Prozessablauf perfekt durchorganisiert

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1 Fertigungsoptimierung mit effizienter CAM-Programmierung CAM für höchste Ansprüche 2005 investierte die Firma Reishauer AG, Hersteller von Verzahnungsschleifmaschinen, in ein neues CAM-System TopSolid Cam, das einen modernen Maschinenpark mit prozesssicheren NC- Daten versorgen muss. Komplexe Bearbeitungsaufgaben sind an der Tagesordnung, entsprechend aufwändig ist die NC- Programmierung, was hohe Anforderungen an das CAM-System stellt. Im Rahmen der CAM-Neuinvestition wurde deshalb sehr genau auf Anwenderfreundlichkeit, Kompatibilität mit dem 3D- CAD-System Solidworks und der optimalen Einbettung in die gesamte PDM-Infrastruktur geachtet. Weil der Markt derzeit nach mehr geschliffenen Zahnrädern verlangt (siehe Kasten), verlassen bei der Reishauer AG in Wallisellen bei Zürich pro Jahr immer mehr Verzahnungsschleifmaschinen die Werkhallen. Mehr Maschinen bedeuten auch zwangläufig mehr Bauteile, die konstruiert und gefertigt werden müssen. Um hier die Effizienz zu steigern, investierte Reishauer 2002 in Solidworks und 2005 in vier Arbeitsplätze der CAM-Software TopSolid Cam von Missler Software. Hohe Fertigungstiefe Werkstückseitig wird bei Reishauer die gesamte Bandbreite des Präzisionsmaschinenbaus abgedeckt, kubisch bis rund mit allen Variationen: µ-genaue Spindeln über komplexe Dreh-Fräswerkstücke bis hin zu kubischen Frästeilen. Wobei im Fräsen 4-achsige Bearbeitungen derzeit den Schwerpunkt bilden und 5-Seiten-Bearbeitungen an der Tagesordnung sind. Freiformflächen werden nicht gefertigt, obwohl auch die 5-achsigen Simultan-Features vorhanden sind. «Aber das brauchen wir noch nicht. Wenn aber unsere Konstruktion erfährt, dass wir das können, dann kann ich für nichts garantieren». sagt Markus Rykart, Fertigungsleiter bei Reishauer, mit einem Lächeln auf den Lippen. Doch jetzt zum Prozessablauf bei Reishauer. Prozessablauf perfekt durchorganisiert Der Prozessablauf von der Entwicklung bis hin zur Fertigung ist bei Reishauer perfekt durchorganisiert. Die Konstrukteure entwickeln seit Von links: Marcel Bieri (CAM-Programmierer) und Markus Rykart (Fertigungsleiter) mit (Thomas Hoffmann, Maschinenführer), alle Reishauer AG, vor einem Dreh-Fräszentrum Index G400. sechs Jahren im 3D-CAD mit Solidworks. Die Daten gehen direkt zur Arbeitsvorbereitung (AVOR), werden geprüft und freigegeben. In der AVOR wird auch der Fertigungsablauf bestimmt, wann und auf welcher Maschine das Werkstück bearbeitet werden soll. Schliesslich erfolgt der Betriebsmittelauftrag an die CAM-Programmierung, das Teil zu programmieren. Alle Prozessabläufe, die hier beschrieben wurden und werden, laufen prozesssicher über das voll integrierte PDM-System (Produkt-Daten-Management) des Unternehmens. So bekommt auch die NC- Programmierabteilung über das PDM-System den entsprechenden Auftrag. Marcel Bieri (CAM-Programmierung): «Nach Auftragseingang wandeln wir die Solidworks-Dateien direkt in eine TopSolid-Datei um. Anschliessend beginnt man mit der TopSolid-Datei zu programmieren und erstellt ein CAM-Programm. Nach Prüfung und Freigabe des CAM-Programms wird es archiviert und im PDM abgelegt. M. Rykart ergänzt: «Das muss ich noch betonen, im PDM-System ist alles abgelegt, was wir zur Konstruktion, Fertigung, Produktion und Montage benötigen: der Aufspannplan, ein komplettes 3D-Modell, die Aufspannung und der NC-Code, auf den TopSolid Cam zugreifen kann, sowie auch die gesamten TopSolid Cam- Daten. Ebenso auf die komplette Zeichnungsverwaltung und Baugruppenstruktur. Schliesslich sind auch die Werkzeugverwendung und die Werkzeugdaten hier hinterlegt. Jeder berechtigte Mitarbeiter im Unternehmen kann auf die Daten im PDM zugreifen.» Maschinen sind am Netz Nach der Freigabe des NC-Programms kann der Maschinenbediener die NC-Daten direkt vom Server 2 technica 03-09

2 Ob BAZ oder Dreh-Fräszentrum: Simulation wird immer wichtiger, weil die Maschinen immer mehr Achsen auf immer weniger Raum vereinen und zudem die Werkstücke immer komplexer und dadurch anspruchsvoller werden. auf die Maschine laden. Folgende Maschinen werden bei Reishauer derzeit mit den Daten aus Top- Solid Cam versorgt: Hüller-Hille Bluestar (5-Achs-Simultan BAZ) Deckel Maho Gildemeister DMF 250 linear (5-Achs-Simultan BAZ) Deckel Maho Gildemeister DMU 60 (5-Achs-Simultan BAZ) Index G200 (Dreh-Fräszentrum) In naher Zukunft sollen auch eine Index G400, Index V300 und eine Hüller-Hille nbh 230 integriert werden. Alle Maschinen sind am Reishauer- LAN angeschlossen. M. Rykart: «Wir machen an einzelnen Maschinen teilweise auch Maschinenprogrammierung, aber das wird nur bei einfach zu programmierenden Teilen gemacht. Da unterstützt uns die Siemens-Steuerung der Maschinen sehr gut. Wo und was genau programmiert wird, wird im Vorfeld von der AVOR entschieden. Die in der Maschine programmierten NC-Programme werden ebenfalls im PDM abgelegt. Aber das muss ich nochmals betonen: Sobald es komplizierter wird, läuft es über das CAM- System.» Ständige Optimierungen M. Rykart: «Generell versuchen wir den Prozess natürlich ständig zu optimieren. Bei Anpassungen beispielsweise ist das Ziel, dass der Bediener Änderungen im CAM-System direkt macht, nicht mehr im NC-Code, wie es derzeit Praxis ist.» M. Rykart führt fort: «In diesem Zusammenhang investieren wir in eine weitere Lizenz für die Maschinenbediener. Wir haben natürlich das Ziel, dass die Maschinenbediener flexibler eingesetzt werden können und ihre Arbeit anspruchsvoller und damit interessanter wird. Das ist eines unserer nächsten Ziele. In diesem Zusammenhang ist auch geplant, dass wir das System so auslegen, dass auch unsere Lehrlinge darauf zugreifen können. Dadurch wird auch unsere Lehrlingsausbildung effektiver und interessanter.» Die Auswahl des CAM-Systems Effizienz, Produktivität und Prozesssicherheit sind wesentliche Faktoren, die eine Rolle spielen. Mit dem Sprung in 2002 auf die 3D-CAD technica 3

3 Gallen, hat TopSolid Cam auch in das PDM-System integriert. Beim Benchmark der verschiedenen CAM-Software-Tools mussten die Hersteller ein reales Werkstück programmieren. NCDATA schnitt mit Top Solid am besten ab. Technologie folgte 2005 der Einstieg in das TopSolid Cam-System. Bisher arbeitete Reishauer mit einem älteren 2,5-D-CAM-System, welches seit Längerem nicht mehr supportet wird. M. Rykart: «Das ist mit einer der Gründe, dass wir uns nach einem neuen CAM-System umschauten. In diesem Zusammenhang muss ich betonen, dass ein CAM-System eine Schlüsseltechnologie ist. Es enthält äusserst sensible Daten für die Maschinensteuerung.» Aufwändiger Benchmark M. Rykart: «Wir machten bei der Einführung der neuen Software einen recht aufwändigen Benchmark. Besser ein langer Entscheidungsprozess als am Ende ein unzureichendes CAM-Tool, mit dem Sie Jahrzehnte arbeiten müssen. Während des Benchmarks haben wir neben TopSolid Cam zwei weitere Systeme geprüft. Beim ersten Eindruck überzeugte uns die Bedienoberfläche von TopSolid Cam. Sie war generell recht übersichtlich. Sie müssen wissen, dass wir mit den drei zur Auswahl stehenden Systemen vorher noch nie gearbeitet haben. TopSolid Cam hat uns im ersten Augenschein am besten gefallen, aber das reicht natürlich nicht aus für eine abschliessende Bewertung. Aus diesem Grund haben wir Referenzkunden besucht, die TopSolid Cam und die anderen CAM-Software-Systeme im Einsatz haben. Schliesslich haben wir auch noch von den CAM-Anbietern ein Werkstück programmieren lassen.» Bei den Referenzkunden die TopSolid Cam im Einsatz haben, wurde der erste gute Eindruck von Reishauer bezüglich des CAM-Systems bestätigt. L. Kellenberger, St. Sehr hohe Fertigungstiefe bei Reishauer Reishauer macht für seine CNC-Verzahnungsschleifmaschinen in der mechanischen Fertigung sehr viel selbst. Ausnahme sind typische Zukaufteile wie z. B. Wälzführungen. Entsprechend hoch ist das Fertigungs-Know-how. Bei Reishauer werden kleine bis grosse Werkstücke mit maximal 1,00 x 1,50 m gefertigt. Vom Teilespektrum sind es Rotationsteile und kubische Teile des klassischen Maschinenbaus. Allerdings werden die Werkstücke immer komplexer, denn die heutigen Dreh-Fräscenter und BAZ bieten hier enorme Möglichkeiten, was auch von der Konstruktion entsprechend genutzt wird. Apropos Fertigungstiefe: Selbst die Spindeln fertigt Reishauer komplett «inhouse», wie M. Rykart betont: «Die Spindeln können wir nicht kaufen, das sind Spezialanfertigungen mit höchsten Präzisionsanforderungen. Wir machen diese selbst: Vordrehen, danach Wärmebehandlung und schliesslich Schleifen. In der Spindelfertigung haben wir in der Regel 2 µ, manchmal sogar nur 1 µ Toleranz.» Bei der Fräsbearbeitung geht es in der Regel um Hundertstel. Hier sind die anspruchsvollen Form- und Lagetoleranzen eine fertigungstechnische Herausforderung. «5 µ winklig und noch dazu plan, das ist nicht ohne», sagt M. Bieri. Aufgabe sehr gut gelöst M. Rykart: «Bei L. Kellenberger lief ein ähnliches komplexes Mori-Seiki-Dreh-Fräszentrum wie unsere Index G400, insofern waren hier gewisse Parallelitäten zu unserer Fertigung gegeben.» Zu guter Letzt mussten die CAM- Anbieter ein Werkstück inklusive Aufspannung komplett programmieren. Mit TopSolid Cam hat NCDATA innerhalb einer Stunde die Aufspannung und das einwandfreie CAM-Programm erstellt. M. Rykart: «Das war kein Show-Teil, das war ein reales Teil von uns. NCDATA hat diese Aufgabe unserer Meinung nach sehr gut gelöst. Das i-tüpfelchen war schliesslich eine Vergleichsstudie der Fachhochschule St. Gallen. Auch hier schnitt das TopSolid Cam-System sehr gut ab. So haben letztlich die guten Referenzen den Ausschlag für unseren Entscheid gegeben, dass wir in TopSolid Cam investierten.» Änderungen immer aktuell Wichtig war Reishauer auch die Kompatibilität zu Solidworks. Marcel Bieri: «Wenn in der Konstruktion etwas geändert wird, sollten wir die Änderungen 1:1 nachvollziehen können im CAM-System. Das läuft hervorragend. Wenn an einem Werkstück etwas in der Konstruktion nachträglich geändert wird, dann wird man beim Aufstarten der Datei durch das PDM-System darauf aufmerksam gemacht, die Änderungen nachzutragen. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch zu erwähnen, dass wir direkt im originalen Volumenmodell programmieren. Das ist auch sehr gut so, denn wir wollen nicht auf Kopien zugreifen.» «Grosse Zeiteinsparung» Besonders interessant ist nach Aussage von M. Bieri die Funktion «Werkstück vergleichen und ersetzen». Ähnliche Bauteile, bei denen sich beispielsweise nur ein Winkel ändert, können mit diesem Feature verglichen werden. Alle baugleichen 4 technica 03-09

4 Bereiche werden automatisch übernommen. Nur die nicht identischen Bereiche müssen umprogrammiert werden. M. Bieri: «Das bringt eine grosse Zeiteinsparung.» Ein weiteres interessantes Feature ist die Bohrungserkennung. Alle Bohrungen, die als sogenannte FTE-Datei in Solidworks abgespeichert werden, erkennt TopSolid Cam. Werden im CAD die Bohrung, Gewinde oder die Passung klar definiert, dann kann das Feature automatisch im CAM konfiguriert werden. M. Bieri: «Natürlich ist es entscheidend, dass es im Solidworks bereits als solche konstruiert wurde. Derzeit haben wir dieses Feature noch nicht explizit im Einsatz, aber das wird kommen.» Ganz wichtig: Simulation Das integrierte Simulationstool war mit ein Hauptgrund, dass Reishauer auf das System gesetzt hat. «Die Simulationsmöglichkeiten sind im Grossen und Ganzen richtig gut», sagt Marcel Bieri. Es wird alles simuliert: das Maschinenmodell, die Werkzeuge, die Aufspannung, das Rohteil bis hin zum Fertigteil. Die Kollisionsbetrachtung stimmt 1:1. M. Bieri: «Die Simulation wird immer wichtiger, weil die Teile und die Maschinen immer komplexer werden. Der Grund sind die Mehrachsen-Maschinen. Man kann die wildesten Sachen programmieren. Der Platz in der Maschine wird immer knapper. Nehmen Sie nur eine Index G200, die 5-achsig fräst, noch dazu in mehren Aufspannungen dann wirds richtig kompliziert. Ein Crash ist immer teuer, deshalb lassen wir alles, was wir programmieren, durch die Simulation prüfen.» Datenpflege: hoher Aufwand lohnt sich Simulation ist im heutigen Fertigungsumfeld nahezu ein Muss, aber es bedarf einer hohen Disziplin in Sachen Datenpflege, sagt M. Rykart: «Um die Simulation richtig nutzen zu können, müssen wir einen riesigen Aufwand mit dem TDM-System (TDM = Tool-Data-Management von TDM Systems) betreiben. Wir müssen die Werkzeugdaten exakt nachführen. Auch die Spannmittel müssen exakt 1:1 vorhanden sein. Das ist ein Aufwand, der nicht zu unterschätzen ist. Aber wenn die Daten sicher hinterlegt sind, ist die anschliessende Fertigung umso prozesssicherer. Der Aufwand lohnt sich in jedem Fall. Wir hatten diese Daten bereits früher schon immer sehr sauber gepflegt. Jetzt überneh- Nach der Fertigung gehts an die Messmaschine. Denn bei den Verzahnungsschleifmaschinen von Reishauer ist Präzision das A und O technica 5

5 men wir praktisch die 2,5-D-Daten von den Fräswerkzeugen für die 3D-Daten. Das ist bei den Fräswerkzeugen relativ einfach, bei den Drehwerkzeugen ist es natürlich komplizierter. Aber bei den Drehwerkzeugen wird die Unterstützung der Lieferanten in Bezug auf 3D- Daten immer besser. Bei Index z.b. bekommen wir alles in 3D eins zu eins das läuft perfekt.» Alle Werkzeugdaten im TDM Das CAM-System greift auch bei den Werkzeugdaten auf die Datenbank des TDM zu. TDM ist die Datenbank, die alle WZ verwaltet. Alle Werkzeugdaten sind im TDM vorhanden: Körper, WSP etc. M. Rykart: «Wir definieren die Werkzeugdaten auf Komponentenebene, das ist uns wichtig.» Die Werkzeuge werden neu aus den Komponenten zusammengestellt. Wenn die Komponenten geändert werden, hat das den Vorteil, dass nur sie modifiziert werden müssen und nicht das Komplettwerkzeug. Bei Bohrern und Gewindebohrern greift Reishauer auf die parametrisierten Vorlagen von TopSolid Cam zurück. Mit der Standardbibliothek in TopSolid Cam geht das flott: Man holt sich die Komponenten aus dem TDM und «schraubt» das komplette Tool zusammen. Ein weiterer wichtiger Vorteil beim TDM ist, dass vor der Fertigung ein Brutto-Netto-Vergleich des Werkzeugbestandes für den Fertigungsauftrag gemacht werden kann. Das TDM macht einen Abgleich und der Bediener kann genau erkennen, was in der Maschine fehlt. Hervorzuheben ist auch hier: im TDM-System ist der Aufwand der Datenpflege nicht zu unterschätzen, Gerade bei den Drehwerkzeugen. Die CAM-Programmierer sind bei Reishauer für die kontinuierliche Datenpflege verantwortlich. Alle gängigen Formate lesbar Eine Frage im Software-Bereich ist immer, wie sauber die unterschiedlichsten Dateiformate gelesen werden können. Von externen Anbietern, wie z. B. den Spannmittelherstellern, kommen die unterschiedlichsten CAD-Dateiformate. Das bereitet aber keine Probleme, wie Marcel Bieri sagt: «TopSolid Cam kann praktisch alle Formate lesen, die gängig sind. Wir haben noch nie etwas bekommen, was nicht lesbar war.» Optimierungspotenzial Auch wenn bis hier alles bestens lief, Verbesserungsmöglichkeiten gibt es immer. Beim Fräsen läuft das CAM-System nach Aussage von Marcel Bieri und Markus Rykart perfekt, aber beim Drehen bestehen für gewisse Features im Bereich der Simulation noch Optimierungspotenziale. Marcel Bieri: «Das sind zum Beispiel zwei Standardfunktionen, die wir nicht ohne Probleme simulieren können. Das sind in unserem Fall das Abstechen und das Abgreifen von der Haupt- zur Gegenspindel. Gerade das Abstechen ist heikel, weil es ein wichtiger Prozess ist. Das müssen wir relativ umständlich simulieren. Auch die Synchronisation von Spindel und Gegenspindel ist nicht optimal gelöst. Es gibt nur zwei Punkte, wo wir synchronisieren können. Derzeit ist NCDATA daran, den Prozess zu optimieren. Aber gleichwohl, beim Fräsen sind sie richtig gut.» (uu) Infos NCDATA AG 8952 Schlieren Reishauer AG 8304 Wallisellen technica 03-09