Schneller programmiert, schneller gefräst
ANDREAS STIHL AG & Co. KG | Waiblingen (Baden-Württemberg), Deutschland
Mit hyperMILL® und der BEST FIT-Funktion beschleunigt STIHL den Prototypenbau
Seit zwei Jahren nutzt die CNC-Fertigung in der Versuchsteilefertigung bei STIHL das CAD/CAM-System hyperMILL® von OPEN MIND. Der Effekt: gesteigerte Effizienz. Dazu trägt neben der schnellen Programmierung der 5-Achs-Bearbeitungszentren vor allem das Modul hyperMILL® VIRTUAL Machining mit der BEST FIT-Funktion bei: Diese macht das Ausrichten der Bauteile zum „Kinderspiel“ und gewährleistet einen präzisen Fräsprozess.
Motorsäge – STIHL. Kein Waldarbeiter, der diese Geräte im charakteristischen orangen Farbton nicht kennt. Schon seit 1971 ist das Waiblinger Familienunternehmen weltweiter Marktführer für Motorsägen, hat aber noch vieles mehr zu bieten: zahlreiche Geräte zum Sägen und Schneiden, Mähen und Pflanzen, Reinigen und Aufräumen.
Der Antrieb fürs Unternehmen sei – so ist es auf der Homepage nachzulesen – „den Menschen die Arbeit mit und in der Natur zu erleichtern“. Es werde eine starke Innovationskultur gepflegt, um mit neuen Technologien Mehrwert für die Kunden zu schaffen. Dementsprechend wichtig ist das Kompetenz- und Entwicklungszentrum am Stammsitz Waiblingen, wo über 700 Entwickler disziplinübergreifend zusammenarbeiten.
Hier ist auch der Versuchsteileservice im Bereich Systemabsicherung verortet, der den Entwicklern und Konstrukteuren zuarbeitet. In der Gruppe „Additive- und CNC-Fertigung“ entstehen Prototypen, Kleinserien und Erstmuster. Gruppenleiter Boris Matuschka beschreibt das Aufgabenfeld: „Wir fertigen die von der Konstruktion und Entwicklung virtuell geschaffenen Bauteile und Komponenten aus Aluminium, Magnesium, Stahl, Messing und Kunststoff. Sie dienen zur Erprobung unserer Neuprodukte. Für unser Team heißt das, wir müssen sehr flexibel und reaktionsschnell sein, um die Zeit bis zum Markteintritt möglichst kurz zu halten.“
Nach Möglichkeit werden die Bauteile zerspanend gefertigt. Für das Fräsen steht modernstes Equipment zur Verfügung, darunter zwei 5-Achs-Simultan-Bearbeitungszentren und drei 3+2-Achs-Fräsmaschinen. „Für Bauteile, die sich frästechnisch nur schwer herstellen lassen, setzen wir unter anderem eine Strahlschmelzanlage zur additiven Fertigung ein, die verschiedene Metallpulver verarbeiten kann“, erklärt Boris Matuschka. „Diese additiv erzeugten Teile müssen in der Regel zerspanend nachbearbeitet werden, um geforderte Funktionsmaße und Oberflächengüten sicherzustellen.“
„Die Investition in hyperMILL® hat sich gelohnt. Die Effizienz in der Programmierung ist gesteigert, und wir konnten eine deutlich höhere Maschinenauslastung erreichen.“
Boris Matuschka, Gruppenleiter Additive und CNC-Fertigung in der STIHL-Versuchsteilefertigung
Schluss mit dem Flaschenhals NC-Programmierung
Die 5-Achs-Bearbeitung für Kleinserien und den Prototypenbau stellt eine ideale Technologie dar, da sie meist in nur einer Aufspannung zu einem fertigen Bauteil führen kann. Grundvoraussetzung dafür ist ein praktikables, prozesssicheres NC-Programm. „Dies war bei uns in der Vergangenheit ein Flaschenhals“, sagt Gruppenleiter Matuschka. „Die Programmierung mit dem früheren System erforderte mehr Zeit, was den zusätzlichen Einsatz von externen Dienstleistern bei Überkapazität erforderte.“
Als Lösung bot sich für STIHL an: „Entweder wir geben Überkapazitäten weiter an externe Dienstleister oder sorgen mit einem neuen CAM-System für höhere Effizienz und somit einen höheren Teiledurchsatz in unserer Fertigung.“ Man entschied sich für ein neues System und das zuständige Team ging auf die Suche nach der optimalen CAD/CAM-Lösung. Vier Systeme schafften es in die Vorauswahl, zwei davon in die ausgiebige Testphase. „Wir vereinbarten mit den Anbietern eine Teststellung, in der wir die beiden Systeme unter Realbedingungen kennenlernen und mit unseren Teilen erproben konnten“, schildert Boris Matuschka. „In dieser Zeit sammelten wir außerdem erste Erfahrungen mit dem Service der jeweiligen Anbieter.“
Hier konnte der spätere Wunschpartner, die OPEN MIND Technologies AG, Wessling, bereits Pluspunkte sammeln, wie Benjamin Gruber, Techniker und Programmierer, anhand eines Beispiels erklärt: „Das CAM-System hyperMILL® bietet für die 5-Achs-Bearbeitung eine äußerst innovative Funktion ‚Automatisches Indexieren‘. Damit lassen sich Bereiche, für deren Bearbeitung mehrere Werkzeuganstellungen notwendig sind, in einer Operation programmieren und fräsen. Diese Funktion wollten wir auch gerne für unsere für 3+2-Achs-Maschinen nutzen. OPEN MIND zeigte sich offen für unseren Wunsch und entwickelte eine entsprechende Lösung.“
hyperMILL® – im Benchmark erfolgreich
Die endgültige Entscheidung für hyperMILL® fiel aufgrund der Erfahrungen aus der Testphase und einem Benchmark mit einem anspruchsvollen Referenzteil. Hierfür bat STIHL die beiden CAM-Anbieter, einen auf die jeweilige Software spezialisierten Programmierer zu stellen, der die CAM-Programmierung übernimmt. „Wir wollten unabhängig von unseren bisher erworbenen Erkenntnissen einen neutralen Vergleich, was sich maximal aus den beiden CAM-Programmen herausholen lässt“, erklärt Benjamin Gruber.
Für OPEN MIND übernahm Steffen Völker, Technischer Key Account Manager und Anwendungsspezialist für den Formen- und Prototypenbau, diese Aufgabe. Es galt ein Kurbelgehäusebauteil zu fräsen, das viele Bereiche enthält, die angestellt oder simultan gefräst werden müssen. Eine weitere Schwierigkeit waren enge Verrippungen, die mit kleinen Werkzeugen bearbeitet werden müssen. Mit hyperMILL® reduzierte Steffen Völker den Zeitaufwand für die Programmierung und die Bearbeitungszeit der Maschine, sodass sich STIHL schließlich für hyperMILL® entschied.
Benjamin Gruber (rechts) schätzt die Unterstützung von Steffen Völker, dem OPEN MIND Anwendungsspezialisten für den Prototypenbau.
Benjamin Gruber lobt die einfache Bedienung des Systems. Nach zwei Wochen Grundschulung war er mit der Software bereits soweit vertraut, dass die Programmierung von 5-Achs-Teilen kein Problem mehr darstellte: „hyperMILL® stellt eine große Auswahl an 5-Achs-Funktionen bereit, die weitgehend automatisiert programmierbar sind. Das geht schnell und ist eine große Stärke dieses CAM-Systems.“
Durchgängige Lösung – vom CAD bis zur Maschine
Als weiteren entscheidenden Vorteil nennt er das OPEN MIND Komplettangebot. Denn bisher waren in der STIHL Versuchsteilefertigung verschiedene Softwarelösungen nötig, um den Anforderungen der modernen Zerspanung gerecht zu werden. „Früher hatten wir um das Programmiersystem herum eine ganze Systemlandschaft aufgebaut, mit einem extra Simulationssystem, einer Werkzeugdatenbank usw.“, schildert der Techniker. „Wir mussten mehrere Systeme bedienen, um ans Ziel zu gelangen. hyperMILL® bietet nun alles in einem.“
Innerhalb der CAD/CAM-Software hyperMILL® ist es vor allem das Modul VIRTUAL Machining, das den Unterschied zu anderen Systemen darstellt. Es ist gewissermaßen der Grundstein für die NC-Code-Generierung und die NC-Code-Simulation sowie für verschiedene Funktionen. OPEN MIND Anwendungsspezialist Steffen Völker erklärt: „Da wir unsere Software selbst entwickeln, konnten wir auf eine gute und durchgängige Lösung achten. Diese schließt auch eine präzise NC-Code-Simulation ein, der alle prozessrelevanten Daten aus hyperMILL® zur Verfügung stehen und die für maximale Prozesssicherheit sorgt.“
Intelligente Bauteilausrichtung
Völker weist auf die Funktion BEST FIT hin, die als Add-on für hyperMILL® VIRTUAL Machining erhältlich ist: „Besonders das einfache Ausrichten additiv gefertigter Bauteile ist für STIHL von großer Bedeutung. Mit hyperMILL® BEST FIT bieten wir eine innovative Funktion, durch die das aufwendige und damit zeitintensive Bauteilausrichten auf der Maschine erheblich reduziert wird.“
Benjamin Gruber schildert, wie es früher war: „Wir haben das Bauteil und die Aufspannung in der Maschine an die Gegebenheiten des NC-Programms angepasst. Das heißt, wir haben das Bauteil manuell mit der Messuhr ausgerichtet. Dieser Prozess musste so lange wiederholt werden, bis die Ausrichtung möglichst genau erfasst werden konnte.“
Boris Matuschka (rechts) und Benjamin Gruber sind sich einig: „Mit unserem neuen CAM-System hyperMILL® haben wir eine deutlich höhere Maschinenauslastung erreicht.“
Mit hyperMILL® BEST FIT findet eine Echtzeitausrichtung direkt im CAM statt. „Wir führen eine 3D-Messung vom unausgerichteten Bauteil auf der Maschine durch und spielen die Messpunkte zurück ins CAM-System“, erklärt Benjamin Gruber. „Alles Weitere übernimmt die Software.“ Sie passt den NC-Code an die gemessene Bauteilposition an und verschiebt virtuell die Werkzeugbahnen zum Bauteil. Der angepasste NC-Code wird in der virtuellen Maschine simuliert und automatisch optimiert. Um eine sichere und exakte Bearbeitung zu gewährleisten, wird der Maschineneinrichter nochmals tätig: Er führt eine Verifikationsmessung durch, die im CAM-System kontrolliert, ob die Ausrichtung innerhalb der vordefinierten Toleranz liegt. Danach kann die Bearbeitung gestartet werden.
Fräs- und Programmier-Spezialist Gruber bestätigt: „Für uns bedeutet das einen enormen Zeitgewinn. Zusätzlich können wir uns durch die Verifikationsmessung sicher sein, dass die Bearbeitung kollisionsfrei läuft und wir am Ende das gewünschte Fräsergebnis erhalten.“
Ideal für die Nachbearbeitung 3D-gedruckter Bauteile
Besonders hilfreich ist BEST FIT bei additiv erzeugten Bauteilen. Zur weiteren Verarbeitung werden diese meist nachbearbeitet, was auf der 5-Achs Maschine geschieht. Aufgrund der komplexen Bauteilgeometrien mit vielen Freiformoberflächen gestaltet sich das Antasten in der Maschine daher oft schwierig. Früher wurden spezifische Merkmale konstruktiv eingebracht, an denen angetastet werden konnte. „Wir können das gedruckte Bauteil nun einfach in der Maschine aufspannen, starten den Messvorgang und können die Nachbearbeitung ohne Risiko laufen lassen“, erklärt Benjamin Gruber.
„Als eine weitere Stärke von hyperMILL®, die für die Effizienz in der Teilefertigung von großer Bedeutung ist, wird durch die Option dargestellt 5-Achs-Programme einfach in 3+2-Achsen-Programme umzuwandeln. So können bei Bedarf Programme von 5-Achs auf 3+2-Achs Maschinen portiert und damit Maschinenstillstände vermieden werden“, betont Boris Matuschka.
Matuschka resümiert: „Die Investition in hyperMILL® hat sich gelohnt. Die Effizienz in der Programmierung ist gesteigert, und wir konnten eine deutlich höhere Maschinenauslastung erreichen. Daher sind wir dabei, den Einsatz dieser Software auch auf andere Maschinen auszudehnen.“
Der Bereich „Additive und CNC-Fertigung“ der Versuchsteilefertigung bei STIHL verfügt über ein hochmodernes Equipment – rechts im Bild ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum, links daneben ein portabler CAM-Programmierplatz mit der SoftwarehyperMILL® von OPEN MIND.
Galerie
Akku-Motorsense FSA 60 R
Leise und effizient mähen mit der FSA 60 R
Sie stehen für eine gelungene Teamleistung: (v.l.n.r.) Aleš Vurušič, Key Account Manager von OPEN MIND, Boris Matuschka, Gruppenleiter Additive und CNC-Fertigung in der STIHL-Versuchsteilefertigung, Benjamin Gruber, Techniker bei STIHL, Steffen Völker, Technischer Key Account Manager bei OPEN MIND, und Manfred Guggemos, Produktmanager bei OPEN MIND
Ein typisches Bauteil aus dem 3D-Drucker
hyperMILL® BEST FIT bietet sich insbesondere für die Nachbearbeitung 3D-gedruckter Bauteile an. Zu Beginn findet eine dreidimensionale Messung des unausgerichteten Bauteils statt.
Nach der Adaption der Werkzeugbahnen durch hyperMILL® BEST FIT kann eine optimale Bauteilposition erreicht werden. Im Anschluss an eine Verifikationsmessung kann die Bearbeitung gestartet werden.
hyperMILL® BEST FIT garantiert maximale Prozesssicherheit.
In der Prototypenherstellung konnte die CAM-Programmierung mit hyperMILL® und der BEST FIT-Funktion zu einer höheren Maschinenauslastung beitragen.
Manfred Guggemos, Produktmanager bei OPEN MIND, bespricht mit Benjamin Gruber programmspezifische Besonderheiten.