Software

5-Achs-Bearbeitung liefert entscheidendes Plus

Im Werkzeug- und Formenbau führe kein Weg am 5-Achs-Fräsen vorbei, sagen die Werkzeugbauer bei Meissner – vorausgesetzt, die Bearbeitung ließe sich einfach, schnell und sicher programmieren. Meissner nutzt dazu die Sescoi-Software WorkNC, die neben der direkten 5-Achs-Programmierung auch ein Modul bietet, mit dem aus existierenden 3-Achs-Programmen automatisch 5-Achs-Fräsbahnen generiert werden. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Maschinenkinematik ist dabei sichergestellt, dass eine kollisionsfreie Fräsbahn zustande kommt.
„Im 5-Achs-Fräsen stecken Optimierungspotenziale: Kürzere Durchlaufzeiten erreichen wir unter anderem dadurch, dass einige Arbeitsschritte wie etwa das Umspannen komplett entfallen“, sagt Reinhard Hackler, Abteilungsleiter Mechanische Fertigung bei Meissner.

Seit der erfolgreichen Umwandlung in eine Mitarbeiter-geführte AG ist das Werkzeugbau-Unternehmen Meissner auf Erfolgskurs. „Wir haben die Belegschaft durch organisches Wachstum fast verdoppelt“, berichtet der Vorstandsvorsitzende Tilman Löffelholz mit Blick auf die seit der Umwandlung vergangenen 15 Jahre. „Den Umsatz konnten wir bei fallenden Preisen sogar verdreifachen.“ In erster Linie sei das ein Verdienst der Mitarbeiter – sie besäßen großes Know-how und setzten dieses hochmotiviert ein, zudem fördere die Mitarbeiterbeteiligung das unternehmerische Denken. „Neben der leistungsstarken Konstruktions- und Entwicklungsabteilung spielt aber auch die mechanische Fertigung eine wichtige Rolle: Hier stecken rund 80 Prozent unserer Investitionen.“

Verstärkt richtet sich Meissner auf die 5-Achs-Bearbeitung aus. Bereits 14 von 26 Fräsmaschinen eignen sich für das simultane fünfachsige Zerspanen. „Wir erreichen in der Gesamtbetrachtung, also vom Programmieren bis zum fertigen Teil, in den meisten Fällen kürzere Durchlaufzeiten und geringere Stückkosten als bei dreiachsiger Bearbeitung“, erläutert Löffelholz. Kürzere Durchlaufzeiten erreiche man unter anderem dadurch, dass einige Arbeitsschritte wie etwa das Umspannen komplett entfielen, ergänzt Reinhard Hackler, Abteilungsleiter Mechanische Fertigung. „Und auf das Senkerodieren mit der dazugehörigen Elektrodenherstellung können wir ebenfalls verzichten, was eine enorme Einsparung bedeutet.“

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Werkzeuganzahl und -kosten halbiert

Vorteile sieht Meissner auch bezüglich der Qualität der Oberflächen, insbesondere deren Maßhaltigkeit. Einer der Gründe dafür ist, dass beim 5-Achs-Fräsen durch das Anstellen des Werkzeugs große Auskraglängen vermieden werden. Zudem wirken sich kürzere Werkzeuge positiv auf Schnittwerte, Spanquerschnitte und Werkzeugabdrängung aus. Auch die Vibrationen an der Werkzeugschneide sind geringer, so dass sich kleinere Fräserdurchmesser einsetzen lassen, bei denen weniger Restmaterial stehen bleibt – welches üblicherweise in zusätzlichen Arbeitsschritten entfernt werden muss.

Die komplexe Geometrie eines Formwerkzeugs für Sandkerne zum Gießen eines Pkw-Motorblocks stelle man zu einem großen Teil per 5-Achs-Fräsen her, nennt Hackler ein Beispiel. „Zum Vorschlichten und Schlichten genügen hierbei oft vier bis sechs Werkzeuge, etwa ein Fräser für die ebenen Bereiche und Kugelfräser vom Durchmesser D8, D6 sowie D4 bis D1 für die Kontur.“ Dreiachsig gefräst, wäre die Werkzeuganzahl etwa doppelt so hoch. „Und durch die geringeren Vibrationen an der Werkzeugschneide erhöhen sich die Standzeiten“, so der Abteilungsleiter weiter. „Beides zusammen – der geringere Werkzeugverschleiß und die reduzierte Zahl der Werkzeuge gegenüber der dreiachsigen Bearbeitung – bewirken, dass sich die Werkzeugkosten bei diesem Formwerkzeug für Sandguss etwa halbieren.“

Ein häufig genanntes Argument gegen die fünfachsige Bearbeitung bezieht sich auf die komplexen Bewegungen, die sich mit den Augen kaum nachvollziehen ließen – das mache die Programmierung schwierig. Doch Thorsten Koch, Gruppenleiter CAM bei Meissner, widerspricht: Das Programmieren sei nicht aufwendiger als beim 3-Achs-Fräsen – „zumindest dann nicht, wenn man das richtige Programmiersystem einsetzt“. Meissner verwendet seit 1996 das CAD/CAM-System WorkNC von Sescoi. Für die Software sprachen schon damals die einfache Handhabung des Systems und die Prozesssicherheit durch kollisionsfreie Fräsbahnen.

„In den letzten 15 Jahren hat sich in der Konstruktion und Zerspanung viel verändert“, fährt Koch fort. „Aber WorkNC hat mit allen Innovationen Schritt gehalten.“ Mittlerweile besitzt Meissner 16 Lizenzen, davon neun für die 5-Achs-Bearbeitung. Zusätzlich nutzt das Werkzeugbau-Unternehmen 16 Lizenzen des WorkNC-Viewers. „Wir haben an allen Maschinen Laptops aufgestellt, an denen die Maschinenbediener den Viewer und damit die Bauteilzeichnungen samt Fräsbahnen aufrufen können“, erläutert der für den Fertigungsbereich verantwortliche Reinhard Hackler. „So können sie sich ein detailliertes Bild von der anstehenden Bearbeitung machen.“ Ein Bearbeitungsblatt und den Aufspannplan gebe es zwar noch immer, aber der Papieraufwand habe sich gewaltig reduziert. „Bei unseren Mitarbeitern sind die Viewer sehr gut angekommen.“

Die Basis für die Programmierung wird in der Konstruktion gelegt. Dort arbeitet Meissner – bedingt durch die zahlreichen Kunden aus dem Automobilbau – mit den CAD-Systemen Catia, NX und Pro/Engineer. Die Übernahme der 3D-Daten in WorkNC sei problemlos und bedienerfreundlich wie das Programmieren selbst, betont CAM-Leiter Thorsten Koch. Dabei seien Neuprogrammierungen fast ausschließlich fünfachsig – „WorkNC bietet dafür mit der 5-Achs-Software beste Voraussetzungen“. Die Lösung besteht im Wesentlichen aus zwei Modulen: dem direkten 5-Achs-Programmieren und dem sogenannten Auto 5. Letzteres generiert aus existierenden 3-Achs-Programmen automatisch 5-Achs-Fräsbahnen. Bei der Umwandlung genügt es, die gewünschte Werkzeuglänge und den Halter einzugeben. Dann rechnet die Software die Fräsbahn automatisch so um, dass eine kollisionsfreie fünfachsige Fräsbahn zustande kommt. Hierbei wird auch die Maschinenkinematik berücksichtigt, da ja alle Maschinen in ihren Dreh- und Schwenkwinkeln begrenzt sind.

Thorsten Koch lobt zudem diverse praxisnahe Funktionen wie etwa WorkNC Check & Go. Diese dient dazu, die Verfahrbewegung der jeweiligen Maschine unter Berücksichtigung der berechneten Fräsbahnen sowie der Positionierung des Teils auf dem Tisch zu überprüfen und darzustellen. Sowohl die Achsanstellungen der 3+2-achsigen wie fünfachsigen Bearbeitung als auch die Maschinenkinematik werden auf Verlassen des Verfahrbereichs geprüft. Würde eine Endschalterposition erreicht werden, was ein unerwünschtes Umspannen des Werkstücks zur Folge hätte, kann sich der Anwender von der Software automatisch eine andere, bessere Positionierung des Werkstücks berechnen lassen. In vielen Fällen kann man sich dann das Umspannen ersparen. „Ein solches Tool haben die wenigsten Programmiersysteme zu bieten.“

Ähnlich verhält es sich mit der Visualisierung. Mit WorkNC 5-Achs lassen sich ohne zusätzliche Softwareprogramme 3-, 3+2- oder 5-Achs-Fräsbahnen zusammen mit der Kinematik der gewählten Maschine visualisieren. Die Simulation findet zwischen Fräsbahnberechnung und Postprozessorlauf statt. Mögliche Kollisionen zwischen den verschiedenen beweglichen Elementen (Werkstück, Werkzeug, Halter, Maschinenköpfe...) werden erkannt und gekennzeichnet. „Gerade bei neuen, komplexen Fräsprogrammen gibt uns diese Simulation eine hohe Sicherheit bezüglich des gesamten Fräsprozesses“, sind sich die CAM- und Werkstatt-Verantwortlichen einig.

Thorsten Koch weist noch auf einen weiteren wesentlichen Faktor hin: Die 5-Achs-Programme seien natürlich mächtig, so dass die Berechnungen eine entsprechende Zeit dauern könnten. „Darum ist es unerlässlich, soft- und hardwaretechnisch auf dem aktuellen Stand zu sein.“ Meissner setzt die neueste WorkNC-Version V21 ein, die es auch als 64-bit-System gibt. Damit beseitigte Software-Anbieter Sescoi das früher bestehende Problem mit großen Geometrien. „Wir haben solch große Programme mit der 64-bit-Version getestet und durften feststellen, dass jetzt alles tadellos funktioniert“, bestätigt Koch abschließend. „Wenn man die Software, die auch Parallelberechnung beherrscht, auf einem leistungsstarken PC mit vier oder acht Kernen betreibt, ist das eine super Sache – so macht Programmieren richtig Spaß.“ -co-

Sescoi GmbH, Neu-Isenburg Tel. 06102/7144-0, http://www.sescoi.de Messe AMB: Halle 4, Stand B12

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