Die Musterformplatte enthält als besondere Schwierigkeit einen rechteckigen, konischen Durchbruch mit 1-mm-Eckenradius. Die Innenseiten, Radien sowie die gewölbten Außenflächen werden mit den 5-Achs-Tangentialbearbeitungszyklen und einem konischen Tonnenfräser geschlichtet. (Bildquelle: Knarr)

Die Musterformplatte enthält als besondere Schwierigkeit einen rechteckigen, konischen Durchbruch mit 1-mm-Eckenradius. Die Innenseiten, Radien sowie die gewölbten Außenflächen werden mit den 5-Achs-Tangentialbearbeitungszyklen und einem konischen Tonnenfräser geschlichtet. (Bildquelle: Knarr)

Der Normalienanbieter Knarr, Helmbrechts, bietet seit 2013 auch Formaufbauten (System K & System F) und P-Platten in verschiedenen Abmessungen, Ausführungen und Materialien an. Dabei spielt inzwischen die Komplettbearbeitung eine immer wichtigere Rolle. „Die Nachfrage im Bereich Formaufbauten mit kundenspezifischen Einarbeitungen steigt permanent“, berichtet Marco Mergner. Der Maschinenbautechniker und Feinwerk-Mechanikermeister ist als Abteilungsleiter für die CAD/CAM-Programmierung und Frästechnik zuständig.

Zum Erfolgsrezept zählt er das Know-how, die Motivation der Mitarbeiter, den respektvollen und freundschaftlichen Umgang innerhalb des Teams ebenso wie den modernen Maschinenpark. Bekräftigt durch das Vertrauen der Geschäftsleitung in die Belegschaft investiert jene im Bereich Formaufbaufräsen in moderne Bearbeitungszentren, die seit ihrer Inbetriebnahme im Zweischichtsystem ausgelastet werden. Außerdem hebt Mergner die CAM-Lösung Hypermill hervor. Da das Herstellen von Formplatten mit allen Sonderwünschen einer klassischen Einzelteilfertigung entspricht, kommt der CAM-Programmierung eine Schlüsselstelle zu.


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CAM- und CAD-System arbeiten reibungslos zusammen

Schon seit den 90er Jahren vertrauen der Firmengründer Rainer Knarr und seine CAD/CAM-Spezialisten auf den Partner aus Weßling bei München. Mergner hierzu: „Ausschlaggebend war und ist die Leistungsfähigkeit im Technologiebereich der einzelnen Bearbeitungszyklen mit weitreichenden Möglichkeiten bezüglich Mehrseiten- und 5-Achs-Bearbeitung, Tieflochbohr-, Mess- und Automatisierungstechnik. Dazu kam die Bedienerfreundlichkeit des Systems und der uns bereits bekannte gute Service des Herstellers.“

Das sogenannte Performance-Paket Hypermill Maxx Machining bietet Strategien für das Schruppen, Schlichten und Bohren. Dabei erfolgt die Schruppbearbeitung spiralförmigen und trochoidalen Werkzeugbewegungen. (Bildquelle: Knarr)

Das sogenannte Performance-Paket Hypermill Maxx Machining bietet Strategien für das Schruppen, Schlichten und Bohren. Dabei erfolgt die Schruppbearbeitung spiralförmigen und trochoidalen Werkzeugbewegungen. (Bildquelle: Knarr)

Heute hat Knarr eine zweistellige Anzahl an Hypermill-Lizenzen, die in verschiedenen Abteilungen zum Einsatz kommen. Seit 2015 nutzen die CAM-Programmierer auch das CAD-System Hypercad-S, das auf einem 3D-CAD-Kernel von Open Mind basiert und dadurch perfekt mit dem CAM-System des Herstellers harmoniert. Nils Nabor, zuständiger Gebietsvertriebsleiter bei Open Mind, erklärt: „Hypercad-S ist ein CAD-System für CAM-Programmierer, das die Abläufe beim NC-Programmieren stark beschleunigt. Vollkommen unabhängig vom ursprünglichen, zur Konstruktion genutzten CAD-System können damit große importierte Datenmengen für die spätere NC-Programmierung aufbereitet werden.“

Die CAM-Programmierer bei Knarr nutzen das CAM-System Hypermill in voller Breite. Dazu gehören Funktionen für die Arbeitsvorbereitung, über die Generierung der Werkzeugbahnen bis zur Maschinensimulation. (Bildquelle: Knarr)

Die CAM-Programmierer bei Knarr nutzen das CAM-System Hypermill in voller Breite. Dazu gehören Funktionen für die Arbeitsvorbereitung, über die Generierung der Werkzeugbahnen bis zur Maschinensimulation. (Bildquelle: Knarr)

CAD-System ermöglicht einfache Programmierung

CAM-Programmierer nehmen Hypercad-S und das integrierte Hypermill als eine Einheit wahr, deren Funktionalitäten ineinander übergehen, wie Mergner erklärt: „Mit dem CAD-System und den darin integrierten Zeichen-, Flächen- und Solidfunktionen können alle eingangs notwendigen Aufgaben, die für eine einfache und effektive Programmierung notwendig sind, sicher erledigt werden. Für die Aufbereitung der CAD-Daten zur späteren Fräsbearbeitung bietet die Software mit den Funktionen zur Zeichnungserstellung.“ Das Generieren der Werkzeugwege erfolgt dann im CAM-System. „Hierzu stellt die Software die Bearbeitungstechnologie zur Verfügung plus spezielle Funktionen wie das Messen oder das Tieflochbohren.“, so Mergner weiter.

In der Abteilung Formaufbaufräsen beherrschen alle Mitarbeiter die Maschinen und das CAM-System. Mit ihm werden alle Formplatten programmiert, die anspruchsvolle Einarbeitungen und Freiformflächen enthalten können. Die Formplatten werden hierbei oft in zwei Aufspannungen von sechs Seiten bearbeitet. Spezielle Bearbeitungen, wie das Antasten des Rohteils, Tieflochbohren von Kühlkreisläufen oder das Vermessen des Bauteils nach der Bearbeitung auf der Maschine, lassen sich mit dem CAM-System programmieren und generieren. Dasselbe gilt für einfache Bohr- oder Fräszyklen. Da die Bauteile häufig gewisse Ähnlichkeiten aufweisen, nutzt das Team um Mergner die integrierten Automatisierungsmöglichkeiten.

90 Prozent Bearbeitungszeit einsparen

Das sogenannte Performance-Paket Hypermill Maxx Machining bietet darüber hinaus Strategien für das Schruppen, Schlichten und Bohren. Dabei erfolgt die Schruppbearbeitung in spiralförmigen und trochoidalen Werkzeugbewegungen. Durch die große axiale Zustelltiefe des Werkzeugs über die gesamte Schneidenlänge wird das Material um bis zu 75 Prozent schneller abgetragen als bei herkömmlichen Strategien. Und die Werkzeuge erreichen deutlich längere Standzeiten.

Noch mehr Bearbeitungszeit lässt sich mit den Strategien „5-Achs-tangentiales Ebenenschlichten“ und „5-Achs-Tangentialbearbeitung“ des Schlichtmoduls einsparen. Diese Schlichtbearbeitungen ermöglichen es, steile, ebene und beliebig krümmungsstetige Flächen mit konischen Tonnenfräsern zu fertigen. Auch kleine Eckradien lassen sich mit dem gleichen Werkzeug in einem Arbeitsgang bearbeiten. „Mit Kugel- oder Torusfräsern würden solche Operationen viel zu lange dauern und wären dadurch nicht mehr wirtschaftlich“, erklärt Mergner. Auch die Funktion „5-Achs-helikales Bohren“ wird bei Knarr immer wieder eingesetzt. Damit lassen sich mit in Laufrichtung geneigten Fräsern ohne Vorbohren unterschiedliche Bohrungsdurchmesser auch in schwer zerspanbaren Werkstoffen erzeugen. „So benötigen wir weniger Werkzeuge im Magazin und sparen Zeit“, erklärt Mergner.

Die Praxis zeigt: Eine Stunde genügt – anstelle von zwölf

Wie vorteilhaft sich die 5-Achs-Tangentialbearbeitungsstrategien mit konischen Tonnenfräsern auswirken, demonstrierten die Zerspanungsspezialisten der Abteilung Formaufbaufräsen anhand einer Musterformplatte, die sie für den 3. Knarr Präzisionstag anfertigten. Das Team konstruierte eine 96 mm dicke Formplatte mit einem rechteckigen, konischen Durchbruch, der einen 1-mm-Eckenradius hat. Für die Komplettbearbeitung auf einem 5-Achs-Bearbeitungstentrum DMC 80 U Duoblock von DMG Mori nutzten Mergner und sein Team alle drei Module von Hypermill Maxx Machining, um das NC-Programm zu generieren: Zuerst erzeugt ein Messerkopf mit der Funktion „5-Achs-helikales Bohren“ die Aussparung. Nach einem Schruppvorgang werden die Innenseiten sowie die gewölbten Außenflächen mit einem konischen Tonnenfräser geschlichtet. „Mit dem konischen Tonnenfräser und der Funktion „5-Achs-tangentiales Ebenenschlichten“ können wir einen Zeilenabstand von 1 bis 2 mm wählen und erzielen auch im engen Eckradius sehr gute Oberflächen. Mit einem 2-mm-Kugelfräser müssten wir einen Abstand von 0,01 mm oder noch kleiner wählen, um eine halbwegs ordentliche Oberfläche zu bekommen“, erklärt Mergner. So sparte sein Team viel Zeit: „Das Abzeilen mit dem Kugelfräser hätte im Idealfall zwölf Stunden gedauert. Mit der CAM-Strategie und dem konischen Tonnenfräser sind wir in nur einer Stunde fertig und erzielen top Oberflächen, auch in den Ecken.“

Diese Musterformplatte nutzt Mergner auch, um weitere Stärken der CAM-Lösung  hervorzuheben. Als besonders vorteilhaft betrachtet er die Möglichkeit, ein wirklich komplettes und sicheres NC-Programm erstellen zu können, das schon mit dem automatischen Ausgeben des Nullpunkts und der Antastzyklen beginnt. „Damit sparen wir uns schon vor dem eigentlichen Zerspanen manuelle Arbeit“, erklärt Mergner.

Auch händisches Messen oder das Verlagern auf ein externes Messzentrum gehören hier teilweise der Vergangenheit an. Denn die Bauteile werden nach der Bearbeitung auf der Maschine direkt gemessen. Open Mind bietet für diese prozessinterne Qualitätskontrolle eine in das CAM-System integrierte Messlösung mit mehreren Messzyklen an. Auch einen Reinigungszyklus haben die Programmierer integriert. So kommt das Bauteil in rekordverdächtiger Zeit komplett fertig von der Maschine.

Über den Autor

Wolfgang Klingauf

Fachjournalist, K+K-PR, Augsburg

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