CAD & Design CAM-Programm sorgt für Prozesssicherheit beim Zerspanen

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CAM-Programm im Einsatz: Wenn der Zeitdruck immer größer wird, sind verlässliche Aussagen zu Machbarkeit und zur Terminschiene für den Auftraggeber Gold wert. Hier bietet Laro ein hohes Maß an Verlässlichkeit, nicht zuletzt dank der validen Simulation mit Tebis.

Bei Laro, einem Tochterunternehmen der Langer Group, ist eine sichere und präzise Bearbeitung eine wichtige Säule der Unternehmensphilosophie. „Wir arbeiten meist in Losgröße 1. Da haben wir nur einen Versuch – und der muss passen“, betont Ralf Eberhard, Geschäftsführer des Zerspanungsspezialisten im württembergischen Illmensee. „Deshalb haben wir unseren Maschinenpark und vor allem unsere Prozesse und Abläufe entsprechend ausgerichtet.“ 

Die technischen Möglichkeiten sind das eine. „Wichtig sind aber auch gut ausgebildete Mitarbeiter, die Ideen haben und um die Ecke denken können“, betont der Geschäftsführer. „Sie verfügen über langjährige Erfahrung und über fundiertes Praxiswissen, so dass sie unsere technischen Möglichkeiten auch ausreizen können.“

Vom Kunststoff bis zur hartzähen Legierung

Die Zerspaner bearbeiten unterschiedliche Materialien von Kunststoffen über CFK und andere Verbundwerkstoffe, über Aluminium und andere Nicht-Eisen-Metalle bis zu Werkzeugstählen, Edelstählen, Titan und hartzähen Legierungen. Ebenso groß ist das Spektrum bei den geforderten Bearbeitungsqualitäten – von geschruppten Teilen bis zu Class-A-Oberflächen ist alles dabei.

 Entsprechend ausgerichtet ist der Maschinenpark. Leistungsfähige und sehr präzise Portalfräsmaschinen und Bearbeitungszentren ermöglichen die Bearbeitung von Werkstücken mit Gewichten von wenigen Gramm bis hin zu 20 t. Die maximale Länge liegt derzeit bei 6 m, die Beschaffung einer weiteren Großmaschine, die die möglichen Werkstückgrößen zusätzlich erweitert, ist bereits in die Wege geleitet. Dabei ist der Zerspanungsgrad oft sehr hoch – speziell bei Werkstücken für die Luft- und Raumfahrt, etwa bei Satelliten- und Sondenbauteilen, ist das Volumen der Späne nicht selten deutlich größer als das des Werkstücks.

Komplexe Werkstücke sind die Regel

Die Werkstücke, die in der konstant auf 21,5 °C temperierten Fertigungshalle entstehen, stellen besondere Ansprüche an die Zerspaner. In der Regel sind es komplexe Werkstücke, aber auch Teile, die nur mit großem Aufwand herstellbar sind. Nicht selten sind es Projekte, an denen sich andere Unternehmen bereits vergeblich versucht haben. Die Experten bei Laro stehen im Ruf, auch „unmögliche“ Werkstücke mit höchster Präzision zu fertigen.

Eine wichtige Rolle spielt im Unternehmen die Qualitätssicherung. Neben dem Messen auf der Maschine und den eigenen leistungsfähigen Messmaschinen können die Zerspaner auch auf die Möglichkeiten der Langer Group zugreifen. 

Hier lassen sich auch groß dimensionierte Werkstücke bis 8 Meter Länge exakt messen. Das eröffnet Möglichkeiten für die Fertigung von sehr komplexen und dabei auch sehr genauen Werkstücken.

Sicherheit in der Bewertung

„Nun, auch wir können nicht alles“, erklärt Eberhard. „Aber wir sind in der Lage, für einen potenziellen Auftraggeber sehr schnell und zutreffend zu bewerten, was machbar ist und wo die Grenzen sind.“ Die hohe Sicherheit schöpfen die Zerspanungsspezialisten aus ihrem CAM-Programm. Bei Laro setzen die Verantwortlichen insbesondere bei den größeren Maschinen aus gutem Grund bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten auf Tebis. Neben der guten Bedienbarkeit und der intuitiven Oberfläche spielt insbesondere die Tiefe der Informationen im System eine große Rolle. Insbesondere dann, wenn es um Prozesssicherheit, Prozessstabilität und die Vorhersage der Bearbeitungen und ihrer Ergebnisse geht.

Das sorgt für „nahezu absolute Sicherheit in der Bearbeitung“, wie Eberhard betont – auch bei mannlosem Betrieb. So können die Zerspaner die verfügbaren Spindelzeiten optimal nutzen und sind doch gegen unerwartete Ereignisse in der Bearbeitung abgesichert.

CAM-Programm erhöht Prozesssicherheit

Zwar sind auch früher schon Maschinen insbesondere mit großen Werkstücken übers Wochenende gelaufen. „Und am Montagmorgen war es dann immer spannend, ob alles passt“, erinnert sich Eberhard. „Wenn es aber um wichtige, wertvolle und zeitkritische Werkstücke geht, darf es insbesondere in der Zerspanung diese Unsicherheit nicht geben. Mit Tebis haben wir heute die Möglichkeit, bereits im Vorfeld alles abzusichern. Und auch die Maschinen, die mit Palettenwechsler automatisiert sind, profitieren von diesem Plus an Sicherheit. Darüber hinaus lebt und wächst das System mit unseren Bedürfnissen und Ansprüchen.“

Ein Schlüssel zur prozesssicheren und prozessstabilen Bearbeitung auf den Maschinen ist die detaillierte und mit der Realität übereinstimmende Simulation. „Jede relevante Bearbeitung prüfen wir zunächst in Tebis am digitalen Zwilling“, erläutert Eberhard. „Damit solche Simulationen der Bearbeitung in der realen Welt entsprechen, müssen die Daten sehr sorgfältig gepflegt sein. Nur so lassen sich beispielsweise valide Aussagen zur Kollisionsfreiheit einer Bearbeitung treffen.“

Virtueller Zwilling sorgt für valide Simulation

Um die Realität eins zu eins in der virtuellen Welt abzubilden, haben Experten des Softwarehauses aus Martinsried die Maschinen bei Laro sorgfältig und exakt vermessen. Alle Zerspanungswerkzeuge sind akribisch erfasst. Und die Spannmittel von der selbst gebauten Vorrichtung bis zum Vakuumspannsystem für verzugsfreies Fixieren filigraner Teile sind ebenso in den detaillierten Bibliotheken hinterlegt. So entsteht ein echter digitaler Zwilling, der eine akkurate Kollisionskontrolle ermöglicht.

„So können wir sicher sein, dass ‚Luft‘ tatsächlich Luft ist“, betont Eberhard. „Wir arbeiten im Normalfall mit einem Sicherheitsabstand von 10 Millimeter – für uns ist Prozesssicherheit ein sehr wichtiger Faktor. Die exakte Simulation im CAM-Programm ermöglicht es uns bei besonders herausfordernden Geometrien, diesen Sicherheitsabstand zu unterschreiten. In der Gewissheit, dass wir trotzdem auf der sicheren Seite sind.“

Zahlreiche Module im CAM-Programm im Einsatz

Laro setzt alle für die Fräsbearbeitung relevanten Technologien ein – von 2+3-Achs-Fräsen über 5-Achs-Simultan- und 2,5-D-Bearbeitung und nutzt dazu die entsprechenden Tebis-Module bis hin zu den ausgereiften Schnittstellen. Die Bearbeitungen sind sehr stark standardisiert – wesentliche Strategien mit optimalen Bearbeitungsparametern sind in Schablonen hinterlegt.

„In diesen Schablonen und in den Bibliotheken steckt unsere gesammelte Erfahrung aus vielen unterschiedlichen Projekten“, erklärt Eberhard. „Je detaillierter dort alle relevanten Werte und die Strategien hinterlegt sind, desto besser funktioniert die automatisierte Programmierung.“

Die Abfolgen sind automatisiert und einfachere Teile lassen sich damit sehr gut abdecken. Bei komplexeren Werkstücken sind aber nach wie vor das Know-how und die Erfahrung der versierten Programmierer gefordert, um automatisch erstellte Bearbeitungen zu optimieren.

Wesentliche Daten bereits hinterlegt

„Die Schablonen, beispielsweise für ein kubisches Bauteil, umfassen die grundsätzlichen Elemente der Bearbeitung“, führt Eberhard aus. „Die Strategien sind hinterlegt, die Abläufe im Groben festgeschrieben. Alles Wichtige ist bereits vorhanden, von den Aufmaßen bis zu den passenden Prozessfolgen.“

Diese Art der automatisierten Programmierung über Schablonen nimmt den Programmierern bei Laro viel Arbeit ab. „Eine komplett automatisierte Programmierung ist angesichts der Komplexität unserer Werkstücke eine Utopie“, schränkt der Geschäftsführer ein. „Für einzelne Teilefamilien haben wir deshalb unterschiedliche Schablonen angelegt, die die wesentlichen Eigenschaften einer solchen Klasse abbilden. Auf diese Weise sind sie eine gute und solide Ausgangsbasis, die unserer CAM-Experten dann gezielt abgestimmt auf das konkrete Werkstück anpassen, verfeinern und optimieren können. Das spart viel Zeit, minimiert Fehlerquellen und reduziert den Aufwand beträchtlich.“

Umfassende Bibliotheken vermeiden Eingabefehler im CAM-Programm

In der Bearbeitung sind die umfassenden Bibliotheken eine wertvolle Unterstützung. Bei Laro sind die Strategien und die Bearbeitungen weitgehend vereinheitlicht. Alle Werkzeuge sind optimiert und mit allen Daten hinterlegt. Das gilt auch für die gebauten Werkzeuge und Sonderwerkzeuge. Auch deren Parameter – von den Einzelkomponenten über die Geometriedaten bis zu den werkstoffbezogenen Schnittwerten – sind detailliert in die Bibliotheken eingepflegt, so dass ein sofortiger Einsatz möglich ist. Und wenn aus einem Sonderwerkzeug schließlich ein Standardwerkzeug werden soll, ist die gesamte Vorarbeit bereits geleistet.

„Eine weitere Variable neben Werkzeugen und Werkstoffen ist die Wahl der individuellen Maschine, auf der wir bearbeiten“, ergänzt Eberhard. „Tebis passt dabei die Schnittdaten der Werkzeuge automatisch an die Möglichkeiten der ausgewählten Maschine an. So kommen wir unabhängig von der Spindel zum optimalen Ergebnis.“ Zudem sorgt dieses Vorgehen auch für eine hohe Flexibilität, wenn die Verantwortlichen etwa aufgrund eiliger Aufträge oder einer Störung kurzfristig umdisponieren müssen.

Dabei schafft Tebis auch hier zusätzliche Sicherheit. Das CAM-Programm erkennt schon im Vorfeld, wenn eine Bearbeitung über die Endschalter einer spezifischen Maschine hinausreicht oder eine Spindel für eine Bohrung mit großem Durchmesser nicht geeignet ist. Die Verantwortlichen können dann beispielsweise eine andere, geeignete Maschine zur Bearbeitung auswählen. So kann rechtzeitig geplant werden, und die Bearbeitungen sind von Vornherein abgesichert.

Basis für kontinuierliche Verbesserungen

Bei Laro sind die einmal festgelegten Strategien und Parameter übrigens nicht in Stein gemeißelt: „Unsere Bibliotheken und Prozesse leben und werden im Sinn eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses ständig weiterentwickelt“, berichtet Eberhard. „Unser Teamleiter CAM ist hierzu im ständigen Dialog mit den Programmierern und den Maschinenbedienern. Wenn es neue Technologien oder Strategien gibt, prüft er das mit seinen Leuten. So können wir sehr schnell darauf reagieren, bei Bedarf entsprechende Versuche fahren und Sinnvolles unkompliziert übernehmen. Neuerungen passen wir im CAM-Programm von Tebis an – erst dann erfolgt die Freigabe für die Bearbeitung auf der Maschine.“

Für die Maschinenbediener hat diese Art der Bearbeitung einige Umstellungen gebracht. „Die Last der Verantwortung, dass die Programme regelmäßig auf der Maschine angepasst werden müssen, ist von ihren Schultern genommen“, betont der Geschäftsführer. „Die Programme kommen auf die Maschine, der Mitarbeiter drückt den Startknopf – das war’s. Um die Routine der Bearbeitung selbst muss er sich nicht mehr kümmern, er kann seine Aufmerksamkeit vermehrt auf die Optimierung der Prozesse richten. Da kommt dann auch die hohe Qualifikation der Mitarbeiter sinnvoll und zielgerichtet zum Tragen. Und auch der Poti der Maschine bleibt konsequent bei 100 Prozent. Darauf sind die Programme ausgelegt, und sie sind mit allen kritischen Parametern in der Simulation auf Herz und Nieren geprüft.“

CAM-Programm ist offen für Optimierungen

Damit hat der Mitarbeiter an der Maschine Kopf und Hände frei für andere Aufgaben, etwa für das Rüsten neuer Werkstücke parallel zur Bearbeitung. Dafür steht ihm ein Tebis Viewer an der Maschine zur Verfügung. Hier sieht der Werker die Teile in 3D. Das gibt zusätzliche Sicherheit, zum Beispiel in Bezug auf die Aufspannung – so läuft auch das Rüsten schnell, präzise und verwechslungssicher ab. Tebis ist an dieser Stelle zudem offen dafür, an Optimierungen zu arbeiten und so die Effizienz und die Qualität der Bearbeitungen weiter zu verbessern.

Und das ist von großem Nutzen. So wissen die Mitarbeiter in der Werkstatt aus Erfahrung, ob beispielsweise ein dünnes Bauteil auf ihrer spezifischen Maschine besser unterbaut werden sollte, um Vibrationen zu vermeiden. „So etwas wird ins System übernommen“, ergänzt Eberhard. „Damit stellen wir aktiv sicher, dass das Wissen und Können unserer hochqualifizierten Mitarbeiter in unsere Standards einfließen kann und wir so eine immer bessere, eine optimale Bearbeitung erreichen.“

Die hervorragende Aufbereitung der Programme und die Offenheit von Tebis ermöglichen den Zerspanern eine hohe Flexibilität. Insbesondere auch dann, wenn eine eilige Reparatur oder ein „Feuerwehrauftrag“ die Prioritäten in der Bearbeitung auf den Kopf stellt. So können Bearbeitungen sogar bereits beginnen, wenn die Programme noch gar nicht fertig sind und erst nach und nach auf der Maschine eingespielt werden. Dieses Vorgehen vermeidet unnötigen Zeitverlust – und das bei sehr hoher Sicherheit.

CAM-Programm macht fundierte Beratung im Vorfeld möglich

Das Bearbeitungs-Know-how, das standardisiert im System steckt, ermöglicht den Zerspanern bereits im Vorfeld mit geringem Aufwand eine sehr fundierte technische Beratung ihrer (potenziellen) Auftraggeber. „Wenn ich ein Angebot abgebe, haben wir die Machbarkeit und die Bearbeitung bereits komplett in Tebis vorgeprüft“, betont Eberhard. „Ein potenzieller Auftraggeber kann also sicher sein, dass er bei uns sein Werkstück im gesteckten Zeitrahmen und mit der geforderten Qualität bekommt.

Der Autor Richard Pergler ist freier Fachjournalist aus Augsburg.