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AUS DER PRAXIS
ANWENDERBERICHT
Nr. 11 November 2005
Tebis-Software bei Hella:
Simulator optimiert
die Werkzeugfertigung
Mit »Ideen für das Auto der Zukunft« hat sich der
Automobilzulieferer Hella KGaA Hueck & Co. zu
einem weltweit agierenden Konzern entwickelt, der
rund 24.000 Menschen beschäftigt und im Geschäftsjahr 2004/05 einen vorläufigen Umsatz von etwa
3,1 Milliarden Euro erzielte. Hella zählt zu den 100
größten deutschen Industrieunternehmen, wobei
mehr als 2.900 Ingenieure und Techniker in der
Forschung und Entwicklung arbeiten.
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ANWENDERBERICHT
Die Hella Werkzeugbau Paderborn GmbH, eine hundertprozentige Hella-Tochtergesellschaft mit
280 Mitarbeitern, entwickelt und
fertigt Thermo- und Duroplastwerkzeuge für Scheinwerfer und Rückleuchten. »Wir betreuen den gesamten Lebenszyklus eines Werkzeuges von der Beratung und Planung über die Entwicklung und Fertigung bis zum Service einschließlich Wartung und Reparatur«, erklärt Hermann-Josef Hartman, in Paderborn Leiter Vertrieb im HellaWerkzeugbau.
Jedes Jahr werden 80 bis 100
Werkzeuge in der Größenordnung
von 2 bis 16 Tonnen entwickelt und
gefertigt und die Spritzgussformen
im eigenen Bemusterungszentrum
erprobt. Dafür stehen Spritzgussmaschinen mit 75 bis 1.450 Tonnen
Schließkraft zur Verfügung, die
auch für Kleinserien genutzt werden. Zur Erstellung der Werkzeuge
setzt Hella seit dem Jahre 1993 die
CAD/CAM-Software von Tebis ein,
die in den letzten Jahren verstärkt
erweitert wurde, so dass heute
16 CAD/CAM-Arbeitsplätze,
2 Viewer-Stationen sowie
10 Floating-Lizenzen
des neuen Simulators in-
stalliert sind. Ende des Jahres 2003
startete Tebis gemeinsam mit den
Hella-Spezialisten aus dem Formen- und Werkzeugbau ein Projekt
zur Entwicklung von umfassenden
Simulationsmöglichkeiten. Ziel des
Projektes war es, zusätzlich zur
Werkzeugschneide auch den Halter
zu berücksichtigen, genauso wie
die Kopfkinematik und die Aufspannlage sowie die gesamte Organisation der NC-Programme, die
nacheinander abzuarbeiten sind.
Hella-Werkzeugbau. »Da wir Werkzeuge mit großen Überhöhungen
mit bis zu 600 Millimeter pro Werkzeughälfte fer tigen, haben wir
Hochgeschwindigkeits-Fräszentren
von Fidia im Einsatz. Für bestmögliche Oberflächen arbeiten wir dabei mit möglichst kurzen Werkzeugen und flexiblen Anstellungen.«
»Mit Hilfe der Simulations-Software von Tebis wollten wir die Bearbeitungssicherheit und die Nutzungsquote unserer Maschinen erhöhen, da der Simulator sowohl in
der Programmierung als auch in
der Werkstatt genutzt werden sollte«, berichtet Klaus Kussmann, Leiter der NC-Programmierung im
Außerdem sind öfters kurzfristige
Umorganisierungen bezüglich der
Maschinenbelegung notwendig,
beispielsweise wenn Werkzeuge
zur Reparatur kommen, haben diese Vorrang und müssen der Serienfertigung möglichst schnell wieder
zur Verfügung gestellt werden. Folglich ist die bisherige Planung zu modifizieren, indem die neu zu fertigenden Formen auf andere Maschinen verlagert werden. Dies bedeutet aber oft, dass andere Fräswerkzeuge zu verwenden sind und die
Ersatzmaschine andere kinematische Eigenschaften vorweist, was eine Anpassung der NC-Programme
zur Folge hat. Früher bedeutete dieses teilweise einen kompletten Arbeitstag, der für die Anpassungen
Kurzfristige Änderungen
sind schneller realisierbar
Die Werkzeuge für die
Scheinwerfer und Rückleuchten
werden im Hella Werkzeugbau
Paderborn entwickelt und gefertigt.
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ANWENDERBERICHT
Bei der SchruppBearbeitung bezieht
sich die Kollisionsprüfung auf die
zwischenzeitlich
erreichte Geometrie
des Bauteils.
notwendig war. Trotz allem bestand
anschließend wenig Sicherheit bezüglich der Kollisionsgefahren. Mit
Hilfe des Tebis-Simulators lässt sich
heute die Programmanpassung bei
einem Maschinenwechsel in 30 bis
60 Minuten erledigen und zusätzlich
wird eine extrem hohe Prozess-Sicherheit erreicht.
»Bisher erhielten die Mitarbeiter
an der Maschine zwar die NC-Programme, aber hatten keine konkrete visuelle Vorstellung, wie die NCBearbeitung ablaufen würde«, erläutert Norbert Hansmeyer, zuständig für die Simulator-Einführung im
Hella-Werkzeugbau. »Bei nachträglichen Änderungen am NC-Programm oder gar an der Maschinenbelegung war deshalb immer ein
erhöhter Unsicherheitsfaktor vorhanden. Die Kollegen an der Maschine überprüften die Werkzeugwege nur stichprobenartig bezüglich eventueller Kollisionen mit dem
Werkstück.« Um eine zuverlässige
Simulation der NC-Bearbeitung
durchführen zu können, musste bei
Hella jedoch zunächst einmal eine
realitätsgetreue Werkzeug-Bibliothek angelegt werden. Dazu wurden die einzelnen Maße der Werkzeuge und der Halter abgegriffen,
da auf die Angaben der Hersteller
nicht immer Verlass war, gleiches
gilt für die Abbildung der Maschinen einschließlich der Werkzeugköpfe. Insgesamt wurden bereits
über 1.000 Bohrund Fräswerkzeuge erfasst und
standardisiert.
»Bezüglich der Simulator-Software
waren wir uns im Klaren, dass der
Einsatz einer solchen Lösung nur
dann sinnvoll ist, wenn sich unsere
Mitarbeiter auf ihn verlassen können«, ergänzt Norbert Hansmeyer.
Deshalb war eine realistische und
sehr genaue Abbildung der Maschinen, Halter und Werkzeuge die
Grundvoraussetzung, um den Simulationsergebnissen trauen zu können. Ein weiterer Aspekt ist die sehr
hohe Oberflächengüte, zum Beispiel
für lichtoptisch wirksame Flächen.
Dazu müssen die Werkzeuge möglichst kurz eingespannt werden, wodurch die Gefahr von Halterkollisionen zwangsläufig steigt.
Die virtuelle Maschine
verschafft hohe Sicherheit
Durch verschiedene räumliche
Ausrichtungen des Fräsers auf den
5-Achsen-Maschinen werden diese
Kollisionsgefahren vermieden. Dem
NC-Programmierer mit Zugriff auf
Um eine erkannte
Bauteilkollision mit
dem Maschinenkopf zu
beheben, wird dem
berechneten Werkzeugweg ein länger
ausgespanntes Werkzeug aus der in Tebis
integrierten Werkzeugverwaltung zugewiesen.
Um die optimale Aufspannlage des
Bauteils zu ermitteln, wird eine
Endschalterprüfung durchgeführt.
Gibt es Bereiche, die außerhalb des
Verfahrweges der Maschine liegen,
wie hier bei der Bohrbearbeitung,
werden diese in der grafischen
Darstellung der Maschinenachsen rot hervorgehoben.
die virtuelle Maschine samt Bauteil
in Aufspannlage und realitätsgetreuen Werkzeugen entsteht hierbei
eine große Erleichterung. Mit der
Simulator-Software, die jetzt ausgereift ist und seit Frühjahr 2005 als offizielles Tebis-Produkt zur Verfügung steht, lässt sich nun der gesamte Arbeitsablauf vorab definieren, überprüfen und visualisieren,
so dass die kritischen Bereiche sehr
genau betrachtet werden können,
bevor »die ersten Späne fliegen«.
Das von Hella und Tebis realisierte Konzept basiert darauf, die ges-
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CAD-CAM REPORT Nr. 11, 2005
ANWENDERBERICHT
amten notwendigen Informationen
von der Konstruktion über die Planung und Programmierung bis in
die Werkstatt fließen zu lassen und
ebenso die Betriebsmittelinformationen in Richtung Konstruktion zu
leiten. Auf dieser Grundlage sind
jetzt umfassende Machbarkeitsprüfungen für die meist sehr komplexen Spritzgusswerkzeuge realisierbar. Dabei dient der Simulator den
Programmierern als interaktives
Planungsmodul, um beispielsweise
die optimale Werkzeuganstellung
für die Bearbeitung von tief liegenden Konturen zu wählen, ohne
irgendwo »anzuecken«. Der Bediener an der Maschine kann sich mit
dem Simulator die einzelnen Bearbeitungsgänge detailliert visualisieren lassen.
»Durch das Visualisieren, Prüfen
und Optimieren der Fertigungsabläufe auch bezüglich Aufspannlage
und Werkzeuganstellung und durch
die Kollisionsprüfung mit Endschalterüberwachung der NC-Achsen
können wir die meisten der bisher
aufgetretenen Schäden an Werkstück, Werkzeug und Maschine vermeiden«, resümiert Karl-Heinz Uhle,
Leiter des Maschinenbereiches im
Hella-Werkzeugbau. Gleichzeitig
konnten wir die Lauf-, Rüst- und Stillstandzeiten sowie Dokumentationsaufwand erheblich reduzieren.«
Die aufwändige Papierdokumentation kann entfallen
Früher konnten jeweils nur wenige Werkzeuge hintereinander benutzt werden, ohne dass eine Überprüfung der Zerspanung durch den
verantwortlichen Mitarbeiter notwendig war. Heute können die komplett bestückten Werkzeugwechsler
vollständig genutzt werden, da der
Simulator die Werkzeugwege überprüft hat. Komplexe Werkstücke lassen sich auf diese Weise beispielsweise übers Wochenende quasi ohne »Aufsicht« fertigen.
Außerdem bietet die NC-JobTechnik der Tebis-Software den
Hella-Mitarbeitern eine umfassende Unterstützung, denn bei der Zerspanung werden die RohlingsmoCAD-CAM REPORT Nr. 11, 2005
In der NC-Liste werden alle
Werkzeugwege, die zur
Anfertigung der Werkzeughälfte abgearbeitet werden
müssen, in Bezug auf die benötigten Maschinen organisiert.
Die Schlichtbearbeitung der
Werkzeughälfte eines
Spritzgießwerkzeugs für die
Herstellung eines Reflektorabdeckrahmens erfolgt hier
auf einer Fidia Digit 218.
delle ständig aktualisiert und die
Laufwege für die Folgebearbeitungen vom System kontinuierlich optimiert. Durch die Nutzung der Simulations-Software entlang der Prozesskette entfällt auch die aufwändige Papierdokumentation für die
Maschinenbediener, da sie sämtliche Informationen aus dem TebisModell-File entnehmen können.
Nach vereinzelter anfänglicher
Skepsis befürworten heute alle beteiligten Mitarbeiter die SimulatorLösung, denn sie funktioniert spätestens seit der offiziellen Freigabe
der Software einwandfrei und die
Anfangsschwierigkeiten mit dem
Prototypen sind vergessen. Heute
profitieren alle Beteiligten von den
Vereinfachung sowie von der erheblich höheren Sicherheit bei der Bearbeitung. Auf die nächste Version
des Simulators freuen sich die HellaWerkzeugbauer bereits. Der Bediener kann dann die Werkzeuganstellung spontan ändern, etwa wenn das
Simulatormodell mit den Fräskopfanstellungen für die Fidia 411 erstellt worden ist, die Bearbeitung
dann aber an der Fräsmaschine Fidia 218 mit einem anderen Maschinenaufbau und veränderten Werkzeugaufnahmen durchgeführt werden soll. Auf diese Weise lässt sich
der Prozess kurzfristig ändern und
trotzdem kann die vollständige Bearbeitungssicherheit erreicht werden,
ohne dass durch zusätzlichen Programmieraufwand Mehrkosten für
den Betriebsauftrag entstehen.
»Mit Hilfe der Tebis-Software können wir im Werkzeugbau bei Hella
in Paderborn eine geschlossene Informationskette realisieren, in der
die manuelle Datenübergabe und
damit auch eine entscheidende Fehlerquelle eliminiert wurde«, fasst
Klaus Kussmann zusammen. »Heute
steht bis zur Maschine der
Tebis-CAD-Raum zur Verfügung, so dass der Bediener
den Zugriff auf sämtliche
Daten einschließlich der
Geometrie und den Simulator-Funktionen hat«.
-frIn der Werkstatt prüfen Maschinenbediener
am Tebis-Simulator die von der NC-Programmierung zurµ Verfügung gestellten
NC-Programme und organisieren diese in
der NC-Liste für die Schlichtbearbeitung
auf einem der Fidia-Schlichtzentren.
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