Digitale Fräsprozessketten im Werkzeugbau erfolgreich einsetzen

Wie lassen sich Fertigungsprozesse und Durchlaufzeiten im Werkzeugbau weiter optimieren?

Welche Möglichkeiten bietet die Digitalisierung? Diese Fragen haben das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und die WBA Aachener Werkzeugbau Akademie GmbH untersucht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie nun in der Publikation "Erfolgreich digitale Fräsprozessketten umsetzen im Werkzeugbau".

Das Whitepaper zeigt für alle Produktionsschritte, von der Konstruktion bis zur Qualitätssicherung, neue Möglichkeiten und Elemente auf, um eine moderne Fertigungsprozesskette im Werkzeugbau noch produktiver, effizienter und transparenter zu gestalten. So bieten bei der Konstruktion neue Konzepte wie der "Product Manufacturing Information", kurz: PMI, die Möglichkeit, Metainformationen wie Toleranz- oder Oberflächeneigenschaften direkt im 3D-CAD-Modell eines Bauteils zu hinterlegen. Das führt an zahlreichen nachfolgenden Stellen in der Prozesskette zu erheblichen Erleichterungen und Zeitersparnissen.

Eine am Fraunhofer IPT entwickelte Analysesoftware überprüft die CAM/NC-Pfade für 5-Achs-Fräsprozesse komplexer Bauteile schon vor der Fertigung auf ihre technologische Eignung. Für jeden Eingriff der Fräswerkzeugschneide wird entlang der gesamten NC-Bahn berechnet, wie stark sich Fräswerkzeug und Werkstück geometrisch durchdringen. Die ebenfalls am Fraunhofer IPT entwickelte Software »NC Profiler« arbeitet direkt mit dem NC-Code und bietet eine detaillierte Analyse und Optimierung von Fräsprozessen.

"D Part" ist eine komplette Toolbox, bestehend aus einer Software zur Datenakquise, einer vor-Ort-Untersuchung bestehender Produktionsprozesse im Unternehmen sowie der Beratung der Unternehmen zur Optimierung der Fertigung. Herzstück des Pakets ist, Rohdaten aus verschiedenen Quellen zu sammeln, zu einem strukturierten Datenpaket zu schnüren und mithilfe physikalischer, logischer Modelle zu einem "Digitalen Zwilling" anzureichern. Fertigungsprozesse lassen sich mit Erweiterungen wie D Part systematisch stabiler und effizienter auslegen, selbst bei erhöhter Komplexität und wachsenden Anforderungen an die Einhaltung von Fertigungstoleranzen.

Auch die Maschinen selbst können immer weiter optimiert werden: Mit "Check Point5" bietet das Fraunhofer IPT eine Methode zur Kalibrierung von 5-Achs-Bearbeitungszentren. Check Point5 bezieht den gesamten Arbeitsraum der Maschine in die Untersuchung ein und gleicht die Messergebnisse mit einem speziell entwickelten 5-Achs-Fehlermodell ab. Die Fehler der Linearachsen und der Rotationsachsen können gleichzeitig berechnet und von der jeweiligen Steuerung kompensiert werden.

Damit Unternehmen ihre Maschinen und Anlagen, die noch einwandfrei funktionieren, nicht vor Ende ihrer Lebensdauer austauschen müssen, hat das Fraunhofer IPT die "V Box" entwickelt. Die V Box vernetzt Maschinen im Sinne von Industrie 4.0 miteinander, leitet Prozessdaten an übergeordnete Leitsysteme weiter und nimmt Daten von diesen entgegen. Das Besondere: Die V Box verfügt über zwei High-Speed-Analog-Eingänge (AIHS). Die beiden niederohmigen Eingänge können Daten bis zu 5 MHz einlesen. Darüber hinaus ist es möglich, Echtzeitprogramme auf der V Box zu installieren.

Um komplette Fertigungsprozesse zu optimieren und die Qualität damit langfristig zu sichern bzw. zu steigern, konzipierte das Fraunhofer IPT das Prozessketten-Planungstool "Adaptive Process Chain Generator" im Rahmen des Leistungszentrums "Vernetzte, Adaptive Produktion". Aufgabe der Softwarelösung ist es, den Betrachtungsumfang von vornherein auf diejenigen Fertigungsprozessketten zu reduzieren, die in der Lage sind, das Werkstück unter sinnvollen wirtschaftlichen Bedingungen herzustellen.

jl