Effizienter programmieren mit realen Werkzeugdaten

CAM-Programmierung mit effizientem Toolmanagement

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Ein effizientes Toolmanagement spart nicht nur Werkzeugkosten, sondern beschleunigt auch die NC-Programmierung und verkürzt die Einfahrzeiten. Immer vorausgesetzt, die CAM-Programmierer können auf die realen Werkzeugdaten zugreifen. Bombardier Transportation hat deshalb am Standort Netphen, wo Laufrahmen und Drehgestelle für Schienenfahrzeuge gefertigt werden, eine Integrationslösung bestehend aus der Missler-Software TopSolid'Cam und den Tool Management Solutions von Zoller aufgebaut.

Mit mehr als 36.000 Mitarbeitern und 62 Standorten in 25 Ländern ist Bombardier Transportation der weltweit größte Hersteller von Schienenverkehrstechnik. Das Herz der Bahntechnik schlägt in Deutschland, wo die Sparte des kanadischen Konzerns ihren Hauptsitz hat. Das Werk in Netphen fertigt Laufrahmen und Drehgestelle für Schienenfahrzeuge aller Art - von der Straßenbahn bis zum Hochgeschwindigkeitszug. Übrigens nicht nur für die eigenen Züge: Bombardier Transportation liefert beispielsweise Laufdrehgestelle für die nächste ICE-Generation an Siemens Mobility.

Zwischen 2.500 und 3.000 Laufrahmen und Drehgestelle unterschiedlicher Typen werden pro Jahr in Netphen mechanisch bearbeitet, lackiert und endmontiert. Ungeachtet der Wirtschaftskrise hat das Auftragsvolumen in den letzten Jahren zugenommen, so dass das Werk mit seinen etwa 700 Mitarbeitern sehr gut ausgelastet ist. Durch die Anschaffung neuer Maschinen und Werkzeuge ließ sich das wachsende Arbeitspensum allein nicht bewältigen - die Firma musste auch ihre Produktivität verbessern und die relativ langen Standszeiten für das Umrüsten der Maschinen und das Einfahren neuer NC-Programme reduzieren. Voraussetzung dafür war die Einführung eines modernen 3D-CAM-Systems: Anfang 2011 installierte die Firma Moldtech in Netphen die ersten TopSolid-Arbeitsplätze.

Optimierung der Werkzeugeinstellung

Die CAM-Programmierer erstellten die NC-Programme für die Bearbeitung der Drehgestelle vorher mit einem 2 1/2D-Programmiersystem, was nicht nur zeitaufwendig, sondern auch fehleranfällig war. "Wir programmierten anhand der 2D-Zeichnungen, das heißt wir wussten nie so genau, wie der Rahmen wirklich aussah und ob wir bei der Bearbeitung alle Störkanten berücksichtigt hatten", erläutert Anwender Michael Kringe.

Hinzu kam, dass die CAM-Programmierer die Werkzeuge nur grob vorgeben konnten, da sie keinen direkten Zugriff auf die Daten in der alten, Access-Werkzeugdatenbank hatten. Das bedeutete zusätzliche Arbeit für die Kollegen in der Werkzeugeinstellung, die anhand der groben Werkzeugliste und der Zeichnungen die Komplettwerkzeuge zusammenstellen mussten. Oft zeigte sich erst beim Einfahren der NC-Programme, dass sie doch ein bisschen zu kurz oder zu lang waren und noch mal umgebaut werden mussten.

Neben einem 3D-CAM-System benötigten die Anwender in Netphen also dringend eine integrierte Werkzeugverwaltung mit der Möglichkeit, bei der CAM-Programmierung auf die realen Werkzeugdaten zuzugreifen. Die neue Lösung sollte aber nicht nur die CAM-Programmierung, sondern auch die Verwaltung von Werkzeugbestand und Lagerort sowie das Bestellwesen unterstützen. Und sie sollte mit dem Messsystem kommunizieren können. "Wir wollten eine Lösung aus einer Hand haben", sagt CAM-Programmierer Damian Sakwerda. "Da wir schon lange mit einem Einstellgerät von Zoller arbeiten, haben wir uns für die Anschaffung eines neuen Geräts und der Werkzeugverwaltung Zoller Tool Management Solutions entschieden."

Wesentlicher Vorteil der Tool Management Solutions ist, dass es statt mehrere Datenbanken im Unternehmen nur noch eine Quelle für alle Werkzeugdaten gibt, in der dank der Integration des Einstellgeräts auch die realen Messwerte erfasst werden. Das ist unter anderem deshalb wichtig, weil die Werkzeuge zum Teil nachgeschliffen werden, so dass Durchmesser und Länge etwas variieren können.

Die Datenbank enthält alle für die Bearbeitung erforderlichen Informationen, die gewissermaßen auf Knopfdruck ausgegeben werden können. Das spart nicht nur Zeit, sondern sorgt auch dafür, dass bei der Bereitstellung der Werkzeuge weniger Fehler gemacht werden, wie Rüdiger Hof und Sergej Ponomarenko aus der Einstellung unisono versichern.

Die Zoller Tool Management Solutions sind eine modular aufgebaute Lösung, die nicht nur die Sachmerkmale und Technologiedaten von Werkzeugen und Komponenten verwaltet, sondern auch ihren Lagerort. Dadurch entfällt die zeitaufwendige Suche nach Werkzeugen im Unternehmen und man erreicht eine bessere Verfügbarkeit, was den Werkzeugbedarf reduziert. Zu wissen, wie viele Werkzeuge benötigt werden und wo sie sich gerade befinden, ist deshalb wichtig, weil im Werk in Netphen sehr viele unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt werden und ihre Pfade manchmal verschlungen sind: Sie führen vom Lager über die Voreinstellung in die Zwischenlager und Magazine an den Maschinen, zwischen denen sie oft noch ausgetauscht werden.

Derzeit sind rund 2.500 Komplettwerkzeuge im Umlauf - allein 1.200 für die vier Bohr-/Fräszentren von Bimatec Soraluce, oft in mehrfacher Ausfertigung, um auf Nummer sicher zu gehen. Kringe schätzt, dass sich die Werkzeugkosten mit Hilfe der Zoller-Software um 25 Prozent reduzieren lassen; sie belaufen sich auf ca. 200.000 Euro pro Jahr.

CAM mit integrierter Werkzeugverwaltung

Die Möglichkeit, TopSolid'Cam und die Zoller Tool Management Solutions zu integrieren, war ein wichtiger Grund für die Entscheidung zugunsten der Missler-Software - aber nicht der einzige. Insgesamt kamen vier CAM-Systeme in die engere Wahl, die anhand eines identischen Werkstücks gegeneinander getestet wurden. TopSolid'Cam überzeugte durch die einfache Bedienbarkeit, die umfassenden Funktionen für den Import und die Aufbereitung von 3D-Modellen aus Fremdsystemen (die Drehgestelle werden in Catia modelliert), die übersichtliche Darstellung der Bearbeitungsoperationen und vor allem die leistungsfähigen Simulationsfunktionen im Kontext der Maschinenumgebung.

Ausschlaggebend war auch, dass man in der Firma Moldtech einen kompetenten Partner für Implementierung, (Um)Schulung und Support der CAM-Lösung fand. "Dank der guten Unterstützung durch Moldtech war der 3D-Umstieg für uns sehr einfach", sagt Sakwerda.

Zusammen mit Zoller programmierte Moldtech die bidirektionale Schnittstelle zwischen CAM-System und Werkzeugverwaltung. Die CAM-Programmierer geben in TopSolid'Cam die gewünschten Sachmerkmale und Eigenschaften ein und greifen direkt auf die Werkzeugdaten in den Tool Management Solutions zu. Das erleichtert ihnen die Arbeit und verbessert vor allem die Zuverlässigkeit der NC-Programme.

Um die Werkzeuge für die Simulation der CAM-Programmierung nutzen zu können, sind natürlich 3D-Modelle erforderlich. Sie werden üblicherweise anhand der Sachmerkmale als Hüllgeometrie aufgebaut und dem CAM-System zur Verfügung gestellt, können aber bei komplexen Konturen auch manuell erzeugt und in der Werkzeugdatenbank hinterlegt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, 3D-Modelle aus Herstellerkatalogen in Neutralformaten zu importieren.

Die Liste der für die NC-Programmierung verwendeten Werkzeuge kann wieder an die Werkzeugverwaltung übergeben und direkt für die Erzeugung der Einrichteblätter verwendet werden, was den Arbeitsaufwand in der Einstellung spürbar reduziert.

Moldtech kümmerte sich nicht nur um die Programmierung der Schnittstelle zur Werkzeugverwaltung, sondern auch um die Anbindung des Maschinenparks. Anspruchsvoll war insbesondere die Unterstützung der relativ komplexen Bohr/Fräswerke von Bimatec Soraluce, die mit Wechselköpfen ausgestattet sind. Je nachdem, welche Flächen an den Rahmen bearbeitet werden sollen, können die Werkzeuge mit einen starren, einen Winkelkopf oder einen schwenkbaren Orthogonalkopf eingesetzt werden.

Da die Bearbeitung mit TopSolid'Cam in der virtuellen Maschinenumgebung programmiert wird, muss die Kinematik der Wechselköpfe mit ihren Freiheitsgraden zuverlässig simuliert und korrekt in die Maschinensprache übersetzt werden. Die kinematisch aufbereiteten Maschinenmodelle stellte Moldftech zusammen mit den Postprozessoren bereit.

Bombardier Transportation hat die Bearbeitung auf den Bohr/Fräswerken unterschiedlicher Größe soweit vereinheitlicht, dass man mit nur einem Postprozessor auskommt. Ihn anzupassen und zu optimieren nahm einige Zeit in Anspruch, da Moldtech nicht nur maschinenspezifische Funktionen, sondern auch einige firmenspezifische Bearbeitungszyklen abbilden musste.

Die CAM-Programmierer nutzen für wiederkehrende Werkzeugbahnen beispielsweise seit geraumer Zeit die Unterprogrammiertechnik, die in der neuen Umgebung bereit gestellt werden musste: "Operationen wie das Planfräsen, Abzeilen oder Besäumen werden einmal als Unterprogramm angelegt, das dann mehrmals mit anderer Zustelltiefe aufgerufen wird", erläutert Sakwerda. Das hat unter anderem den Vorteil, dass die NC-Programme relativ schlank sind und schneller eingefahren werden können.

Einfahrzeiten in etwa halbiert

Die Fräs- und Bohrbearbeitung eines kompletten Schweißrahmen dauert je nach Komplexität bis zu 22 Stunden. Man kann sich also leicht ausmalen, wie viel Zeit es kostet, ein komplett neues NC-Programm Schritt für Schritt einzufahren. Kringe schätzt, dass sich die Einfahrzeiten bei der Bearbeitung eines neuen Werkstücks um bis zu 50 Prozent reduziert haben. Dank der leistungsfähigen Simulationsfunktionen der CAM-Lösung sind die Programmierer in der Lage, mögliche Kollisionen schon am Rechner zu erkennen, was für mehr Sicherheit sorgt. Außerdem können sie die An- und Abfahrtswege simulieren und mit Blick auf die Maschinenlaufzeit optimieren.

Die Einsparungen beim Einfahren sind vor allem darauf zurückzuführen, dass an der Maschine weniger Programmierfehler entdeckt und  ausgemerzt werden müssen. Dank der guten Integration von CAM-Lösung und  Werkzeugverwaltung hat sich außerdem der Zeitaufwand für das Ein- und Umrüsten reduziert, da die Zoller Tool Management Solutions wissen, welche Werkzeuge bereits auf der jeweiligen Maschine zur Verfügung stehen.

In der Praxis heißt dass, dass es nicht mehr vier oder fünf Stunden dauert, die Bearbeitung eines bestimmten Werkstücks auf eine andere Maschine umzusetzen, sondern nur noch zwei oder drei Stunden. "Dank 3D-Prammierung und integrierter Werkzeugverwaltung sind wir in der mechanischen Bearbeitung deutlich produktiver geworden", betont Sakwerda abschließend. Und Rüdiger Hof aus der Einstellung ergänzt: "Wir arbeiten heute wesentlich entspannter, weil wir dank Zoller eigentlich keine Fehler mehr machen können."

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