Durchgängige Prozesskette für Fertigung und In-process-Messen

Schnell und sicher zu 100 Prozent Qualität

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Das wünscht sich jeder Betriebsleiter: Im CAD/CAM-System die Geometriedaten der Teile mit einigen weiteren Parametern ergänzen und die NC-Programme generieren – alles andere bewältigt die Fertigung mit CNC-Maschinen selbsttätig. Ergebnis sind schnell und zuverlässig zeichnungsgenau produzierte, hochgenaue Werkstücke. Beim Präzisionswerkzeughersteller Kelch haben Renishaw und Syscam mit einer durchgängigen Prozesskette für Fertigung und In-process-Messen diesen Wunsch weitgehend erfüllt.

Autor: Konrad Mücke

Beim Fertigen kleiner Losgrößen mit häufig wechselnden Werkstücken entscheidet die Prozesssicherheit über Flexibilität und Wirtschaftlichkeit. Insbesondere bei hochwertigen Bauteilen aus exotischen Werkstoffen kann Ausschuss hohe Kosten und langwierige Verzögerungen verursachen. Wesentliche Verbesserungen schafft das In-process-Messen. Hierbei überwacht sich im Prinzip die Fertigung selbst. Allerdings benötigt man dafür geeignete, ausgereifte Hard- und Software.
Beides haben jetzt die Renishaw GmbH, Pliezhausen, und die Syscam GmbH, Offenburg, in enger Zusammenarbeit mit der Kelch GmbH, Weinstadt, verwirklicht. Herausragendes Merkmal des Fertigungs- und Überwachungssystems ist die durchgängige Prozesskette vom CAD- und dem NC-Programm über die Fertigung bis zum Messen und Verifizieren der bearbeiteten Geometrien. In die NC-Programmierung auf dem CAM-System Feature AM (Delcam) haben die Software-Spezialisten von Syscam die Programmierung von Messzyklen integriert.
Wesentlicher Vorteil gegenüber bisheriger Software zum In-process-Messen ist, dass der NC-Programmierer auf seiner gewohnten Programmierebene im CAM-System arbeitet. Nach Auswahl der geforderten Messstrategie übergibt er die benötigten Geometrien an die Software. Sie legt die geeigneten Messzyklen automatisch an. Das hat zum einen den Vorteil, dass der NC-Programmierer auf einfache Art und Weise die Messparameter programmieren kann. Zum anderen generiert er mit Unterstützung durch die Software innerhalb kürzester Zeit die erforderlichen Messzyklen. Diese simuliert vollständig den Materialabtrag und die Messtasterbewegungen.
Zum Steuern der Messzyklen auf den Bearbeitungszentren nutzt das System die Logik der Software Productivity+ von Reni- shaw. Damit werden anhand der wenigen vorgegebenen Parameter die NC-Programmsätze für die Messzyklen automatisch generiert. Das betrifft unter anderem das Einwechseln des Messtasters und die Abfrage und das Lesen der Daten über die optische Schnittstelle. Insbesondere kann durch die softwareseitige Kollisionsprüfung die richtige Antastgeschwindigkeit gefahren werden, um korrekte Messungen zu erhalten.
„Mit dieser sehr komfortabel und einfach zu programmierenden Integration von Messzyklen in die üblichen NC-Programme auf dem CAM-System Feature CAM haben wir das In-process-Messen umfassend vereinfacht“, erläutert Andreas Erb, Gründer und heutiger Geschäftsführer des Software-Dienstleisters Syscam. „Ohne zusätzlichen Aufwand kann damit jeder NC-Programmierer die für ihn sinnvollen Messzyklen zum Verfizieren gefertigter Bauteilgeometrien als In-process-Messzyklen erstellen.“
Dieter Raufer, Leiter Vertriebsaußendienst bei Renishaw, ergänzt: „Mit dieser Softwareumgebung erhalten Fertigungsbetriebe erstmals ein System, mit dem sie problemlos und ohne zusätzlichen Aufwand den Fertigungsablauf auf den Bearbeitungszentren fortlaufend überwachen und verifizieren können.“ Damit der NC-Programmierer vorab die generierten Fertigungs- und Messzyklen prüfen kann, verfügt die CAM-Software selbstverständlich über eine grafische 3D-Simulation. Auf dem Bildschirm zeigt sie die Bewegungen der Werkzeuge, den Materialabtrag sowie die Bewegungen des Messtasters und das Antasten der Werkstücke.
Bei Kelch in Weinstadt nutzen die Fertigungstechniker die Software mit integrierten Messzyklen vor allem beim Fertigen von Sonderwerkzeugen, aber auch für Bauteile der von Kelch produzierten Werkzeug-Mess- und Voreinstellgeräte. Zum Produktspektrum des Präzsisionswerkzeug- und Geräteherstellers gehören Werkzeugaufnahmen und -halter in Standard- und Sonderausführung, Mess- und Prüfwerkzeuge, Einstellgeräte, Reinigungs- und Schrumpftechnologie, Werkstatt- und Betriebseinrichtungen sowie Software für den gesamten Werkzeugkreislauf in einem Fertigungsbetrieb.
Erheblich kürzere Durchlaufzeiten
Wie Rainer Matthias, als Produktmanager bei Kelch zuständig für Software, hervorhebt, hat man mit dem durchgängigen System für die selbst überwachende Fertigung die Qualität und die Prozesssicherheit nachhaltig verbessert. „Heute produzieren wir Losgrößen von 5 bis 1000 Werkstücken in einem zügigen Ablauf. Der Maschinenbediener kann sich im gesamten Fertigungsablauf darauf verlassen, perfekte Qualität zu produzieren.“ Dies betrifft die Fertigung auf Bearbeitungszentren, auf Dreh-Fräszentren und auf Rundschleifmaschinen. Vor allem beim Bearbeiten der Innen- und Außenkontur schwieriger Polygon-Werkzeugkegel (PSK) sorgt das Fertigungs- und Überwachungssystem zuverlässig für höchste Genauigkeiten bei minimalen Durchlaufzeiten.
Zu den raschen Produktionsabläufen trägt eine herausragende, an der Praxis orientierte Eigenschaft des In-process-Messens bei. Erb beschreibt die Vorteile so: „Die im NC-Programm integrierten Messzyklen liefern selbstverständlich immer aktuelle, auf jedes Werkstück bezogene Daten. Spezielle Zyklen der Software entscheiden, ob die Werkstücke in Ordnung sind, nachgearbeitet werden können oder Ausschuss sind. Automatisch löst die Software die dazu passenden, folgenden Arbeitsschritte aus. Das kann zum Beispiel eine Werkzeugkorrektur und die Wiederholung der Bearbeitung sein. Damit haben wir gewissermaßen die Qualitätssicherung in den Produktionsablauf in Echtzeit eingebunden.“ Das erhöht die Genauigkeit und vermeidet selbstverständlich kostenintensiven Ausschuss.
Beispielsweise beim Bearbeiten von Bohrungen und Nuten an vorgedrehten HSK-Sonder-Werkzeughaltern auf dem Bearbeitungszentrum DMC 65H (Deckel Maho) arbeiten die Weinstädter mit Spanntürmen und Mehrfachaufspannung. Um dennoch für jedes Bauteil individuell höchste Genauigkeiten zu realisieren, wird vor dem ersten „Span“ (Bearbeitungsvorgang) die räumliche Spannlage jedes aufgespannten Bauteils gemessen. Dazu wechselt das Bearbeitungszentrum einen Messtaster OMP400 mit optischer Datenübertragung in die Hauptspindel ein. Besonders vorteilhaft ist bei diesem Messtaster die hohe Messgenauigkeit, die er mit Hilfe von Dehnmessstreifen erreicht. Um zuverlässig genau über lange Zeiträume zu messen, kann man den Messtaster wiederholt an einer Kugel mit bekanntem Durchmesser im Arbeitsraum des Bearbeitungszentrums kalibrieren.
Mit den am Spannturm aufgenommenen Messdaten korrigiert die NC-Steuerung die Nullpunkte der NC-Routinen individuell für jeden Spannplatz. Diesen Messzyklus kann der NC-Programmierer beim Erstellen des NC-Programms offline auf dem CAM-System mit wenigen Mausklicks in den Fertigungsablauf integrieren.
Nach einzelnen Bearbeitungsschritten – zum Beispiel dem Vorbohren von Kernlöchern für Gewinde oder dem Schruppen von Flächen – ermittelt das Bearbeitungszentrum mit dem Messtaster in einem ebenso komfortabel programmierten und automatisch ablaufenden Messzyklus die Lage der vorbearbeiteten Teilgeometrie. Damit wird zum einen die Bearbeitung verifiziert. Das vermeidet Ausschuss wegen beispielsweise einer unrichtigen räumlichen Lage einer Planfläche oder Nut. Zudem werden die Ursachen für Schäden an Werkstücken, Werkzeugen und Maschine durch eine aktuell nicht mögliche Folgebearbeitung rechtzeitig erkannt und der Arbeitsablauf unterbrochen. Das betrifft zum Beispiel Kernlochbohrungen, die durch einen abgebrochenen Kernlochbohrer blockiert oder wegen unrichtiger NC-Daten falsch positioniert sind. Ein anschließendes Gewindebohren oder -fräsen hätte fatale Folgen.
Effizienzkreislauf rund um die Maschine
Kelch wird demnächst die eigens für seine Werkzeugverwaltung programmierte Software Tool M in dieses System einbinden. Damit soll der zur EMO präsentierte Kelch Effizienz Zirkel weiter verfeinert werden. Dieser Kreislauf zeigt rund um die spanende Werkzeugmaschine alle Möglichkeiten einer rationellen und durchgängigen Prozesskette in der Fertigung, von der Auswahl der geeigneten Werkzeuge über das Voreinstellen bis hin zur oben beschriebenen In-process-Regelung.
Uwe Rein, seit kurzem Gesamtvertriebsleiter bei Kelch, sieht in dem Kelch Effizienz Zirkel für viele Zerspaner bisher ungeahnte Optimierungsmöglichkeiten: „Aufgrund unserer eigenen, sehr guten Erfahrungen können wir den Kreislauf vorbehaltlos auch unseren Kunden empfehlen. Wir möchten darüber hinaus, dass Anwender unserer Werkzeug-Mess- und Voreinstellgeräte alle Vorteile dieses Systems besonders komfortabel und umfassend nutzen können. Dazu werden wir zusammen mit Syscam und Reni- shaw demnächst unsere Werkzeug-Mess- und Voreinstellgeräte noch besser in das System einbinden. Diese strategische Partnerschaft ist bisher einmalig am Markt und soll für hohen Kundennutzen und Anwenderfreundlichkeit stehen. Die CAM-Software übernimmt dann direkt Werkzeug-Istdaten aus unserer Werkzeugverwaltung. Das erhöht zusätzlich die Prozesssicherheit und beschleunigt die Abläufe, da das manuelle Übertragen von Werkzeugdaten und -listen entfällt.“ Kein Zweifel: Schon mit dem bisher verwirklichten System einer vollständigen Integration des In-process-Messens ist die Prozesskette der CNC-Fertigung höchst effizient geworden.
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