Die Maschinensimulation von Hexagon hilft Herstellern bei der Qualitätsverbesserung durch das Vermeiden störender 5-Achs-Singularitäten

Eine Software für die virtuelle Fertigung vermeidet Qualitätsprobleme bei der maschinellen Bearbeitung komplexer Teile und reduziert die Simualtionszeiten für Werkzeugweganpassungen

Effizientere Produktion dank virtueller Tests: Maschinenprozesse kontinuierlich optimieren – für Großserienfertiger in der Zerspanungstechnik ein Muss. Aber den kompletten Optimierungsprozess auf der realen Maschine durchführen? Das ist aufgrund der Stillstandzeiten zu teuer. Ein Anbieter für Optimierungs- und Digitalisierungsservices zeigt, wie es besser geht und welche Rolle die NC-Simulation für eine zukunftsfähige CNC-Fertigung spielt.

Die neue Maschinensimualtionssoftware von Hexagon Manufacturing Intelligence stabilisiert den Fertigungsprozess auf 5-Achs-Maschinen und erzielt damit Qualitätssteigerungen ohne Produktivitätsverlust.

Dank der Weiterentwicklung der Software NCSIMUL, die bei der Programmierungsplanung und -optimierung der numerischen Steuerung (NC) als digitaler Zwilling einer spezifischen Maschine dient, identifizieren Anwender die genaue Position der 5-Achsen-Singularität und können sie so erstmalig vermeiden. Damit wird dem Wunsch der Kunden nach Unterstützung bei der Sicherstellung einer hochwertigen Oberflächenbeschaffenheit ihrer fertigen Teile entsprochen. Das ist besonders wichtig bei der maschinellen Fertigung von Turbinenschaufeln und Laufrädern für die Luft- und Raumfahrtindustrie – wo für 80 Prozent der Werkstücke ein kontinuierliches Bearbeiten mit 5 Achsen notwendig ist – sowie für komplexe Werkstücke in der Automobil-, Gas- und Ölindustrie.

Wenn der von der Computer-Aided-Manufacturing-Software (CAM) generierte Werkzeugweg die Singularität durchfährt oder in ihrer Nähe verläuft, zeigt die Werkzeugmaschine fehlerhaftes Verhalten. Die Werkzeugmaschine kann durch Vibration Rattermarken auf der Oberfläche der Werkstücke hinterlassen, welche dann die Qualität beeinträchtigen. Um eine Bearbeitung gleich beim ersten Mal korrekt auszuführen, sowie die Zykluszeiten im Sinne der Einhaltung von Lieferzeiten zu reduzieren, ist es unerlässlich die Singularität aufzulösen.

Das neue Release hilft bei der Definition der präzisen Position der Singularität. Durch Auffinden problematischer NC-Code-Zeilen, die Vibrationen und damit eine Beeinträchtigung der Oberflächenqualität verursachen könnten, lassen sich Programme durch Modifizieren der Parameter der Bearbeitungsstrategie oder gar einen Strategiewechsel optimieren. Darüber hinaus unterstützt es Hersteller bei der Optimierung der Rohteilposition und -ausrichtung, die den Bearbeitungsvorschub simultaner 5-Achs-Werkzeugwege beeinflussen. Das führt zu Schnittaktoren, die signifikant vom CAM-Programm einer gegebenen Maschine abweichen können.

„Die Singularitätsanalyse ermöglicht, dass die erforderlichen Oberflächenqualitäten für komplexe Werkstücke virtuell erreicht werden, noch bevor das erste Werkstück in der Fertigung bearbeitet wird,” sagt Philippe Legoupi, Product Owner, Hexagon Manufacturing Intelligence Division. „Zudem simuliert NCSIMUL nun die Leistung der Zielmaschine, um abzuschätzen, wann der 5-Achsen-Schnittfaktor annähernd 100 Prozent beträgt, sodass Anwender die Rohteilausrichtung und -position so modifizieren können, dass der gewünschte Vorschub erreicht wird. Ausgestattet mit diesen beiden Funktionen, können Fertiger nun die Zykluszeiten der 5-Achs-Bearbeitung optimieren und für alle Werkstücke gleichbleibend hohe Qualitäten erzielen.”

Letzten November wurde ein neues materialspezifisches Optimierungstool, Optipower, vorgestellt, welches das NC-Programm optimiert und die für den Materialabtrag erforderliche Kraft begrenzt. Im Release NCSIMUL 2021.1 berechnet Optipower nun die an der äußeren Kante des Schneidwerkzeuges auftretende Schnittkraft und gewährleistet damit, dass die maximale Belastung des Werkzeugs nicht überschritten wird, insbesondere bezüglich der tangentialen Schnittkraft. Zudem verlängert es die Lebensdauer des Werkzeugs und reduziert damit die Werkzeugkosten.

All diese Daten werden umfassend verwendet, erläutert Legoupi: „Wir arbeiten daran, die Fertigung durch eine bessere Datennutzung intelligenter zu gestalten. Die maximale Drehzahl und Schnittkraft für jede Bearbeitungssequenz werden in ein Auswertungsprotokoll übernommen. Zudem lässt sich der Vorschub über eine grafische Kraft-Zeit-Visualisierung überwachen. Mithilfe dieser Daten kann auch der „Mindestvorschub pro Zahn“ festgelegt werden, um ein Unterschreiten der minimalen Spandicke zu vermeiden.”

Weitere Verbesserungen dieses aktuellen Software-Release führen dank höherer Simulationsgeschwindigkeiten nach Änderungen zu zusätzlichen Produktivitätssteigerungen und sorgen darüber hinaus für einen höheren Automatisierungsgrad und verbesserte Scripting-Flexibilität. Daten lassen sich nun direkt ohne Anpassungen vor dem Starten der Verifizierung vom CAM-System des Anwenders an NCSIMUL 2021.1 senden. Das heißt, NC-Programmierer können bereits während der Erstellung vom NC-Programm mit dem Debugging der G-Code-Datei beginnen und nahtlos zwischen dem CAM und der Simulation hin- und herwechseln.

Darüber hinaus gewährleistet eine neue Funktion das Zwischenspeichern der jeweiligen Rohteilstände, so dass die Simulation immer mit dem zuletzt aktualisierten Rohmaterial startet. Damit lässt sich die Simulationsdauer deutlich reduzieren. Beim Laden einer neuen Version der G-Code-Datei, speichert NCSIMUL automatisch die vorhergehende Datei und vergleicht beide Ergebnisse am Ende der Decodierung.