Den Fehlern auf der Spur

Fehler in Freiformflächen: Ursachen PC-gestützt klären - und vermeiden

Das PC-Tool „Analyze MyWorkpiece /Toolpath“ erleichtert die systematische Suche nach Ursachen von Qualitätsmängeln bei Freiformflächen. So ist eine sinnvolle Qualitätssicherung auch schon vor dem ersten Spanversuch möglich.

Woran liegt's?

Wenn die Oberflächenqualität eines Freiformwerkstücks nicht den Erwartungen entspricht, kommen als Fehlerquelle praktisch alle Stationen zwischen CAD-System und den verwendeten Werkzeugen infrage: die Ausgabe des CAD-Systems selbst, der Output des CAM-Systems bzw. des Postprozessors, die Parametrierung der CNC und der Antriebsregler, die Mechanik der Maschine, die Werkzeuge, das Kühlmittel, theoretisch sogar das Material des Werkstücks.

Dem „Garbage In, Garbage Out“- Effekt nachspüren

Zwischen CAD-System und Werkstück hängt die Qualität jedes Prozessschritts von den Eingangsdaten aus dem vorangehenden Prozessschritt ab. Bei einer systematischen Ursachensuche für Mängel der Oberflächenqualität müssen darum die Ausgabedaten der einzelnen Systemteile unter die Lupe genommen werden: die STL(Structured Tesselation Language)-Datei des CAD-Systems, die mpf-Datei aus dem CAM-System bzw. dem Postprozessor, die Aufzeichnung der Lagesollwerte (IPO-Trace), die die CNC beim Abarbeiten des Teileprogramm erzeugt hat, – und letztendlich auch, was die Antriebsregler im Verbund mit Maschinenmechanik und Werkzeug daraus gemacht haben (IPO-Trace der Lageistwerte).

 

Dafür sind entsprechende Tools nötig. Bereits die Formenbauschnellansicht in Sinumerik Operate kann das Teileprogramm visualisieren, das die CAD-Punktewolke als Anfangs- und Endpunkte von G1-, G2- und G3-Sätzen repräsentiert. Dies ist online, also direkt auf der Maschine möglich. Technologisch tiefer reicht der Einblick mit dem PC-basierten Tool „Analyze MyWorkpiece /Toolpath“. Unter anderem kann es neben STL-Dateien auch Mitschriften des Interpolator-Outputs der CNC (IPO-Trace) darstellen, wobei der Bezug zum Teileprogramm erhalten bleibt: Zu jedem Datenpunkt wird der jeweilige Satz im Teileprogramm angezeigt.

Direkter Vergleich in 3D

Analyze MyWorkpiece /Toolpath kann Datensätze verschiedener Herkunft zum Vergleich nebeneinander in 3D darstellen. Indem der Output des CAD- und des CAM-Systems oder der IPO-Trace und die CAM-Daten direkt verglichen werden, lassen sich Fehlerursachen aufdecken und eingrenzen. Dabei unterstützt Analyze MyWorkpiece /Toolpath die qualitative Analyse der Daten, indem verschiedene ausgewählte Eigenschaften der Datenreihen farblich codiert angezeigt werden. Die Farbe visualisiert dann zum Beispiel die lokale Dichte der Punktewolke, die lokale Krümmung der Werkzeugbahn oder die Länge des Sehnenabschnitts der Werkzeugbahn pro Interpolatortakt (und damit die Bahngeschwindigkeit). Dadurch lassen sich die Daten, die Qualitätsmängel verursachen, schneller auffinden und es ergeben sich Hinweise auf die Ursachen. 

 

Ein Beispiel hierfür ist Inhomogenität in der Punktewolke, die vom CAD-System erzeugt wird: Liegt eine solche im Bereich der fehlerhaften Werkstückoberfläche, ist dies ein Hinweis auf eine ungünstige Parametrierung des CAD-Outputs. Die Unstetigkeit in der lokalen Werkzeugbahnkrümmung kann auf zu dicht beieinander liegenden Konturstützpunkten beruhen: Diese „Doppelpunkte“ erzwingen eine atypische und ungewollte Krümmung der Werkzeugbahn, deren Ansteuerung die Geschwindigkeitsführung der Werkzeugmaschine überfordert. Um die Ursache des Qualitätsmangels herauszufinden, muss überprüft werden, ob diese Doppelpunkte in den CAD-Daten mit Flächenübergängen zusammenfallen oder ob sie bei der Umsetzung durch das CAM-System bzw. den Postprozessor entstanden sind.

 

In der 3D-Ansicht des IPO-Trace der Lagesollwerte wird die Sehnenlänge pro IPO-Takt farbig codiert und damit indirekt die aktuelle Bahngeschwindigkeit visualisiert (Bahngeschwindigkeit = Strecke pro IPO-Takt). Auffälligkeiten hier weisen auf eine ungünstige Geschwindigkeitsführung durch die CNC hin. Abhilfe wird dann durch Änderungen der Einstellungen des Look-Ahead, des Datensatzkompressors COMPCAD und/oder des CYCLE832 versucht. Der Abgleich mit dem Trace der Lageistwerte gibt dagegen Hinweise auf ungenügend optimierte Antriebsregler, Maschinen- oder Werkzeugschwingungen.

 

 

Qualitätssicherung vor dem ersten Span

Mit Analyze MyWorkpiece /Toolpath lassen sich alle neuralgischen Punkte der Prozesskette praxisgerecht visualisieren. Dadurch werden Ursachen von Qualitätsmängeln bei Freiformflächen, die sonst nur schwer aufzudecken sind, systematisch geklärt. Mit zunehmender Erfahrung ergibt sich daraus ein erheblicher Know-how-Zuwachs über die technologischen Zusammenhänge und Wechselwirkungen in der Prozesskette.

 

Damit die Werkzeugmaschine während einer Ursachensuche weiter genutzt werden kann, ist Analyze MyWorkpiece /Toolpath als PC-basierte Software realisiert. So ist damit auch die Qualitätssicherung von CAD/CAM-Daten möglich, noch bevor das erste Werkstück gefertigt wird. Dies ist vor allem beim Bau großformatiger Werkstücke mit hohem Einsatz an Material und Spanzeit wichtig. Hier ermöglicht Analyze MyWorkpiece /Toolpath auch die Qualitätssicherung des Lage und Geschwindigkeits-Protokolls einer Fertigungssimulation, die mit dem virtuellen NC-Kern Sinumerik VNCK durchgeführt wurde. Der VNCK ist zum Beispiel in SinuTrain und im CAD/CAM-System NX enthalten.

 

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