Splines erstellen – Fräsbahn simulieren

Splines sind „glatte Kurven“, die sich innerhalb bestimmter Toleranzgrenzen an eine Punktfolge anpassen. Der AutoCAD-Befehl SPLINE verwendet hierzu so genannte NURBS-Mathematik (Non-Uniform Rational B-Spline). Gezeichnet sind sie überraschend schnell und ausschauen tun sie auch ganz gut. Bearbeiten können Sie Splines mit dem Befehl SPLINEEDIT. Die Überraschung kommt jedoch erst, wenn Sie Splines an der CNC-Maschine ausfräsen wollen. Obwohl einige WOP-Systeme in der Lage sind Splines über die DXF-Schnittstelle einzulesen, können die meisten in den Betrieben vorhandenen WOP-Programme nichts mit Splines anfangen.

Dennoch haben sich einige „Schleichwege“ herausgebildet mit denen man eben leben muss.

Schleichweg 1: Splines werden in AutoCAD erst seit der Version 13 verwendet. Wenn Sie also mit einer neueren Version von AutoCAD eine Spline konstruieren, so können Sie diese mit »Speichern unter…« als R12-Version abspeichern. Und diese wieder öffnen. AutoCAD hat die Spline nun in eine Polylinie umgewandelt. Der Schönheitsfehler: Die Polylinie hat sehr viele „Kontrollpunkte“. Probieren Sie’s aus, ob Sie solch eine Polylinie überhaupt in Ihrem WOP-System verarbeiten können. Hier noch zwei Schleichwege für Experten:

Schleichweg 2: Sofern Sie die „Express Tools“ von AutoCAD installiert haben, versuchen Sie’s mal mit dem FLATTEN-Befehl.

Schleichweg 3: Viele CNC-Steuerungen unterstützen von Haus aus die Spline-Erstellung mittels G-Code. Sofern hier die gleichen mathematischen Berechnungsformen vorliegen, kann eine Spline auch mit wenig Aufwand direkt als G-Befehl eingegeben werden. Lassen Sie sich zuvor die Konstruktionspunkte der gezeichneten AutoCAD-Spline mit dem Befehl LISTE anzeigen. Übernehmen Sie diese Werte dann in den G-Befehl Ihrer CNC-Steuerung. Bei der NUM-Steuerung z. B. können Splines mit dem Befehl G48 definiert und mit G06 ausgefräst werden. Mehr wissenswertes hierzu verrät Ihnen Ihr Programmierhandbuch. Im Gegensatz zu „Schleichweg 1“ können CNC-Programme mit hunderten oder gar tausenden Programmsätzen zu 10 oder 20 Programmzeilen zusammen schrumpfen.

Es gibt aber auch noch eine andere Möglichkeit, Splines zu erstellen die sich einfach in WOP-Systeme importieren lassen. Hierzu unser Beispiel: Ein Bett aus Massivholz, (Bild 1) soll knallig lackierte MDF-Einlegeteile bekommen. Hierbei interessieren uns vor allem die Bettseiten. Die Schlangenlinien-Konturen werden an der Bettseite komplett mit einem Schaftfräser einige Millimeter tief ausgeräumt. In diese Fräs-Taschen werden dann die MDF-Teile, die zuvor ebenfalls an einem BAZ bearbeitet und lackiert wurden, eingeleimt.

Nachdem Sie mit dem AutoCAD-Befehl RECHTECK das Werkstück konstruiert haben, zeichnen Sie eine obere und untere Zick-Zack-Polylinie mit dem Befehl PLINE. Diese sollen später die Schlangenlinien darstellen. Am Anfang dürfen Sie sehr „unruhig“ sein und zum Ende hin „ruhiger“ – abklingend in der Fachsprache.

Um die nun gezeichneten Polylinien zu „glätten“, müssen wir nun die AutoCAD-Systemvariable SPLINETYPE richtig einstellen. So können dann später beliebig geformte Kufen, so genannte Freiformkurven, aus den Polylinien erstellt werden. Mit SPLINETYPE kann eingestellt werden, ob die Polylinie als eine „quadratische“ Spline-Kurve (SPLINETYPE=5) oder als eine „kubische“ Spline-Kurve (SPLINETYPE=6) geglättet werden soll. Geben Sie hierzu den Namen der Systemvariablen in der Befehlsaufforderungs-Zeile ein. AutoCAD zeigt Ihnen daraufhin den aktuell eingestellten Wert an. Durch eintippen einer anderen Zahl kann dieser „überschrieben“ werden (Bild 2).

Nachdem Sie den Spline-Typ eingestellt haben, können Sie die bereits erstellten Polylinien mit der Option KURVENLINIE des Befehls PEDIT angleichen. Geben Sie hierzu den Befehl PEDIT ein und anschließend ein »K« für Kurvenlinie. Mit Return müssen Sie abschließend PEDIT wieder beenden (Bild 3).

Die so erzeugten geglätteten Polylinien können nun ohne Probleme mit dem Befehl VERSETZ um ca. 2/3 des Werkzeugdurchmessers nach innen versetzt werden. Dies ist nötig, damit die inneren Fräsbahnen erstellt werden können, die „äquidistand“ – also im gleichen Abstand – zur ursprünglichen Kontur verlaufen sollen. Im Gegensatz zum letzten Teil dieser Serie in der BM 4/04, sollen unsere Schlangenlinien-Taschen als konturparallele Frästasche anstatt als Zick-Zack-Taschen ausgefräst werden.

An der Außenkontur selbst, wird später wieder mit einer nach innen versetzten Werkzeugradiuskorrektur entlang gefräst (Bild 4).

Beim versetzen der Konturen nach innen, können manchmal an besonders engen Stellen keine oder falsche äquidistanden Konturen erzeugt werden. Ich nenne diese Stellen „Engpässe“ oder „Fischschwänze“. Um im Vorfeld zu prüfen, ob trotzdem die gesamte Frästasche ausgeräumt wird, sollen die Werkzeugbahnen mit dem entsprechenden Werkzeugdurchmesser simuliert werden. Hierzu verwenden wir einen eleganten (AutoCAD-) Trick. Es empfiehlt sich aber zuerst einen eigenen Simulations-Layer mit einer anderen Farbe anzulegen. So kann die „Simulation“ später wieder ausgeblendet werden.

Mit dem AutoCAD-Befehl TEILEN zeichnen wir viele Kreise im entsprechenden Werkzeugdurchmesser auf die Spline-Kurven. Zuerst müssen jedoch einige Systemvariablen eingestellt werden. Die Systemvariablen PDMODE steuert das Symbol für den Befehl TEILEN. Wir verwenden ein Kreissymbol, das uns das Werkzeug verdeutlichen soll. PDMODE sollte hierzu den Wert 33 bekommen. Für die nächste Variable, PDSIZE, muss der Werkzeugdurchmesser in Millimeter eingegeben werden. PDSIZE steuert nämlich den Durchmesser des Symbols. Erst dann kann der eigentliche Befehl TEILEN aufgerufen werden. In der Befehlsabfrage werden Sie aufgefordert, das zu teilende CAD-Objekt anzuwählen. Danach müssen Sie eine beliebige Zahl eingeben. Geben Sie hier eine mindestens dreistellige Zahl ein. Soviel Kreise werden dann auf der Spline-Kurve automatisch verteilt (Bild 5).

Engpässe werden nun offensichtlich (siehe rechts im Bild 5). Dies war auch der Grund der Simulation. Die Außenkonturen brauchen nicht simuliert zu werden, da der Befehl TEILEN die Kreise mittig auf die Kontur setzt. Die Außenkonturen sind aber auch nicht das Problem. An diesen wird später wieder mit einer Werkzeugradiuskorrektur entlang gefahren.

Die Engpässe können nun mit manuellen Polylinien ergänzt werden. Diese können einfach mit der Maus platziert werden. Auf einen Millimeter hin oder her kommt es hier nicht an. Um sicher zugehen, können die neuen Bahnen nochmals simuliert werden. Wenn Ihnen das Ergebnis zusagt, können Sie den Simulations-Layer ausblenden und somit die vielen Kreis-Symbole verstecken.

Weisen Sie nun, wie in der letzten Folge (BM 4/04, Seite 58) den Polylinien mit dem Befehl EIGENSCHAFTEN den entsprechenden Layer für die spätere Bearbeitung zu und erzeugen dann mit DXFOUT eine DXF-Datei.

Importieren Sie nun die erzeugte DXF-Datei in das WOP-System. Hier können noch die nötigen An- und Abfahrbahnen, Werkzeugradiuskorrekturen sowie die Technologiedaten wie Werkzeug und Vorschub ergänzt werden bevor der G-Code für die Maschine erzeugt wird (Bild 6).

Auch für konturparallele Frästaschen gilt: Von innen nach außen Fräsen. Sie erzielen somit die besten Fräsergebnisse und verhindern, dass im innern der Tasche beim letzten Fräsgang ein Rest wegbricht.

Hier noch ein Tipp für Profis: Der Befehl TEILEN funktioniert statt mit einem Kreissymbol auch mit einem CAD-Block. So können Sie in Ihrer CAD/CAM-Vorlagedatei Ihre gesamten Fräswerkzeuge als Kreise mit den entsprechenden Durchmessern erstellen und daraus Blöcke erzeugen. Als Blocknamen können dann die Werkzeugnummern (z. B. T1, T2, …) verwendet werden. So brauchen Sie keine Systemvariablen mehr aufrufen.