TopSolid Auch der Formenbau ist automatisierbar» Wi r m ü s s e n d i e Pe r s o n a l k o s t e n d u r c h e i n e n h ö h e r e n A u t o m a t i s i e r u n g s g r a d i n d e n G r i f f b e - k o m m e n «, f o r d e r t A n d r é B u h r. E r d e m o n s t r i e r t i n s e i n e r F i r m a B u h r s t a h l f o r m e n b a u, d a s s d a s m ö g l i c h i s t. D e r S c h l ü s s e l f ü r d i e a u t o m a t i s i e r t e E i n z e l t e i l f e r t i g u n g i s t e i n e d u r c h g ä n g i g e P r o - z e s s k e t t e v o n d e r Fo r m e n k o n s t r u k t i o n b i s z u r N C - Fe r t i g u n g. FORMGERECHT AUFBEREITET. Buhrstahlformenbau entwickelt und fertigt Spritzgussformen sowie Formen für den Zink- und Aluminiumdruckguss, die hauptsächlich im Fahrzeugbau, aber auch in der Medizintechnik oder in der Sanitärtechnik eingesetzt werden. Auf Wunsch unterstützt der Formenbauer seine Kunden schon bei der Artikelkonstruktion, damit die Teile von Anfang an formtechnisch korrekt ausgelegt werden. Außerdem übernimmt er zusammen mit externen Partnern die Erstbemusterung der Werkzeuge und die Mess- und Prüfberichte. Im letzten Geschäftsjahr hat Buhrstahlformenbau einen Umsatz von 3,6 Mio. Euro erwirtschaftet. Obwohl das Automobilgeschäft mit einem Umsatzanteil von 65 Prozent nach wie vor das stärkste Standbein der Firma ist, hat sich ihr Kundenstamm in den letzten Jahren erheblich vergrößert. Zu den Referenzen gehören neben Automobilherstellern und Zulieferern wie Friedrich Fingscheidt, der unter anderem die Mercedes- 2 2 CAD CAM 9-10/2007
EINZELTEILFERTIGUNG PRAXIS Sterne für Daimler herstellt, Namen wie ABB, Philips oder Bayer Leverkusen. Firmenchef André Buhr arbeitete 14 Jahre lang unter anderem als Konstruktionsleiter, bevor er sich 2003 mit einem Auftrag seines ehemaligen Arbeitgebers in der Tasche und sieben Mitarbeitern, die den Vertrag unterschrieben, obwohl in der angemieteten Halle in Heiligenhaus noch keine Maschine stand, selbstständig machte. Maschinenpark und Mitarbeiterzahl der jungen Firma wuchsen so schnell, dass TopSolid bietet leistungsfähige Funktionen für die Formtrennung und den Formaufbau. Hier abgebildet: die Auswerferseite eines Formwerkzeugs. (Bild: Buhrstahlformenbau) es dort bald zu eng wurde. Ende letzten Jahres zog sie in eine eigene, 2 000 m 2 große Produktionsstätte in Velbert um. Derzeit arbeiten hier 32 Mitarbeiter, davon acht in Konstruktion und NC-Programmierung. Die für einen Formenbauer ungewöhnlich hohe Anzahl an Konstrukteuren und NC-Programmierern erklärt sich durch den hohen Automatisierungsgrad, den die Firma insbesondere in der Elektrodenfertigung und Stahlbearbeitung erreicht hat:»formen können auch andere bauen«, so Buhr.»Wir zeichnen uns dadurch aus, dass wir den Formenbau digitalisiert haben, das heißt die Daten aus der Konstruktion ohne Umweg über die Zeichnungserstellung und die manuelle Neueingabe an der Maschine für eine automatisierte Einzelteilfertigung nutzen. So erreichen wir nicht nur kürzere Durchlaufzeiten, sondern auch eine höhere Auslastung der Maschinen und entsprechend günstigere Maschinenstundensätze.«Zusammen mit den Partnern Missler Software, Zwicker Systems, Erowa und Sescoi hat Buhrstahlformenbau eine Automatisierungslösung aufgebaut, die für einen Formenbauer dieser Größe beispielhaft ist. Alle fertigungsrelevanten Informationen aus Konstruktion und Arbeitsvorbereitung werden an das Fertigungsbetriebssystem von Zwicker gemeldet. Von dort können sie an den Maschinen automatisch abgerufen, in einen maschinenspezifischen Programmcode umgesetzt und ohne manuelle Eingriffe abgearbeitet werden. Die korrekte Zuordnung der NC-Programme zu den Werkstücken erfolgt über RFID(Radio Frequency Identification)-Chips, die an den Rohteilen oder Spannmittelvorrichtungen angebracht sind. Die Werker rüsten die Maschinen ohne Eingriffe in den Arbeitsraum, was einen unterbrechungsfreien Betrieb gewährleistet.»unser Endziel ist, die Bearbeitungszeit für die Nachkalkulation über den Transponder zurückzumelden«, sagt Buhr. Voraussetzung für die prozessdurchgängige Nutzung der Fertigungsinformationen war die Ein-»Formen können auch andere bauen. Wir zeichnen uns dadurch aus, dass wir den Formenbau digitalisiert haben.«(a. Buhr, Buhrstahlformenbau) führung einer integrierten CAD/- CAM-Lösung, mit der man nicht nur die Formen und die Elektroden für das Senkerodieren konstruieren, sondern auch gleich die NC- Programme generieren konnte. Die Anwender bei Buhrstahlformenbau arbeiteten anfangs noch mit einer Systemkombination bestehend aus dem veralteten CAD-System Euclid, mit dem die Formen konstruiert wurden, und der Software Catia V5, die dazu diente, ausgehend von der Euclid-Geometrie die NC-Programme zu erzeugen. Der Systembruch zwischen CAD und CAM führte immer wieder zu Problemen bei der Datenübernahme, weshalb man sich für die Schaffung einer einheitlichen Systemumgebung André Buhr, Firmenchef entschied. von Buhrstahlformenbau:»Wichtig war uns, ein TopSolid von Missler Software beeindruckte die Kon- die Übernahme der Kon- Programm zu finden, das strukteure durch seine leistungsfähigen facht und dieselbe struktionsdaten verein- Qua- Funktionen für Formtrennung und -aufbau und durch die Fähigkeit, importierte Daten sehr schnell formgerecht aufzubereiten:»die Kunden konstruie- lität wie Catia V5 bietet. Bei der NC-Programmierung mit TopSolid Cam etwa entfallen viele manuelle Nacharbeiten an den CAD-Daten.«CAD CAM 9-10/2007 2 3
Die Missler-Software erstellt und verwaltet alle Fertigungsunterlagen. (Bild: Buhrstahlformenbau) ren ihre Bauteile nämlich oft ohne Auszugsschrägen und Toleranzen. Diese Informationen kann ich mit TopSolid binnen weniger Minuten in das Modell einpflegen. Mit Euclid haben wir dafür Tage gebraucht«, erzählt Buhr. Ein weiterer Vorteil des Systems war das günstige Preis-Leistungs-Verhältnis, gerade im Vergleich zu Catia V5, das als Lösung ebenfalls infrage kam, weil viele Kunden im Automobilumfeld damit arbeiten. 2004 wurden in der Konstruktion die ersten TopSolid-Arbeitsplätze eingeführt. Der Umstieg auf das neue System bedeutete für die Anwender einen Quantensprung in puncto Bedienkomfort und Funktionalität. Entsprechend zufrieden waren sie mit dem Systemwechsel, zumal sich der Aufwand für die Umschulung in Grenzen hielt. Nach einer Woche Grundschulung, zwei Wochen Einarbeitung und einer einwöchigen Aufbauschulung waren sie in der Lage, mit TopSolid Mold selbstständig ihre Formen zu konstruieren. Derzeit läuft die Missler-Software in Konstruktion und Arbeitsvorbereitung auf insgesamt sieben Arbeitsplätzen. Bei den Rechnern handelt es sich um Celsius-Workstations von Fujitsu Siemens unter dem Betriebssystem Windows XP, die mit 4 GB Hauptspeicher und Grafikkarten des Typs envidia Quadro von PNY Technologies ausgestattet sind. Zur Software-Konfiguration gehören neben dem Formenbaupaket TopSolid Mold die Module TopSolid Cam für die Erzeugung der 3D- Fräsprogramme und TopSolid Electrode für die Elektroden-Konstruktion. Ein Produktdaten-Management ist derzeit noch nicht im Einsatz, könnte aber in Zukunft interessant werden, um die Projektarbeit im Team zu erleichtern. Betreut werden die Anwender von Missler-Partner ISK, mit dessen Unterstützung Buhr sehr zufrieden ist:»wir sind immer auf dem aktuellen Stand, was die Funktionalität der Software anbelangt. ISK ist sehr häufig zu Gast und erarbeitet mit uns Verbesserungsvorschläge.«Das Systemhaus aus Witten hat auch die Postprozessoren für die beiden HSC-Fräszentren von Digma sowie die vier Fräsmaschinen von Deckel-Maho und Hurco angepasst, die mit Heidenhain- und Ultimax-Steuerungen ausgestattet sind. Grundlage für die Formenkonstruktion sind die Bauteildaten des Kunden, die sich problemlos in Top- Solid importieren lassen. Schwierig wird es nur bei ungenauen Daten, weil sich die mit den besten Bereini- 2 4 CAD CAM 9-10/2007
EINZELTEILFERTIGUNG PRAXIS gungsfunktionen nicht verbessern lassen.»wenn man erst mal ein sauberes Bauteilmodell hat, sind Formkonstruktion und Werkzeugaufbau schnell gemacht«, sagt Firmenchef Buhr, der selbst mit dem System arbeitet.»die Erzeugung der Formtrennung und der Kühlung oder die Positionierung der Auswerfer sind alles Dinge, die man mit TopSolid - Mold sehr schön automatisieren kann. Wir haben für Sonderbauteile wie spezielle Schieber oder Verriegelungen eigene Modelle erzeugt und in der Bibliothek hinterlegt, die wir einfach aufrufen und in die Form einbringen. Da nutzen wir die Stärken der parametrischen Konstruktionstechnik in TopSolid voll aus.«ausgehend von der Geometrie der Formnester lassen sich mit TopSolid Electrode einfach und schnell die Elektroden für das Senkerodieren konstruieren, wie Buhr ausführt. Allerdings gehen ihm die Möglichkeiten des Software-Moduls noch nicht weit genug:»ich möchte bei der Elektroden-Konstruktion schon alle für das Senkerodieren erforderlichen Informationen eingeben können. Anzahl und Breite der Funkenspalte, Projektionsfläche oder Grafitsorte alle diese Angaben könnten schon an der Elektrode hängen. Derzeit geben die Anwender diese Informationen bei der Übergabe der Daten an das Zwicker-System oder sogar erst an der Maschine ein, was die Automatisierung erschwert.«erklärtes Ziel von Buhr ist es, das Senkerodieren künftig vollständig am CAM-System zu programmieren, um die Beschickung der Maschinen mit NC-Programmen, Elektroden und Werkstücken zu automatisieren. Die Maschinen sind bereits an die Zwicker-Datenbank angebunden und holen sich von dort über RFID die Informationen zu den aufgespannten Elektroden und Werkstücken, die der Werker an der Maschine derzeit aber noch manuell ergänzen muss.»zu 85 Prozent funktioniert das heute schon durchgängig«, sagt Buhr.»Aber es gibt Sonderfälle wie das Tunnelerodieren, die an der Maschine programmiert werden müssen. Wenn auch das fertig ist, wollen wir die Maschinen mit Robotern bestücken lassen.«buhr hat Missler seine Vorschläge für die Weiterentwicklung des Elektroden-Moduls unterbreitet und dem Softwarehersteller seine Unterstützung bei der Schaffung einer durchgängigen Prozesskette für das Senkerodieren angeboten. Beide Firmen arbeiten bereits im Rahmen eines EU-Projektes eng zusammen. In diesem Projekt geht es darum, ein Expertensystem zu entwickeln, das den NC-Programmierer bei der Entscheidung unterstützen soll, ob er eine Form oder bestimmte Bereiche davon besser und kostengünstiger fräsen oder senkerodieren kann. Außerdem soll die Software gleich schon Vorschläge für die Elektroden unterbreiten, CAD CAM 9-10/2007 2 5
Ausgehendvon den Kavitäten der Formeinsätze kann man mit TopSolid die erforderlichen Elektroden konstruieren. Derzeit lassen sich aber noch nicht alle Parameter für die NC-programmierung hinterlegen. die der Anwender dann noch interaktiv modifizieren kann. Die Anwender in der Arbeitsvorbereitung arbeiten erst seit knapp einem Jahr mit der CAM-Lösung von Missler Software:»Wichtig war uns, ein Programm zu haben, das die Übernahme der Konstruktionsdaten vereinfacht und dieselbe Qualität wie Catia V5 bietet«, erklärt Buhr.»Bei der NC-Programmierung mit TopSolid Cam entfallen viele manuelle Nacharbeiten an den CAD-Daten. Wenn ich zum Beispiel die Oberfläche von Einsätzen bearbeiten möchte, die mit Bohrungen versehen sind, kann ich diese über den Konstruktionsbaum ganz einfach entfernen. Bei der Arbeit mit importierten Daten in V5 muss ich die Löcher von Hand schließen, was relativ aufwendig ist.«dennoch wird der Catia-Arbeitsplatz weiterhin genutzt, unter anderem um die Kundendaten für das Einlesen in TopSolid aufzubereiten. Die Datendurchgängigkeit der Missler-Produktfamilie erlaubt es, späte Änderungen an Bauteilen schnell durch den gesamten Prozess von der Formenkonstruktion über die Konstruktion der Elektroden bis zur Erzeugung der NC-Programme zu schleusen. Vereinfachtes Ändern dank Datendurchgängigkeit TopSolid verfügt über Funktionen für den Geometrievergleich, mit denen die Konstrukteure auf einen Blick feststellen können, wo sich die Bauteilgeometrie geändert hat, damit sie nicht die komplette Form neu konstruieren müssen. Je nach Art der Änderungen lassen sich bereits erstellte Elektroden und NC- Programme auf Knopfdruck aktualisieren.»bei komplexen Änderungen gehen wir jedoch lieber auf Nummer Sicher und konstruieren die Elektroden schnell neu, weil die parametrischen Abhängigkeiten nicht so einfach zu kontrollieren sind«, räumt Buhr ein. Die CAM-Lösung von Missler unterstützt die NC-Programmierer bei der Auswahl der Frässtrategie durch praxiserprobte Vorschläge, wobei sich die NC-Programmierer hier meist lieber auf ihre eigene Erfahrung verlassen und die Bearbeitungswege interaktiv optimieren. Derzeit erzeugen sie mit TopSolid - Cam vor allem die NC-Programme für das 3D-Fräsen von Elektroden und Formeinsätzen und die Programme für das Vorschruppen der Bereiche, die nachher senkerodiert werden; die 2,5-Achsen-Bearbeitung wird direkt an der Maschine programmiert. Das soll sich aber noch in diesem Jahr ändern, denn Buhr verspricht sich erhebliche Zeiteinsparungen von der Möglichkeit, zu den in TopSolid Mold definierten Bohrungen oder Taschen einheitliche Bearbeitungszyklen zu hinterlegen. Nicht mehr zwölf, sondern nur acht Wochen In Verbindung mit der Automatisierungslösung hat der Einsatz der CAD/CAM-Lösung die Durchlaufzeiten bei Buhrstahlformenbau drastisch verkürzt:»wenn wir vorher zwölf Wochen Bauzeit für ein komplexes Formwerkzeug benötigten, schaffen wir es heute in acht bis neun Wochen«, versichert Buhr.»Daran haben TopSolid und die Möglichkeit, die Konstruktion der Elektroden und die Erzeugung der NC-Programme parallel zu erledigen, einen maßgeblichen Anteil. Außerdem sparen wir Rüstzeiten durch die automatisierte Fertigung und senken unsere Kosten durch eine bessere Maschinenauslastung.«Buhr schätzt, dass sich allein die Konstruktion gegenüber Euclid um 25 Prozent beschleunigt hat. Gleichzeitig ist die Qualität der Dokumentation um ein Vielfaches besser geworden. Michael Wendenburg, freier Autor www.buhrstahlformenbau.de / @ www.topsolid.de 2 6 CAD CAM 9-10/2007