CAD-CAM Programmierung

Handwerk ohne Werkstatt

Komplexe Formen einfach bauen
Extrem breit aufgestellt, vom Porzellan-Ei über Glasfiguren über Schuhsohlen bis zu Bauteilen von Elektrogeräten reicht das Spektrum – komplett abgewickelt mit einer Software.
Wer ausgefallene Formen und Oberflächen für Objekte in Kunststoff oder anderen Werstoffen benötigt, ist bei Modellbaumeister Antonius Köster im sauerländischen Meschede an der richtigen Adresse. Mit seinen Mitarbeitern bietet er Dienstleistungen an, die sich von der digitalen, dreidimensionalen Entwicklung bis zum fertigen Fräsprogramm für die Werkzeugform erstrecken. Genutzt werden dabei intensiv die Möglichkeiten der CAD-CAM-Technik.

PC und Software haben sich in den letzten 20 Jahren zu einem zentralen Arbeitsmittel im Werkzeug-, Formen- und Modellbau entwickelt. Sie dienen nicht nur der Unterstützung von Organisation und Arbeitsabläufen, mit computergestützten Systemen lässt sich simulieren, modellieren, entwickeln und produzieren.

Ein Spezialist in Sachen Modelliersoftware und CAD/CAM ist der Modellbaumeister Antonius Köster. Bereits vor Anfang der 90er Jahre kümmerte er sich um die CAD-CAM-Integration bei seinem damaligen Arbeitgeber, ehe er sich 1994 selbstständig machte. Seine Idee war es, einen „Handwerksbetrieb“ zu gründen, der in erster Linie CAD-CAM-Dienstleistungen anbietet. Denn er hatte bei vielen Modell- und Werkzeugbaufirmen Defizite in berufsspezifischer Computerunterstützung erkannt. Zwar waren diese Unternehmen meist mit CNC-Maschinen ausgestattet, aber in Konstruktion und Entwicklung war CAD und vor allem 3D-CAD noch nicht verbreitet. Diesen Unternehmen wollte Antonius Köster derartige Leistungen anbieten und wenn gewünscht auch bei der Einführung von CAD-CAM beraten.

Anzeige

Handwerkszeug PC

Auch wenn Kösters Betrieb schon immer ohne eigene Werkstatt auskam, ist die praktische Ausbildung für ihn und seine Belegschaft unerlässlich. „Alle Mitarbeiter in der Konstruktion sind ausgebildete Werkzeugmacher oder Modellbauer und setzen diese Erfahrungen an ihrem Computerarbeitsplatz um. So ergänzen sich die handwerklichen Erfahrungen mit innovativem Denken und Handeln.“ Es sei gelungen, 3D-Technologien in Branchen einzuführen, die zuvor noch kaum Berührungspunkte mit digitalen Prozessen hatten, zum Beispiel in der Dental- und Orthopädietechnik. Die Beratungsleistungen hätten in manchen Betrieben zu Prozessoptimierungen geführt, die beim Kunden bestimmte Entwicklungszeiten von zwei Jahren auf bis zu drei Monate verkürzen konnten.

Ein vernünftiges „Handwerkszeug“ ist für dafür eine Voraussetzung. Dazu gehören leistungsstarke Computer samt Peripherie und zuverlässige Software. Während er für komplizierte Modellieraufgaben und dreidimensionale Konstruktionen mehrere CAD-Programme und eine spezielle 3D-Modelliersoftware wie Sensable Freeform aus den USA bevorzugt, setzt er für den Schritt von den CAD-Daten zum Maschinenprogramm auf WorkNC von Sescoi. Bereits seit 1996 nutzt Köster dieses System. Über die Jahre habe sich das Programm als zuverlässig erwiesen, was für ein kleines Dienstleistungsunternehmen besonders wichtig ist. Laut Köster traten von 1996 bis heute nur drei Fehler auf, die auf einen Rechenfehler des CAM-Systems zurückzuführen waren.

NC-Programme zuverlässig und kollisionsfrei

Inzwischen ist das externe Erstellen von Fräsprogrammen kein großer Markt mehr, denn die meisten Formen- und Modellbauer generieren mittlerweile ihre Standardfräsprogramme selbst. Doch Kösters diesbezügliche Dienstleistung wird noch immer nachgefragt, allerdings vor allem, wenn es um unkonventionelle und anspruchsvolle Formen geht, die viel Erfahrung und meist schon Unterstützung im Entwicklungsstadium erfordern. Zwei typische Anwendungen sind beispielsweise die Gussform für eine Betonfassade, die mit einem großen Relief versehen werden soll, und eine Spritzgießform für ein Notebook-Cover mit Krokodilhautstruktur. Die dreidimensionalen Daten für solche Oberflächen zu entwickeln, seien eine besondere Spezialität des Mescheder Unternehmens. Und das Fräsen der Formen ist in vielen Fällen unerlässlich. Köster erklärt: „Die Krokodilhautstruktur wird in Stahl gefräst, denn kein anderes Verfahren wäre wertschöpfend genug. Die Narbungstiefe beträgt bis zu zwei Millimeter, was ein Ätzverfahren aus Plastizitätsgründen ausscheiden lässt und den Lasereinsatz unwirtschaftlich macht.“

STL-Daten sicher verwenden

Für die Entwicklung solcher Oberflächenstrukturen wird meistens ein Mix aus großem STL-Datenanteil und Flächendaten für die Trennebenen genutzt. Eine Kombination, die die Software tadellos verarbeiten kann. Während andere CAM-Systeme mitunter schon bei einer 50 MB großen STL-Datei in die Knie gegangen seien, wurden hier Projekte mit über 11 GB „durchgezogen“. Das gehe nicht am Stück, da müsse man schon strategisch vorgehen. Aber die Software schaffe es, vernünftige Fräsprogramme zu generieren, die der Kunde auf seiner Maschine umsetzen kann. Nur das zähle.

Köster erstellt viele Fräsarbeiten dreiachsig, was in erster Linie mit der Maschinenausstattung seiner Kunden zu tun hat. Im fünfachsigen Bereich ist das 3+2-Achsen-Fräsen die favorisierte Bearbeitung, weil sie für viele Maschinen die schnellste sei. Sollten fünf Achsen simultan benötigt werden, um zum Beispiel ganz tiefe Konturen zu erreichen, liefern die CAM-Spezialisten auch hierfür die passenden, kollisionsfreien Datensätze. Dafür nutzen sie eine besondere Funktion von WorkNC namens Auto5. Sie ist in der Lage, aus existierenden 3-Achsen-Programmen automatisch 5-Achsen-Fräsbahnen zu generieren. Bei der automatischen Umwandlung genügt es, die gewünschte Werkzeuglänge und den Halter einzugeben. Dann rechnet die Software die Fräsbahn automatisch so um, dass eine kollisionsfreie fünfachsige Fräsbahn zustande kommt. Berücksichtigt wird dabei auch die Kinematik der Maschine, denn alle Maschinen sind individuell in ihren Dreh- und Schwenkwinkeln begrenzt. Als Alternative bietet Sescoi auch die Strategie Auto3+2 an, die aus 3-Achsen-Programmen Fräsbahnen für das Bearbeiten in schräger Arbeitsebene generiert.

Zu einer solchen 5-Achsen-Simultanbearbeitung hat Antonius Köster ein schönes Beispiel bereit: „Für einen Luftfahrtzulieferer aus dem Schwarzwald haben wir ein Bauteil bearbeitet, bei dem wir sogar mit dem Halter durch eine Bohrung ins Innere fahren mussten, um dann unten drin eine Tasche zu fräsen. Es bewegt sich also nicht nur der Fräser im Werkstück, sondern der gesamte Halter. Das ist eine anspruchsvolle Aufgabe.“

Um für Kunden auf die räumliche Distanz von mehreren hundert Kilometern sichere Fräsprogramme zu generieren, muss zum einen die CAM-Software die passenden Voraussetzungen bieten. Sie braucht beispielsweise eine Werkzeugbibliothek, in die alle Kundendaten, Schnittparameter und andere eingepflegt werden können. Zum anderen müssen Rahmenbedingungen bekannt sein, beispielsweise auf welcher Maschine das Programm abgearbeitet wird und welche Werkzeuge zur Verfügung stehen. Vor Beginn der Programmierung müssen schließlich gemeinsam mit dem Kunden die Schnittparameter erarbeitet werden.

Strategien und Automatismen nutzen

Dann geht es an die Auswahl der Frässtrategien. Köster hilft die breite Auswahl an diesen Strategien, die das CAM-System zur Verfügung stellt. Hervorzuheben sind die effektiven Restmaterialbearbeitungszyklen, die Luftbewegungen des Werkzeugs weitgehend vermeiden. Gerade bei so individuellen Geometrien, wie sie bei seinem Unternehmen an der Tagesordnung sind, müssen sich passende, reproduzierbare Werkzeugpfade wählen lassen. Und bei einem guten NC-Programm stimmt nicht nur das Fräsergebnis. Es ist ebenso wichtig, dass das Werkzeug so kontinuierlich wie möglich im Einsatz ist und so effizient wie möglich zerspant.

Außerdem lasse sich ein unkompliziertes Feintuning der Fräsprogramme betreiben. Fräsprogramme lassen sich wie in einem Graphikprogramm editieren und zum Beispiel Elemente – etwa eine bewährte Frässtrategie – ausschneiden und in ein neues Programm übertragen. In anderer CAM-Software sei das viel komplizierter und mit deutlich höherem Aufwand verbunden. Die einfache Bedienung sei ein entscheidender Faktor. Schließlich koste nicht nur die Fräszeit Geld, sondern auch die Programmierzeit.

Einfach anpassbarer Postprozessor

Mit dem Programmieren ist die Arbeit von Antonius Köster und seinen Mitstreitern noch nicht abgeschlossen. Erst wenn auf der Maschine tadellose Teile gefräst werden, ist der Kunde zufrieden. Da der Dienstleister mit diversen Kunden und einer Vielzahl an Fräsmaschinen zu tun hat, kommt dem Thema Postprozessor besondere Bedeutung zu. Um einen sicheren Einsatz der Fräsprogramme auf den unterschiedlichen Maschine-Steuerungs-Kombinationen zu gewährleisten, verwenden die Sauerländer für die Maschine des Kunden jeweils einen speziell angepassten Postprozessor. Antonius Köster argumentiert: „Wir wollen vermeiden, dass der Kunde selbst jedes Programm editieren und auf seine Maschine anpassen muss. Denn beim Suchen und Ersetzen passieren die meisten Fehler.“

Doch der Kauf eines passenden Postprozessors ist teuer und kostet Zeit. WorkNC könne diesbezüglich einen Pluspunkt verbuchen, denn im Lieferumfang ist ein einfach zu editierender und modifizierender Standardprozessor enthalten. „Wenn man die Struktur verstanden hat, kann man dort alles Wichtige selbst einstellen“, verrät Antonius Köster. „Wir fahren teilweise mit dem Notebook zum Kunden und modifizieren den Postprozessor direkt vor Ort.“ Inzwischen seien schätzungsweise an die 100 Postprozessoren für unterschiedliche Maschine-Steuerungs-Kombinationen für einzelne Kunden angepasst. Im 3-Achsen-Bereich sei das verhältnismäßig einfach und aus bestehenden Programmen ableitbar. Aufwändiger werde es beim 5-Achsen-Fräsen, wo man die ganze Maschinenkinematik benötigt, um Kollisionen auszuschließen. Doch bisher sei auch dies stets gelungen.

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige

Workxplore

CAD-Daten ansehen und analysieren

Tiefer schauen und visualisieren ohne CAD-System Daten aus CAD-Systemen direkt importieren, analysieren und in neutralem Format wieder ausgeben – ein 3D-Viewer kann an vielen Stellen der Prozesskette vom Einkauf über Angebotswesen und...

mehr...

Workplan

Flexibler Formenbau

ERP unterstützt Abläufe in Produktion und AdministrationOb Werkzeug- oder Sondermaschinenbauer – projektorientierte Unternehmen haben besondere Anforderungen an ihre Organisation und somit an die eingesetzte PPS- oder ERP-Software.

mehr...