Auch im Werkzeug- und Formenbau lohnt es sich, statt des Erodierens das 5-Achsen- Fräsen in Betracht zu ziehen. CAM-Lösungen wollen die Programmierung einfach und sicher machen, so dass sich erhebliche Zeitvorteile nutzen lassen.
Viele Werkzeugmaschinen-Hersteller bieten heute 5-Achsen-Modelle an, die hohe Anforderungen hinsichtlich Dynamik und Genauigkeit bei einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. Direktantriebe haben nicht nur bei den Linearachsen, sondern auch bei den Drehachsen Einzug gehalten. Endlos drehende C-Achsen sind für Gabelköpfe keine Seltenheit mehr. Viele Maschinen bieten zudem mit Schwenkwinkeln von mehr als 90° wesentlich mehr Freiheitsgrade für das Spannen und Bearbeiten von Teilen.
Mit den an die 5-Achsen-Technologie angepassten Maschinen- und Steuerungskonzepten mussten auch die Software-Anbieter für das Computer Aided Manufacturing (CAM) dafür sorgen, dass die Programmierung schnell und sicher erfolgt. Letztlich hängt davon die Effizienz dieser Technologie ab. Kritikpunkte waren in der Vergangenheit, dass die Programmierung bei vielen Teilen zu aufwändig und zu unsicher sei.
Mit dem 5-Achsen-Modul ihrer CAM-Software Hypermill – Hypermill 5-Axis –, will die Open Mind Technologies AG (Halle 15, Stand E53) den anwenderfreundlichen und wirtschaftlichen Einsatz über Spezialanwendungen hinaus ermöglichen. Nach Angaben der Wesslinger zeichnet sie sich durch das Folgende aus:
- Im Vergleich zum konventionellen 3D-Fräsen mit Kugelfräsern sind durch größere Bahnabstände bei Einsatz alternativer Werkzeuge wesentlich höhere Zerspannungs-Volumina erreichbar.
- Formelemente mit einer festen Ausrichtung zu gekrümmten Flächen können mittels einer kontinuierlichen Bearbeitung einfacher programmiert und gefräst werden.
- Kürzere Ausspannlängen sorgen für einen sichereren Fräsprozess durch geringere Ratter- und Werkzeugbruchgefahr sowie geringere Abdrängung der Werkzeuge.
- Hinterschnittige Geometrien können gefräst werden.
Neben der Fertigung von Turbinenschaufeln oder gewichtsoptimierten Strukturteilen für die Luft- und Raumfahrt lässt sich die 5-Achsen-Technologie so auch in anderen Bereichen sinnvoll einsetzen. Nach Angaben von Open Mind ist etwa bei der Herstellung eines Großwerkzeugs für das Innenblech einer Motorhaube eine Zeitreduktion von 67 auf 6,7 h möglich. Kleinere Werkzeuge mit hohen steilen Wänden, wie etwa Schmiedegesenke oder auch Spritzgusswerkzeuge – die heute noch überwiegend erodiert werden –, können mittels der 5-Achsen-Bearbeitung komplett fertig gefräst werden.
Aus diesem Grund hat auch die Langenbacher Mecadat CAD/CAM Computersysteme GmbH (Halle 15, Stand F42) mit der Version 12.2 der CAD/CAM-Lösung Visi-Series ein neues Modul für die 5-Achsen-Bearbeitung vorgestellt. „Das neue Modul beinhaltet eine Vielzahl von Strategien für den Werkzeug- und Formenbau, die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie“, erläutert Geschäftsführer Ralph Schmitt. „Es zeichnet sich vor allem durch seine einfache Bedienung über dynamische Menüs und eine mitlaufende Hilfe aus.“
Viele komplexe Formen enthielten etwa Bereiche mit tiefen Kavitäten, hohen und steilen Flächen, Hinterschnitten und kleinen Radien, die mit Werkzeugen kleinen Durchmessers hergestellt werden müssen, so Schmitt weiter. Normalerweise werde deshalb mit langen Werkzeugen gearbeitet, wodurch das Risiko einer schlechten Oberflächenqualität steige. Hier liefere die 5-Achsen-Bearbeitung deutlich bessere Ergebnisse.
Ebenfalls der Programmierung von Multi-Achsen-Maschinen widmet sich das französische Unternehmen Missler Software (Halle 15, Stand D46) aus Evry mit seiner Lösung Topsolid CAM. Hier stehen allerdings kombinierte Dreh- und Fräsbearbeitungen im Vordergrund.
Topsolid CAM macht automatisch Vorschläge für eine optimierte Bearbeitung. Hervorzuheben ist nach Angaben von Missler die Simulation in der Maschinenumgebung. Diese erlaube eine vollständige Kollisionskontrolle, eine beständige Aktualisierung des Rohteils während der Bearbeitung sowie eine realistische Darstellung des Materialabtrags. co
3D-Bearbeitungs-Simulation
Unter dem Kürzel TGB bietet die Tübinger TDM Systems GmbH (Halle 3, Stand J25) ein Softwaretool an, mit dem sich 3D-Modelle von Werkzeugen für die Simulation des Bearbeitungsprozesses erzeugen lassen. TGB – TDM Tool Graphic Builder CAA V5 Based – lässt sich direkt in die Oberfläche des CAD/CAM/CAE-Systems Catia V5 einbinden und kann online Werkzeugdaten aus der TDM-Datenbank beziehen. Der Anwender soll so schnell 3D-Werkzeugmodelle im nativen Catia-Format generieren können.
„Der Programmierer kann den Fertigungsprozess optimal auf das Werkzeug hin anpassen“, freut sich Dr. Heinz Fink, Director International Sales bei TDM Systems. „Sichere Werkzeugdaten stehen schnell zur Verfügung, die Arbeitsvorbereitung und die Bearbeitungszeit fallen kürzer aus – und die Prozesssicherheit steigt.“ Denn mit der realitätsnahen Simulation des Bearbeitungsprozesses lassen sich mögliche Kollisionen frühzeitig erkennen und Risiken vermeiden.
Die TDM-Werkzeug-Datenbank enthält alle für die 3D-Modellierung eines Werkzeugs erforderlichen Stammdaten und Informationen, wie etwa geometrische Bezugspunkte, Maße, schneidende und nicht schneidende Teile. Damit wird zunächst eine 2D-Komplettwerkzeuggrafik erzeugt. Anschließend generiert TGB aus den 2D-Daten eine Hüllkontur, aus der schließlich das realistische 3D-Volumenmodell des Werkzeugs entsteht. co
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