Computer Aided Manufacturing (CAM)

Ein Beispiel für ein über CAM gefrästes Bauteil

Einleitung

Projekt aus Produktionstechnik Praktikumim Modul Global Production Engineering 3.

Projektmitglieder:
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel
Autor: Andreas Wiens
Autor: Steffen Schulze Middendorf

Motivation & Aufgabenstellung

Ziel des Praktikums ist in gemeinschaftlicher Arbeit eine Werkzeugmaschine zu entwicklen. Einzelne Funktionsbereiche werden von Kleingruppen bearbeitet. Das Funktionsschema ist rechts dargestellt. Wir haben uns besonders mit den Bereichen "CAM" sowie "Steuerungsprogramm" beschäftigt.

Funktionsschema

Grundfunktion CAM

Komplexe mechanische Bauteile können heute leicht in CAD-Programmen erstellt werden. Die Hochschule Hamm-Lippstadt stellt eigens dazu die Studentenversion von SolidWorks2016 zur Verfügung. Bisher konnten genannte Bauteile nur innerhalb der CAD-Software konstruiert werden. Um die Produktion dieses Bauteils auf einer Werkzeugmaschine möglich zu machen, wird jedoch zusätzlich Maschinencode, sogeannter G-Code benötigt. Ziel des Praktikums war daher geeignete CAM-Software auszuwählen zu beschaffen und zu testen. Zusätzlich soll die bereits vorhandene Steuerungssoftware der im MPS-Labor vorhandenen Eigenbaufräse evaluiert und eventuelle Alternativen zur derzeitigen Software LinuxCNC aufgezeigt werden. Siehe dazu auch die aktuelle Aufgabenliste im SVN.

Vergleich CAM-Software

Andi

Eigenschaft	VisualCam	HSMExpress2016	HSMWorks2016	SolidCam
Kosten	teuer	billig	billig	billig
Funktionsumfang	5D	8D	1D	5D

HSMExpress2016

Als CAM-Software wurde HSMExpress2016 ausgewählt. Das Programm zeichnet sich durch seine tiefe Integration in die Benutzeroberfläche von SolidWorks2016 aus. Der Arbeitsprozess ist wie folgt:

1. Erstellen des 3D-Modells
2. Vorgabe des Rohteils in der CAM-Software
3. Setzen des Nullpunkes im Modell
4. Vorgabe und parametresierung der Fertigungsschritte in der CAM-Software
5. Simulation der Fertigungsschritte
6. Umwandlung der Fertigungsschitte in G-Code (Postprozess)

Für die Produktion eines Bauteils wird immer ein Rohteil benötigt. Dieses kann in der CAM-Software hinterlegt werden. Wichtig ist besonders die richtige Lage des Nullpunktes. Es muss sichergestellt sein, dass die reale Maschine am gleichen Punkt startet wie das Modell. Sonst fährt die Maschine im schlimmsten Fall "Crash". Durch das das abtragende Herstellverfahren Fräsen können nun fast beliebige Geometrien aus dem Rohrteil entstehen. Dazu werden, ausgehende vom Rohteil verschiedene Frässtrategien verwendet um das später das Fertigteil zu erhalten.Dazu wird zunächst der passende Fräser aus einer Bibleothek gewählt. Hier gilt wie beim Nullpunkt: Die Realität muss zum CAM passen. Abweichungen führen zu unerwünschten Ergebnissen und im schlimmsten Fall zu Beschädigung an Werkstück, Werkzeug und Maschine. Nach Festlegung der Fertigungschritte kann der Gesamtprozess in der Simulation evaluiert werden und über den Postprozess maschinelesbar gemacht werden.
Wir haben dazu ein Lehrvideo erstellt. Es zeigt an einem einfachen Beispiel den kompletten Fertigungsprozess:
Lehrvideo

CAD-Modelle

Andi 2D/3D unterschied, was können wir?

Parameter

Wie bereits erwähnt ist es von äußerster Wichtigkeit, dass im CAM die Realität genau abgebildet wird. Ein Beispiel: Ist der Fräserdurchmesser in CAM mit 4mm angegeben, während in der realen Maschine ein 8mm eingespannt ist führt dies dazu das alle Werkzeugwege ensprechend eines 4mm Fräsers berechnet werden. Das führt dazu das in Realität alle Taschenförmigen Aussparungen 2mm größer werden als geplant. Das Werkstück ist damit wahrscheinlich nicht mehr zu gebrauchen. Auch Abseits falscher Vorgaben ist auf gute parametriesierung zu achten.

Fräser

Der Fräser hat einen enormen Einfluss auf das Fräsergebnis. Nicht nur der Durchmesser auch die Anzahl der Schneiden sowie die Schärfe hat einen großen Einfluss auf der Ergebnis. Zunächst wurde Dremel-Werkzeuge zur Zerspanung des Holzes eingesetzt, die führte häufig zu hoher Temperaturentwicklung, da die Späne nicht richtig abgeführt werden konnten. Folglich erkennt man die hohe Temperatur am fertigen Werkstück, anhand von schwarzen und verbrannten Bereichen. Die zu verwendenden Fräsparameter werden zwar von der CAM-Software vorgegeben, doch hat die Fräse beispielsweise keine Drehzahlregelung, hier muss händisch die passende Größe ermittelt werden.

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  Fräservergleich

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  Versuch 1

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  Versuch 2

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  Versuch 3

Frässtrategie

Funktionsschema

Die Frässtrategie beeinflusst nicht nur das Ergebnis sondern auch die benötigte Bearbeitungszeit. Der Großteil der auswählbaren Frässtratgien ist selbsterklärend. Unten ist beipsielhaft gezeigt wie die Wahl der falschen Frässtrategie das Ergebnis negativ beeinflussen kann. Bei Auswahl von "2D-Adaptive-Clearing" wird man keine glatten Kanten erhalten. Das Mehrfache Ansatzen des Fräsers wird deutlich zu erkennen sein. Die Auswahl der richtigen Strategie erfordert etwas Übung. Eine gute Erklärung zu allen verfügbaren Strategien findet sich hier. Achtet beim parametresieren der Sicherheitshöhen darauf, dass die Maschine diese erreichen kann. Die Maschine verfügt derzeit über keine Endschalter in der z-Achse(Höhe) dies kann zur Kollison mit Befestigungselementen der Spindel führen.

Spannsituation

Funktionsschema

Wichtig für einen Erfolgreichen Fräsprozess ist die richtige Aufspannunf des Werkstückes. Achtet darauf das das Werkstück immer fest und gerade eingespannt ist. Wenn sich das Bauteil währned der Bearbeitung verschiebt, führt dies zu unerwarteten Ergebnissen. Der von uns befestigte Schraubstock ist dazu ein gutes Mittel. Größere Bauteile können dirket auf dem Maschinentisch, beispielsweise mit Schraubzwingen befestigt werden. Gerade in der ersten Phase der Einarbeitung bietet es sich an den Notauschalter nicht aus der Hand zu legen.

Postprozess

Andi

Auswahl Ansteuerungssoftware

Andi

Eigenschaft	Eigene Matlab Lösung	LinuxCNC	UCCNC	Mach3	SerialComCNC	JCNC
Kosten	teuer	billig	billig	billig	billig	billig
Funktionsumfang	5D	8D	1D	5D	5D	5D

Lessons learned und Fazit

Das Praktikum hat uns einen tiefen Einblick in den Bereich "Computer Aided Manufacturing" gebracht. Unsere anfängliche Skepsis bezüglich des Themas hat sich als Unbegründed herausgestellt. Neben der Auswahl der Software und deren Bedienung waren besnonders die Testläufe

Vorteile:

• robust
• hohe Drucktoleranzen akzeptabel

Nachteile:

• geringe Code Dichte
• keine Prüfsumme

Download

• Barcode Programme inkl. Testbild

Youtube Lehrvideo - How to "CAM"

Lehrvideo

Weblinks

• HSMWorks
• SolidWorks Download
• Was ist G-Code

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