Moderne Werkzeugmaschinen arbeiten in immer komplexeren Arbeitsschritten und zunehmend auch vernetzt mit anderen CNC-Maschinen oder Robotern. Entsprechend komplizierter wird die Programmierung kollisionsfreier Abläufe. Um die teuren Werkzeugcrashs zu vermeiden, aber auch um Probeläufe zu minimieren, können Maschinenprogramme vor ihrem Einsatz per Simulations-Software geprüft und optimiert werden. Beim malaysischen Luft- und Raumfahrt-Zulieferer und Entwicklungszentrum CTRM nutzt man dafür Ncsimul Machine von Spring Technologies.

Bild: CTRM

Composites Technology Research Sdn Bhd, kurz: CTRM Malaysia, fertigt als Zulieferer in einer globalen Wertschöpfungskette Verbundstrukturkomponenten für führende Flugzeughersteller. Die Composite-Materialien beziehungsweise Verbundwerkstoffe, die hier verarbeitet werden, gelten aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit als optimale Leichtbaustoffe. Verbundwerkstoffe sind teuer, da derzeit noch zeit- und kostenaufwändig in der Herstellung, und anspruchsvoll in der Bearbeitung. Der Zulieferer hat sich die ständige Weiterentwicklung von Menschen, Know-How, Produkten und Kapazitäten zum Ziel gesetzt, um sich als Partner erster Wahl zu etablieren. Im Rahmen dieser Entwicklung wurde auch mit der Fertigung komplexerer Bauteile begonnen. Das Risiko der Kollision von Fräswerkzeugen ist dabei hoch: Materialien und Werkzeuge selbst werden dadurch beschädigt, Bohrlöcher ungenau positioniert und Kanten verschnitten. Die Folge sind hohe Ausschusszahlen – bei so hochwertigen Werkstoffen besonders schmerzlich – und Produktionsausfälle.

Diese Probleme haben eine gemeinsame Ursache: Fehler in der Maschinenprogrammierung. Um diese zu vermeiden, entschied sich das Unternehmen für den Einsatz einer umfassenden Simulations-Software zur Entwicklung, Optimierung und Durchführung von Maschinenprogrammen für NC-Maschinenwerkzeuge. Eine solche Software hat die Aufgabe, alle Abläufe zu simulieren und virtuell zu erproben, bevor das endgültige Programm an die eigentliche Maschine gesendet wird. Dabei müssen jeweils alle physischen Eigenschaften und Maschinenfunktionen berücksichtigt werden – bei den Maschinen von CTRM Malaysia sind das Linearmotoren, automatische Werkzeugwechsler oder besondere Bohrwerkzeuge für Designentwürfe und viele mehr. Der gleichzeitige Einsatz mehrerer Achsen ist zu koordinieren, hinzu kommen als Sicherheitsmaßnahme bei der Composite-Bearbeitung auch automatische Wechsler für den Staubextraktor.

Unterprogramme und Makros aller NC-Maschinen

Die Lösung bot Spring Technologies mit Ncsimul Machine. Bei dem malaysischen Fertiger hat man sich für dieses Programm entschieden, weil es in Punkto Simulationsgeschwindigkeit und Oberfläche den Erwartungen der Firma entsprach. Wichtig war auch, dass sämtliche Programme, Unterprogramme sowie komplexe Makros jeder im Unternehmen verwendeten NC-Maschine damit dekodiert und simuliert werden können. Zudem sind Service und technischer Support für die Lösung durch die lokalen Lieferanten in Kuala Lumpur und Penang gegeben. Die Software konnte erfolgreich implementiert werden.

Bewegungen darstellen und simulieren

In dem Simulationswerkzeug ist eine realistische Darstellung aller Maschinenbewegungen integriert, dynamische 3D-Funktionen verschaffen Nutzern einen genauen Überblick. Programmfehler, die zu Werkzeugkollisionen führen würden, werden automatisch erkannt und Fertigungszeiten berechnet. Alle Maschinenbewegungen werden mit ihren Unterprogrammen und Zyklen dargestellt und der Materialabtrag auf Basis von Volumenmodellen simuliert. Außerdem sorgt das System für das richtige An- und Abfahrverhalten der Werkzeuge. Durch den Softwareeinsatz können somit nicht nur Kollisionen und Werkzeugcrashs vermieden werden, sondern gleichzeitig auch die Standzeiten der Werkzeuge. Das wirkt sich zudem positiv auf die Lebensdauer der Maschinen aus. Mögliche Fehlprogrammierungen, die Kollisionen zwischen Spindelkopf, Werkzeughalterung und -befestigung verursachen könnten, werden nun bereits vorab identifiziert.

Das Risiko bei der Verarbeitung von Verbundwerkstoffen ist hoch: Kollidieren zum Beispiel die Fräswerkzeuge, können Materialien und Werkzeuge beschädigt, Bohrlöcher ungenau positioniert und Kanten verschnitten werden. Bild: ©Dreef – Fotolia

Einfahrzeiten deutlich reduzieren

Berechnet wird offline, auf der virtuellen Maschine, die sich auf den Computern der Programmierer befindet. Durch die virtuelle Prüfung der Programme stehen die Maschinen somit durchgehend für die Produktion zur Verfügung. Stillstandzeiten in der Produktion aufgrund von Programmierfehlern oder wegen Probeläufen werden weitgehend vermieden, die Maschinenauslastung steigt. „Mit Ncsimul reduzieren wir die Zeit für Probeläufe um 99 Prozent sowie das Risiko von Kollisionen und anderen Problemen während der Bearbeitung“, sagt Abdul Rashid Bin Mohd Nor, CNC Technischer Support bei CTRM.

Gleichzeitig ist das IT-Projekt als Investition in die Zukunft zu sehen, denn mit der Anwendung steht nun ein Offline-Entwicklungsprogramm für neue Projekte zur Verfügung, um noch komplexere Bauteile herzustellen und Prozesse weiter verbessern zu können. Außerdem ist die Lösung mit verschiedenen Modulen aus der Softwareplattform Ncsimul Solutions erweiterbar, von der Werkzeugverwaltung bis hin zu Real-Time Monitoring des Maschinenstatus. So können zum Beispiel mit dem Erweiterungsmodul Optitool die Werkzeugpfade berechnet werden, um weiteren Nutzen aus den IT-Systemen zu ziehen.

Basierend auf der TMP-Technologie, an der Spring Technologies seit 20 Jahren arbeitet, ermittelt Optitool Vorschub und Drehzahl von Maschinen und berechnet die bestmöglichen Vorschübe. Zusätzlich verfügt die Werkzeug- und Materialtechnologie-Anwendung über einen Lernmodus. Mit dessen Hilfe können Programme, die bereits auf der realen Maschine gelaufen sind, weiter verfeinert werden. Entsprechend den individuellen Erfahrungen im jeweiligen Fertigungsprozess lässt sich der Vorschub exakt angepassen. Diese Integration von vorhandenem Know-How, automatischer Berechnung und individuellen Erfahrungen machen das Lösungsgespann zu einem leistungsstarken Instrument zur Bearbeitung auf CNC-Maschinen.

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