Die CNC-Koordinatenmessmaschine prüft die Elektroden an den vorgegebenen Punkten und aus definierter Richtung. (Bildquelle: Mecadat)

Die CNC-Koordinatenmessmaschine prüft die Elektroden an den vorgegebenen Punkten und aus definierter Richtung. (Bildquelle: Mecadat)

Seit Jahren programmiert das Unternehmen Bernhard Wunder Formenbau, Nurn, die Fräsprogramme für die formgebenden Bereiche per 3D-CAM-System selbst. Bis vor Kurzem erfolgte dies noch mit Catia Machining, weil auch der Konstruktionsbereich mit Catia arbeitete. Denn das Unternehmen hat viele Kunden aus der Automobil­branche, und das CAD-Programm erleichterte den Umgang mit Originaldaten und deren Rückführung. Die 2D- und 2,5D-Programme, die vor allem für die Bearbeitung von Platten wichtig sind, programmierten die Mitarbeiter dagegen an der CNC selbst, was viel Zeit kostete, nicht zuletzt wegen der vielen Löcher, die die Werkzeuge benötigen. An dieser Stelle bestand also dringend Handlungsbedarf, weshalb die Geschäftsleitung vor gut zwei Jahren beschloss, die vorhandenen Insellösungen beim 3D-Fräsen durch eine neue CAM-Infrastruktur zu ersetzen. Die fertigungsnahen CAD- sowie alle CAM-Anwendungen sollten künftig auf einem einheitlichen System basieren und möglichst viele Schritte sollten automatisiert ablaufen. Die Wahl fiel auf das Software-System Visi, einer Produktfamilie des britischen Herstellers Vero Software, Cheltenham, Großbritannien. Die Software gehört mit weltweit über 30.000 Installationen zu den am häufigsten eingesetzten CAD/CAM-Lösungen, die sich für den Werkzeug- und Formenbau eignen. „Die einzelnen Visi-Module lassen sich je nach Bedarf zusammenstellen und jederzeit durch weitere Elemente ausbauen. Das System bietet Schnittstellen zu allen wichtigen Datenformaten, die ebenfalls als einzelne Module erhältlich sind“, erläutert Thomas Betz, Vertriebsbeauftragter des deutschen Distributors Mecadat, Langenbach.

Im CAD-Modell legt der Konstrukteur der Grafitelektrode die Messpunkte für die spätere Qualitätssicherung des fertigen Bauteils fest. (Bildquelle: Mecadat)

Im CAD-Modell legt der Konstrukteur der Grafitelektrode die Messpunkte für die spätere Qualitätssicherung des fertigen Bauteils fest. (Bildquelle: Mecadat)

Die Elektrodenkonstruktion automatisieren

Für Wunder Formenbau war bei der Auswahl des Systems aber noch ein weiterer Aspekt von Bedeutung: die Möglichkeit, die Elektrodenkonstruktion weitgehend zu automatisieren und in die Erodierabteilung zu verlagern. Denn der Erodierer kennt sich mit Elektroden am besten aus. Beispielsweise beim Umgang mit Parametern wie dem Erodierspalt oder der Aufteilung der Elektroden, wo es immer wieder zu Unstimmigkeiten mit der Konstruktionsabteilung kam. Außerdem sollte das neue System nahtlos mit der Fertigungszelle zusammen­arbeiten, die das Unternehmen kurz zuvor anschaffte. Hierzu eignet sich das Modul Elektrode. Damit kann der Anwender zum Beispiel einen Flächen­bereich vorgeben oder einen Konturzug auswählen und die Elektrode innerhalb dieses Bereichs automatisch erzeugen lassen. Sollte sie zu kurz sein, zieht der Mitarbeiter sie per Maus tangential in die gewünschte Länge. Jürgen Eckert, Leiter der Abteilung Erodieren, führt aus: „Da wir seit der Umstellung ausschließlich mit Grafit erodieren, lassen sich die Elektroden gut zusammenfassen, weil wir viel dünner und tiefer fräsen können.“ Anschließend erzeugt der Anwender die NC-Daten mittels Visi Machining und lässt die Elektrode automatisch in der Fertigungszelle dreiachsig auf der Fräsmaschine OPS Speed Hawk produzieren. Auch dieser Schritt ist teilweise automatisiert, zum Beispiel über Vorlagen, da Elektroden jeweils sehr ähnlich aufgebaut sind. Daher ist der Prozess­ablauf, wie die Maschine schruppt und schlichtet sowie welche Werkzeuge sie einsetzt, vorgegeben. Das bedeutet, dass der Mitarbeiter bei Standardelektroden nicht mehr in die Programmierung eingreift, sondern dem Programm nur mitteilt‚ es soll den Schritt durchführen – und das Thema ist durch. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass möglichst viele Prozessschritte standardisiert sind und die gleichen Werkzeuge zum Einsatz kommen.

Die Roboter-verkettete Fertigungszelle fräst pro Jahr mehrere Tausend Grafitelektroden, lagert sie zwischen, misst sie und lässt sie vom Roboter in die beiden Erodiermaschinen einlegen. (Bildquelle: Mecadat)

Die Roboter-verkettete Fertigungszelle fräst pro Jahr mehrere Tausend Grafitelektroden, lagert sie zwischen, misst sie und lässt sie vom Roboter in die beiden Erodiermaschinen einlegen. (Bildquelle: Mecadat)

Prozessverwaltung inklusive

Zudem übernimmt das Software-Modul Elektrode neben der Elektrodenkonstruktion das Verwalten der Prozesse. Für die Elektrodenkonstruktion sind das Grundmaß der Grafitelektrode und der Halter miteinander verknüpft. Da die Abmessungen vom Grundkörper vorgegeben sind und der Nullpunkt über den Halter definiert ist, benötigen die Mitarbeiter an der Fertigungszelle nur noch die Artikel­daten. So spannt der Mitarbeiter am Rüstplatz lediglich das Rohteil ein und übergibt das Ganze inklusive einer aufgelisteten Reihenfolge an die Fertigungszelle. Das spart das Umrechnen per Hand, was zuvor viel Zeit kostete und so manchen Fehler produzierte. Die Flexibilität bleibt trotzdem erhalten. So kommt es vor, dass ein neuer Nullpunkt für die Fräsprogrammierung nötig ist. Die Software kennt den dafür essenziellen Zusammenhang zwischen Werkstück- und Elektrodennullpunkt und definiert zudem, welche Elektrode was erodiert und unterstützt die ganze Dokumentation ­
– wahlweise auf Papier oder digital.

Rund 40 Spritzgusswerkzeuge entstehen pro Jahr bei dem Unternehmen Wunder Formenbau mit einer maximalen Größe von 1150 x 900 mm. (Bildquelle: Mecadat)

Rund 40 Spritzgusswerkzeuge entstehen pro Jahr bei dem Unternehmen Wunder Formenbau mit einer maximalen Größe von 1150 x 900 mm. (Bildquelle: Mecadat)

Außerdem lässt das Software-Modul automatisch die Konturen überprüfen und vergleicht sie mit dem CAD-Modell – und nicht nur mit den Versatzdaten. Das funktioniert so, dass ein Mitarbeiter nach abgeschlossener Konstruktion die Messpunkte an der Elektrodenkontur mit wenigen Mausklicks definiert. Da der Nullpunkt vom System festgelegt ist, entnimmt der Roboter die fertig gefräste Elektrode aus dem Magazin und übergibt sie der CNC-Messmaschine, wo diese an den vorgegebenen Punkten und aus vor­definierter Richtung misst. Dafür war früher ein Mitarbeiter komplett gebunden, der zum großen Teil nur Elektroden gemessen hat.

NC-Datensätze mit drei Klicks erstellen

Aktuell sind bei Wunder Formenbau die Konstruktionsmodule, also das Basismodul 2D-CAD sowie 3D-Modelling, das auch für das Modul Elektrode und den CAM-Bereich nötig ist, an drei Arbeitsplätzen installiert sowie an einem weiteren Platz ein Visi Viewer, eine Software zum Ansehen von CAD-Daten, ohne sie jedoch bearbeiten zu können. Im CAM-Bereich sind zusätzlich mehrere Fräsmodule der Software-Familie, wie Visi Machining 2,5D, 3D, drei Achsen zu fünf Achsen sowie AKS adaptives Kernschruppen, und Visi Wire zum Drahterodieren im Einsatz. Hinzu kommt das zum automatisierten 2,5D-Programmieren genutzte Modul Compass. Dieses erkennt Regelgeometrien wie Bohrungen, Kanten oder Frästaschen als sogenannte Features, interpretiert sie und erzeugt auf Basis der in einer Datenbank hinterlegten Fertigungsinformationen die erforderlichen NC-Datensätze. Im Idealfall genügen hierfür drei Mausklicks. Doch bevor es so weit ist, sind diverse Vorarbeiten notwendig, wie das Aufbauen einer Fertigungsdatenbank mit Zuordnung der Schnittdaten und Werkzeuge für die jeweiligen Bearbeitungsschritte. Das erfordert wiederum strukturierte und standardisierte Abläufe. Geschäftsführer Bernhard Wunder erinnert sich: „Wir benötigten über ein halbes Ja

hr, bis die wichtigsten Prozesse stabil liefen.“

Das Einführen des Systems gepaart mit der autonom arbeitenden Fertigungszelle zum Elektrodenfräsen, Erodieren und Messen war für die Franken ein Meilenstein in Richtung Zukunft. Die Elektrodenkonstruktion funktioniert heute zu 70 bis 80 Prozent automatisch. Manuell eingreifen muss der Formenbauer nur noch dort, wo es zu komplex wird oder wo er zum Beispiel die Elektroden auftrennen will. Zusammen mit den neuen Maschinen der Fertigungszelle, der Umstellung auf Grafit und dem automatischen Konturmessen ist die Elektroden­herstellung schneller und effizienter. Wo früher vier Mitarbeiter mit diesen Aufgaben betraut waren, sind es jetzt zweieinhalb. Zwei Erodiermaschinen sorgen für den gleichen Durchsatz, den zuvor vier Maschinen schafften. Zudem ist die Fertigung präziser geworden, was sich beim Montieren und dem Fertigstellen des Werkzeugs zeigt. So passen heute Teile, die früher häufiger nachgeschliffen werden mussten, fast immer sofort.

 

Anwender im Detail

Wunder Formenbau

In den frühen sechziger Jahren als Handwerksbetrieb gegründet, ist das Unternehmen Bernhard Wunder Formenbau mit Sitz in Nurn nahe Kronach heute ein Hightech-Unternehmen mit rund 1.500 m² Produktionsfläche und 45 Mitarbeitern. Es kon-struiert und fertigt anspruchsvolle und bis zu fünf Tonnen schwere Ein- und Mehrkomponenten-Spritzgusswerkzeuge, hauptsächlich für Thermoplaste und Elastomere. In der eigenen Spritzerei produzieren zudem zehn zum Teil automatisierte Maschinen technische Kunststoffteile. Zum Maschinenpark gehört eine Roboter-verkettete Fertigungszelle, die mehrere Tausend Grafitelektroden pro Jahr herstellt.

ist Vorstand von Mecadat.

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