Automatisierung in der Arbeitsvorbereitung

Der globale Wettbewerb in der Werkzeug- und Formenbau­branche, sinkende Los­größen sowie Fort­schritte bei den Fertigungs­technologien können den Flaschen­hals einer Prozess­kette schnell aus der Fertigung in die NC-Programmierung verschieben. Der Werkzeug­bau von Phoenix Contact nutzt die Automatisierungs­technologie in hyperMILL^®, damit die CAM-basierte NC-Programmierung über weite Strecken voll­automatisch ablaufen kann.

Der globale Wettbewerb in der Werkzeug- und Formenbaubranche, sinkende Losgrößen sowie Fortschritte bei den Fertigungstechnologien können den Flaschenhals einer Prozesskette schnell aus der Fertigung in die NC-Programmierung verschieben. Das zeigte sich auch beim Werkzeugbau von Phoenix Contact im westfälischen Blomberg. Mit Unterstützung der Automatisierungstechnologie in hyperMILL^® von OPEN MIND läuft hier inzwischen die CAM-basierte NC-Programmierung über weite Strecken vollautomatisch ab.

Seit mehreren Jahren wird der interne Werkzeugbau von Phoenix Contact, einem international erfolgreichen Hersteller von Systemen und Komponenten im Bereich der Elektrotechnik, Elektronik und Automatisierung, auf den modernsten Stand gebracht – hochautomatisiert und Industrie 4.0-konform. Mit neuem Steuerungskonzept und überarbeiteter Produktionslogistik schufen die Verantwortlichen zunächst die notwendige Basis, wie Dr. Sven Holsten, Leiter des Spritzgieß-Werkzeugbaus (bei Phoenix Contact „Tool Shop Plastics“ genannt) erklärt: „Heute steuern wir unsere Werkzeugbau-Abteilung über ein ShopfloorManagement mit einem täglichen GembaWalk und einer FIFO-Reihenfolgeregelung. Dadurch haben wir Wartezeiten reduziert und die Durchlaufzeit der Werkzeuge um durchschnittlich 50 Prozent verkürzt.“

Automatisierungstools im CAD/CAM-System

Wie passend, dass die OPEN MIND Technologies AG aus Wessling gerade zu dieser Zeit die in der Software hyperCAD^®-S und hyperMILL^® enthaltenen Automatisierungsmöglichkeiten wie Feature- und Makrotechnologie sowie Customised Process Features (CPF) erheblich erweiterte. Nun ist es möglich, auf sehr einfache Art komplette und flexible CAM-Programmierszenarien wiederverwendbar abzulegen sowie ereignisgesteuert ablaufen zu lassen. Der langjährige CAD/CAM-Partner des Werkzeugbaus von Phoenix Contact trug damit wesentlich zur Entscheidung bei, die Automatisierung in der Arbeitsvorbereitung in Angriff zu nehmen.
Um es vorweg zu nehmen: Stand Jahresbeginn 2017 sind Erfolge dieser Maßnahme bereits messbar. Im Bereich Elektrodenfertigung wird gut die Hälfte aller Aufträge in einem automatischen Batch-Lauf fertigprogrammiert. Beim Rest muss der Programmierer noch in unterschiedlichem Umfang Hand anlegen. Er spart sich aber auch dort umfangreiche Routinearbeiten. Ähnliche Vorteile versprechen sich die Werkzeugbau-Verantwortlichen bei der Programmierung von Formaufbauten und Kavitäten, wo die Automatisierung in einem zweiten und dritten Schritt vorangetrieben wird.

Wenn der Automatisierungsdienstleister selbst automatisiert

Dass sich der Werkzeugbau bei Phoenix Contact in dieser beeindruckenden Form weiterentwickelt hat, ist sicherlich auch darauf zurückzuführen, dass das Unternehmen als weltweiter Marktführer für Komponenten, Systeme und Lösungen im Bereich der Elektrotechnik, Elektronik und Automatisierung gilt. An verschiedenen Standorten entwickeln und produzieren rund 15.000 Mitarbeiter vielfältige elektronische Interfaces und Stromversorgungen, Automatisierungssysteme auf Basis von Ethernet und Wireless, Sicherheitslösungen für Mensch, Maschine und Daten, Überspannungsschutz-Systeme sowie Software-Programme und -Tools.
Dabei setzt Phoenix Contact auf eine große Fertigungstiefe. So werden nicht nur Kunststoff- und Metallteile hergestellt, sondern auch die dafür erforderlichen Stanz-Biege- und Spritzgießwerkzeuge. „Standortübergreifend“, wie Sven Holsten erklärt: „Die Werkzeugbauten an unseren Standorten in Deutschland, Indien, China und Polen bilden ein globales Netzwerk, was die Projektierung und verteiltes Arbeiten betrifft.“

Innovativer Partner auf CAD/CAM-Seite

Bereits seit den 90er Jahren pflegen die Blomberger Werkzeugbauer eine Partnerschaft mit dem CAD/CAM-Hersteller OPEN MIND. Seit 2003 setzt das Unternehmen auf die CAM-Lösung hyperMILL^®, das mit leistungsstarken 2,5D-, 3D- und 5-AchsZyklen sowie einer damals neuartigen Feature- und Makrotechnologie den gewachsenen Ansprüchen besser gerecht wurde. Doch Sven Holsten stellt klar: „Auch eine lange Zusammenarbeit ist kein Grund dafür, auf Dauer an einem Ausrüster festzuhalten. Wir führen regelmäßige Benchmarks durch, in denen sich unsere Lieferanten beweisen müssen.“
hyperMILL^® war 2003 als Sieger aus den Vergleichen verschiedener CAM-Systeme hervorgegangen und hat diese Position auch heute noch. Holsten fügt hinzu: „Interessant ist, dass andere Anbieter mit ihrem Zyklenangebot in den letzten Jahren aufgeholt haben. Aber hyperMILL^® hat sich in dieser Zeit auf der nächsten Ebene, der automatisierten Programmierung, einen enormen Vorsprung erarbeitet, der uns die Basis für die Automatisierung in der Arbeitsvorbereitung gelegt hat.“

Offenheit für externe Programmierung

Geringer Einarbeitungsaufwand und Flexibilität waren wichtige Entwicklungsziele der Automatisierungstechnologie bei OPEN MIND. Andreas Leser, OPEN MIND Vertriebsleiter Deutschland, erklärt: „Mit unserer Vorgehensweise können verschiedenste Programme und Zusatzfunktionen erstellt werden, die einen automatisierten CAM-Programmiervorgang ermöglichen. Über diese Technologie kann man gewissermaßen auf eine Bibliothek zugreifen, mit deren Hilfe sich Funktionen und Objekte aus hyperMILL^® und hyperCAD^®-S zu umfangreichen, einfach änderbaren Programmierszenarien integrieren lassen.“ Sven Holsten beschreibt diese Methode so: „Im Prinzip lässt sich mit dieser Technik alles, was man händisch mit dem CAM-System machen kann – inklusive zusätzlicher Berechnungen – in einem Programm abbilden, das für automatisierte Abläufe sorgt.“ In der Praxis ist es nicht ganz so einfach, zumindest wenn man wie Phoenix Contact eine umfassende Automatisierung erreichen will. So erarbeitete zunächst Dipl.-Ing. Johannes Nittinger vom Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen im Rahmen seiner Promotion wichtige Grundlagen. Er erklärt: „Bevor überhaupt an eine automatisierte Programmierung eines Bauteils gedacht werden kann, müssen alle grundsätzlichen Vorgänge der CAM-Programmierung eindeutig beschrieben werden.“ Dazu gehören beispielsweise die Bauteilanalyse, die Werkzeugauswahl, die Wahl passender Features und so weiter.

Schrittweise Umsetzung

So musste das gesamte Know-how, das über Jahre in der Werkzeugprogrammierung entstanden ist, in diese Basisarbeit miteinfließen. Eine Aufgabe, für die M.Sc. Fabian Böhm, Softwareentwickler bei Phoenix Contact, zuständig war. Dann erst konnten die nächsten Schritte erfolgen, Algorithmen auszuarbeiten und zu hinterlegen.
Da die CAM-Programmierung je nach Art des Bauteils unterschiedlch komplex ist, ging das Automatisierungsteam in Stufen vor. Den Anfang machte die Elektrodenprogrammierung, die mittlerweile erfolgreich abgeschlossen ist. Dem folgte der Formaufbau mit der Programmierung der Formplatten, und den Abschluss bilden die Kavitäten des Spritzgießwerkzeugs. Selbst diese anspruchsvolle Programmierung wird in naher Zukunft automatisiert erfolgen.

Wirtschaftliche Vorteile

Nils Domack, einer der erfahrensten Mitarbeiter im Werkzeugbau, gilt als hyperMILL^®-Spezialist, da er schon 2003 mit der Einführung des CAM-Systems von OPEN MIND betraut war. Die Automatisierung ist für ihn ein absolutes Highlight: „Sie spielt für uns, gerade in der Elektrodenfertigung, eine wichtige Rolle. Denn wir bei Phoenix Contact produzieren viele filigrane Bauteile – Klemmen, Steckverbinder, Gehäuse etc. – für die wir senkerodierte Spritzgießwerkzeuge bereitstellen müssen. Auf die Herstellung der dafür benötigten Graphitelektroden wirkt sich die neue Form der Programmierung zeit- und kostensparend aus.“ Durch die Automatisierung in der Arbeitsvorbereitung, die auch einfache Vorarbeiten wie das Laden und Speichern eines Datensatzes oder das Anpassen des Nullpunktsystems einschleßt, konnten die hochqualifizierten Programmierer deutlich entlastet werden. Im Elektrodenbereich können bereits mehr als die Hälfte der zu fertigenden Elektroden vollautomatisiert programmiert werden – vom Import der CAD-Daten bis zum Export der fertigen NC-Daten. Der CAM-Programmierer nimmt in diesen Fällen nur noch die Rolle eines „Prüfers“ ein. Wenn zum Beispiel das Bauteil Flächen enthält, für die die hyperMILL^®-Automatisierung kein passendes Werkzeug findet, werden diese vom System entsprechend farbig markiert. So sieht der CAM-Programmierer bei seinem Prüflauf sofort, wo er selbst eingreifen und zum Beispiel die Werkzeugauswahl treffen muss. Bevor das NC-Programm schließlich freigegeben wird, startet er in hyperMILL^® noch eine komplette Simulation des Bearbeitungsvorgangs, um nachfolgend prozesssichere Abläufe zu gewährleisten.

www.phoenixcontact.com