante Informationen enthalten, wie etwa Werkzeugempfehlungen, Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschine oder die verwendeten Werkstoffe. Unter Umständen ist die Verwendung mehrerer Makrodatenbanken zu erwägen, um Angaben zu verschiedenen Werkzeugmaschinen zu speichern, die innerhalb eines Unternehmens genutzt werden.

Datenbanken können entweder vordefiniert oder individuell aufgebaut sein. Vordefinierte Datenbanken lassen sich zwar in unterschiedlichen Fertigungsumgebungen verwenden, ermöglichen aber keine spezifische Ausrichtung auf die tatsächlichen Anforderungen in der Produktion. Diesen Vorteil bieten individuell erstellte Datenbanken: Sie sind exakt auf die Fertigungsaufgaben abgestimmt und ermöglichen einen hohen Optimierungs- und Automatisierungsgrad.

Intelligente Makros

Normale Makros enthalten statische Bearbeitungsabfolgen. Mit Hypermill können so genannte „intelligente Makros“ angelegt werden, sie gehen noch einen Schritt weiter. Intelligente Makros beinhalten alle Bearbeitungsschritte, die erforderlich sein können, geben aber nur die Operationen aus, die für eine konkrete Anwendung notwendig sind. Dazu werden unterschiedliche Arbeitsschritte in einem Makro abgelegt, die für die gesamte Bearbeitung einer Geometrie erforderlich sind. Für jeden Arbeitsschritt definiert der Anwender individuelle Regeln und Bedingungen in der „Wenn-Dann-Logik“. Dies ermöglicht ein situatives Vorgehen: So kann beispielsweise je nach Bohrtiefe entschieden werden, ob einfaches Bohren oder Tieflochbohren erforderlich ist. Basierend auf diesen Regeln und in Abhängigkeit von der Geometrieinformation passt Hypermill die Arbeitsschritte automatisch an.

Ist diese Logik in ein Programmiermakro integriert, wird die Anzahl der Datenbankeinträge reduziert, was die Auswahl für den Anwender vereinfacht. Dadurch ergeben sich Vorteile: Ein neuer Programmierer kann aus einer vorhandenen Datenbank einfach eine Bohrbearbeitung beispielsweise mit einem Durchmesser von acht Millimeter auswählen. Da alle Informationen zu den verschiedenen Bearbeitungen für unterschiedliche Bohrtiefen im Makro definiert und hinterlegt sind, wird nur der entsprechende Teil des Makros verwendet.

Tieflochbohren

Das Tieflochbohren stellt charakteristische Anforderungen an die Bearbeitung, wie etwa die Kühlmittelzufuhr oder die Spanabfuhr durch die Verwendung sehr langer Werkzeuge. Zudem müssen die Querbohrungen innerhalb eines Kühlnetzwerks beachtet werden. Dabei durchbricht das Werkzeug das Material, durchläuft die Querbohrung und taucht auf der anderen Seite erneut in das Material ein. Dieser Prozess stellt zusätzliche Anforderungen an das Fräsverfahren. Werden die veränderten Bedingungen nicht berücksichtigt, verringert dies die Qualität des Fräsprozesses – das Risiko, dass der Bohrer im Material abbricht, steigt. Deshalb werden weitere Daten vom Teilmodell benötigt.

Eine zukunftsorientierte CAM-Software sollte über eine erweiterte Feature-Erkennung und solide Modellierungsfunktionen verfügen, welche die tatsächlichen Schnittbedingungen präzise erfassen. Um eine optimale Anpassung an die jeweilige Situation zu ermöglichen, sollte die Software unterschiedliche Schnittbedingungen (Vorschub, Spindeldrehzahl, Kühlmittelzufuhr usw.) unterstützen. Wenn Querbohrungen jedoch überhaupt nicht oder nur manuell erkannt werden, schränkt das die Vorteile computergestützter Konstruktions- und Programmierungsprozesse stark ein.

Mehrseitenbohren

Das Mehrseitenbohren, das beispielsweise häufig bei der Bauteilfertigung in der Luftfahrtindustrie zum Einsatz kommt, findet auch im Formenbau Verwendung. Durch das Mehrseitenbohren werden die Verbindungswege zwischen den einzelnen Bohrungen verkürzt, unabhängig von der Ausrichtung werden die schnellsten Eilgänge zwischen einzelnen Bohrungen gefunden. Mit einfachen Techniken lassen sich Bohrungen lediglich im Rahmen einer einzigen Ausrichtung gruppieren. Bei einem Mehrseitenansatz beinhaltet die Feature-Erkennung nicht nur die Bohrgeometrie und dazugehörige Parameter, sondern sie definiert auch automatisch das Koordinatensystem für jede Bohrachse. Anschließend kann die CAM-Software reibungslose Verbindungswege realisieren, die das Werkzeug nahe am Werkstück halten und gleichzeitig eine Kollisionskontrolle gewährleisten. Das Ergebnis ist ein höchst zuverlässiger Fräsprozess und verkürzte Bearbeitungszeiten durch kürzere Positionierzeiten, konstante Werkzeugbewegungen sowie der Möglichkeit, auf erweiterte Maschinensteuerungsfunktionen zuzugreifen.

Fazit

Bohrungen gestalten sich manchmal schwieriger als auf den ersten Blick ersichtlich, doch Funktionen wie eine automatische Feature-Erkennung minimieren den Programmieraufwand, bringen die Werkstücke schneller auf die Maschine und reduzieren die Bearbeitungszeit. Das Ziel ist die Verwendung von intelligenten Fertigungstechnologien, um eine effiziente Herstellung von Werkstücken umzusetzen. Wer diese fortschrittlichen Technologien in Anspruch nimmt, wird mit überzeugenden Ergebnissen belohnt werden. -sg-

Autor: Alan Levine, Open Mind

Open Mind, Wessling, Tel. 08153/933-500, http://www.openmind-tech.com