Effiziente Komplettbearbeitung

Der Einsatz der 5-Achs-Technologie ist insbesondere für spezielle Anwendungen aus dem Bereich der Luft- und Raumfahrt bekannt ¿ beispielsweise zum Fräsen von Turbinenschaufeln, Impellern, Blisks oder auch Strukturteilen. Bei den meisten Anwendungen wird jedoch unter der 5-Achs-Bearbeitung das Fräsen mit fest angestelltem Werkzeug verstanden. Nur einige wenige CAM-Systeme bieten darüber hinaus eine echte 5-Achs-Lösung für die Simultanbearbeitung.

Die 5-Achs-Simultanbearbeitung ist eine seit Jahren bekannte Technologie. Doch erst in den letzten Jahren setzt sich diese Technologie über Spezialanwendungen hinaus in der Fertigung durch. Viele Maschinenhersteller bieten heute 5-Achs-Maschinen an, die den hohen Anforderungen hinsichtlich Dynamik und Genauigkeit mit einem konkurrenzfähigen Preis-Leistungs-Verhältnis gerecht werden. Die Maschinen- und Steuerungskonzepte wurden den Herausforderungen einer 5-Achs-Bearbeitung angepasst. Direktantriebe haben nicht nur bei den Linearachsen, sondern auch bei den Drehachsen Einzug gehalten. Endlos drehende C-Achsen sind für Gabelköpfe keine Seltenheit mehr. Viele Maschinen bieten zudem mit Schwenkwinkeln von größer als 90° wesentlich mehr Freiheitsgrade für das Spannen und Bearbeiten von Teilen.
Auch einige CAM-Anbieter haben sich den Herausforderungen der 5-Achs-Simultan-Bearbeitung gestellt. Die Effizienz dieser Technologie ist jedoch davon abhängig, wie schnell und sicher die Bearbeitung programmiert werden kann. Kritikpunkte waren dabei lange Zeit, dass die Programmierung bei vielen Teilen zu aufwändig und zu unsicher ist. Und genau hier unterscheidet sich die 5-Achs-Technologie der Open Mind Technologies AG deutlich von anderen. Viele innovative Details sorgen für einfache Programmierung, Anwenderfreundlichkeit und wirtschaftlichen Einsatz weit über die Spezialanwendungen hinaus.
hyperMILL 5AXIS, das 5-Achs-Modul der CAM-Software hyperMILL ermöglicht es, die Vorteile des 5-Achs-Fräsens vergleichsweise einfach zu nutzen:
³ Im Vergleich zum konventionellen 3D-Fräsen mit Kugelfräsern sind durch größere Bahnabstände bei Einsatz alternativer Werkzeuge wesentlich höhere Zeit-Span-Volumina erreichbar
³ Formelemente mit fester Ausrichtung zu gekrümmten Flächen können mittels einer kontinuierlichen Bearbeitung einfacher programmiert und gefräst werden
³ Schnittbedingungen können verbessert werden
³ geringere Ratter- und Werkzeugbruchgefahr sowie geringere Abdrängung der Werkzeuge durch kürzere Ausspannlängen sorgen für einen sichereren Fräsprozess und ermöglichen effektivere Technologieparameter
³ hinterschnittige Geometrien können gefräst werden
³ kontinuierliche Bearbeitungen über größere Bereiche erfordern weniger einzelne Operationen und ermöglichen neben schnellerer Programmierung auch bessere Oberflächen.
Die Fertigung von Turbinenschaufeln, Blisks und Impellern sowie gewichtsoptimierter Strukturteile für die Luft- und Raumfahrt ist mit herkömmlichem 3D-Fräsen teilweise nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Hier kann durch Stirnen bzw. Wälzfräsen mit Schaft- oder Torusfräsern dank eines wesentlich größeren Bahnabstands eine deutlich kürzere Bearbeitungszeit erzielt werden.
Berechnungen zeigen, dass auch bei der Herstellung eines Großwerkzeugs für das Innenblech einer Motorhaube dank der 5-Achs-Technologie eine Zeitreduktion von 67 auf 6,7 Stunden möglich ist. Kleinere Werkzeuge mit hohen steilen Wänden wie z.B. Schmiedegesenke oder auch Spritz- und Druckgusswerkzeuge, die heute noch eine Domäne für das Erodieren sind, könnten mittels einer 5-Achs-Bearbeitung fertig gefräst werden. Lange Zeit war diese Technologie jedoch nicht konkurrenzfähig, da die sichere Programmierung in der Regel zu aufwändig war.
Gravieren und das Fräsen einfacher Nuten oder Fasen, die der Krümmung einer Fläche folgen, oder Beschneiden und Entgraten von Kanten ist ohne fünfachsiges Simultan-Fräsen ebenfalls oft nicht oder nur aufwändig zu realisieren. Diese Bearbeitungsaufgaben werden mit der 5-Achs-Technologie der Open Mind Technologies sehr einfach und anwenderfreundlich gelöst und erfordern kein manuelles Nacheditieren, um Kollisionen zu vermeiden.
Mit hyperMILL 5AXIS wurde erstmalig ein neues Verfahren vorgestellt, welches die 5-Achs-Technologie für ein breiteres Spektrum an Geometrien nutzbar macht. Vergleichbar dem Fräsen mit fest angestellten Achsen wird ein Anstellwinkel zur Z-Achse der Geometrie angegeben. Er wird vom System nur zum automatischen Vermeiden einer Kollision verändert. Die Orientierung des Werkzeugs um die Z-Achse wird vom System automatisch berechnet oder kann durch die Vorgabe von Leitkurven manuell definiert werden. Dieses neue Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf:
³ Einfach programmierbar, da sich diese Methode am Fräsen mit fest angestellten Achsen ¿ auch unter 3+2 bekannt ¿ orientiert
³ Hohe Flexibilität der Bahnführung mit guter Voraussagbarkeit der Fräsbewegungen
³ Nur geringe Abhängigkeit von der Flächenqualität, denn die Bearbeitung kann stets über alle Flächengrenzen hinweg erfolgen
³ Hohe Oberflächenqualität, da die fünfte Achse nur zur Kollisionsvermeidung bewegt wird
³ Kurze Programmierzeiten, da eine Vermeidung möglicher Kollisionen von Schaft, Halter und Werkzeugkopf gegenüber der Gesamtkontur automatisch erfolgt.
Neben der 5-Achs-Simultanbearbeitung ist das automatische Indexieren ein besonderes Highlight von hyperMILL 5AXIS. Die Werkzeugbahn wird automatisch in Abschnitte unterteilt, die kollisionsfrei mit fester Anstellung der Werkzeugachse gefräst werden. Die einzelnen Abschnitte verbindet eine minimale 5-Achs-Simultanbewegung. Da die synchrone Bewegung aller Achsen nicht auf der Fläche, sondern nur innerhalb kleiner Wege in der Luft erfolgt, ist das automatische Indexieren im Vergleich zur echten 5-Achs-Simultanbearbeitung auch für Maschinen mit geringer Dynamik geeignet. Da sich im Vergleich zur konventionellen Bearbeitung mit fest angestelltem Werkzeug Wärmeeintrag, Werkzeugverschleiß, Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächenoptik kontinuierlich entwickeln, verringert sich die manuelle Nacharbeit oder kann sogar vermieden werden.
Auch für das Programmieren von Bohroperationen mit verschiedenen Werkzeuganstellungen bietet hyperMILL 5AXIS eine herausragende Lösung. Die Ausrichtung der Bohrungen wird aus den Geometriedaten automatisch erkannt und die einzelnen Bohrpositionen in einer wegoptimierten kollisionsüberwachten Simultanbewegung miteinander verbunden. Die Programmierung, die mit konventionellen Methoden leicht mehrere Tage benötigen würde, ist damit nur noch eine Frage von Minuten. Da neben Bohrpunkten auf Flächen oder den Bohrungsachsen bei hyperMILL als Referenz auch auskonstruierte Bohrungen verwendet werden können, ist eine hohe Flexibilität im Umgang mit den CAD-Daten gesichert. Mit dem 5-Achs-Bohren der Open Mind Technologies AG können auch komplexe Bohrungen und Gewinde erzeugt werden ¿ ein klarer  Vorteil, wenn es darum geht, schnell auf Kundenanforderungen reagieren zu müssen.
Die Hinterschnittbearbeitung ist ein weiteres wichtiges Thema. Wenn eine hochwertige Qualität der Oberfläche erforderlich ist, so stößt das Fräsen mit verschiedenen festen Anstellungen schnell an seine Grenzen. Nacharbeit wird erforderlich. Eine kontinuierliche Bearbeitung mittels der 5-Achs-Technologie ist mittlerweile oft die Alternative, die neben der besseren Oberfläche zusätzlich auch die Bearbeitungszeiten senken kann. Formkanäle sind ein typisches Beispiel stark hinterschnittiger Geometrien, wo die Programmierung einer indexierten Bearbeitung einen hohen Aufwand für die Definition, Kontrolle und den Test der Programme erfordert. Die 5-Achs-Technologie ermöglicht bei diesen Geometrien eine sehr effiziente Programmierung und Bearbeitung.
Basis für die einfachere Programmierung und die effiziente Bearbeitung ist, dass direkt mit Flächen gearbeitet werden kann. Hinsichtlich der Anzahl der zulässigen Einzelflächen, der Qualität der Flächenpatches (Überlappen, Lücken), der Orientierung der Flächen und dem Verlauf der ISO-Linien gibt es keine Einschränkungen. Trimmen, Lückenschließen, Flächenvereinigen und aufwändige Flächenrückführungen sind nicht erforderlich, wodurch sich der Programmieraufwand schon in punkto Datenaufbereitung erheblich minimiert. Die automatische Kollisionskontrolle und -vermeidung ermöglicht zudem eine sichere Bearbeitung mit speziellen Werkzeugen wie Kugelfräsern mit mehr als 180° Schneidwinkel, Werkzeugen mit dickerem Schaft und beliebigen Haltern sowie kurzen Werkzeugen, bei denen auch der Halter in den Kanal eintauchen kann. Insgesamt lässt sich damit eine Verringerung des Programmieraufwandes von mehreren Tagen auf wenige Stunden erzielen. Auch die Integration des
5-Achs-Moduls in die CAM-Software hyperMILL trägt zu einer einfachen Arbeitsweise bei. Denn zusätzlich stehen alle Strategien von 2D- über 3D- und HSC bis hin zu den 5-Achs-Zyklen unter einer einfachen, windows-orientierten Anwenderoberfläche zur Verfügung.
Ein weiteres Beispiel für die intelligenten Technologien ist die Feature-Technologie. ¿Features¿ ermöglichen eine Verringerung des Programmieraufwands, wenn komplett vordefinierte Arbeitsfolgen charakteristischen Formelementen zugewiesen werden können. Bestehendes Fertigungs-Know-how kann so schnell und sicher nutzbar gemacht werden. hyperMILL verfügt hier über eine sehr weit entwickelte Technologie, die es dem Anwender ermöglicht, einfach und schnell Technologiefolgen zu definieren, in einer Featureliste zu hinterlegen und per Mausklick für entsprechende Geometrien in die Jobliste zu übernehmen. Diese Technologie beschränkt sich dabei nicht auf die bekannten 2D-Bearbeitungen. Sie ist auch für 3D- und  5-Achs-Bearbeitungen wie beispielsweise Impeller und Blisks verfügbar. Damit lassen sich Fertigungsabläufe in noch nie da gewesener Art und Weise automatisieren.
Alles zusammen liefert die Voraussetzungen dafür, dass Spezialanwendungen nicht mehr länger eine alleinige Domäne von speziellen CAM-Produkten und Spezialisten sind. Sowohl Einzelschaufeln als auch Impeller und Blisk sind mit hyperMILL sehr anwenderfreundlich zu programmieren. Dazu kommt, dass die Einbettung dieser speziellen Technologien in das allgemeine CAM-Umfeld von hyperMILL eine effiziente Komplettbearbeitung beliebiger Geometrien in einem einzigen System ermöglicht.

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