Komplexe Bearbeitungen erfordern fortschrittliche Software

Aug 08, 2023

Mithilfe der CAD/CAM-Software Mastercam programmiert der CNC-Programmierer Chris Merrick Werkzeugwege für eine Ventilatorkomponente. Bilder: Chris Hayhurst, Hayhurst Photography

Im Jahr 2000 erweiterte Coordinate Industries, Oakville, Ontario, seine Ausrüstung durch den Kauf einer einzelnen 5-Achsen-Maschine. Jetzt, mehr als 20 Jahre später, hat das Unternehmen seine Installationsbasis auf 50 CNC-Bearbeitungszentren erweitert, davon 26 5-Achsen-Fräsmaschinen.

Das 1985 gegründete Unternehmen produziert präzisionsbearbeitete Teile für die Luft- und Raumfahrt-, Verteidigungs- und Medizinindustrie sowie mechanische Komponenten für die Spektralbildgebungs- und visuelle Informationsindustrie. Sie bieten auch Endbearbeitungs- und Montagedienstleistungen an. Coordinate Industries ist an zwei Standorten mit einer Gesamtfläche von 100.000 Quadratfuß untergebracht und beschäftigt 151 Mitarbeiter.

Bevor die fortschrittlichere Bearbeitungstechnologie eingeführt wurde, war Coordinate Industries ein Lohnfertiger mit geringem Produktionsvolumen und manchmal mit Kleinaufträgen von nur zwei bis fünf Stück. Der Betrieb musste flexibel sein. Der Einsatz der Mastercam-Software war auf ausgewählte Punkte in der Werkstatt beschränkt.

„Als ich anfing, haben wir unsere gesamte Programmierung im Gespräch an der Steuerung durchgeführt“, sagte Chris Merrick, leitender CNC-Programmierer. „Da die Teile immer komplexer wurden, wurde es unumgänglich, CAM-Software zu kaufen.“

Um seine wachsenden Ausrüstungsinvestitionen zu optimieren, nutzt das Unternehmen die CAD/CAM-Software Mastercam von CNC Software.

„Es gibt einen erheblichen Unterschied zu heute und vor 20 Jahren darin, wie sehr wir uns verbessert und was wir erreicht haben. Ohne eine solide CAM-Software wären wir nicht dort, wo wir jetzt sind“, sagte Betriebsleiter Josip Saric.

Durch die Hinzufügung der fortschrittlichen CAM-Software von Mastercam konnte das Unternehmen Aufträge mit komplexeren Spezifikationen annehmen.

Einer der ersten dieser neuen Aufträge betraf Teile mit mehreren Ebenen. Obwohl es möglich war, eine Vorrichtung in eine der vorhandenen 3-Achsen-Maschinen der Werkstatt zu integrieren, um das Werkstück von allen Seiten zu bearbeiten, war dies nicht wirtschaftlich. Die Methode erforderte mehrere Rüstvorgänge, wobei die Tür der Maschine jedes Mal geöffnet wurde, wenn das Teil neu positioniert werden musste, was aufgrund der Unterbrechungen wertvolle Zeit kostete.

Stattdessen entschieden sich die Programmierer des Unternehmens für die 3+2-Bearbeitungstechnik, bei der ein 3-Achsen-Programm verwendet wird, indem das Teil auf einer 5-Achsen-Maschine in mehrere Ebenen gekippt wird. Mithilfe der Rotationsachsen kann das Schneidwerkzeug dann in jedem beliebigen Winkel geneigt und arretiert werden. Dieser Ansatz ermöglicht die Verwendung eines kürzeren, steiferen Schneidwerkzeugs und ermöglicht höhere Geschwindigkeiten und Vorschübe als bei der herkömmlichen 3-Achsen-Bearbeitung. Es reduzierte auch die Anzahl der erforderlichen Bearbeitungsvorgänge.

Die Konversationsprogrammierung wurde zu schwierig, da die neuen Maschinen nun kompliziertere Geometrien erstellen konnten. Die Programmierer benötigten nicht nur Software zur Ebenenerstellung für die 3+2-Bearbeitung, sondern sie planten auch zukünftige Teile, die eine detailliertere Endbearbeitung mit engeren Toleranzen beinhalteten. Da leitende Bediener bereits über Erfahrung und Vertrauen mit der Software verfügten, entschied sich das Unternehmen, sie zur Erweiterung der Programmierfähigkeiten zu nutzen.

Josip Saric, Betriebsleiter, schließt die Teileeinrichtung auf einem DMG MORI DMU 80 eVo Bearbeitungszentrum ab.

„Wir hatten die 5-Achsen-Maschine und hatten Probleme“, sagte Merrick. „Wir stellten einige Teile damit her, holten aber nicht das Beste aus der Maschine heraus. Mit Mastercam konnten wir ein Teil in einem Arbeitsgang herstellen und dann abschneiden, statt in vier, fünf oder sechs Arbeitsgängen.“

Mittlerweile ist das Unternehmen mit 26 5-Achsen-Maschinen ausgestattet und verfügt über neun Mastercam-Arbeitsplätze. Der Arbeitsablauf wird durch die Aufteilung der Maschinistenposition in zwei spezialisierte Rollen optimiert. Die Bediener konzentrieren sich nun darauf, die Maschine effizient zu betreiben, während Programmierer mit der Software arbeiten, um das Teil zu manipulieren, es in Position zu bringen, die Werkstückhalterung zu entwerfen und optimale Werkzeugwege anzuwenden.

Fertigungsprozesse wurden durch die Einbindung von Werkzeugbibliotheken standardisiert, sodass keine manuelle Dateneingabe erforderlich war. Die Software verfügt über eine Funktion, die benutzerdefinierte Parameter für häufig verwendete Werkzeuge und Halter speichert und diese Baugruppen zuordnen kann. Details wie Schnittspezifikationen können einbezogen und auf ähnliche Komponenten kopiert werden, was Programmierzeit spart.

Coordinate Industries hat auch die Art und Weise verbessert, wie es die Qualitätskontrolle aufrechterhält.

Während früher die einzige Überprüfung durch eine Erstinspektion erfolgte, wird dieser Prozess jetzt in der Programmierphase vor der Produktion durchgeführt. Programmierer nutzen während des gesamten Prozesses die Verifizierungsfunktion der Software, um generierte Werkzeugwege in einer virtuellen Umgebung zu simulieren und die Genauigkeit zu überprüfen. Dies trägt dazu bei, kostspielige Fehler zu vermeiden, indem Kollisionen zwischen Werkstück, Werkzeug und Maschine erkannt werden, bevor sie auftreten.

Das Unternehmen nutzt außerdem die Vorteile der Dynamic Motion-Hochgeschwindigkeits-Werkzeugwege der Software, die dazu beitragen, die Werkzeuglebensdauer zu verlängern und die Zykluszeiten zu verkürzen.

Merrick beschrieb beispielsweise ein Teil aus 7050-Aluminium, das in einem Arbeitsgang durch dynamisches Hochgeschwindigkeitsschruppen hergestellt wird, was seiner Meinung nach fünfmal schneller ist als herkömmliche Taschenfräsmethoden.

Die Vorder- und Rückseite werden mithilfe der Taschen-Werkzeugwegfunktion der Software erstellt, während das Außenprofil und die Taschen mithilfe dynamischer 2D-Hochgeschwindigkeits-Werkzeugwege erstellt werden. Dynamic Motion nutzt die gesamte Spannut des Werkzeugs, um Schnitte auszuführen, was den Materialabtrag maximiert und den Werkzeugverschleiß reduziert. Anschließend wird das Werkstück mit den 2D-Kontur-, Taschen- und Oberflächenflusslinienfunktionen der Software fertiggestellt.

Um scharfe Kanten zu brechen, verwendet der Werkzeugweg des Programms eine Mischung aus Entgraten und 2D-Fasen, wodurch die manuelle Entgratungszeit verkürzt und gleichzeitig die Teilekonsistenz gewahrt bleibt. Abschließend wird das Teil mit 2D Contour abgeschnitten, wobei entlang der Haltekante 0,003 Zoll übrig bleiben, um ein einfaches Abbrechen zu ermöglichen.

Wie für unzählige Hersteller stellte die COVID-19-Pandemie auch für Coordinate Industries neue Herausforderungen dar, da einige seiner bestehenden Kunden wirtschaftlich betroffen waren. Die Aufträge aus der Luft- und Raumfahrtindustrie gingen zurück, die Aufträge aus dem Militär blieben jedoch bestehen. Der Hersteller entdeckte auch neue Kunden in der Medizinbranche, die kleine Aufträge mit kurzen Durchlaufzeiten benötigten.

Aluminiumrippen (Luft- und Raumfahrtkomponenten) warten auf einen zweiten Bearbeitungsvorgang.

Ein Auftrag mit Terminbeschränkungen betraf die Produktion von Beatmungskomponenten. Der Kunde hatte zunächst die Möglichkeit des Spritzgießens geprüft, der Prozess der Erstellung der Form und der anschließenden Herstellung würde jedoch den Zeitrahmen überschreiten. Mit Hilfe seiner CAD/CAM-Software war Coordinate Industries in der Lage, das Teil schnell zu entwerfen, zu programmieren und zu produzieren, um den Kundenanforderungen gerecht zu werden.

„Wir konnten es schneller machen als jedes andere Spritzgussunternehmen“, sagte Saric.

Während Coordinate Industries typischerweise Aluminium bearbeitet, wurden die medizinischen Teile aus weißem Polyoxymethylen-Kunststoff hergestellt. Das Material führte zu einer neuen Produktionsvariante, da kein Kühlmittel zur Schmierung der Maschine verwendet werden konnte. Daher wurde ein Luftgebläse zum Abblasen der Spitzen angeschafft, um die Teile abzukühlen.

Die Teile hatten einfache Geometrien und wurden in einem Arbeitsgang mit den Werkzeugwegen Bohren, Konturrampe, 2D-Kontur und Konturfasen erstellt.

„Wir versuchen, die medizinischen Teile so schnell wie möglich herzustellen, sodass wir diese auf sehr kurze Zykluszeiten reduzieren konnten. Um eine maximale Leistung zu erzielen, legten die Bediener Streifen mit 23 Teilen auf jede Palette und verwendeten eine „Lights-out“-Fertigung“, sagte Saric.

Vor kurzem begann der Hersteller damit, die OptiRough-Werkzeugwege der Software zu nutzen, um die Effizienz bei Teilen mit großen Oberflächen zu steigern. Als dynamischer Hochgeschwindigkeits-Werkzeugweg passt OptiRough die Bewegung des Schneidwerkzeugs kontinuierlich an optimale Bedingungen an. Es berücksichtigt die radiale Spanverdünnung, die auftritt, wenn die Schnittbreite kleiner als der Radius des Werkzeugs ist und zu ungleichmäßigem Werkzeugverschleiß führt.

Um zu dünne Schnitte zu vermeiden, werden die Vorschübe erhöht, sodass eine kleinere Zustellung und eine tiefere Zustellung möglich ist. Der Werkzeugweg erleichtert Programmierern die Arbeit, indem er möglicherweise mehrere Arbeitsschritte ersetzt und die Programmierzeit verkürzt.

Um technologisch auf dem neuesten Stand zu bleiben, erwarb das Unternehmen das Wartungsprogramm der Software über den Mastercam-Händler In-House Solutions, Cambridge, Ontario. Das Programm bietet Zugriff auf die neuesten Softwareversionen und neuen Funktionen, die im Laufe des Jahres veröffentlicht werden. Coordinate Industries plant die Umstellung auf die neueste Softwareversion, sobald alle Mitarbeiter geschult sind. Um Probleme bei der Dateifreigabe zu vermeiden, besteht die Strategie darin, alle Abteilungen gleichzeitig zu wechseln.

„Wir verwenden Mastercam schon so lange und unser Wissen über die Software ist mit dem Wachstum der Software gewachsen“, erklärte Merrick. „Sie haben im Laufe der Jahre viele Verbesserungen an der Software vorgenommen, und das hat uns sehr geholfen.“

In-House Solutions unterstützte bei der Versionsaktualisierung durch Erläuterung der Software-Updates. Darüber hinaus stellt der Wiederverkäufer die Postprozessoren her, die möglicherweise für eine Hauptversion oder für eine neue Maschine mit einer anderen Steuerung oder Konfiguration aktualisiert werden müssen, und setzt den Support fort, bis die Maschine erfolgreich angeschlossen wurde. Coordinate Industries setzt auch bei der Schulung neuer Mitarbeiter auf In-House Solutions.

Ventilatorkomponenten laufen auf einem automatisierten DMG MORI DMU 80 eVo 5-Achsen-Bearbeitungszentrum.

Coordinate Industries, www.coordinate-industries.com

Mastercam, www.mastercam.com