CAD/CAM-Strategie-Beratung: Die Zerspanung im Griff

Industrie 4.0 und Digitalisierung verändern die Beziehungen innerhalb von etablierten Zuliefer- und Lieferantenketten. Zerspanende Unternehmen übertragen immer öfter dem Werkzeugspezialisten die Aufgabe, aus den für das Werkstück festgelegten Abmessungen, Materialien, Maschinen und anderen Produktionsparametern die optimale Bearbeitungsstrategie zu entwickeln. von Siegfried Schaal

Gerade Unternehmen aus Branchen wie dem Flugzeugbau, dem Automobilbau oder der Energietechnik benötigen von ihrem Werkzeuglieferanten nicht mehr nur ein kostengünstiges Werkzeug, passend zu den von ihnen festgelegten Spezifikationen. Darauf hat sich beispielsweise der Zerspanwerkzeugexperte Walter eingestellt und bereits vor fünf Jahren Organisationsstrukturen etabliert, um sich weltweit aktiv in diesem Feld zu positionieren.

Zerspaner setzen auf externe Expertise

Getrieben wird der Trend, Bearbeitungsstrategien durch externe Experten erstellen zu lassen, von ganz unterschiedlichen Dynamiken: Da ist zum einen der Kostendruck, unter dem Zulieferer in der Automobilindustrie genauso stehen wie Windrad- und Turbinenhersteller. Ressourcenintensive Kompetenzen, die nicht zum Kernbereich gehören, werden ausgelagert. Aber auch der Trend zum Leichtbau sowie zum Einsatz von Freiformflächen, zum Beispiel bei Flügelelementen, erfordert Material- und Werkzeug-Know-how, das in vielen Unternehmen kaum vorhanden ist, die neu in diese Produktionsprozesse einsteigen.

Marlon Ries, Application Development Engineer Energy bei Walter, analysiert: „Als Zerspanungsexperten sind wir in sehr vielen Branchen aktiv und haben Erfahrung mit unterschiedlichen Materialien und Bearbeitungsstrategien. Dieses Know-how bringen wir in den Beratungsprozess ein. Es geht nur noch sekundär um die Auswahl der Zerspanungswerkzeuge. Was Walter leistet, ist eine komplette CAD/CAM-Strategie für die effiziente Bauteilbearbeitung.

Komplexe Aufgaben gemeinsam lösen

Ob die Beratungsleistung eines externen Werkzeugexperten gefragt ist, hängt von der Komplexität der Aufgabe ab. Einige der Herausforderungen, die Zerspanungsunternehmen den Experten von Walter auf den Schreibtisch legen, wurden schon genannt: Für computergestützt modellierte geometrische Flächen, sogenannte Freiformflächen, eine Zerspanungsstrategie zu entwickeln ist deutlich schwieriger als für klassisch entworfene Elemente. Zu finden sind Freiformflächen vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie und Energieerzeugung, aber auch in der Automobilindustrie.

Rotorschaufeln, Blisks (Blade Integrated Disks) und andere Bauteile sind nicht nur aufgrund ihrer komplexen Geometrie schwer zu zerspanen, ihre Abmaße machen auch das stabile Spannen schwierig. Ähnliche Probleme stellen sich beim Zerspanen von Gesenken und im Formenbau: Aufgrund von Größe und Gewicht sind die Werkstücke schwer auf die Bearbeitungsmaschine zu spannen, die geforderten tiefen Kavitäten erhöhen die Zerspanungsanforderungen.

Strategische Investition in Prozess-Know-how

Um für solche Werkstücke einen Zerspanungsprozess zu entwickeln, der prozesssicher ist und sich auch wirtschaftlich gut darstellen lässt, sind nicht nur Zerspanungserfahrung nötig. Genauso wichtig sind die digitalen und technischen Ressourcen, um die unterschiedlichen Vorgehensweisen zu simulieren und Probleme möglichst genau zu analysieren. Selbst für größere Unternehmen sind das erhebliche Investitionen in Manpower und Infrastruktur. Zumal man sich mit dem Aufbau eines eigenen CAD/CAM- und Prozesssimulations-Teams auf einen Markt begibt, der schon durch namhafte Ingenieurbüros und Hochschulen besetzt ist.

Ein Werkzeugexperte muss seine Kompetenz erst einmal beweisen. Walter hat sich entschlossen, diesen Weg zu gehen. Adam Charchut, Component Manager Business and Applications Development bei Walter, erläutert: „Walter steht für Engineering Kompetenz – und die beschränkt sich heute nicht mehr auf die reine Werkzeugentwicklung. In den Bereich CAD/CAM zu investieren, war für uns eine strategische Entscheidung, um unser Kerngeschäft auch für die Zukunft zu sichern. Dazu kommt: Wir entwickeln bereits auf einem so hohen technologischen Niveau, dass der Perspektivwechsel hin zum Bauteil und den Prozessen beim Kunden keine so große Veränderung mehr ist.“

Planungs- und Produktions­ressourcen entlasten

2016 eröffnete Walter ein Technology Center in Tübingen. Hier spielt sich ein wichtiger Teil der Strategieentwicklung für Kunden ab, und diese sitzen weltweit verteilt. Entsprechend arbeitet das Team arbeitet mit diversen Programmen wie Catia, NX, Hypermill, Vericut oder branchenspezifischer Software wie RCS. Die Fragestellungen, an denen die Walter-Mitarbeiter arbeiten, sind so unterschiedlich wie die Kunden, aber im Grunde geht es immer um die optimale Bearbeitungsstrategie, einschließlich des Zerspanungswerkzeuges. Dabei spielen die vom Kunden gelieferten Daten, 3-D-Modelle und Informationen zu den Rahmenbedingungen eine entscheidende Rolle: Je enger die Zusammenarbeit, desto besser und schneller verfügbar ist das Ergebnis.

Das Walter-Team simuliert via CAD/CAM-System mögliche Lösungsansätze – von den Verfahrwegen bis zur Auslegung des Werkzeuges. Hat man sich für eine Lösung entschieden, die im virtuellen Raum funktioniert, kommt der Testlauf auf der Maschine. Entweder bei Walter – im Technology Center stehen fünf Bearbeitungszentren verschiedener Hersteller – oder beim Kunden, insbesondere wenn Spezialmaschinen zum Einsatz kommen.

Der Vorteil für den Kunden ist nicht nur eine gründlich getestete Bearbeitungsstrategie, inklusive detaillierter Darstellung der jeweiligen Kosten pro Bauteil, Werkzeuge oder Maschinen, auf deren Basis er sich für das weitere Vorgehen entscheiden kann. Bearbeitungsrisiken wie zu enge oder kurze Verfahrwege, Spanklemmungen oder Werkzeugbruch werden erkannt, bevor es in der realen Produktion zum Problem wird. Und das, ohne die Produktion zu blockieren oder gar eine Maschine zu gefährden.

Hat sich der Kunde für eine Bearbeitungsstrategie entschieden, unterstützen Walter Mitarbeiter bei der Implementierung vor Ort. Wie lange ein Strategieprozess dauert, hängt von der Problemstellung ab: Werkzeugauslegungen können schon nach zwei Tagen stehen, die Bearbeitungsstrategie für ein komplett neu konstruiertes Bauteil, wie eines Blisks, ist natürlich zeitintensiver – vor allem, wenn ein neues Zerspanwerkzeug dafür konzipiert werden muss.

Global unterwegs

Das Walter CAD/CAM-Team besteht aus acht Mitarbeitern, die weltweit im Einsatz sind. Marlon Ries sagt: „Wir arbeiten aktuell an Projekten in Deutschland, Italien, Frankreich, der Schweiz, Russland, Polen, USA und England. Auch wenn der Großteil der Entwicklung in Tübingen passiert, sind die Experten regelmäßig beim Kunden vor Ort. Denn selbst die beste Projektdokumentation und das detaillierteste 3-D-Modell können nicht alle relevanten Informationen vermitteln. Den wichtigsten Moment für den Kunden, die Implementierung in der eigenen Produktion, begleiten wir selbstverständlich so lange, bis alles läuft, wie es soll.“

Bis heute hat Walter mehr als 600 Projekte weltweit abgewickelt, darunter viele für namhafte Hersteller aus dem Flugzeug- und Turbinenbau. jbi

Autor: Siegfried Schaal ist Technical Writer bei der Walter AG.

  • Der Blisk ist ein Demonstrationsbauteil der Walter AG. An diesem lassen sich diverse Bearbeitungsstrategien zeigen und verschiedene Werkzeugkonzepte erproben. Bild: Walter AG
  • Walter unterstützt Kunden im gesamten Zerspanungsprozess: von der Strategie über Zeitstudien, Bearbeitungsparameter, Werkzeugpläne bis hin zur Implementierung vor Ort. Bild: Walter AG
  • Adam Charchut (rechts) ist Component Manager Business and Applications Development und Marlon Ries, Application Development Engineer Energy hier im Walter Technology Center in Tübingen. Bild: Walter AG
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