Forschungsvorhaben Automatische Feature-Erkennung als Beitrag zur Effizienzverbesserung bei der CAD/CAM-Integration

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1 1 Forschungsvorhaben Automatische Feature-Erkennung als Beitrag zur Effizienzverbesserung bei der CAD/CAM-Integration Zielsetzung des Forschungsvorhabens Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Konzepts zur Nutzung der automatischen Feature-Erkennung (AFR) als neue rationelle Technologie, um eine durchgängige, effiziente CAD-/CAM-Kette auf Basis von 3D-Volumenmodellen zu realisieren. Folgende Problemstellungen wurden mit der entwickelten Methodik gelöst: Kompensation von Schnittstellendefiziten zwischen CAD- und CAM-Modellen (Informationsverluste beim Zugriff von CAM-Systemen auf CAD-Modelle zur Weiterverarbeitung in Fertigungsinformationen) Kompensation nicht vorhandener Standardisierungen von Feature-Strukturen und -Inhalten Effizienzgewinn in der NC-Programmierung durch beschleunigte Identifizierung der Bearbeitungsstellen im CAD-/CAM-Modell unter Fertigungsgesichtspunkten Systematisierung der CAM-Planung durch Identifizierung von Zerspanvolumina auf hohem Anwendungsniveau Abbildung 1: Demonstrationsbauteil für die automatische Feature-Erkennung Grundsätzliches Nutzenpotenzial der AFR Durch den Einsatz feature-basierter CAM-Systeme wird es möglich, weiterführende Schritte, wie die Werkzeugauswahl, die Festlegung der Arbeitsstrategie, die Festlegung der Werkzeugwege oder die Bestimmung der Schnittparameter automatisch zu erzeugen. Dazu ist aber eine Technik bzw. ein Mechanismus erforderlich, um sämtliche Features innerhalb eines Werkstücks zu erkennen und zu

2 2 klassifizieren. Die automatische Feature-Erkennung bildet somit eine Grundlage für die weiteren Schritte eines feature-basierten CAM-Systems, da diese auf vollständig erkannten Features aufbauen. Sind die Features vollständig erkannt und mit allen für die Fertigung relevanten Informationen versehen, kann die Arbeitsplanung beginnen. Anhand der Feature-Informationen ist es möglich, die entsprechenden Werkzeuge auszuwählen, die Schnittwerte und Werkzeugwege zu berechnen, die Arbeitsstrategie zu erstellen und Simulationsläufe durchzuführen. Steigerung der Produktivität AFR Dreh- und Frästeile Erfolgreiche Feature-Erkennung Werkzeugauswahl Werkzeugwege Arbeitsstrategie Simulation... NC-Code Nutzenpotenziale CAM-System Steigerung der Qualität Zeitersparnis Kosteneinspa -rungen Abbildung 2: Nutzungspotenzial der Feature-Erkennung Durch die Feature-Technologie kann die NC-Programmerstellung erheblich beschleunigt und rationalisiert werden. Zusammenfassend können somit die Qualität und die Produktivität gesteigert und Zeitund Kostenersparnisse realisiert werden. Bewertung am Markt verfügbarer AFR-Systeme Bezüglich der Bewertung der am Markt verfügbaren AFR-Systeme wurde im Wesentlichen auf zwei Quellen zurückgegriffen. Die erste bilden die Ergebnisse einer umfangreichen Befragung, die innerhalb dieses Forschungsvorhabens durchgeführt wurde. Dazu wurde zunächst ein Fragebogen erstellt, anhand dessen dann 13 CAM-Systemanbieter auf den Messen Euromold und Turntec 2006 zur Bedeutung der AFR und den Funktionalitäten von CAM-Systemen befragt wurden. Die zweite Quelle bildet ein Marktspiegel des CAD-CAM-Reports, der ebenfalls aus dem Jahr 2006 stammt. Ergebnisse der Befragung waren, dass es zwar CAM-Systeme gibt, die Features verwenden und e- benfalls eine AFR aufweisen. Es ist jedoch kein System am Markt erhältlich, welches eine uneingeschränkte Feature-Erkennung über alle Verfahren bietet.

3 3 Einsatzbereich des Hersteller Systembezeichnung CAM-Systems Feature- Drehen Bohren Fräsen Verwendung Übernahme Cenit Cimatron CNC Software Dassault Systems Delcam DP Technology ISD Software Megatech Software Missler Software Missler Software Open Mind Tech. PTC Schott Systeme Sescoi Int. SA Softech Softech SolidCam Ltd. Tebis AG Teksoft Inc. UGS V Corporation Vero Int. Software EAPT Catia Solutions Cimatron E Mastercam CATIA PowerSolution Esprit HiCAM MegaCAM/ ProfiCAM TopSolid CAM GOelan hypermill Pro/ENGINEER Pictures by PC/CAM WorkNC Prospector CadraNC SolidCAM Tebis CAMWorks Unigraphics N V VISI-Series EAPTsolid (optional) [Legende: () = Systeme verfügen über eine Feature-Erkennung, jedoch nicht in allen Fertigungsbereichen (Drehen, Bohren, Fräsen); zudem ist keine Aussage über die Leistungsfähigkeit der AFR möglich; = es liegen keine Informationen vor] Erkennung () () () () () () () () () () () () () () Abbildung 3 Übersicht über CAM-Systeme mit Feature-Erkennung Um den Aufwand zur Erstellung von NC-Programmen gering zu halten, sollte möglichst schon innerhalb der CAD-Systeme mit Features gearbeitet werden. Innerhalb der Befragung der CAM-Systemanbieter auf der Euromold wurde daher untersucht, welche Features überhaupt von der Konstruktion in die Fertigung übertragen werden können und zu welchem Anteil dies geschieht % 64 % 50 % 14 % Anzahl Systeme Bohrungen (2x) Gewinde (2x) Passungen (1x) Anzahl Befragter: n=13 Toleranzen Oberflächengüte Materialeigenschaften weitere Abbildung 4: Übernahme von Feature-Informationen aus der Konstruktion Weiterhin wurde bei der Befragung ein eindeutiger Marktbedarf der AFR im Bereich der Drehbearbeitung identifiziert. NC-Programme wurden in diesem Bereich bislang meist mittels grafisch-interaktiver Systeme erstellt. Vor dem Aufkommen neuer Werkzeugmaschinenkonzepte, wie Dreh-/Fräszentren, die die Herstellung von Drehteilen mit stark asymmetrischen Bereichen ermöglichen, verspricht die AFR jedoch auch hier enormes Nutzenpotenzial.

4 4 Drehbearbeitung stark asymmetrischer Bauteile auf integrierten Dreh-/Fräszentren 90% % 9 Anzahl Nennungen JA NEIN Anzahl Befragter: n= Abbildung 5: Feature-Erkennung bei der Drehbearbeitung Um die Potenziale der AFR nutzen zu können, sind Algorithmen erforderlich, welche Features fehlerfrei erkennen, damit aus diesen abgeleitet NC-Programme generiert werden können. Treten bei der Feature-Erkennung Fehler auf, setzen diese sich durch den folgenden NC-Programmerstellungsprozess fort und resultieren schließlich in Ausschussteilen und Schäden an den Werkzeugmaschinen. Innerhalb der Umfrage wurde auch in diesem Bereich Weiterentwicklungs- und Verbesserungsbedarf identifiziert. Überschwinger Kontur nicht erkannt Keine Funktionserfüllung des Werkstücks Kollisionsgefahr Abbildung 6: Problemstellungen bei der Feature-Erkennung Einbindung der AFR-Technik in CAM-Systeme Zur Einbindung der AFR-Technik in CAM-Systeme wurden innerhalb des Forschungsvorhabens zunächst generelle Randbedingungen und Anforderungen abgeleitet und konzeptionell umgesetzt. Darüber hinaus wurden zusätzliche Anforderungen für die Feature-Erkennung in der Fräs- und Drehbear-

5 5 beitung identifiziert, die konzeptionell in die Entwicklung übernommen wurden. Innerhalb des Forschungsantrags wurden folgende Anforderungen näher untersucht: Rohteilermittlung mittels AFR-Technik Ermittlung von virtuellen Features zwischen Roh- und Fertigteil Aufteilung von CAD- und Manufacturing-Features für Fräsen und Drehen Einbindung der AFR-Technik in das Bedienkonzept von CAM-Systemen Grenzen und Sekundäreffekte der AFR-Technik Übernahme von externen Feature-Tabellen Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen erfolgte eine systematische Umsetzung der Ergebnisse in Form eines Demonstrators. Dessen Validierung geschah anschließend anhand eines Testbauteils, in dem alle relevanten Feature-Typen vorkommen. Weiterhin wurde der Demonstrator diversen Firmen innerhalb von Workshops präsentiert, um so zusätzliches Feedback zu erhalten. Abbildung 7: Auszug aus der Bedienoberfläche des Demonstratorsystems Das Projekt 14289N der Forschungsvereinigung Programmiersprachen für Fertigungseinrichtungen wurde in Kooperation mit dem Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen im Programm zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die AiF gefördert. Das Projekt begann im März 2005 und endete Februar Weitere Informationen und der Sachbericht zu dem Projekt können über die Forschungsvereinigung Programmiersprachen für Fertigungseinrichtungen e. V ( info@forschungsvereinigung-programmiersprachen.de) oder über das Werkzeugmaschinenlabor ( wissensmanagement@wzl.rwth-aachen.de) angefordert werden. Internet: oder