EuroMold 2003 ¿ Trends und Eindrücke

Zum 10. Geburtstag konnte die weltweit führende Messe für den Werkzeug- und Formenbau die Zahl der Aussteller auf 1530 steigern. Das spiegelt nicht nur die erwartete Konjunkturerholung wider, sondern verdeutlicht mit vielen erstmalig vertretenen Ausstellern aus Osteuropa und Asien auch den zunehmend härteren Wettbewerb. Dieser Situation entgegnen die etablierten Technologieanbieter mit Produktneuheiten und Weiterentwicklungen, die eine Verbesserung der Qualität, Produktivität und Bedienfreundlichkeit zum Ziel haben. Entsprechend der realen Prozesskette sollen nachfolgend einige Eindrücke vom Bereich Digitalisierung über die CAD/CAM-Kopplung bis zu den Werkzeugen vorgestellt werden.

Den Einsatz von CNC-Koordinatenmessmaschinen beim Reverse Engineering präsentierten japanische und deutsche Hersteller. Während die Messdatenermittlung mit Koordinatenmessmaschinen bislang meist auf den Einsatz von messenden oder schaltenden Tastköpfen beschränkt war, wird durch neue multisensorikfähige Systeme der Einsatz von Laserscannern, die bis zu 20.000 Punkte pro Sekunde aufzeichnen, möglich. Die Modularität der Systeme erlaubt sowohl einen Parallelbetrieb von tastenden und optischen Sensoren zum Beispiel zum Ausrichten und Scannen des Werkstücks als auch die nachträgliche Aufrüstung mit weiterer Sensorik.
Mit dem zunehmenden Einsatz von 5-Achs-Maschinen eröffnen sich neue Möglichkeiten bei der Bearbeitung von Freiformflächen und komplexen Werkstücken beispielsweise im Strömungsmaschinenbau. Gleichzeitig erhöht sich die zu verarbeitende Datenmenge, was die Maschinen- und Steuerungshersteller vor neue Herausforderungen stellt. Obwohl die Dynamik der Maschinen durch leistungsfähigere Antriebe mit Beschleunigungen über
1 g und Steuerungen mit Satzvorlauf ständig verbessert wird, entspricht bei Bearbeitungsaufgaben mit vielen Krümmungsänderungen der Oberfläche und damit vielen Stützpunkten im NC-Code die Oberflächenqualität des Werkstücks oft nicht den Vorgaben des Konstrukteurs oder Designers. Abhilfe versprechen inzwischen auch die CAD/CAM/CAE-Komplettsystemanbieter wie beispielsweise EDS durch eine Nurbs-Fräsbahnausgabe. Dabei wird es möglich, die meist intern im CAM-System genutzten mathematischen Geometriedarstellungsformen direkt in der Werkzeugmaschinensteuerung zu nutzen. Bislang wurden die Fräsdaten von den CAM-Systemen bis auf wenige Ausnahmen (zum Beispiel Tebis) als Polygonzüge ausgegeben, da in der DIN 66215, die den Aufbau von CLDATA-Texten aus dem CAM-Programm festlegt, Nurbs nicht berücksichtigt sind.
Einen Schritt weiter geht Dassault mit Catia V5. Während bei der 5-achs-Simultanbearbeitung der Werkzeugweg üblicherweise durch Angabe der Werkzeugberührpunktbahn und der Werkzeugorientierung definiert wird, beschreibt Catia den Werkzeugweg mit zwei Splines (je ein Spline an den Enden des Werkzeugs), wodurch die vom Werkzeug zu überstreichende Fläche definiert und Konturverletzungen durch die Linearinterpolation der Drehachsen verhindert werden. Genutzt werden kann dieser Doppelspline zum Beispiel von der Steuerung Siemens Sinumerik 840 D.
Die Steuerungshersteller GE Fanuc, Heidenhain und Siemens bieten heute alle Steuerungen an, die Splines oder Polynome 3. Grades zur Datenreduktion verarbeiten können. Siemens bietet in der Steuerung Sinumerik 840 D optional die Möglichkeit direkt Polynome 5. Grades von einem entsprechenden CAM System einzulesen. Dadurch wird der Berechnungsaufwand in der Steuerung weiter reduziert, was sich positiv auf die zu fertigende Oberfläche auswirkt. Einen weiteren Ansatz zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften stellte Siemens mit der so genannten Advanced Position Control vor. Diese optional mit der Steuerung 840 D erhältliche Funktion reduziert durch eine elektronische Regelung die Amplitude von Maschinenschwingungen, ohne dass die Mechanik der Werkzeugmaschine geändert werden muss. Ein weiterer Trend ist die Einbindung der Werkzeugmaschinen in das Unternehmensnetzwerk. Inzwischen bieten GE Fanuc, Heidenhain und Siemens Steuerungen mit dem Betriebssystem Windows XP an, was einerseits Zusatzprogramme für den Datenaustausch mit CAD/CAM-Systemen überflüssig macht und andererseits die Sicherheit im Intra- und Internet durch Benutzerauthentifizierung gegenüber älteren Windowsversionen erhöht.
Obwohl die Werkzeugmaschinenhersteller im EMO-Jahr aufgrund der EMO-Statuten keine dort ausgestellten Produktneuheiten auf anderen Messen zeigen dürfen, ist bei den Fräsmaschinen zu beobachten, dass inzwischen fast alle Hersteller eine Fünfachsversion im Programm haben, was auch an der großen Anzahl ausgestellter Pumpenlaufräder und Turbinenräder als Beispielwerkstücke auf der EuroMold 2003 deutlich wurde. Ferner bieten inzwischen viele Hersteller ihre Werkzeugmaschinen häufig mit mehreren Steuerungsvarianten an, wodurch in den Betrieben vorhandenes Anwendungswissen weiter genutzt werden kann.
Eine Alternative zu beschichteten oder unbeschichteten Vollhartmetallfräsern stellen ab einem Durchmesser von 6 mm Werkzeuge mit Austauschschneide dar, die wie Vollhartmetallfräser mit Stirnschneide ein Eintauchen ins Volle und hohe Vorschübe erlauben. Neben den geringeren Kosten einer Austauschschneide gegenüber einem Vollhartmetallfräser ist die genau definierte Schneidenposition ein weiterer Vorteil für den Werkzeug- und Formenbau, die einen Austausch der Schneide in der Maschine ohne erneute Werkzeugvermessung gestattet. In der Mikrotechnik kommen zunehmend spanende Fertigungsverfahren zum Einsatz. Beschichtete, für die Trockenbearbeitung ausgelegte Vollhartmetallwerkzeuge mit Durchmessern von 0,1 bis 2 mm machen mit Hochgeschwindigkeitsspindeln sogar eine Substitution des Erodierens möglich.

www.lup.uni-bayreuth.de

Autor:
Daniel Landenberger
Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik
Universität Bayreuth