Tebis: Checkliste für automatisiertes Tieflochbohren

Zugegeben: Beim Tieflochbohren ist zwar durchaus so einiges zu beachten. Aber mit Alchemie und Glück haben erfolgreiche Ergebnisse nichts zu tun. Vorausgesetzt, der Anwender geht methodisch vor und beachtet von Anfang an ein paar grundlegende Aspekte. Dann lassen sich böse Überraschungen auch in automatisierten Bearbeitungen sehr zuverlässig vermeiden.

Kollisionen vermeiden

Egal, ob auf einem Tiefbohrbearbeitungszentrum, einer Tiefbohrmaschine oder einem konventionellen, für das Tiefbohren geeigneten Bearbeitungszentrum gearbeitet wird – die langen Bohrwerkzeuge spielen mit ihrer komplexen Störkontur in einer ganz eigenen Liga. Damit wird die Kollisionsgefahr zu einem wesentlichen Faktor. Speziell die Z-Achse benötigt Aufmerksamkeit. Besonders wichtig wird das in einer mannarmen oder gar mannlosen Bearbeitung – eine Automatisierung benötigt stabile, sichere und vorhersehbare Bearbeitungsprozesse.

Hier kann ein CAM-System mit valider Kollisionsprüfung vorab für die notwendige Klarheit sorgen. Wichtig ist, dass die digitalen Daten Maschine, Werkzeug, Spannmittel und Werkstück vollständig und exakt abbilden und die Software die Wirklichkeit 1:1 wiedergibt. So kann der Anwender mögliche Kollisionen bereits in der virtuellen Umgebung der CAM-Software klar erkennen und entsprechend mit geeigneten Maßnahmen gegensteuern. Wer den digitalen Zwilling richtig nutzt, ist auch bei „sperrigen“ Prozessen wie dem Tieflochbohren sicher vor Kollisionen.

Werkzeuge fit halten

Tiefbohrprozesse stehen in dem Ruf, wahre „Werkzeugfresser“ zu sein. Die Werkzeugstandzeiten sind zudem aufgrund ihrer unregelmäßigen Abnutzung oft schwer kalkulierbar. Sie werden häufig viel zu niedrig angesetzt.

In automatisierten CAM-Lösungen sind deshalb neben dem eigentlichen Bearbeitungswerkzeug auch die passenden vom Hersteller empfohlenen Schnittwerte im System hinterlegt – die optimalen Werkzeugstandzeiten lassen sich so leichter berechnen.

Übrigens spielt auch der richtige Kühlschmierstoff eine wichtige Rolle – denn der ist in der Regel auf Fräsbearbeitungen ausgelegt und nicht auf die speziellen Anforderungen tiefer Bohrungen. Spezielle Tiefbohröle sorgen für bessere Druckeigenschaften, transportieren Späne besser ab und sorgen so für höhere Werkzeugstandzeiten. Positiver Nebeneffekt: Genauigkeiten und Oberflächenqualitäten verbessern sich.

Werkzeugwechsel reduzieren

Es gibt zwar inzwischen Bohrzentren, die auch die Tiefbohrwerkzeuge automatisch wechseln können – etwa vom portugiesischen Maschinenbauer Cheto. Aber das ist sowohl bei Bearbeitungszentren als auch bei den speziellen Tiefbohrmaschinen eher die Ausnahme. Speziell die Bohrwerkzeuge werden also zumeist noch von Hand eingewechselt.

Hier ist es ein großer Vorteil, wenn sich die Entscheidungen über den Werkzeugeinsatz in die Software vorverlegen lassen. Leistungsfähige CAM-Systeme ermöglichen es dem CAM-Programmierer mit intelligenten und automatisierbaren Features auf einfache Weise, etwa die Werkzeugauswahl und die Bearbeitungsfolge schon in der virtuellen Umgebung zu optimieren. So lassen sich unnötige und zeitraubende Werkzeugwechsel auf der Maschine vermeiden.

Bearbeitung für flexiblen Einsatz optimieren

Oft gibt es mehrere Möglichkeiten, Werkstücke zu bearbeiten – auch auf alternativen Maschinen. Und gerade in automatisierten Systemen ist oft nicht von Anfang an klar, welchen Weg das Teil letztlich in der Bearbeitung nimmt: über das Zentrum mit der Bohrbuchse oder doch über eine Maschine, die nicht über dieses Feature verfügt?

Gut, wenn der Anwender das nicht im Vorfeld entscheiden muss, sondern sich darauf verlassen kann, dass er selbst oder im Idealfall die Automatisierung im richtigen Moment die beste Entscheidung trifft. Und dass er sich darauf verlassen kann, dass der Bearbeitungsprozess in jedem Fall ein optimales Ergebnis liefert. Intelligente Handlungsalternativen sorgen für eine flexible und anpassungsfähige Fertigung und sichern die Termintreue.

Die Voraussetzung dafür ist aber, dass das für alle Varianten notwendige Fertigungswissen im CAM-Programm vorliegt. Standardisierte Vorlagen für Bearbeitungsabläufe – quasi NC-Schablonen – sollten dort alle sinnvollen Varianten abdecken. Zum Beispiel ein Template für die Bearbeitung mit Bohrbuchse und beispielsweise ein anderes für das Tiefbohren ohne diese Buchse.

Fertigungswissen automatisiert anwenden

In diesen Templates sind die Bearbeitungen bauteilunabhängig, aber detailliert ausgearbeitet. Die Werkzeuge sind mit ihren erprobten, auf den jeweiligen Werkstoff und die eingesetzte Maschine hin optimierten Schnittdaten ebenso hinterlegt wie die Bearbeitungsstrategien. Das Ergebnis sollte unabhängig vom Weg, den das Werkstück nimmt, und den verwendeten Maschinen das gleiche sein. Das schafft stabile Prozesse und wertvolle Handlungsalternativen auch bei einer Fertigung in Losgröße 1.

So bleibt der Anwender flexibel und lastet seine Maschinen voll aus. Das im CAM-System in digitalen Bibliotheken vorhandene, standardisierte Fertigungswissen sorgt zuverlässig dafür, dass die einzelnen Templates auf die eingesetzten Maschinen hin abgestimmt sind, in einer optimierten Abfolge kombiniert und präzise abgearbeitet werden. In automatisierten Systemen kümmert sich die Software zudem auch darum, dass die NC-Programme passend für die ausgewählten Maschinen ausgegeben werden. Und bei einer Veränderung – etwa aufgrund einer Störung, eines „Feuerwehrauftrags“ oder einer aus anderen Gründen notwendigen Neupriorisierung – ist der zusätzliche Aufwand für eine Umplanung der Bearbeitung sehr überschaubar. Für den Anwender sind es bei den heutigen leistungsfähigen Systemen ein paar Mausklicks – den Rest erledigt die Software.

Mehrere Arbeitsgänge zusammenfassen

Man spricht zwar von „der“ Tieflochbohrung. Meist aber sind es mehrere – bis zu sechs – Arbeitsgänge, die für das gewünschte Ergebnis notwendig sind: von der Pilotbohrung über das eigentliche Tiefbohren bis hin zum Gewindeaufbohren und Gewindefräsen. Bei schrägen Bohrungen kommt oft noch das Anspiegeln dazu. Es erfordert sehr viel Know-how, diese komplexen Fertigungsabläufe optimal zu kombinieren und auch die jeweiligen Parameter für die Bearbeitungen festzulegen

Hier ist es vorteilhaft, wenn die Arbeitsgänge und die Strategien standardisiert sind und das Wissen um ihren optimalen Einsatz inklusive der auf Maschine, Werkzeug und Werkstoff abgestimmten Schnittdaten ebenfalls in der Software steckt. Ein CAM-System, das über entsprechende Templates oder NC-Schablonen verfügt, kann diese Bearbeitungsfolgen mit den für derartige Bearbeitungen optimierten Parametern und Strategien abrufen. Damit lassen sich auch in Betrieben, in denen nur gelegentlich Tiefbohrungen erstellt werden, sehr prozesssichere und -stabile Abläufe übernehmen und bei Bedarf auch automatisiert abarbeiten.

Komplettbearbeitung richtig programmieren

Soll das Tiefbohren zeitsparend mit einer Komplettbearbeitung etwa von mehreren Seiten kombiniert werden, stoßen viele CAM-Systeme systembedingt an eine weitere Grenze. Das bedeutet, dass viele Bearbeitungspfade nicht optimal verlaufen, da jeder Bereich für sich betrachtet, separat programmiert und auch isoliert abgearbeitet wird. Synergieeffekte können so nicht erschlossen werden, und die Bearbeitung dauert unnötig lang.

Zeitgemäße CAM-Software bearbeitet auch komplexe Bauteile umlaufend. Die Reihenfolge der einzelnen Bearbeitungsschritte kann der Anwender selbst festlegen oder sich dabei von den Automatismen des im System hinterlegten Fertigungswissens wirksam unterstützen lassen. So entsteht quasi wie von selbst ein ganzheitlich aufs Werkstück ausgerichtetes NC-Programm, das die Bearbeitungsreihenfolge in technischer wie ökonomischer Hinsicht auf ein Optimum ausrichtet und darüber hinaus dem Anwender viel Zeit sparen kann.

Tiefbohren ist kein Hexenwerk. Wer einige wenige grundlegende Faktoren beachtet, erreicht auch bei einer automatisierten Bearbeitung prozesssicher und -stabil hochwertige Ergebnisse. Hier kann leistungsfähige Software den Anwender wirksam unterstützen. Wenn bei jedem Werkzeug für jede Situation, die in der Bearbeitung auftreten kann, standardisiert die entsprechenden Schnittwerte hinterlegt sind, erreicht der Anwender ein hohes Maß an Flexibilität. Zudem lassen sich die CAM-Programme schnell und einfach aus Templates erstellen und bei Bedarf auch mit wenigen Mausklicks für andere Maschinen umprogrammieren. Das verschafft wertvolle Freiräume angesichts der bei den meisten Aufträgen sehr eng gesetzten Termine.

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