Audi Werkzeugbau Fräswerkzeug

Die neue WorkNC-Hochvorschubstrategie berücksichtigt Fräswerkzeuge jeglicher Kontur. So entstehen keine undefinierten Ausmaße, welche die nachfolgende Schlichtbearbeitung beeinträchtigen könnten. - Bild: Audi AG

Markus Brunner, Audi AG
Markus Brunner, Team "Betriebsmanagement Maschinentechnik" des KCU bei Audi in Ingolstadt - Bild: Audi AG

Einer, der sich täglich mit Innovationen beschäftigt, ist Markus Brunner, Mitglied im Team "Betriebsmanagement Maschinentechnik" des KCU in Ingolstadt. Zu seinen Aufgaben gehört es, die zerspanende Fertigung im Werkzeugbau hinsichtlich CAD- und CAM-Technik zu optimieren. Er erklärt: "Wir sind hier mit Einzelteilbearbeitung konfrontiert, woraus besondere Anforderungen erwachsen. Der häufige Produktwechsel erfordert vor allem große Flexibilität in der Zerspanung. Diesbezüglich kommt auch einer effizienten CAM-Programmierung große Bedeutung zu."

Profil

KCU der Audi AG

Der Werkzeugbau der Audi AG, der seit Jahresbeginn 2017 den offiziellen Namen "Kompetenzcenter Anlagen-/Umformtechnik" (kurz: KCU) trägt, gehört zu den Kernkompetenzen der Audi AG. In seinen Zuständigkeitsbereich fallen sowohl Presswerkzeuge für Türen, Motorhauben, Seitenteile der Fahrzeuge und anderes als auch die Anlagen für den Karosseriebau. Vom internationalen Wettbewerb zu externen Dienstleistern angetrieben, sind die Verantwortlichen permanent auf der Suche nach Innovationen, mit denen sich Abläufe und Ergebnisse verbessern lassen. Knapp 2500 Mitarbeiter sind weltweit im KCU der Audi AG beschäftigt, das die Bereiche "Werkzeugbau" und "Anlagenbau" zusammenfasst. Es bietet Kompetenzen in allen Stufen der Prozesskette an: von der Entwicklung, Planung, Konstruktion und Simulation von Werkzeugen und Anlagen über die Anfertigung, Einarbeit sowie Montage bis zur Inbetriebnahme von Werkzeugen und Anlagen. Die Presswerke der jeweiligen Standorte fertigen die entsprechenden Bauteile. Im Stammwerk in Ingolstadt arbeiten im KCU rund 1000 Mitarbeiter.

Markus Brunner beschäftigt sich vor allem damit, durch leistungsfähige CAM-programmierte Zerspanungstechnologien die Bearbeitungsqualität zu steigern sowie Durchlaufzeiten und damit Bearbeitungskosten zu reduzieren.

Audi AG Presswerkzeug
Im Audi "Kompetenzcenter Anlagen- / Umformtechnik" entstehen sowohl die Presswerkzeuge für Werkstücke wie Türen, Motorhauben, Seitenteile der Fahrzeuge als auch die Anlagen für den Karosseriebau. - Bild: Audi AG

Als Partner sieht er die Vero Software GmbH mit ihrem CAM-System WorkNC, das im Audi Werkzeugbau schon seit vielen Jahren eingesetzt wird. "Wir nutzen WorkNC durchgängig vom 3-Achs- und 3+2-Achs- bis zum 5-Achs-Simultanfräsen von Formenwerkzeugen sowie zunehmend auch in der 2,5D-Bearbeitung", erklärt er. "Programmierung und Handhabung von WorkNC sind extrem einfach, was in der Einzelteilfertigung besonders wichtig ist. Selbst komplizierte Bauteile können wir intuitiv und schnell programmieren. Zudem bietet WorkNC viele Möglichkeiten, um Bearbeitungsumfänge und deren Programmierung trotz Einzelteilfertigung zu standardisieren und zu automatisieren." Als vielfältig und effizient bezeichnet er darüber hinaus die von ­WorkNC bereitgestellten Bearbeitungsstrategien, die es ermöglichen, "jedes Bauteil wirtschaftlich zu programmieren und zu bearbeiten."

Neue Hochvorschubstrategie auf Anregung von Audi

Audi AG Presswerk
Die im Presswerk exakt gefertigten Blechteile werden schließlich in den Montagestraßen hauptsächlich von Robotern zur kompletten Audi-Karosserie gefügt. - Bild: Audi AG

Um die Fräsbearbeitung künftig noch effizienter zu machen, entwickelt Vero die Software WorkNC permanent weiter. Das aktuelle Release 2017 R1 enthält zum Beispiel eine neue Hochvorschubstrategie, die auf Anregung der Audi-Werkzeugbauer und in enger partnerschaftlicher Zusammenarbeit mit ihnen entstanden ist. Während es beim Hochgeschwindigkeitsfräsen (High Speed Cutting/HSC) in erster Linie um qualitativ hochwertige Oberflächen geht, steht das Hochvorschubfräsen (High Feed Cutting/HFC) für kurze Bearbeitungszeiten beim Schruppen und Vorschlichten.

Verschiedene Anbieter haben spezielle Werkzeuge mit Hochvorschubgeometrien entwickelt, deren Schneidkanten eine deutlich größere Kontaktlinie zum Werkstück aufweisen. So geht die radiale Schnittkraftbelastung auf Fräser und Maschinenspindel so stark zurück, dass sich deutlich höhere Zahnvorschübe fahren lassen und das Zeitspanvolumen auf ein Mehrfaches ansteigt. Das wirkt sich insbesondere bei der zerspanungsintensiven Schrupp- und Vorschlichtbearbeitung aus.

Zitat

"Die Partnerschaft mit unserem CAM-Ausrüster Vero und seinem ­WorkNC-Entwicklerteam war absolut zielführend. Mit der neuen Hoch­vorschubstrategie hat sich die Bearbeitungszeit fürs Vorschlichten von Presswerkzeugen enorm verkürzt."

Markus Brunner, Team "Betriebsmanagement Maschinentechnik" des KCU bei Audi in Ingolstadt

Audi AG WorkNC Bearbeitung
Markus Brunner: "Wir nutzen WorkNC durchgängig vom 3-Achs- und 3+2-Achs- bis zum 5-Achs-Simultanfräsen von Formenwerkzeugen sowie zunehmend auch in der 2,5D-Bearbeitung" - Bild: Audi AG

Bevor Vero die neue WorkNC-Lösung präsentierte, sahen sich die Anwender beim Einsatz solcher Fräswerkzeuge mit folgender Problematik konfrontiert: CAM-Systeme konnten bislang die neuen Hochvorschubgeometrien nur unzureichend abbilden, was in der Praxis zu einem undefinierten Aufmaß auf der Bauteiloberfläche führte. Das wiederum beeinträchtigte die Prozesssicherheit im nachgelagerten Schlichtprozess.

Die neue Hochvorschubstrategie berücksichtigt die Abweichungen der Fräswerkzeuggeometrien mit nicht regulärer Schneide. WorkNC vermeidet so am Werkstück undefinierte Aufmaße. Brunner ist vom Ergebnis begeistert: "Diese neue Strategie ermöglicht, Fräswerkzeuge jeglicher Kontur einzusetzen. Damit können wir sogar Fräswerkzeuge nutzen, die speziell auf einen definierten Anwendungsfall hin konzipiert wurden."

Impulsgeber für die Neuentwicklung

Die Begeisterung kommt nicht von ungefähr. Schließlich waren Brunner und seine Kollegen Impulsgeber für die Neuentwicklung. In Versuchen wurde etwa der negative Flächenoffset eines Presswerkzeugs für eine Autotür gefräst. Während die Vorschlichtbearbeitung des Türaußenteils bislang 3 h 15 min dauerte und die Schneidplatten dreimal gewechselt werden mussten, gelang die Bearbeitung mit der neuen Hochvorschubstrategie von WorkNC in nur 1 h 45 min – und ohne Plattenwechsel. Das eingesetzte Werkzeug war ein Hochvorschubfräser 1DP1E von Ingersoll Cutting Tools (WSP-Typ PEMT0502ZCTR-HR, WSP-Qualität IN2505; 65 mm Auskraglänge).

Trends µ-genau

WorkNC Version 2017 R1

Die aktuelle Version wartet mit leistungsstarken neuen Frässtrategien auf wie einer Werkzeugbahn-Strategie für paralleles Schlichten auf der Grundlage der "Advanced Toolform"-Technologie, welche die tatsächliche physikalische Geometrie des Schneidwerkzeugs berücksichtigt. Damit möchte Vero Anwender animieren, sich von den Beschränkungen standardmäßiger Werkzeugformen zu lösen und die Möglichkeiten der Formen von Hochvorschub-Geometrien zu nutzen. Dieses Feature steht auch in den anderen wichtigen Strategien zur Verfügung. Weitere Zeit sparende Innovationen in WorkNC 2017 R1 sind die 3D-Werkzeugkorrektur und die dynamische Warteschlange für die Fräsbahnberechnung.

Bis zu 30 Prozent Bearbeitungszeit eingespart

Audi AG Vorschlichten
Effizienz beim Fräsen: Mit der neuen Hochvorschubstrategie von WorkNC spart der Audi Werkzeugbau beim Vorschlichten bis zu 30 Prozent Bearbeitungszeit. - Bild: Audi AG

"Dank der Hochvorschubstrategie von WorkNC und entsprechender Werkzeugen können wir beim Vorschlichten bis 30 Prozent der Bearbeitungszeit einsparen", berichtet Brunner. Zur längeren Werkzeugstandzeit tragen die im Vergleich zu Rundplattenfräsern geringeren Abdrängungskräfte bei. Da die hauptsächlichen Bearbeitungskräfte in Spindelrichtung Z entstehen, kommt es zu weniger Schwingungen, und das Werkzeug läuft in der Regel ruhiger, was sich positiv auf die Schneiden auswirkt.

"Die neue WorkNC-Strategie kann auch bei negativem Flächenoffset eingesetzt werden, was nach meinem derzeitigen Wissenstand kein anderer CAM-Anbieter ermöglicht", betont Brunner. "Wir werden sie jedenfalls in Zukunft bei allen Bauteilen im Bearbeitungsschritt Vorschlichten einsetzen."

Partnerschaftliche Zusammenarbeit

Audi AG CAM Programmierung
Ein Schlüssel zur effizienten Zerspanung ist die CAM-Programmierung, die im Audi Werkzeugbau mit WorkNC erfolgt. In neuen Releases werden stets technologische Fortschritte berücksichtigt wie das Hochvorschubfräsen. - Bild: Audi AG

Für ihn und seine Kollegen ist die neue Hochvorschubstrategie ein Beispiel für die gute partnerschaftliche Zusammenarbeit zu Vero und den WorkNC-Entwicklern. Die Zufriedenheit erstreckt sich jedoch auf viele weitere Punkte, wie der CAM-Experte ausführt: "Enorm wichtig sind für uns die Möglichkeiten von WorkNC zum nachträglichen Modifizieren von programmierten Fräsbahnen wie das bereichsweise Offsetieren und Schneiden von Bahnen."

Er erwähnt außerdem die kurzen Berechnungszeiten durch 64-Bit- und Multiprozessortechnologie, die gerade beim Programmieren großer Bauteile von enormer Bedeutung sind.

Sehr geschätzt wird auch die Flexibilität des Gesamtsystems. Die Postprozessoren von WorkNC sind zum Beispiel nicht verschlüsselt und können durch den Anwender angepasst werden. "So ist es uns in den vergangenen Jahren gelungen, den Automatisierungsgrad in unserer Einzelteilfertigung deutlich zu steigern", erklärt Brunner. Somit lässt sich auch die CAM-Ausgabe zügig an die immer komplexer werdende Maschinentechnik anpassen, so dass das Potenzial der Werkzeugmaschinen vollständig ausgeschöpft werden kann. rw/em