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ESPRIT überzeugt bei der Fertigung komplexer Zahnrad- und Getriebesysteme

: Pimpel


Fairfield ist Anbieter für Zahnrad- und Getriebesysteme für Baufahrzeuge und Erstausrüster weltweit. Aufgrund der Nachfrage nach größeren Baugruppen, stellt das Unternehmen auch große Zahnräder und komplexe Getriebegehäuse her. Die Komplettbearbeitung erfolgt mit entsprechenden Fräs-Drehmaschinen – die komplexe Programmierung mit ESPRIT.

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Die Postprogrammiersprache von ESPRIT unterstützt sämtliche Funktionen der modernsten Maschinenkontroller, die in den heutigen Fräs-Dreh-Maschinen verwendet werden. ESPRIT erfasst die Geometrie der Maschine, der Werkzeugbestückung und des Teils, so dass der gesamte Bearbeitungsvorgang visualisiert werden kann.

Die Postprogrammiersprache von ESPRIT unterstützt sämtliche Funktionen der...

Fairfield spezialisierte sich ursprünglich auf Teile mit einem Durchmesser von bis zu 1.220 mm, die praktisch sämtliche Getriebeanforderungen für mobile Geräte abdeckten. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach größeren Baugruppen hauptsächlich für stationäre Anwendungen, stellte Fairfield noch größere Zahnräder und komplexe Getriebegehäuse her.

„Diese Veränderung erforderte, dass wir uns einer neuen Generation von Mehrfunktionsmaschinen zuwandten, wodurch das bisherige, 4-achsige CNC-Programmiersystem des Unternehmens nicht mehr ausreichte. Wir entschieden uns in Folge für die Software ESPRIT CAM, weil sie eine große Flexibilität bei der Anpassung des Postprozessors bietet”, erklärte Tom Lawler, Fertigungstechniker von Fairfield Manufacturing. „ESPRIT arbeitet direkt mit den Dateien des CAD-Systems, das wir für das Design unserer Produkte verwenden, und vereinfacht die Programmierung von Mehrfunktions-Dreh-Fräs-Maschinen und 5-achsigen Bearbeitungszentren. Es erfasst die Geometrie der Maschine, der Werkzeugbestückung und des Teils, so dass wir den gesamten Bearbeitungsvorgang visualisieren können und potenzielle Programmabstürze erfassen können, um einen störungsfreien Betrieb der Werkzeugmaschine zu gewährleisten.“

Der Wechsel zu Mehrfunktionsmaschinen

In den 1990-er Jahren spezialisierte sich Fairfield auf die Herstellung von Teilen mit einem Durchmesser von 250 bis 1.500 mm, die auf vertikalen Revolverdrehbänken sowie 3- und 4-achsigen Bearbeitungszentren hergestellt
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wurden. Um das Verkaufsvolumen zu steigern, entschied sich das Unternehmen, sich auf Investitionen zu konzentrieren, die größere und komplexere Zahnradprodukte unterstützen.

Anfang 2006 erwarb das Unternehmen eine komplette Fertigungsstraße von Fräs-Dreh-Maschinen, die sämtliche Bearbeitungsvorgänge für die Herstellung von Zahnrädern, mit Hilfe von zwei Einrichtungen anstelle der vier Einrichtungen, die normalerweise erforderlich sind, ausführen kann. Die größte Maschine kann Teile mit einem Durchmesser von 2.350 mm bearbeiten.

„Unsere bisherige Software haben wir mehrere Jahrzehnte lang benutzt und waren sehr zufrieden damit. Jedoch wurde deutlich, dass sie für die neueren Maschinen nicht geeignet war – und sie wurde nicht mehr weiter entwickelt“, sagte Lawler. „Nur wenige Firmen boten Software an, die für die Fräs-Dreh-Maschinen geeignet ist. Die wenigen Anbieter stellten uns Probelizenzen zur Verfügung und die wir auf Herz und Nieren geprüft haben. Wir haben uns hauptsächlich deshalb für ESPRIT entschieden, weil der Postprozessor dort sehr flexibel ist. ESPRIT ermöglicht uns, den Postprozessor anzupassen, so dass sich das Programm exakt unseren Anforderungen gemäß verhält. Beispielsweise haben wir den Postprozessor so konfiguriert, dass er in verschiedenen Intervallen Neustartanweisungen in das Programm einfügt. Wenn der Bediener die Maschine stoppen muss, um einen Einsatz zu wechseln, kann er einfach an der nächstgelegenen Stelle neustarten, anstatt zum Anfang des Programms gehen zu müssen.“

Oerlikon Fairfield hat den Postprozessor des Weiteren so modifiziert, dass er einen verjüngten
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Die heutigen Fräs-Dreh-Maschinen sind für Plattenwechselsysteme ausgelegt, wodurch die Einrichtung von zweiten Vorgängen und eine Inspektion außerhalb des Prozesses erleichtert werden.

Die heutigen Fräs-Dreh-Maschinen sind für Plattenwechselsysteme ausgelegt,...

Versatz bereitstellt, damit eine unbeabsichtigte Bearbeitung einer Verjüngung an langen und federnden Teilen vermieden wird. Das Problem bei der Drehbearbeitung dieser Teile besteht darin, dass sich das Werkstück umso weiter biegt, je weiter das Schneidwerkzeug vom Werkstückhalter entfernt ist. Das Ergebnis ist eine Verjüngung, beim Durchmesser des Teils, die bei zunehmender Entfernung vom Werkstückhalter größer wird. Durch die Veränderung, die Oerlikon Fairfield vorgenommen hat, kann der Programmierer erreichen, dass sich das Programm so verhält, als ob sich die Größe des Werkzeugs fortwährend verringert, so dass das Programm das Werkzeug in Richtung des Werkstücks bewegt, um die Federung auszugleichen. Folglich wird der Durchmesser des Teils auf einem konstanten Niveau gehalten.

Gute Integration von CAD und CAM

Lawler weiß auch, dass Oerlikon Fairfield von der guten Integration von ESPRIT in der CAD-Software von SolidWorks profitiert: „Die Entwickler von ESPRIT, DP Technology, und SolidWorks® arbeiten eng zusammen. Das Ergebnis ist, dass die beiden Produkte sehr gut zusammenarbeiten. Wir können große, komplexe Teile viel leichter visualisieren.“ Außerdem betont Lawler, dass ESPRIT es ebenfalls ermöglicht, die Geometrie der Werkzeugmaschine und der Werkzeugbestückung in das Teilprogramm zu importieren. Dadurch kann die exakte Geometrie des Teils, welches das Programm herstellt, simuliert werden.

ESPRIT integriert das Festkörpermodell, um die Teilmerkmale automatisch zu identifizieren. In den meisten Fällen erkennt ESPRIT jedes Merkmal in dem Teil perfekt. „Manche Merkmale müssen wir nach wie vor manuell
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Aufgrund der Größe dieser Teile ist es von wesentlicher Bedeutung, sie mit möglichst wenigen Vorgängen fertig zu stellen. Dieses Teil wurde auf einer einzelnen Maschine in zwei Vorgängen hergestellt. Hier ist ein Getriebegehäuse für ein Hebesystem zu sehen, das Ölbohrinseln anhebt und absenkt.

Aufgrund der Größe dieser Teile ist es von wesentlicher Bedeutung, sie mit...

bearbeiten“, berichtete Shane Van Hook, Teamleiter von Oerlikon Fairfield. „Beispielsweise wird das Profil eines gedrehten Teils normalerweise als einzelnes, fortlaufendes Merkmal erkannt. Wir unterteilen es in kleinere Segmente, damit wir verschiedenen Durchmessern und Schultern Bearbeitungsbedingungen separat zuweisen können.“

ESPRIT ermöglicht den Benutzern auch, eine Wissensdatenbank mit voroptimierten Bearbeitungsvorgängen zu erstellen, die ein bestimmtes Werkzeug, eine bestimmte Schneidgeschwindigkeit, Zufuhrgeschwindigkeit, Schnitttiefe usw. umfassen.

Simulation des Bearbeitungsvorgangs

„Der nächste Schritt besteht in der Simulation des Bearbeitungsvorgangs“, sagte Lawler. „Wir können alles überblicken, einschließlich des Werkstücks, des Werkzeugs, der Werkzeugmaschine und der Bestückung – und die Software warnt bei etwaigen Störungen.“

ESPRIT zeigt dem Programmierer jeden einzelnen Schnitt in dem gesamten Bearbeitungsprozess als dynamischen 3D-Festkörper. Der Programmierer kann ebenfalls eine Präsentation des von dem Programm zu produzierenden Teils sehen und das virtuelle Werkstück mit dem Originaldesign vergleichen. Durch Vergrößern der simulierten Form kann der Programmierer ermitteln, ob sie dem Design des Kunden entspricht. Das Simulationsverfahren bietet eine ideale Gelegenheit, das Programm, das bis zu diesem Punkt erstellt wurde, genau zu untersuchen. Programmierer finden
oftmals Bereiche, in denen die Zykluszeiten durch Optimierung des Programms verkürzt werden können.

Lawler stellte abschließend fest: „Viele Teile, die wir jetzt herstellen, sind sehr komplex und echte, fünfachsige Fräs-Dreh-Teile mit Winkeln, die in alle Richtungen weisen. Die Programmierzeit reicht jetzt von einigen wenigen Stunden für ein einfaches Teil, bis hin zu zwei oder drei Tagen für komplexere Teile. Wir können jetzt bereits im Vorfeld simulieren, wie das fertige Teil aussehen wird. Das Ergebnis ist, dass unsere Teile eine höhere Genauigkeit aufweisen und die Ausschussraten erheblich reduziert wurden. Durch diese Investition können wir unsere Rolle als führender Zahnrad- und Getriebehersteller sowie unsere Wettbewerbsposition auf den Märkten der sauberen Energie weiter festigen.“
Die Postprogrammiersprache von ESPRIT unterstützt sämtliche Funktionen der modernsten Maschinenkontroller, die in den heutigen Fräs-Dreh-Maschinen verwendet werden. ESPRIT erfasst die Geometrie der Maschine, der Werkzeugbestückung und des Teils, so dass der gesamte Bearbeitungsvorgang visualisiert werden kann.
Die heutigen Fräs-Dreh-Maschinen sind für Plattenwechselsysteme ausgelegt, wodurch die Einrichtung von zweiten Vorgängen und eine Inspektion außerhalb des Prozesses erleichtert werden.
Aufgrund der Größe dieser Teile ist es von wesentlicher Bedeutung, sie mit möglichst wenigen Vorgängen fertig zu stellen. Dieses Teil wurde auf einer einzelnen Maschine in zwei Vorgängen hergestellt. Hier ist ein Getriebegehäuse für ein Hebesystem zu sehen, das Ölbohrinseln anhebt und absenkt.



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