Hersteller von Verpackungsmaschinen führt in drei Wochen CNC-Programmierung ein Hochlauf in Rekordzeit. Beim Bau von Sondermaschinen kann Verpackungsspezialist Pamatech nicht auf einzeln nachgefertigte Komponenten von extern warten. Bei der Einrichtung einer Express-Werkstatt half das flugs eingeführte Programmiersystem TopSolid’Cam.

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von Christian Graber

Wenn die Zeit drängt, fertigt ein Betrieb seine Werkstücke auf dem CNC-Bearbeitungszentrum am besten selbst. Wenn dabei fast nur Einzelteile hergestellt werden, muss die CNC-Programmierung schnell erledigt sein. Das satzweise Einfahren neuer Programme ist dann zu aufwendig. Also verlässt sich der Programmierer auf die Simulation des Systems ›TopSolid’Cam‹ und gewinnt Zeit auf seiner CNC-Maschine.

Die Firma Pamatech im zürcherischen Affoltern am Albis ist spezialisiert auf den Bau von Sondermaschinen für das Abfüllen und Verpacken von Lebensmitteln. Mit zwölf Mitarbeitern ist sie stark auf den heimischen Markt ausgerichtet. Geschäftsleiter David Weber sagt: »Unsere Maschinen bestehen im Wettbewerb, weil wir die Formate für die Verpackung automatisch umstellen können. Aufgrund der kleinen Mengen, die von unseren Kunden in der Schweiz abgepackt werden, ist dieses Kriterium unser größter Wettbewerbsvorteil.

Im Bereich Bereiterung von Beutelpackungen ist der Hersteller Pamatech Marktführer. Die Sondermaschinen sind entweder auf rostfreien Schweißstrukturen oder selbsttragenden Blechkonstruktionen aufgebaut. Für die einzelnen Stationen der Maschine, beispielsweise zum Füllen, Verschweißen oder Bereitern, bestehen die Baugruppen aus Einzelteilen unterschiedlicher Materialien wie Inox oder Aluminium. 20 Prozent der Teile gelten als komplex, sodass sie wirtschaftlich nur auf einer CNC-Maschine zu fertigen sind. Aber auch für einfache Werkstücke bietet sich dieses Fertigungsprinzip an.

Jede Maschine ist ein Prototyp

Da Pamatech nur Sondermaschinen herstellt, ist jede Maschine ein Prototyp. Stellt sich bei der Montage heraus, dass eine Baugruppe nicht richtig funktioniert, muss sofort neu konstruiert werden. Mitunter sind auch Teile neu zu fertigen (Bild 1). Früher hat man solche Werkstücke extern herstellen lassen. So verging meist eine Woche, bis zum Beispiel eine geänderte Kurvenscheibe wieder geliefert war. Das verzögerte die Montage und war teuer. David Weber suchte daher nach einer Lösung und fand sie in der Einrichtung einer Express-Werkstatt. Mit ihr sollte die Wartezeit auf zwei Stunden verkürzt werden. Diesen Dienst wollte Weber auch anderen Firmen anbieten. Bei Pamatech entschied man sich daher, eine 3-Achs-Fräsmaschine und ein CNC-Programmiersystem zu kaufen. Dass sich eine eigene Fertigung rechnen würde, hatte man im Vorfeld durch den Vergleich mit extern vergebenen Aufträgen geklärt.

Im Herbst 2008 war die Fertigungsmesse Prodex der richtige Ort, um sich nach geeigneten Maschinen und Programmiersystemen umzusehen. Um die Einrichtzeit bei der Fertigung zu verkürzen, war für Pamatech ein möglichst großer Standardwerkzeugsatz, der das Umrüsten weitgehend erübrigt, ein wichtiges Kriterium. Aus fünf untersuchten Maschinen fiel die Wahl auf die 3-Achs-Fräsmaschine ›YCM N5V 120A‹ (Bild 2) mit Fanuc-Steuerung. YCM war der einzige Hersteller, der ein Werkzeugmagazin mit 60 Plätzen angeboten hatte. Weil auch ein CAM-System beschafft werden sollte, war der Komfort der Steuerung bei der Programmeingabe weniger von Belang. Das CAM-System war dagegen sehr wichtig, weil die im CAD modellierten Teile direkt für die NC-Programmierung weiterverwendet werden sollten und sich so Fehler bei der Geometrieeingabe vermeiden ließen. Zudem bestand der Wunsch nach Durchgängigkeit, Aktualität und Rückverfolgbarkeit der Teile. Man wollte die Maschine möglichst gut auslasten und bereits während der Bearbeitung die nächsten Programme erstellen.

Programmierung spielt Hauptrolle

In der Umsetzung einer Express-Fertigung spielt das CNC-Programmiersystem eine Schlüsselrolle. Verteilen sich die CNC-Programmierkosten bei einer Hunderter-Serie auf 100 Werkstücke, so müssen sie bei einem Einzelteil diesem voll zugerechnet werden. Maschinenkonstrukteur Michael Soller, der die Evaluation des Projektes leitete, war klar, welche Kriterien bei der Auswahl des Programmiersystems bedeutend sind. Ein Pflichtenheft enthielt daher die gewünschten Eigenschaften, die bei den sechs zur Auswahl stehenden CAM-Systemen zu überprüfen waren. Aufgrund der Lieferantenangaben waren auf den ersten Blick alle geeignet, aber durch beharrliches Nachfragen und Prüfen bei Live-Vorführungen fand man heraus, welches System die Bedingungen tatsächlich erfüllt. In drei Durchläufen wurde die Auswahl von sechs auf zwei Systeme reduziert, und schließlich entschied man sich für TopSolid’Cam von Missler Software. Neben dem ausgereiften Gesamteindruck waren vor allem folgende Auswahlkriterien entscheidend:

- Automatische Feature-Erkennung auch bei Gewindebohrungen, mehrstufigen und kalibrierten Bohrungen

- Hohe Flexibilität und einfaches Platzieren von Spannmitteln auf dem Präzisions-Schnellspannsystem mit neun festen Nullpunkten (Bild 3),

- Übernahme von ›Inventor‹-Dateien,

- Erstellung oder Import und Parametrisierung sämtlicher Spannmittel

- Automatisierung häufig vorkommender Bearbeitungsprozesse durch die Integration eigens definierter Methoden,

- Vereinfachung der Fertigungsvorbereitung, dass später wenig qualifizierte Personen Werkstücke auf der Maschine einspannen, bearbeiten und fehlerfrei herstellen können

- wirklichkeitsnahe Darstellung und Simulation.

Nachdem Weber das CNC- Programmiersystem TopSolid’Cam am 11. März 2009 bei NCData bestellt hatte, erfolgte am 16. März die Lieferung. Weil bereits am 23. März die erste Schulung stattfand, lagen zwischen Bestellung und Schulung nicht einmal zwei Wochen. Aufgrund der hohen Qualifikation der Pamatech-Mitarbeiter genügten für das komplette Anwendertraining drei Tage. Im April wurde geliefert und die 3-Achs-Fräsmaschine in der Werkstatt in Affoltern in Betrieb genommen. Schon am nächsten Tag wurde das erste mit TopSolid’Cam programmierte Werkstück gefräst. Die kurze Lieferzeit hatten Michael Soller und sein Kollege Gregor Meier genutzt, um erste Werkstücke zu programmieren.  Sämtliche Werkzeuge sind in der ›TopSolid’Tool‹-Werkzeugdatenbank erfasst, und das Werkzeugmagazin bildet den Bestand in der Maschine ab.

Zwei Monate nach Beginn der Einzelteilfertigung auf der YCM-Fräsmaschine  steht fest, dass das Ziel, Werkstücke in kürzester Zeit zu programmieren und herzustellen, erreicht wurde. Pamatech ist somit für eine Express-Teilefertigung entsprechend gerüstet. Kürzlich haben Soller und Meier, die neben ihrer Konstrukteurstätigkeit auch als NC-Programmierer und Maschinenbediener arbeiten, mit der Automatisierung der CNC-Programmierung begonnen.

Schnittstelle übernimmt Features ins CAM-System

Eine wichtige Voraussetzung dafür hat Missler Software mit der Inventor-Schnittstelle geschaffen. Diese Neuentwicklung ist in der Lage, im CAD-System erstellte Bohrungs-Features, das heißt Gewinde- und Stufenbohrungen bis hin zu kalibrierten Bohrungen, so zu übernehmen, dass sie im CAM-System vollautomatisch programmiert werden können (Bild 4). Diese Technologie, genannt ›TopSolid’GMI‹, steht für die CAD-Systeme ›SolidWorks‹, ›Solid Edge‹ und Inventor zur Verfügung. Soller meint dazu: »TopSolid’GMI ist der einzige Link zu Inventor, der meine Features für eine weitere Automatisierung übernehmen kann. Mein Wunsch, die CNC-Programmierung zu automatisieren, lässt sich verwirklichen.« Dafür wollen sich die Mitarbeiter denn auch bei NCData schulen lassen (Bild 5).

Ist nun dieser Einführungsprozess einer Fräsmaschine und des passenden Pro-grammiersystems ein Musterfall für andere kleine und mittelständische Unternehmen? Beispielgebend ist er in jedem Fall. Und zu beachten ist:

-  - -Die Analyse eines Fertigungsprozesses unter Einbeziehung des kompletten Umfeldes ist Voraussetzung.

- Wird die Rüst- und Einfahrzeit auf der Maschine mithilfe einer unabhängigen Programmierung optimiert, ergeben sich zwei Vorteile: Die Zeitersparnis beim Einrichten durch den Maschinenbediener und die Möglichkeit des Weiter-Produzierens während noch programmiert wird.

- Ein Programmiersystem ist mehr als ein Hilfsmittel zum raschen Programmieren. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Rüstzeit und NC-Programmierung, unter anderem durch die dynamische Simulation und Kollisionsrechnung, durch die Modellierung der Aufspannung, durch geschickten Einsatz von Nullpunktstrategien oder das Abbilden des vorbestückten Werkzeugmagazins im Programmiersystem.

Gerade kleine Firmen können sich durch softwaregestützte Automatisierung Wettbewerbsvorteile verschaffen und so ihre Zukunft sichern.

Christian Graber ist Mitglied der Geschäftsleitung bei NCData in Zürich
christian.graber@ncdata.ch

 

ANWENDER

Pamatech System AG
CH-8910 Affoltern
Tel. +41 44 7621040
Fax +41 44 7621049
www.pamatech.ch

 

HERSTELLER

NCData AG
CH-8047 Zürich
Tel. +41 44 7382727
Fax +41 44 7382717
www.ncdata.ch

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