Burr OAK Tool Inc. verkürzt die Produktionszeit mit ESPRIT
Anwenderbericht
Der in Michigan ansässige Werkzeug- und Formenbauer reduzierte die Zeit für die Bearbeitung von Formplatten von 11,3 auf 4 Stunden.
Wir sind auf die ESPRIT CAM-Software von DP Technology umgestiegen, weil sie die Maschine, die Spindeln, die Werkzeuge und das Werkstück im Echtzeitbetrieb genau simuliert.
David Schwartz, Manager CNC-Programmierung, Burr OAK Tool
Burr OAK Tool Inc. ist der führende Hersteller von Formplatten zur Herstellung zweier Arten von Lamellen für Fensterklimageräte. Zum einen sind das die Verdampferlamellen, welche sich an der Seite der Klimaanlage innerhalb des Fensters befinden und Wärme von der Innenluft auf das Kältemittel übertragen. Die andere Art sind die Verdichterlamellen, die sich auf der Seite der Klimaanlage außerhalb des Fensters befinden. Diese übertragen Wärme von dem nun heißen Kältemittel an die Außenluft. Burr OAK Tool Formplatten strecken und formen die Lamellen schrittweise mit Hilfe einer Reihe von Metallumformungsvorgängen, die die Dicke der Lamellen reduzieren. Die sehr komplexe Geometrie der Formen muss innerhalb einer maximalen Abweichung von +5/-0 Zehntausendstel Zoll liegen, um die Lamellentoleranzen einzuhalten.
Bis vor kurzem führte das Unternehmen die finale Bearbeitung der Formplatten auf einer Makino-Formschleifmaschine aus, da dessen Bearbeitungszentren die erforderlichen Toleranzen nicht gewährleisten konnten. Es dauerte 9,2 Stunden für die Herstellung von Formplatten mit Waffelform und 11,3 Stunden für Sinuswellenformplatten. Burr OAK Tool kaufte vor kurzem eine Mazak VTC-800, ein vertikales 4-Achs-Bearbeitungszentrum, mit dem Ziel, die Bearbeitungszeit für diese Formen zu reduzieren. Die neue Maschine ist sehr viel schwieriger zu programmieren als alle zuvor vom Unternehmen eingesetzten Maschinen. Eine weitere Herausforderung ist die Tatsache, dass die Teile in 2D konstruiert werden. Diese Formteile weisen so viele Bohrungen und andere Merkmale auf, dass es unverhältnismäßig lange dauern würde, sie als Volumenmodelle zu konstruieren.
Mitte der 1990er Jahre verwendete Burr OAK Tool ein CAM-Softwarepaket, das die Bearbeitungsvorgänge allerdings nicht genau simulierte. Das Unternehmen montierte viele der von ihm bearbeiteten Teile auf Werkstückspannvorrichtungen an Aufspanntürmen. Es war nicht ungewöhnlich, dass eine von einem neuen Programm angetriebene Spindel gegen einen Aufspannturm stieß, was oft teure Reparaturen erforderte. "Wir sind dann auf die ESPRIT CAM-Software von DP Technology umgestiegen, weil sie die Maschine, die Spindeln, die Werkzeuge und das Werkstück im Echtzeitbetrieb genau simuliert", sagt David Schwartz, CNC-Programmiermanager für Burr OAK Tool. Nach dem Kauf des neuen 4-Achs-Bearbeitungszentrums nahmen die Programmierer von Burr OAK Tool an der ESPRIT-Schulung für die Mazak VTC-800 teil, und das Unternehmen erwarb eine Solid Mill Free-Form 3-Achs-Erweiterung für eine seiner ESPRIT-Lizenzen.
Simulation von Bearbeitungsstrategien mit ESPRIT
Mit ESPRIT erkennen die Programmierer von Burr OAK Tool Kollisionen und Mängel schon während des Programmierprozesses, bevor sie das Programm auf die Maschine laden. Die Simulationsfunktionen von ESPRIT haben Kollisionen eliminiert und gleichzeitig die Produktivität des Programmierteams von Burr Oak Tool erheblich verbessert. Im Laufe der Zeit, in der ESPRIT eingesetzt wurde, hat das Unternehmen sein Programmierteam von 13 auf 6 Personen reduziert und gleichzeitig sein Programmiervolumen und seine Fähigkeiten erheblich gesteigert.
Der erste Schritt bei der Programmierung der Formplatte ist das Importieren der 2D-Modelle, die die Werkstückdefinition enthalten. Es sind nur wenige Klicks erforderlich, um aus den 2D-Modelle die 3D-Oberflächengeometrie zu erstellen. Der nächste Schritt ist die Definition von Features, wie Bohrungen und Vorsprünge, die in Bearbeitungsoperationen abgebildet werden. Die Programmierer von Burr OAK Tool führen diesen Schritt derzeit manuell durch, obwohl sie in Zukunft die automatische Feature-Erkennungsfunktion von ESPRIT testen wollen. Burr OAK Tool Programmierer verwenden das ESPRIT Feature "Fräsen zwischen Kurven", um die zu fräsende Oberfläche zu definieren.
Die meisten Bearbeitungsvorgänge werden mit um 30 Grad gegenüber dem Werkstück geneigter Spindel durchgeführt, da Kugelkopffräser beim Fräsen auf ihren Seiten besser arbeiten als auf ihren Spitzen. Der Fräsvorgang wird typischerweise mit einem Vorschub von 250 Zoll pro Minute ausgeführt und erzeugt eine 8-Ra-Schlichtbearbeitung, die der durch Schleifen erzeugten Schlichtbearbeitung entspricht oder diese sogar übertrifft. Dieses neue Verfahren funktioniert so gut, dass sie in der Lage waren, eine separate Schruppbearbeitung auf den vertikalen Maschinenzentren aus dem Bearbeitungsprogramm zu entfernen und direkt zu einer Halbschlichtbearbeitung mit geneigtem Kopf auf der VTC-800 überzugehen, so dass nur 0,002 für das Schlichten übrig bleiben. Ein kleiner Kugelschaftfräser entfernt die letzten 0,002 Zoll. Die ESPRIT-Simulation erkennt automatisch alle Bewegungen, bei denen die Spindel oder das Werkzeug zu nahe an das Werkstück oder die Maschine heranfährt. Die Programmierer vergleichen die Simulationsergebnisse genau, um sicherzustellen, dass sie mit der Konstruktionsspezifikation übereinstimmen. Als letzten Schritt verwenden die Programmierer dann den ESPRIT Postprozessor für das Mazak VTC-800 Bearbeitungszentrum, um den NC-Code zu erzeugen. Dieser läuft jedes Mal perfekt. Dank der präzisen Simulation und des NC-Codes haben die Programmierer von Burr OAK-Tool großes Vertrauen, die Bearbeitung selbst bei hochpräzisen, kundenspezifischen Einzelanfertigungen unbeaufsichtigt laufen zu lassen.
Bearbeitung von Werkzeugen auf einem vertikalen Bearbeitungszentrum von Mazak
"Wir haben die Bearbeitungszeit auf drei Stunden bei den Waffelformen und vier Stunden bei den Sinuswellenformen reduziert und damit die Kosten für die Herstellung dieser kritischen Werkzeuge erheblich gesenkt", schloss Schwartz. "Die Programmierung der Formfräsoperationen auf den Platten dauert nur etwa zwei Stunden, was angesichts der Komplexität der Teile bemerkenswert niedrig ist. Wir sind zuversichtlich, dass wir, sobald wir die Fähigkeiten von ESPRIT vollständig in unsere Programmiermethodik integriert haben, in der Lage sein werden, die Zeit für die Programmierung der Formwerkzeuge auf nur eine Stunde zu reduzieren".