CAD/CAM + Mitarbeiterförderung = verbesserte Effizienz

Oct 29, 2023

In der gesamten Fertigungsindustrie versuchen Unternehmen, Verluste auszugleichen und die Kosten zu senken. Amada Tool America Inc. konnte die Kosten senken, indem es das Potenzial seiner CAM-Software durch mitarbeitergeführte Prozessverbesserungen erschloss. Dadurch wurden die Produktionszykluszeiten halbiert und der Werkzeughersteller wurde flexibler, um sich schnell an neue Herausforderungen anzupassen.

Amada Tool America mit Sitz in Batavia, NY, wurde 1965 gegründet und 1990 von Amada Co. (Isehara-Shi, Japan) übernommen. Das Unternehmen entwickelt, produziert und wartet Metallverarbeitungsgeräte und Werkzeugmaschinen. Das Unternehmen liefert sowohl Standard- als auch Spezialwerkzeuge für die Revolver-Stanz- und Abkantpressen von Amada in den Vereinigten Staaten. Amada Tool America beschäftigt 80 Mitarbeiter und ist in einer 6.968 Quadratmeter großen Anlage untergebracht.

Teile werden aus einer Reihe von Stählen hergestellt und auf Schleifmaschinen, Mühlen, Drehmaschinen, Bandsägen und Funkenerosionsmaschinen bearbeitet. Das Unternehmen arbeitet als Flow-Shop und fertigt auf Amada-Maschinen einen Standardsatz an Werkzeugen für jede Stationsgröße. Anders als in einem typischen Flow-Shop-Prozess kann jedoch jedes Teil eine hohe Anzahl an Variationen aufweisen, die unterschiedliche Einstellungen und Umrüstungen erfordern. Diese Produktvielfalt erhöht die Komplexität für Bediener, die häufig zwischen Teilen und Vorgängen wechseln.

Die Herausforderung bot die Möglichkeit, den Produktionsprozess zu rationalisieren. Amada Tool America erweiterte seine Programmierkapazitäten durch den Kauf der Mastercam CAD/CAM-Software von CNC Software LLC mit Sitz in Tolland, Connecticut. Die Software standardisiert Geräteeinstellungen mit einer individuellen Programmierdatei, die für jedes Produkt gespeichert wird. Mithilfe von Barcode-Scannern scannten die Bediener Teilenummern, um einfach auf Datendateien zuzugreifen und die Produktion effizient zu starten.

„Für mich ist Mastercam ein Werkzeug“, sagte Ricky Streiff, ein Amada-Programmierer. „Ein Handwerker ohne sein Werkzeug ist nichts; und ein Werkzeug ohne Handwerker ist auch nichts. Wenn Sie also dieses Werkzeug und diese Fähigkeit haben, können Sie sich leicht andere Möglichkeiten vorstellen, es zu verwenden.“

Für die Erstschulung schickte Amada seine Mitarbeiter zum Mastercam-Händler OptiPro Systems in Ontario, NY, wo die Kurse Drehmaschinen, Fräsen und 3D-Fräsen umfassten. Die Mitarbeiter nutzten auch Online-Ressourcen, um mehr über die Funktionalität der Software zu erfahren. Durch die Schulung, so Streiff, konnten die Bediener „Teile sofort herstellen, Programme erstellen und Zeit sparen.“

Nach der Integration begann Amada mit der Überprüfung der Programmierdateien, um die Einstellungen für eine optimale Bearbeitung zu aktualisieren. Werkzeugwege und Geräteeinstellungen wurden durch effizientere Optionen verbessert und die durchschnittliche Zykluszeit halbiert.

„Die Werkzeugwege waren viel intuitiver“, erklärte Streiff. „Es war sehr einfach, neue Programme mit weniger Luftschneiden und unnötigem Werkzeugeinsatz zu erstellen, wie z. B. Eintauch- und Rückzugsbewegungen.“

Die bedeutendste Verbesserung betraf ein Werkzeug, das für den automatischen Werkzeugwechsler (ATC) der Amada HRB-Serie hergestellt wurde. Mithilfe einer Vier-Achsen-Fräse, die mit einem Drehzapfentisch ausgestattet war, wurden die Teile auf einer Spannplatte montiert. Die Bearbeitung erfolgte auf der Ober- und Rückseite, wobei ein Schlitz den Zugang zu letzterer ermöglichte. Zunächst hatte das Teil eine Laufzeit von 90 Minuten – zuzüglich einer manuellen Entgratung von 20 Minuten. Nach Programmaktualisierungen konnte die Gesamtzykluszeit auf 35 Minuten verkürzt werden, wobei die Entgratung direkt in der Maschine erfolgte.

Zu den Gesamteinsparungen gehörten:

--50 Prozent Reduzierung allein der Zykluszeit

- Reduzierung der kombinierten Zykluszeit/Entgratung um 93 Prozent

- Reduzierung der Werkzeugkosten pro Teil um 140 Prozent.

Um diese Ergebnisse zu erzielen, optimierte Streiff den Bearbeitungsvorgang durch die Integration von Hochgeschwindigkeits-Werkzeugwegen zum Entgraten und Anfasen. Der dynamische Fräswerkzeugweg, gefolgt von einem 3D-Kontur-Werkzeugweg, ermöglichte es demselben Schaftfräser, einen Schlitz auszufräsen und dann schräg anzusteigen, um die gewünschte abgeschrägte Kante zu erzeugen. Die 3D-Werkzeugwege wendeten auch einen Radius auf Löcher an, die sich auf einer Neigung der Teileoberfläche befanden.

In beiden Beispielen wurde die Notwendigkeit einer manuellen Nachbearbeitung beseitigt, die Produktivität gesteigert und die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit verbessert. In den meisten Fällen vervierfachte sich die Werkzeugstandzeit aufgrund der reduzierten Zykluszeit und Kraftbelastung, so Streiff.

Die Dynamic Motion-Technologie der Software passt die Schnittbewegung des Werkzeugs kontinuierlich an, um eine konstante Spandicke aufrechtzuerhalten. Da die Schnittkräfte kontrolliert wurden, wurden die erzeugte Wärmemenge und die Vibrationen reduziert, obwohl einige Teile über leichtere Spannmethoden mit höherem Vibrationspotential verfügten.

Die gesamte Werkzeuglänge war im Eingriff, was zu einem größeren Materialabtrag bei geringerem Werkzeugverschleiß führte. Um kostspielige Kollisionsfehler zu vermeiden, wurde die Simulation zur Validierung enger Toleranzen eingesetzt. Die Fräswerkzeuge hatten nur einen begrenzten Spielraum, um durch den Schlitz auf die Rückseite der Teile zuzugreifen, und arbeiteten mit einem Abstand von nur einem Millimeter zwischen dem Werkzeugkörper und der Maschinenhalterung. Da die Sicht aufgrund der Größe der Maschine eingeschränkt war, führte Streiff die Überprüfung und alle erforderlichen Änderungen von seinem Schreibtisch aus durch.

„Ich konnte alles direkt auf dem Computerbildschirm sehen“, sagte Streiff und stellte fest, dass er den Prozess klar sehen und die Werkzeugfreigabe überprüfen konnte. „Wenn es nicht klar sein würde, wusste ich, wie viel weiter ich mein Werkzeug ausdehnen musste, um es klar zu machen.“

Vor einer weiteren Herausforderung stellt Amada auf einer dreiachsigen Mühle mit einer Fanuc-Steuerung sektionierte Werkzeuge unterschiedlicher Breite für die HRB-Abkantpresse her. Um die angegebene Breite fertigzustellen, mussten sowohl die linke als auch die rechte Seite des Segments gefräst und geschliffen werden. Die Teile wurden durch manuelles Feilen einer 1-mm-Fase fertiggestellt. Jeder Teil bestand entweder aus sechs oder zwölf Kanten, wobei die Fertigstellung jeder Kante durchschnittlich drei bis fünf Minuten dauerte.

Der standardmäßige rechtwinklige Kopf (RAH) erforderte eine manuelle Indexierung auf einen bestimmten Winkel, sodass zwei Werkzeuge, eines für jede Seite, gekauft werden mussten, was etwa 10.000 US-Dollar pro Stück kostete. Auf der Suche nach einer kostengünstigeren Option stieß Streiff auf den Titespot Angle Head (Eltool Corp., Mansfield, Ohio), einen kühlmittelbetriebenen, indexierbaren rechtwinkligen Kopf. Da für den Antrieb des Kopfes keine Spindeldrehung erforderlich war, fungierte die Spindel als Indexierer und ermöglichte den Zugriff eines einzelnen Kopfes auf beide Seiten des langen Teils.

Um die Vorteile des Titespot-Winkelkopfes zu nutzen, musste Amada festlegen, wie er auf der Fanuc-Steuerung programmiert werden sollte, die auf dreiachsige Maschinenoperationen beschränkt war. Ein normales Werkzeug benötigt einen Längen- und Durchmesserversatz. In diesem Fall benötigte das RAH die Länge, den Durchmesser des Werkzeugs und den Abstand von der Spitze des Werkzeugs zur Mitte der Spindel.

Um das Problem eines zusätzlichen Versatzes und der Fräserkompensation zu beseitigen, programmierte Streiff den Werkzeugweg in Mastercam mithilfe eines Aggregatkopfes und verwendete eine Computerkompensation in den Werkzeugwegeinstellungen, damit Mastercam die Durchmesserkompensation des Fasenwerkzeugs übernehmen konnte. Dann nutzte er die Software, um jeder X-Bewegung im Programm eine gemeinsame Fanuc-Variable hinzuzufügen. Diese Variable wird über ein Unterprogramm in der Maschine berechnet und berücksichtigt die Länge des Fasenwerkzeugs von der Spindelmittellinie und die gewünschte Teilebreite und addiert sie dann zum von Mastercam programmierten X-Wert. Durch diese Methode in Verbindung mit den Quick-Response-Codescannern konnten Streiff und sein Team ein Mastercam-Programm verwenden, um alle Teilebreiten zu bearbeiten.

Zur Übertragung der Datendateien an die Fanuc-Steuerung war eine Nacherstellung erforderlich. Auf Wunsch von Streiff schickte ihm das OptiPro-Team eine Nachbearbeitungsdokumentation. Streiff konnte die Informationen zusammen mit Online-Foren nutzen, um einen vorhandenen Beitrag zu ändern und den gewünschten Code erfolgreich auszugeben. Insgesamt wurde die Maschinenzykluszeit auf 1 Minute reduziert, bei minimalem manuellen Entgraten von 10 Sekunden. Es waren keine zusätzlichen Maschinenmodifikationen erforderlich.

„Ich fand das ziemlich cool“, strahlte Streiff und fügte hinzu, es sei so, als würde man eine dreiachsige Standard-Fanuc-gesteuerte Maschine nehmen und sie in eine 3+1 verwandeln, indem man ein Werkzeug, etwas Codierung und Mastercam-Posten hinzufügt.

Inspiriert durch die Prozessverbesserungen für den rechtwinkligen Kopf entschied sich Streiff, die Ebenen und Achsenausrichtungen für die Schleifmaschine Amada RS Techster zu manipulieren, die zum Schleifen, Flächenschleifen und Profilschleifen verwendet wird, um V-förmige Winkel und Radien zu erzeugen. Da Amada mit mehr als 30 Teilprofilen arbeitet, bestellt der Hersteller die Räder als Rohlinge und bearbeitet sie mit einem Einspitzdiamanten. Jedes Mal, wenn der Bediener ein verschlissenes Rad austauscht, kann es bis zu 30 Stunden dauern, bis das G-Code-Programm für die Ausrüstung das gewünschte Profil vorarbeitet.

Um die Ineffizienz zu beheben, manipulierte Streiff die Ebenen in der Software und richtete die Achsen in die richtige Richtung aus, um sie mit den X-, Y- und W-Achsen der Maschine zu korrelieren. Mit dem dynamischen Schrupp-Werkzeugweg konnte die Zykluszeit von 30 Stunden auf sechs Stunden verkürzt werden.

„Das mitgelieferte Programm erstellte das gesamte Profil die meiste Zeit durch Luftschneiden, während beim dynamischen Schruppen offensichtlich keine Luft geschnitten wird“, erklärte Streiff. „Es geht bis ins Fleisch des Stücks.“

Streiff wird seine Programmierkenntnisse weiterhin nutzen, um nach weiteren Verbesserungsmöglichkeiten innerhalb der bestehenden Abläufe des Unternehmens und aller neuen Prozesse zu suchen. Wie viele Hersteller heute hat auch Amada einen Personalmangel. Sobald das Unternehmen offene Stellen besetzt, werde er laut Streiff die Möglichkeit haben, Mastercam häufiger zu nutzen und von noch mehr Vorteilen zu profitieren. Amada investiert in die jüngere Generation und potenzielle zukünftige Mitarbeiter und engagiert sich in der lokalen Bildung. Es ist Sponsor der Genesee Valley Educational Partnership, auch bekannt als BOCES, einer Technik- und Handelsschule mit Campus in Batavia, NY. Der Hersteller unterstützt die Schule durch die Teilnahme an Veranstaltungen, die Organisation von Führungen und die Zusammenarbeit mit dem Koop-Programm . Tatsächlich ist Streiff Absolvent des BOCES-Kooperationsprogramms und des Ausbildungsprogramms von Amada Tool America.

Als Werkzeughersteller verfügt Amada über viele Werkzeuge, darunter CAD/CAM-Software und gut ausgebildete Mitarbeiter. Allerdings wurde die Anpassungsfähigkeit nur dann verwirklicht, wenn beides zusammenwirkte.

„Einer der großen Vorteile all dieser Projekte war, dass ich dieses Werkzeug in meiner Tasche hatte“, bescheinigte Streiff. „Da ich dieses Tool hatte und wusste, wie man es benutzt, hatte ich volles Vertrauen, dass ich Prozessverbesserungen vornehmen konnte, bevor ich den Computer überhaupt einschaltete.“

Weitere Informationen zu Amada Tool America finden Sie unter www.amada.com oder telefonisch unter 585-344-3900. Weitere Informationen zu CNC-Software finden Sie unter www.mastercam.com oder telefonisch unter 800-228-2877.

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