Effizienz des Highspeed-Fräsens im Werkzeug- und Formenbau steigern

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Außer der reinen Frästechnologie steht das Thema CAM im Sinne innovativer Bahngenerierungsverfahren am PTW nach wie vor im Vordergrund. Elementare Funktionen wie schnelle Erzeugung kollisionsfreier Werkzeugbahnen und die maschinenspezifische NC-Programmausgabe werden von den am Markt befindlichen Systemen ausnahmslos beherrscht. Dabei werden bei der HSC-Bearbeitung starke Richtungsänderungen sowie häufiges Beschleunigen und Abbremsen vermieden sowie die An- und Abfahrstrategien den Vorschubgeschwindigkeiten und der Frässtrategie angepasst.

Die Systeme sind für die Anwendung sehr weit entwickelt und unterscheiden sich durch kleine, effizienzsteigernde Details wie die Klarheit der Benutzerschnittstellen, Postprozessoroptionen oder Möglichkeiten der Materialabtrags- und Kinematiksimulation. Unterschiede zeigen sich in der Einbindung von Methoden und Automatismen, die durch die Erzeugung oder Optimierung von Operationsfolgen dem Bediener die Programmierung von Formen und Gesenken erleichtern können. Für prismatische Features sind derartige Regelwerke Stand der Technik.

Am PTW wurde in jüngster Vergangenheit ein System entwickelt, das es mit Hilfe der Featuretechnologie, das heißt der Verknüpfung von Geometrie- und Fertigungsinformationen, ermöglicht, auch Freiformflächen mit einer Geometrieanalyse auf Basis von FE-Netzen und einer anschließenden Topologieanalyse zu erkennen und die dafür besten Frässtrategien und Werkzeuge auszuwählen. Diese Freiformfertigungsfunktionen reduzieren den Programmieraufwand erheblich.

Weiteres Potenzial in der HSC-Prozesskette ist in der Schnittstelle CAM-Postprozessor—Maschinensteuerung zu finden. Moderne Steuerungen erlauben die Beschreibung der Fräsbahnen in Form von Nurbs (non-uniform rational base splines). Während Nurbs im Produktdesign von Freiformflächen fast ausnahmslos angewendet werden, ist es bislang nicht möglich, diese durchgängig zur Steuerung von Fräsmaschinen zu verwenden. Aktuell werden die Produktmodelle in Dreiecksflächen tesseliert und mit Nachteilen bezüglich der Geschwindigkeit und der Genauigkeit in linear interpolierten Bahnen auf der Maschine abgearbeitet.

In einem aktuellen Grundlagenforschungsprojekt werden am PTW mathematische Verfahren entwickelt, die eine durchgängig analytische, Nurbs-basierte Bahngenerierung für die Bearbeitung von Freiformflächen ermöglichen. Experimentelle Bearbeitungen, sowohl an einfachen Testkurven als auch an komplexen Freiformflächen, ergaben im Vorfeld bereits deutliche Vorteile für Nurbs hinsichtlich Datenvolumen, Bearbeitungszeit und Genauigkeit. Bild 1 zeigt ein gefertigtes Testbauteil und die Bearbeitungszeit bei einer Bearbeitungstoleranz von ±0,1 mm.

Fünfachsiges Fräsen wird zunehmend genutzt

Auch können im Bereich der simultanen Fünf-Achs-Bearbeitungen noch deutliche Rationalisierungspotenziale ausgemacht werden. Während es die technischen Voraussetzungen, bestehend aus CAM-System, Werkzeugen und Maschinen für das Fünf-Achs-Fräsen, bereits seit vielen Jahren gibt und beispielsweise im Bereich Aerospace standardmäßig genutzt werden, lassen viele Formenbauer erst in jüngster Zeit ihre Maschinen fünfachsig fräsen. Durch die Nutzung der technologischen und geometrischen Vorteile dieser Technik lassen sich, abhängig von der Bauteilgestalt, die Bearbeitungszeiten auf einen Bruchteil verkürzen. Die Programmierung erfordert jedoch abhängig vom System ein gewisses Maß an Erfahrung. Bei komplexen Bauteilen wie dem Formeinsatz in Bild 2 ist zudem die Kollisionskontrolle während der Programmierung um einiges aufwändiger als bei der Drei-Achs-Bearbeitung, weil alle Störkanten im Maschinenraum einbezogen werden müssen.

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