Werkzeugbibliotheken & Simulationen in CAM-Software: Zykluszeiten drastisch reduzieren

Schupan & Sons Inc. ist ein familiengeführtes Metallrecyclingunternehmen, das auch Produkte im eigenen 140.000 Quadratfuß großen Werk in Kalamazoo fertigt – Schupan Aluminum. In den letzten 10 Jahren ist Schupan von 60 auf 325 Mitarbeiter gewachsen.

„Unser wertschöpfender Fertigungsbereich führt den Weg für das Vertriebsgeschäft an: große Rohlinge zuschneiden und versenden oder Teile für verschiedene Maschinenbaubetriebe fertigen“, sagt Kevin Roschek, Fertigungsleiter bei Schupan Aluminum. Der Großteil der Arbeit ist CNC-Zerspanung, und in fünf Jahren hat der Betrieb 27 CNC-Maschinen zu den ursprünglichen 10 hinzugefügt, um der Nachfrage gerecht zu werden. Eine der größten Kundengruppen von Schupan produziert Möbel – oft Büromöbel oder hochwertige Outdoor-Möbel –, wobei Schupan die komplexen internen elektronischen Zusätze fertigt. Der Betrieb bedient auch Kunden in der Medizintechnik, Automobilindustrie, Schifffahrt und Lebensmittelindustrie.

Zykluszeiten senken mit CAD/CAM

Mit dem Wachstum von Schupan kam die Erkenntnis, dass die Reduzierung der Zykluszeiten der beste Weg ist, die Produktion effizienter zu machen.

„Spannen war historisch ein riesiges Problem für uns“, sagt Joseph Proxmire, leitender Fertigungsingenieur bei Schupan Aluminum. „Wir hatten viele Teile, die sicher drei oder vier Operationen erforderten, und wir mussten kundenspezifische Lösungen entwickeln, um sie in einer Operation zu fertigen.“

Als Reaktion darauf begann Schupan, Vier- und Fünf-Achs-Bearbeitung einzusetzen, um mehrere Teile zu spannen und mehrere Seiten gleichzeitig zu bearbeiten. Für schnelle, saubere Zerspanung nutzt der Betrieb CAD/CAM-Software, konkret Mastercam. Die Mehr-Achs-Bahnen der Software geben dem Betrieb vollständige Kontrolle über Schnittmuster, Werkzeugachskontrolle und Kollisionsvermeidung.

Proxmire war eine entscheidende Stimme bei Schupans Entscheidung, welche Software zur Erweiterung der Fähigkeiten eingesetzt werden sollte. Er vertraut auf Mastercam aufgrund früherer Erfahrung und sagt: „Es wird ständig aktualisiert, und die Entwickler bringen die Software immer weiter. Andere CAM-Software, die wir vorher nutzten, haben nicht genug Daten, um aktuell zu bleiben.“

Komplexe Werkzeugbahnen lösen

Eines von Schupans anspruchsvolleren Projekten war die Fertigung mehrerer verschiedener komplexer Aluminium-Abdeckungen. Dies sind Innenkomponenten für Flugzeuge und wiesen zunächst einschüchternde Geometrien auf.

„Wir brauchten fortschrittliche Fünf-Achs-Fähigkeiten für tiefe Taschen, kleine Werkzeugaufnahmen und verlängerte Werkzeughalter“, sagt Proxmire. „Wir erreichten sehr gute Oberflächen durch diese Bahnen. Wir nutzten Multiaxis Flow und Multiaxis Curve, um Merkmale zu bearbeiten, die mit Drei- oder Vier-Achs-Bearbeitung viel schwieriger gewesen wären.“

Mastercams Fünf-Achs-Funktionen ermöglichten Schupan, die komplizierte Werkzeugpositionierung in einem Bruchteil der Zeit zu bewältigen, die der Betrieb ohne sie benötigt hätte. Während des Projekts wandte sich Schupan an seinen zertifizierten Mastercam-Händler Axsys CAD/CAM Solutions Inc., um Hilfe bei der Postprozessorierung zu erhalten. Statt das Schupan-Team nur durch den Postprozessor zu führen, entwickelte Account-Manager Mike Stevens den gesamten Code für sie. Durch die Unterstützung von Axsys und die fortschrittlichen Mehr-Achs-Funktionen fanden Schupan-Mitarbeiter den Stress und die Schwierigkeit rund um das Abdeckungsprojekt nahezu eliminiert.

Proxmire und seine Programmierer rufen Axsys an, wann immer sie Fragen haben oder Hilfe bei Fehlerbehebung oder Optimierung ihrer Zerspanungsprozesse brauchen – Stevens liefert Informationen telefonisch oder vor Ort. Axsys bietet auch fortlaufende Schulungen für lokale Mastercam-Anwender und kontaktiert regelmäßig Unternehmen wie Schupan, um die neuesten Softwarefunktionen zu erklären.

Bibliotheken und Simulationen nutzen

Eine solche Funktion ist der Tool Manager der Software. Damit können Anwender Werkzeugbibliotheken von Herstellern wie Sandvik Coromant importieren, die Bahnen für jedes Werkzeug optimieren und die Informationen dann extrapolieren.

„Die Möglichkeit, einen Fräsweg zu erstellen und auf mehrere Positionen zu übertragen, ist enorm“, sagt Proxmire. „Ich nutze das, um ein Teil zu programmieren und es dann für 10 verschiedene Teile entlang der Linie zu transformieren. Diese Software ist darin sehr gut – was Anfahr- und Freiraumebenen angeht und das Feintuning des Fräswegs, um ihn so schnell wie möglich zu machen. Wir haben alte Werkzeugbibliotheken und Werkzeughalterbibliotheken für all unsere Schrumpfaufnahmen und CAT-40-Werkzeughalter. Das macht die Simulation viel einfacher.“

Wenn Proxmire seine Teile simuliert, nutzt er die Verify- und Backplot-Funktionen innerhalb der Software. Beide zeigen am Bildschirm alle Abschnitte des Zerspanungsprozesses an, die bei Bedarf aufgezeichnet werden können. Diese Funktionen erkennen Kollisionen und Fehler, bevor das Rohmaterial die Maschine berührt, sodass Bediener Projekte schneller und mit mehr Vertrauen bearbeiten können.

Dynamische Verbesserungen

Nach der Simulation jedes Teils auf Probleme richtet Proxmires Fokus sich wieder auf die Reduzierung der Zykluszeiten. Mastercams Dynamic Motion Technologie ist ein Programm innerhalb der Software, das das Material während der Bearbeitung kontinuierlich überwacht und die Werkzeugbewegung darauf anpasst. Diese Berücksichtigung der Materialbewegung bedeutet, dass Bediener Maschinen an ihren höchsten Raten fahren können, ohne Material oder Schneidwerkzeuge zu gefährden.

„Das Werkzeug hält jetzt deutlich länger, besonders bei härteren Materialien wie Werkzeugstahl“, sagt Proxmire. „Wir haben festgestellt, dass Dynamic Milling uns bessere Standzeiten und definitiv höhere Abtragsraten gibt.“ Er schätzt, dass Dynamic bei der Stahlbearbeitung die Zykluszeiten bis auf ein Drittel verkürzt hat.