Produktionsfaktor CNC-Programmierung

Neben der Bearbeitungszeit eines Bauteils darf der Zeitaufwand zum Programmieren nicht vergessen werden. Die Firma Homag Holzbearbeitungssysteme AG hat bereits vor über 15 Jahren ihr eigenes CNC-Programmiersystem woodWOP entwickelt, um CNC-Maschinen schnell und einfach zu programmieren. woodWOP ist ein werkstückorientiertes Programmiersystem (WOP) mit dem die Bearbeitungen am Werkstück über einfache Dialogboxen beschrieben werden (Bild 1). Durch den Einsatz von Variablen und das Abspeichern häufig wiederkehrender Programme können mit WOP-Systemen Variantenprogramme sehr komfortabel erstellt werden.

Was jedoch, wenn in der Arbeitsvorbereitung bereits mit einem CAD-System gearbeitet wird und einzelne Bauteile mit Außenkonturen, Bohrungen, Sägenuten, usw. erstellt werden?

Natürlich ist es wünschenswert, diese Zeichnung auf direktem Wege in ein CNC-Programm umzuwandeln.

Dieser Import von CAD-Daten – der so genannte DXF-Import – stellt einen weiteren Schritt in der komfortablen und schnellen Programmierung dar.

DXF ist ein Datenaustauschformat und wird vorwiegend zum Import von 2D-Daten benutzt. Da bei CAD-Zeichnungen wesentliche Merkmale eines Bauteils bereits in digitaler Form vorhanden sind, müssen lediglich noch die Bearbeitungen bzw. die Werkzeuge zugewiesen werden. Um auch diesen Schritt noch zu vereinfachen, können die einzelnen Bearbeitungen an Hand von verschiedenen Layernamen oder Layerfarben definiert werden. Diese Art der Datenübernahme ist heute Stand der Technik und wird von woodWOP ebenfalls zur Verfügung gestellt (Bild 2).

Neben den reinen 2D CAD-Zeichnungen werden in den Betrieben immer häufiger 3D CAD-Systeme eingesetzt, die ein räumliches Abbild eines Werkstücks darstellen. In vielen Fällen lassen sich dabei die Zeichnungen auf 2D-Daten reduzieren, beispielsweise im Korpusmöbelbau, und wie gewohnt über den DXF-Import im woodWOP weiterverarbeiten.

Werden die Bearbeitungen komplexer oder stellt sich die Aufgabe statt 2-dimensionalen DXF-Konturen echte 3D Solidkörper oder 3D Flächen bearbeiten zu müssen, so ist der Einsatz eines CAD/CAM-Systems sinnvoll (Bild 5).

Das von Homag empfohlene CAD/CAM-System alphacam vom Softwarehaus Licom Systems aus Herzogenrath ist speziell für die Aufgaben der Holz- und Kunststoffbearbeitung entwickelt worden und ist durch seinen Leistungsumfang eine interessante Ergänzung zu dem von Homag als WOP-System verwendeten woodWOP.

Die Schnittstelle wurde soweit optimiert, dass alphacam aus den erstellten Programmen direkt das woodWOP-Format erzeugt. Somit kann auch der Maschinenbediener in gewohnter Weise die Programme aus alphacam noch nachträglich an der Maschine in seiner gewohnten woodWOP-Umgebung „anfassen“.

Der modulare Aufbau von alphacam vom 2,5D bis hin zum 5-Achsen interpolierenden Fräsen bietet für jeden Bearbeitungsbereich eine passende Softwarelösung. Durch eine Vielzahl an CAD-Schnittstellen können auch Dateiformate anderer 3D CAD-Systeme eingelesen werden, wie z. B. SolidWORKS, Catia, Rhino, usw.

Bei den so genannten echten „Solidschnittstellen“ können die in der CAD-Datei enthaltenen Körper direkt in die alphacam Graphik eingelesen werden und dort am Solid-Modell programmiert werden. Die Solidkörper werden dabei bereits auf ihre Fertigungskomponenten analysiert (Featureerkennung) und stehen so strukturiert zur weiteren freien Bearbeitung zur Verfügung.

3D Körper und Flächen lassen sich ab der Version „Advanced“ bearbeiten, so dass man hier z. B. mit dem Erzeugen von beliebigen Oberflächenreliefs für Wandverkleidungen auch gehobene Wohnansprüche abdecken kann oder sich beispielhaft ein Handlaufkrümmling aus einem verleimten Rohteil herausfräsen lässt. In der maximalen Ausbaustufe stehen 5-achsig interpolierende Verfahren zur Verfügung, hier lassen sich z. B. geschweifte Stuhlteile oder Möbelfronten und deren flächige 3D-Aufspannungen bearbeiten.

Auch im Bereich Nesting stellt alphacam seine Leistungsfähigkeit unter Beweis. Neben der reinen Verschnittoptimierung erlauben aufbauende Programmvarianten das Verschachteln von Teilen mit Sägeschnitten, wobei diese dann in der Platte zusammengefasst werden können, so dass ein zeitintensives An- und Abpositionieren der Säge vermieden wird. Eine spezielle Variante des Nestings erlaubt das kommissions-übergreifende Verschachteln von Treppenbauteilen (Bild 6).

Diese nur auszugsweise Beschreibung der in alphacam enthaltenen Möglichkeiten zeigt auf, wie effektiv man sein bisheriges Produkt- und Fertigungsspektrum erweitern, und zudem extreme Bearbeitungsaufgaben auch sehr rationell programmieren kann. Auch die Anwender sind vom Gesamtsystem woodWOP und alphacam begeistert: Bereits im Juli 2007 wurde das 200ste System ausgeliefert.

Die Firma Ackermann GmbH in Wiesenbronn bei Würzburg ist ein Beispiel dafür, wie moderne CNC-Programmierung in einem mittelständischen Handwerksunternehmen umgesetzt werden kann.

Der Handwerksbetrieb wurde 1934 von Georg Ackermann gegründet und wird mittlerweile in der dritten Generation von Frank Ackermann geführt. Die Firma produziert mit 90 Mitarbeitern auf 6000 m² unter anderem mit vier CNC Maschinen aus der Homag-Gruppe (Bild 9). Der wichtigste Geschäftszweig sind Zulieferteile für gewerbliche Kunden, für die unterschiedlichste Materialien verarbeitet werden. Als Zulieferer werden Sonderteile bis hin zu Kleinserien gefertigt. Vor allem Schreinerkollegen, Laden- und Messebauer lassen hier u. a. Falt- und Biegetechnik sowie großformatige CNC-Frästeile oder Schlitz- und Wellenplatten fertigen (Bild 7 und 8).

„Das Wesentliche für den wirtschaftlichen Einsatz von CNC-Maschinen ist eine optimale Auslastung der Maschinen. Durch den Einsatz der passenden Software in der Arbeitsvorbereitung können wir schnell und flexibel auf Anfragen reagieren“, so bilanziert der Geschäftsführer Frank Ackermann die Bedeutung der passenden Software und den Erfolg seines Unternehmens.

Ackermann benutzt für die Programmierung der Korpusmöbel das 3D-CAD- System von Imos. Mit diesem Programm wird geplant, konstruiert und präsentiert sowie alle notwendigen Daten für die Fertigung ausgegeben. Dies sind neben Zuschnittlisten, Stücklisten, Barcodeinformationen und komplett fertige woodWOP Programme für die CNC-Maschinen.

Seit etwa einem Jahr setzt das Unternehmen in der Arbeitsvorbereitung zusätzlich das CAD/CAM-System alphacam ein. Die Gründe waren vielfältig: Zum einen war man auf der Suche nach einem System, das 3D-Konstruktionsmodelle einlesen kann und mit dem gleichzeitig CNC-Programme für die Maschinen erzeugt werden können. Zum anderen sah man durch die Funktion des CAD-basierenden automatischen Verschachtelns von Bauteilen (Nesting) weitere Verbesserungspotenziale bezüglich der Maschinenauslastung.

Ein weiterer Auslöser für die Investition war ein Auftrag der ganz besonderen Art: Die Schreinerei Georg Ackermann GmbH wurde von dem Baseler Architekturbüro Herzog & de Meuron beauftragt, für die neu entstehende Elbphilharmonie in Hamburg ein Modell im Maßstab 1:10 herzustellen (Bilder 3 und 4). Die besondere architektonische Gestaltung des Innenraums mit vielen gewölbten Brüstungselementen und die spezielle reliefartige Oberfläche zur Verbesserung der Akustik wurde vom Architekturbüro mit Rhino, einem 3D-Hybridmodeller, entworfen. Produktionsleiter Manfred Weid hatte mit seinem Team nun die Aufgabe, diese Daten mit Hilfe von alphacam für die CNC-Maschinen aufzubereiten. Mittlerweile ist das Modell gebaut und nun steht Frank Ackermann vor der Herausforderung, sich auch beim Bau der „echten“ Philharmonie zu engagieren.

Dabei erleichtert ihn die Tatsache, dass mit alphacam bereits der Grundstein zur Ansteuerung einer neuen 5-Achs-Maschine gelegt wurde – ein Traum von Firmenchef Frank Ackermann, der vermutlich schon bald wahr wird. ■