Durch den Hype rund um die 5-Achs-Bearbeitung in den letzten Jahren ist es für viele Maschinenbaubetriebe einfach geworden, die Vorteile der Umstellung auf eine 5-Seiten- oder 3+2-Bearbeitungsplattform zu erkennen. So lassen sich Arbeitsabläufe beschleunigen und der Nutzen maximieren – was zu höheren Gewinnen führt.

Dennoch hören wir häufig das Argument, dass zwar der Vorteil gesehen wird, alle Bearbeitungsschritte in einem einzigen Setup durchführen zu können, aber man glaubt, dass immer nur ein Werkstück pro Durchgang gefertigt werden kann – das entspricht nicht der Realität. Mit etwas Kreativität bei der Werkstückspannung oder durch den Einsatz hochwertiger OEM-Spannsysteme, die auf dem Markt erhältlich sind, lässt sich die Anzahl der gleichzeitig bearbeiteten Bauteile problemlos erhöhen – und das Ganze kann auf Wunsch sogar voll- oder teilautomatisiert werden.

Vor Kurzem habe ich mit einem Kunden zusammengearbeitet, der einfache, rechteckige Verteilergehäuse fertigt. Fünf Seiten des Bauteils besitzen einfache Merkmale wie Anschlüsse, Gewinde- oder Kegelbohrungen sowie O-Ring-Nuten, und er wollte das Teil mit möglichst wenigen Setups fertigstellen. Ein perfekter Kandidat für die 5-Seiten- oder 3+2-Bearbeitung!

Nach Analyse des Bauteils stellte der Kunde fest, dass er das Verfahren mit einer handelsüblichen Vorrichtung mit vier Spannbacken auf einer 20°-Pyramide noch weiter optimieren konnte. Diese Vorrichtung verschafft genügend Freiraum, um alle fünf Seiten von vier Werkstücken gleichzeitig zu erreichen – inklusive einer schrägen Bohrung – und er erhält bei jedem Öffnen der Maschinentür vier komplett fertige Teile – und das mit nur einem einzigen Setup!

Stellen Sie sich das vor: Da dieser Auftrag für den Betrieb regelmäßig wiederkehrt, kann der Kunde nahtlos von einem komplexen Auftrag zum nächsten wechseln. Mit nur einem Einrichten des Werkstücknullpunkts schafft er es, viele Bearbeitungsschritte an mehreren Teilen in nur einem Setup zu erledigen.

Wie schwierig ist nun eigentlich die Programmierung? Sicher denken Sie jetzt, dass es ein Albtraum sei, all diese einzelnen Bauteile, deren Flächen und wechselnden Winkel zu verwalten. Würden Sie mir glauben, wenn ich sage, dass es tatsächlich ganz einfach ist?

Um den Prozess des Wiederholens und Optimierens zu starten, benötigen wir zunächst ein Programm, das wiederholt und optimiert werden kann. Angenommen, wir haben – wie im vorherigen Artikel oder in den oben verlinkten Online-Trainingsvideos beschrieben – ein erfolgreiches Programm für ein Einzelteil erstellt. Nachdem dieses erfolgreich getestet wurde, haben wir entschieden, das Teil nun auf einer Mehrfachspannvorrichtung einzurichten und den gesamten Ablauf zu optimieren, um noch effizienter zu werden. Dabei nehmen wir an, dass das Teil von einem Referenzpunkt auf der mittleren Unterseite des Bauteils aus programmiert wurde (wie beim oben erwähnten Kundenbeispiel).

Hätten wir von Anfang an die Mehrfachspannvorrichtung geplant, wäre unser Ansatz vielleicht ein anderer gewesen. Da ich aber zeigen möchte, dass ein Wechsel der Strategie auch mitten im Prozess kein Problem darstellt, nutzen wir einige einfache Steuerungsfunktionen, um dies zu realisieren.

Sobald alle Teile in der Vorrichtung platziert sind, ist der erste Schritt, den Ursprung vom bisherigen Referenzpunkt eines Einzelteils auf die neue Position zu verschieben, die für den neuen Ablauf verwendet wird. Da mehrere Teile auf einer runden Vorrichtung gespannt werden, bietet sich als Bearbeitungs-Referenz der obere Mittelpunkt der Vorrichtung an. Um das vorhandene Programm nicht neu schreiben zu müssen, nutzen wir einen Transformations-Ebenen-Block, um die Positionsverschiebung auszugleichen.

Die Transformations-Ebene dient normalerweise dazu, Orientierung und Lage der Arbeitsebene vorübergehend zu verändern. In unserem Fall verschieben und orientieren wir damit das gesamte Teileprogramm. Da Transformations-Ebenen gestapelt werden können – also jeder neue Transformationsschritt auf dem vorherigen aufbaut, solange dieser nicht aufgehoben wird – lassen wir die Funktion bis zum Ende des Programms aktiv und heben sie erst dann auf.

In diesem Beispiel befindet sich das erste Teil in der Vorrichtung (auf 3-Uhr-Position) 3,845″ auf der positiven X-Achse vom Mittelpunkt entfernt und 1,393″ positiv auf der Z-Achse (siehe Referenzbild oben). Diese Werte tragen wir in die XYZ-Felder für den Ursprungspunkt der Transformations-Ebene ein.

Nachdem das gesamte Programm an die gewünschte Position verschoben wurde, muss es nun noch um 20° um die Y-Achse geneigt werden, um mit der Vorrichtung übereinzustimmen. Dazu geben wir im Feld für den Rotationswinkel der Y-Achse eine positive 20 ein. Das Beispiel zeigt einen Conversational-Programmblock, doch das Gleiche lässt sich auch in NC-Code umsetzen: G68.2 X3.845 Y0 Z1.393 B20. Hierbei steht G68.2 für die Transformations-Ebene, XYZ verschiebt den Referenzpunkt, und die B-Achse übernimmt die Schrägstellung um die Y-Achse.

Nachdem das erste Werkstück verschoben und geneigt wurde, kümmern wir uns um die restlichen drei Teile in der Vorrichtung. Dies geschieht, indem wir den vorherigen Schritt „schleifen“ und das Teileprogramm jeweils in 90°-Abständen wiederholen. Hierzu verwenden wir den Befehl „Transform Plane Group“. Dieser erlaubt es, ein Transformationsmuster in beliebiger Richtung zu wiederholen – in diesem Fall viermal um den Mittelpunkt der Vorrichtung in 90°-Schritten um die Z-Achse.

Ein letzter Punkt, der beachtet werden sollte, sind die Werkzeugwechsel. Da im Programm über 20 Werkzeuge verwendet werden und das Programm ursprünglich für ein Einzelteil geschrieben wurde, würde sonst nach jedem Teil ein kompletter Werkzeugwechselzyklus ablaufen – das ist nicht effizient.

Die Lösung: Wir aktivieren die „Werkzeugwechsel-Optimierung“. Der TCO-Block optimiert die Werkzeugwechsel, indem die Steuerung alle Prozesse analysiert und erkennt, wie oft und an welchen Positionen ein bestimmtes Werkzeug benötigt wird. So werden alle Bearbeitungsschritte eines Werkzeugs an allen Teilen zuerst durchgeführt, bevor zum nächsten Werkzeug gewechselt wird. Dadurch reduziert sich die Anzahl der Werkzeugwechsel von 80 – die nötig wären, um jedes Teil komplett fertigzustellen, bevor das nächste bearbeitet wird – auf nur noch 20, entsprechend der Anzahl der verwendeten Werkzeuge.

Das Endergebnis: Vier fertige Teile in einer einzigen Operation, mit einer Mehrfachspannvorrichtung, ausgehend von einem einfachen Teileprogramm und einem leicht zu findenden Teile-Setup. Ist das nicht erstaunlich einfach?