Wie ein Rennteam seine Leistung verbessert

KANNAPOLIS, NC — Wie die meisten Autohersteller sind NASCAR-Rennteams motiviert, Fahrzeugteile besser, billiger und schneller zu machen. Hunderte der führenden Fortune-500-Marken sind auf den stimmungsvollen Lackierungen der Fahrzeuge gut sichtbar, was auf anhaltende gesunde Investitionen in den Sport hinweist.

Doch in jedem smarten Unternehmen herrscht Vorsicht, und Rennteams suchen nach kreativen Wegen, um Geld zu sparen. Dies schließt auch den Betrieb ihrer Maschinenwerkstatt ein. Stewart-Haas Racing erreicht dies unter anderem durch die Anwendung von Dynamic Motion-Werkzeugwegen, die in seiner CAD/CAM-Software Mastercam (CNC Software Inc., Tolland, CT) enthalten sind.

Stewart-Haas Racing ist das titelgewinnende NASCAR-Team im gemeinsamen Besitz des dreifachen Monster Energy NASCAR Cup Series-Champions Tony Stewart und Gene Haas, Gründer von Haas Automation, dem größten Hersteller von CNC-Werkzeugmaschinen in Nordamerika.

Die Organisation stellt vier Einträge in der Monster Energy NASCAR Cup Series – den Ford Fusion mit der Nummer 4 für Kevin Harvick, den Ford Fusion mit der Nummer 10 für Aric Almirola, den Ford Fusion mit der Nummer 14 für Clint Bowyer und den Ford Fusion mit der Nummer 41 für Kurt Busch. Das Team nimmt auch an der NASCAR XFINITY-Serie teil, indem es einen Vollzeit-Eintrag aufstellt – den Ford Mustang mit der Nummer 00 für Cole Custer und einen Teilzeit-Eintrag, den Ford Mustang mit der Nummer 98. Stewart-Haas Racing mit Sitz in Kannapolis, NC, operiert in einer 200.000 ft2 (18.580 m2) großen Anlage mit etwa 370 Mitarbeitern.

Eine sehr aktive 4000 ft2 (372 m2) dieser Fläche ist die Maschinenhalle des Unternehmens. Stewart-Haas Racing hat seine Fertigungsstrategien verstärkt, um mehr Teile selbst herzustellen, die früher ausgelagert wurden. Das bietet dem Team eine bessere Qualitätskontrolle, kürzere Lieferzeiten und zusätzlichen Schutz für proprietäre Designs. Mehr zu tun hat Stewart-Haas dazu veranlasst, seine Anlagenliste (mit überwiegend Haas-Werkzeugmaschinen), Herstellungsprozessen und -verfahren sowie die CNC-Teileprogrammierung zu rationalisieren – insbesondere mit den neuen Dynamic Motion-Werkzeugwegen.

Eine Erklärung

Obwohl diese fortschrittlichen CAM-Werkzeugwege in den letzten mehreren Mastercam-Versionen vorhanden waren und vor etwa 10 Jahren erstmals eingeführt wurden, sind sie für viele in der Fertigung immer noch neu und werden kontinuierlich verbessert und in weitere Produktfunktionen sowohl für das Fräsen als auch für das Drehen integriert. P>

Hier eine kurze Erklärung:Typischerweise basieren herkömmliche CNC-Programme auf geometrischen Grenzen. Sie lassen das Werkzeug in das Material eindringen und dann eine Richtung einschlagen, bis es auf eine Wand oder ein anderes Hindernis trifft, und dann die Richtung ändern. Das Werkzeug deckt den gesamten Bereich ab, wie vom Teilemodell vorgegeben, und schneidet alles, was sich ihm in den Weg stellt. Manchmal ist das Material und manchmal ineffiziente Luft.

Jetzt haben die neueren Dynamic Motion-Werkzeugwege ein eher unkonventionelles Verhalten des Werkzeugs. Die Werkzeugbewegung wird von einem hochentwickelten Regelwerk bestimmt, das sowohl den Bereich, in dem Metall entfernt werden soll, als auch den sich ändernden Zustand des Materials während der verschiedenen Bearbeitungsschritte berücksichtigt. Die proprietären Algorithmen sehen voraus, was als nächstes kommt, wägen die Alternativen ab und modifizieren automatisch Vorschübe, Zustellungen und Schnittbewegungen als Reaktion auf die sich ändernden Materialbedingungen, während das Teil geschnitten wird.

Ziel ist es, Material effizienter zu entfernen, indem seitliche Kräfte kontrolliert werden, um Überschüsse zu vermeiden, die Wärme erzeugen. Oft als „konstante Spanlastbearbeitung“ bezeichnet, verringern die sanfteren, sichereren Bewegungen – konstant im Schnitt – die Belastung von Schneidwerkzeugen und -maschinen und erhöhen deren Langlebigkeit.

„Die größte Veränderung, die ich im letzten Jahr in unserer Werkstatt gesehen habe, ist die vollständige Übernahme der dynamischen Werkzeugwege von Mastercam“, sagte John Simmons, CNC-Maschinenbauleiter bei Stewart-Haas Racing.
„Sie sind sehr leistungsfähig. Wir können jetzt komplette Teile direkt aus einem großen Knüppel herstellen, anstatt kleinere Komponenten herstellen und zusammenschweißen zu müssen“, sagte er. „Die dynamischen Werkzeugwege geben uns viel mehr Werkzeugeinsatz, wodurch wir die Schrupp-Werkzeugwege weniger optimieren müssen und viel schneller zu den Schlichtoperationen gelangen.“

Geschwindigkeit erhöht

Als Beispiel dafür, wie viel schneller, nennt Simmons eine Lenkungsmittenverbindungskomponente als eine der vielen Teileanwendungen, die von den Dynamic Motion-Werkzeugwegen profitieren. Die Lenkstange ist die Verbindung vom Lenkgetriebe zu den Rädern, ein sehr wichtiges Bauteil. Das Teil beginnt auf der vertikalen CNC-Fräsmaschine Modell VF6 TR (für Zapfen) von Haas mit 50 Kegeln und einem Gewicht von 68 kg (150 lb) aus legiertem Stahl, etwa 4 Zoll breit × 5 Zoll hoch × 23,5 Zoll lang (102 × 127 × 597 mm). Der Schruppprozess dauerte früher 12 Stunden, jetzt sind es nur noch sieben Stunden, wenn die „materialbewussten“ Werkzeugwege angewendet werden.

„Ich würde sagen, wir sind 60–75 % effizienter, und das ist nicht nur Schnittzeit, sondern wir erzielen durch dynamische Bewegung auch eine deutlich längere Werkzeugstandzeit“, sagte Simmons.
Anschließende 3D-Konturfräsoperationen verfeinern die kritischen Abmessungen. Die Toleranzen, die Oberflächengeometrie und das Teilegewicht wurden von Simmons aus Wettbewerbsgründen nicht bekannt gegeben. Er lieferte jedoch die Hauptursachen für die Steigerung der Schnitteffizienz im Schruppprozess mit den erweiterten Werkzeugwegen:

–Minimale Übertritte zur Vermeidung von Wärmestau und übermäßiger Seitenkraft;

– Sanfte Bewegungen, die die Belastung von Werkzeugen und Maschinen mindern;

–Hohe Spindeldrehzahlen;

–Maximaler Nuteingriff für Schnitte, die das meiste Material entfernen;

–Kontinuierlicher Materialeingriff (Gleichlauffräsen), um das Luftschneiden zu minimieren;

–Dynamische Anpassungen der Zustellungen, um die Werkzeuglast konstant zu halten;

–Werkzeugeintrittsstrategien, die das Werkzeug im sichersten Winkel zum Material bringen;

–Materialbewusstsein, das das Werkzeug unabhängig von der Konturgeometrie in einem konstanten, sicheren Schnittzustand hält (es modifiziert den Pfad, so dass die Späne die gleiche Größe haben);
Mikroheber, die den Fräser von der auf dem Boden des Teils oder entfernt von Wänden, damit es beim Anpassen der Schnittgeschwindigkeiten während der Neupositionierung nicht zu einem Hitzestau kommt.

–Mikrolifte, die den Schneideplotter vom Boden des Teils oder von Wänden wegheben, damit sich keine Hitze aufbaut, wenn die Schnittgeschwindigkeiten während der Neupositionierung angepasst werden.

„Komplexe Technologie“

Neben der Hochleistungs-VMC VF6 TR von Haas verfügt die Haas-Werkstatt über 14 weitere Werkzeugmaschinen. CNC-Drehzentren von Haas mit angetriebenen Fräsköpfen waren die jüngsten Ergänzungen, da Simmons sagte, dass es hauptsächlich Drehteile waren, die einst ausgelagert, aber jetzt ins Haus gebracht wurden. Zusätzlich zu den Bearbeitungsvorgängen verfügt der Werkstattbereich über eine voll ausgestattete Qualitätskontrollabteilung, die jedes Teil sorgfältig auf Mängel prüft.

„Da immer komplexere Technologie in unserem Geschäft eingesetzt wird, ist die Unterstützung, die wir von unseren verschiedenen Lieferanten erhalten, von größter Bedeutung“, sagte Simmons. „Es geht nicht nur darum, die Technologie zu haben, wir wollen sicherstellen, dass wir das Beste aus unseren Investitionen herausholen, um letztendlich Geld zu sparen, die Effizienz zu verbessern und wettbewerbsfähige Fahrzeuge herzustellen.

„Zum Beispiel kann die Entwicklung zur Denkweise für dynamische Werkzeugwege, obwohl sie sich aufgrund der Vorteile lohnt, schwierig zu navigieren sein“, fügte er hinzu. „Sie müssen bedenken, dass ich fast 15 Jahre meiner Karriere CNC-Programmierer war. Mit der Unterstützung der Anwendungsingenieure von CNC Software und ihres Wiederverkäufers in meiner Gegend, Barefoot CNC, ging das Licht viel schneller an.“

Herausgegeben von Bill Koenig, Redakteur des Motorized Vehicle Yearbook, nach Informationen von CNC Software.