Modernes Optimierungsmodul liefert Präzision bei schwierigen Materialien

Fast jeder, der schon eine Weile in einer Werkstatt gearbeitet hat, hat irgendwann eine Messe oder einen Tag der offenen Tür eines Werkzeughändlers besucht. Dort sieht man vorgeführte Demos von CNC-Maschinen, die eifrig Messing, Baustahl oder Aluminium in Visitenkartenhalter und Tic-Tac-Toe-Spiele fräsen. Während diese Giveaways nett sind, wäre es nicht erfrischend, echte Teile bearbeitet zu sehen, vorzugsweise aus schwer zerspanbaren Materialien?

Genau das fand auf der Okuma Winter Showcase statt, einer jährlichen Veranstaltung, die der Maschinenbauer für 600+ Teilnehmer ausrichtet. Auf der Veranstaltung waren mehr als zwei Dutzend CNC-Werkzeugmaschinen unter Strom, die meisten machten Späne. Darunter ein MU-8000V LASER EX Super-Multitasker mit Laser-Metallauftrag und der GENOS M460V-5AX, ein Trunnion-Stil Fünf-Achs-Vertikalbearbeitungszentrum mit hoher Produktivität, kleinem Footprint und überraschend niedrigem Preisschild.

Auch ein LB3000 EX-II Drehmaschine mit Stangenlader-Vibrationserkennung, ein MULTUS B300II Dreh-Fräszentrum mit kollaborativer Roboter-Teilehandhabung, MA-500HII Horizontal- und MCR-A5CII Portalbearbeitungszentren sowie ein MULTUS U3000 Multitasking-Maschine.

Eine beeindruckende Aufstellung, sicher, aber eine Demo ließ eine große Anzahl der Besucher reden, sogar diejenigen, die für den Aufbau verantwortlich waren. „Es war ziemlich cool zu sehen, besonders wenn man bedenkt, dass wir Titan schnitten, ein sehr hartes und schwer zerspanbares Material“, sagte Okuma Applications Engineer Lee Johnston.

Er sprach von der Demonstration mit CGTechs Force, einem physikbasierten NC-Programm-Optimierungsmodul, das innerhalb der firmeneigenen Flaggschiff-Software VERICUT Werkzeugpfad-Simulation arbeitet. In Zusammenarbeit mit Vertretern von CGTech und Sandvik Coromant programmierte Johnston eine Ti-6Al-4V Titanhalterung für einen Luftfahrt-Kunden und optimierte deren Werkzeugpfade mit VERICUT Force.

„Wir hatten die gleiche Demo auf zwei Spannern und liefen sie nebeneinander, eine mit dem Standardprogramm und eine optimierte“, sagte Johnston. „Wir reduzierten die Zykluszeit von einer Stunde auf knapp unter 40 Minuten, und man konnte auch hören und sehen, wie sich das Werkzeugverhalten unterschied und dass das optimierte Programm schonender für die Maschine war. Das ist wahrscheinlich das Beste, was der Programmierung seit trochoidalen Werkzeugpfaden passiert ist.“

VERICUT Product Specialist Pete Haas erklärte, dass Force funktioniert, indem es den NC-Werkzeugpfad analysiert, die sich ändernden Schnittbedingungen bewertet und den Vorschub erhöht oder verringert, um die ideale Spandicke für jedes gegebene Material zu erreichen. Im Vergleich zu CAM-Systemen und Online-Bearbeitungsrechnern, die versuchen, durchschnittliche Spandicke zu bestimmen und den Vorschub darauf zu basieren, berechnet Force den optimalen Vorschub für jede einzelne Zeile des Bearbeitungscodes.

„Als Beispiel: Denken Sie an die tägliche Fahrt zur Arbeit“, sagte Haas. „Sie begegnen geraden Abschnitten, Kurven und scharfen Kehren und müssen je nach Straßenverhältnissen langsamer oder schneller fahren. Bearbeitung beinhaltet auch ständig wechselnde Bedingungen, aber manche CAM-Systeme berücksichtigen das nicht. Sie erzeugen einen einzelnen Vorschub, der in engen Kurven zu aggressiv und auf Geraden zu langsam sein kann. Force hingegen nutzt Physik, um schnitt für schnitt durch die wechselnden Bedingungen zu berechnen und die optimalen Vorschübe zu bestimmen.“

Das Ergebnis, so Haas, ist stark reduzierte Zykluszeit, verbesserte Werkzeugstandzeit, bessere Teilequalität und weniger Verschleiß an CNC-Werkzeugmaschinen. Es funktioniert bei jedem Material und jeder Maschine und kann sogar auf Legacy-Programme angewendet werden.

Johnston war nicht der einzige, der von Forces Fähigkeiten überrascht war. Selbst CGTech Technical Support Engineer Chris Davala – jemand mit 20 Jahren Erfahrung als Zerspaner und Programmierer, der jetzt mit VERICUT-Kunden landesweit arbeitet – sagte, die Demo sei ein Augenöffner gewesen. „Ehrlich gesagt, war ich etwas skeptisch“, sagte er. „Das war meine erste praktische Erfahrung mit dem Produkt, und es ist nicht so, dass ich kein Vertrauen in die Entwickler hatte, aber es wurden kühne Behauptungen über die potenziellen Gewinne aufgestellt. Ich kann wirklich sagen, dass ich nach dem Sehen von Force in Aktion ein Gläubiger geworden bin.“

Das ist leicht zu sagen für jemanden, der vom Produktentwickler beschäftigt wird. Aber Sandvik Coromant MTS Specialist Richard Howard, der neben Davala und Johnston beim Aufbau der Demo half, bestätigt es. Er lieferte die Schneidwerkzeuge und Werkzeughalter für die Demo und spezifizierte die initialen Bearbeitungsparameter.

„Als Werkzeugspezialist bin ich extrem beeindruckt, wie ‚spot on‘ die Force-Software ist“, sagte er. „CGTech hat einen erstaunlichen Job gemacht, Programme zu optimieren, während Werkzeuggeometrien und resultierende Lasten berücksichtigt werden. Jeder, der an höherer Effizienz und verlängerter Werkzeugstandzeit interessiert ist, sollte sich das ansehen.“

Jeder, der mit Okuma-Maschinentechnologie vertraut ist, könnte Force für unnötig halten. Denn die OSP-Steuerung bietet fortschrittliche Features wie Machining Navi, SERVONAVI, Super-NURBS und adaptive Bearbeitungstechnologie. Wie kann ein Drittanbieter-Softwarepaket eine erstklassige Werkzeugmaschine noch besser machen? Es gibt mehrere Antworten:

• Force kann den NC-Code in kleinere Häppchen zerlegen, Vorschübe anpassen, um Spandicke zu maximieren und konstant zu halten.
• Seine Optimierungsfähigkeiten sind proaktiv, nicht reaktiv, sodass jeder weiß, was zu erwarten ist, bevor der Zyklus-Start-Knopf gedrückt wird.
• Performance-Probleme werden im Vorfeld klar identifiziert und der Programmierer kann die Force-Diagramme untersuchen, die projizierte Schnittkräfte, Spandicke, Vorschübe, Werkzeugablenkung und mehr veranschaulichen.

Für neue Materialien, neue Werkzeugmaschinen und Schneidwerkzeuge oder sogar neue Programmierer eliminiert Force das Raten, das sonst auftreten würde.

Das Ergebnis ist ein NC-Programm, das sowohl sicherer als auch vorhersehbarer ist, mit geringem Risiko von Werkzeugbruch oder Ausschuss. Bediener haben mehr Vertrauen. Lights-out-Bearbeitung wird mit Vertrauen durchgeführt. Gewinnmargen verbessern sich. Und Force-optimierte Werkzeugpfade „sparen viel Zeit beim Schruppen“, sagte Sandvik Coromants Howard. Teile werden schneller bearbeitet und Schneidwerkzeuge halten länger.

Haas fasste es so zusammen: „Force-Diagramme liefern NC-Programmierern nützliche Informationen, die sie nie zuvor hatten. Sie können schnell und einfach visualisieren, was schnitt für schnitt passiert, während das Werkzeug durch das Material bewegt wird, und es ist jetzt möglich, übermäßige Kräfte, ineffiziente Schnittparameter, Spanabfuhrrate, Leistungsaufnahme, Drehmoment und Werkzeugablenkung zu visualisieren. Force-Diagramme decken auch Verbesserungspotenziale bei Schnittbedingungen auf. Mit einem Klick auf das Force-Diagramm wird der Nutzer zur exakten Stelle im Programm und zum grafischen Review-Fenster für weitere Analyse geführt. Das Endergebnis ist die volle Auslastung des Schneidwerkzeugs und der Werkzeugmaschine.“

Okumas Lee Johnston stimmte zu. „Bei der Veranstaltung schnitten wir Titan und sahen signifikante Verbesserung, aber ich denke, Force ist genauso geeignet für die Bearbeitung leichterer Materialien wie Aluminium und für andere General-Purpose-Arbeiten. Ich freue mich darauf, es in zukünftigen Projekten einzusetzen.“