Verbesserte CAM-Programmierfähigkeit trägt zu einer Umsatzsteigerung um das 4,5fache bei

Als Lohnfertiger produzierte C&S zunächst nur Ersatzteile für die örtlichen Produktions- und Verarbeitungsbetriebe. 1980 kaufte C&S seine erste CNC-Maschine, ein vertikales Bearbeitungszentrum von Enshu. Durch die Umstellung auf die CNC-Bearbeitung konnte das Unternehmen fortan auch komplexere Teile in höherer Qualität produzieren und im Laufe der Zeit anspruchsvollere Teile fertigen. In den frühen 1980er Jahren kaufte Robert Steele die Unternehmensanteile von Ronnie Cook. Heute verfügt C&S über drei Gebäude mit mehr als 5580 Quadratmetern und 30 CNC-Maschinen, darunter vertikale und horizontale Bearbeitungszentren sowie vertikale und horizontale Drehmaschinen mit angetriebenen Werkzeugen. Auch das Laserschneiden, Biegen und Schweißen gehört nun zum Angebot des Unternehmens. Geschäftsführer ist heute Ryan Steele, ein Enkel von Bob Steele. Auch er setzt auf Innovationen, Qualität, Sicherheit und Mitarbeiterentwicklung. Bei C&S wird derzeit rund um die Uhr in drei Schichten gearbeitet. Selbst samstags stehen die Maschinen oft nicht still.

Umstellung auf eine neue CAM-Software

Nach der Anschaffung einiger hochmoderner CNC-Werkzeugmaschinen stieß man bei C&S mit der bis dahin eingesetzten CAM-Programmiersoftware allmählich an gewisse Grenzen. „Die CAM-Software, die wir früher benutzt haben, unterstützte alle Programme, die bei uns zum Einsatz kamen, aber sie war nicht so leicht zu bedienen“, sagt Kyle Dunn, Maschinenbediener bei C&S. „In der Vergangenheit mussten wir zunächst den Werkzeugweg programmieren, dann einen G-Code generieren und diesen in unser handgeschriebenes Programm exportieren. Dieses Verfahren war nicht nur zeitaufwendig, sondern auch anfällig für Fehler. Dadurch stieg die Gefahr eines Werkzeugcrashs oder einer Beschädigung des Werkstücks.“ Schließlich entschied sich das Unternehmen für den Kauf der CAM-Software ESPRIT, da diese von mehreren Werkzeugmaschinenherstellern für eine fortschrittliche Programmierung auf hochmodernen Maschinen empfohlen worden war. Für die CAM-Software ESPRIT sprach außerdem, dass 3D-Modelle aus anderen, von den Kunden verwendeten CAD-Programmen wie SolidWorks einfach importiert werden können. Dadurch kann viel Zeit gespart werden, da zum einen das Modell des Kunden nun nicht mehr erst nachgebildet werden muss. Zum anderen wird so gewährleistet, dass das Programm genau den Konstruktionsabsichten des Kunden entspricht.

Ein Beispiel für eine gelungene Programmierung mit ESPRIT ist die untere Spannbacke einer Sondermaschine. Dieses Teil sollte aus einem massiven Block aus legiertem Stahl mit den Abmessungen 10 x 9 x 8-Zoll (254 x 228 x 203 mm) gefertigt werden. Der Kunde stellte ein 3D-Modell zur Verfügung, das mit SolidWorks erstellt worden war, und der Programmierer importierte das Modell in ESPRIT. Hier wurde der zu bearbeitende Block um das Modell herum konstruiert. Zunächst wurden dafür alle benötigten Werkzeuge aus einer umfangreichen Bibliothek ausgewählt, die im Laufe der Zeit entstanden war und so unterschiedliche Werkzeuge wie Kugelkopffräser, zylindrische Fräser, Bohrer, Gewindebohrer usw. umfasst. Durch die Einbindung der Bibliotheksdaten wurde sichergestellt, dass die verwendeten Werkzeuge gut zur jeweiligen Anwendung passen und alle Besonderheiten wie Aussparungen, Werkzeugnummern, Anzahl der Nuten usw. für eine sichere Kollisionserkennung berücksichtigt wurden. Anschließend wurde über die automatische Feature-Erkennung von ESPRIT die gewünschte Teilegeometrie mit allen Bohrungen, Naben und Taschen wiederhergestellt und so der Werkzeugweg festgelegt.

Untere Spannbacke und Matrize einer kundenindividuellen Stanzpresse

Programmierung der Werkzeugwege zur Erzeugung der Außenkonturen

Um die Außenkonturen des zu bearbeitenden Teils genau berechnen zu können, verband der Programmierer zunächst einige Kanten und Linien und erzeugte so einige größere Hüllflächen um das Teil. Anschließend definierte er für jede einzelne Fläche die benötigen Konturierungsoperationen und wählte die dazu passenden Bearbeitungsschritte aus. Auf der Grundlage dieser Vorgaben berechnete ESPRIT in Sekundenschnelle, welche Schrupp-, Halbschlicht- und Schlichtbearbeitungen in welcher Reihenfolge zu erfolgen hatten, um die gewünschte Oberfläche zu erzeugen. Am Anfang der Bearbeitungskette steht immer eine Schruppbearbeitung, die bei hohen Zerspanungsraten mit einem Wendeschneidplattenfräser ausgeführt wird. So werden alle zu entfernenden Bereiche des Werkstücks in einem Arbeitsgang bearbeitet. Dann erfolgt programmgemäß eine Zerspanung mit dem nächstkleineren Werkzeug, durch das die Konturen schon etwas genauer definiert werden können. Wenig nötig, folgen noch weitere Werkzeuge. Am Ende der Bearbeitungskette steht das kleinste Werkzeug, meist ein Kugelkopffräser, mit dem auch feine Details erzeugt werden können. Die Werkzeugwege werden so berechnet, dass fertige Flächen nicht noch einmal bearbeitet werden. Dadurch verkürzt sich die Zykluszeit.

Sobald der Bediener alle separat zu erzeugenden Konturen wie Bohrungen und Vorsprünge festgelegt hat, erkennt ESPRIT diese automatisch und programmiert entsprechende Werkzeugwege. Bei Bedarf kann der Maschinenbediener auch auf die Einstellungen zurückgreifen, die in der Bibliothek hinterlegt sind und sich bei zuvor erfolgten Bearbeitungen bereits bewährt haben. Nach diesem ersten Programmierschritt führt der Bediener eine Simulation der Bearbeitung in Form eines realistischen 3D-Modells durch, wobei sowohl das zu bearbeitende Werkstück als auch die zu verwendenden Schneidwerkzeuge und die einzusetzende Werkzeugmaschine Berücksichtigung finden. Durch diese Vorgehensweise werden etwaige Probleme vorab erkannt. So können noch andere Werkzeuge herangezogen, die Geometrien angepasst und die Werkzeugwege korrigiert werden, bevor mit der eigentlichen Bearbeitung begonnen wird. Darüber hinaus liefert die Simulation ein Modell des zu produzierenden Teils, das sich leicht mit den Kundenvorgaben abgleichen lässt. Schließlich werden während der Simulation auch die Zykluszeiten berechnet. Auf der Grundlage dieser Berechnungen kann anschließend eine sehr genaue Angebotserstellung erfolgen. „Wir nutzen diese Funktion vor allem bei langfristigen, großvolumigen Projekten, da wir so besser abschätzen können, wie viel Zeit wir für die Herstellung der einzelnen Teile benötigen“, erklärt Fertigungstechniker Mike Curry.

Mit ESPRIT programmierte 3D-Werkzeugwege zur Erzeugung der komplexen Werkstückkonturen.