THE FUTURE OF CAM

WHITEPAPER 06/22

Innovative CAM-Lösungenfür die Zerspanung

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SolidCAM Whitepaper – iMachining

Schnell zur hocheffizienten
Bearbeitung
iMachining
Technology-Wizard
Der Benchmark für effiziente
Zerspanung: iMachining
iMachining auf Dreh-Fräszentren
und CNC-Langdrehern
Zusammenfassung

INNOVATIVE CAM-LÖSUNGEN FÜR DIE ZERSPANUNGSCHNELL ZUR HOCHEFFIZIENTEN BEARBEITUNG
Das produzierende Gewerbe und insbesondere Lohnfertiger
sind einem stetigen Kosten- und Zeitdruck ausgesetzt. Allessoll schneller, besser, genauer und dazu auch noch preiswerter geliefert werden. Nur wer neueste Technologien zu
seinem Vorteil nutzt, kann durch höhere Produktivität undEffizienz die Ertragskraft und Wettbewerbsfähigkeit desUnternehmens steigern und erhalten. Ungleich wirkungsvoller als einzelne Maßnahmen sind dabei jedoch Verbesserungen, welche auf einen Schlag die Effizienz mehrerer
Glieder der Prozesskette steigern.
Damit dies gelingt, müssen sich heute Zerspanungstechniker
in vielen Teilbereichen der Fertigungstechnik und Zerspanung qualifiziertes Expertenwissen aneignen. Angesichts
des häufig hohen Drucks am Arbeitsplatz und vieler Aufgabenbereiche, Meetings und Projekte sicher keine leichte
Angelegenheit, schließlich ist ständiges Multitasking heutenicht mehr die Ausnahme, sondern die Regel.

Immer mehr Bauteile im Maschinenbau und in der medizintechnischen Fertigung werden heute aus dem Rohmaterial
auf leistungsfähigen CNC-Bearbeitungszentren komplett
gefertigt. Dies lohnt sich jedoch nur, wenn die am Werkstück nicht benötigten Materialbereiche möglichst schnell
abgetragen werden können. Schließlich müssen, je nachForm und Einsatz des fertigen Bauteils, z.B. bei dünnwandigen Strukturteilen in der Luftfahrt, bis zu 90 Prozent
des Materials spanend entfernt werden. Je höher hierbei dasZeitspanvolumen Q, desto kürzer die Zeit für das Schruppen
und – lässt man sonstige Faktoren wie Material-, Maschinenoder Werkzeugkosten außer Acht – desto kosteneffektiver ist
die Produktion.

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INNOVATIVE CAM-LÖSUNGEN FÜR DIE ZERSPANUNG

Das rechnerisch größtmögliche Zeitspanvolumen erreichtman, indem man mit einem sehr großen Werkzeug bei voller
Tiefenzustellung im Eilgang durch das Material fährt. Leider
nur theoretisch, denn die Form des zu fertigenden Werkstücks, die Maschinen- und Spindelleistung, das Werkzeug,
der Werkstoff und die Aufspannung erfordern eine realitätsnahe Betrachtung. In der Zerspanungspraxis werden deshalb verschiedene Technologien eingesetzt, um ein möglichst
hohe Zeitspanvolumina zu erreichen.
Beim Vollnutfräsen mit einem Umschlingungswinkel von
180° entstehen hohe Kräfte und Temperaturen mit entsprechend hohem Verschleiß an Werkzeug und Maschine. Inder Regel sind jedoch die Anforderungen an Werkzeug, Spindel, Aufspannung und Maschine zu hoch, um dauerhaft mit
hohen Zustellungen zu arbeiten, weil das Risiko für Werkzeugbruch zu hoch und die Prozesssicherheit dem Vollnutfräsen entgegenstehen.
Beim Tauchschruppen, auch „Plunging“ genannt, wird
mit der Werkzeugstirnseite mit hohem Vorschub vertikal
geschruppt. Zum Einsatz kommen hierbei wendeplattenbestückte Bohrstangen. Nach Erreichen der Zieltiefe fährt
das Werkzeug von der Kontur weg, dann im Eilgang auf dieSicherheitsebene zurück. Die Spanabfuhr in geschlossenen
Konturen und Taschen ist jedoch kritisch.
Beim High-Speed-Roughing wird mit Wendeplattenfräsern
und mit hohen Vorschüben gefräst. Das Material wird dabei
in vielen, geringen Tiefenzustellungen entfernt.

4SolidCAM Whitepaper – iMachining

Das trochoidale Fräsen ist eine der effizientesten Bearbeitungsstrategien. Das Werkzeug bewegt sich dabei elliptisch kreisend mit konstantem Vorschub vorwärts. Die Kreisbahnenüberlagern sich dabei um eine geringe radiale seitlicheZustellung. Gefräst wird dabei mit hoher axialer Zustellungbis zu 5x D. Die mittlere Spandicke und somit auch die
Belastung der Schneide ist nicht konstant.

Im Modul iMachining 3D hingegen muss der Anwender nur die
3D Geometrien des Rohmaterials und des fertigen Werkstücks
auswählen. Die Software berechnet automatisch alle Geometrien, Arbeitsbereiche und die notwendigen Z-Ebenen fürdas Schruppen mit iRough und die Restmaterialbearbeitung.
Insbesondere bei 3D-Modellen und komplexen prismatischen
2.5D-Bauteilen bedeutet dies eine wesentliche Zeitersparnis.

Auf den Grundlagen der trochoidalen Frässtrategie hat SolidCAM die iMachining-Bearbeitungstechnologie entwickelt. Dieerzeugten Werkzeugbahnen mögen für das ungeübte Augeähnlich aussehen. Tatsächlich aber ist iMachining in vielen
wichtigen Punkten eine bedeutende Weiterentwicklung derstatischen Trochoidalbahnen. Dies betrifft zum einen die
Form und die Erzeugung der Werkzeugwege, zum anderen die patentierte einzigartige Berechnung der optimalen
Schnittwerte mit dem Technology-Wizard von iMachining.

Die iMachining-Bearbeitung erfolgt im Wesentlichen indrei Schritten. Bei der Bearbeitung geschlossener Konturen wird das Werkzeug über eine Helix-förmige Anfahrspirale auf die Bearbeitungsebene in Z gebracht. Anhand
der Werkzeugdaten berechnet die Software die aufgrund
der Eintauchbewegung reduzierten Vorschubwerte undDrehzahl. Große Taschen und Inseln teilt der iMachiningAlgorithmus mit der patentierten „Moating“-Technologieintelligent in verschiedene Bereiche auf und trennt diese mit
Hilfe sogenannter Kanäle. Diese Kanäle werden mit D-förmigen Werkzeugbahnen erzeugt. Die entstandenen einzelnen Bereiche werden mit sogenannten Morphing-Spiralen
bearbeitet. Dabei handelt es sich nicht um einfache Spiralbahnen, sondern um adaptive Spiralen, die sich kontinuierlichder Form der Bearbeitungsgeometrie annähern. Das Werkzeug befindet sich so längst möglich im Eingriff.

Machining ist ein patentiertes Software-Modul für die HighSpeed-Bearbeitung mit dynamischen trochoidalen undspiralförmigen Werkzeugbahnen. Die effiziente Zerspanungstechnologie steht wahlweise als iMachining 2D oder alsiMachining 3D Modul zur Verfügung. Bei iMachining 2D
wird die Bearbeitungsgeometrie über Kurven bestimmt, dieBearbeitungsebene legt der Anwender über den Z-Wert oderam Modell abgenommene Punkte fest. Innerhalb eines einzigen Jobs können die Funktionen iRough (Schruppen), iRest(Restmaterialbearbeitung) sowie iFinish (Schlichten vonWand und Boden) genauer bestimmt werden.

Fräsbearbeitung mit iMachining

INNOVATIVE CAM-LÖSUNGEN FÜR DIE ZERSPANUNG

Stets wechselnde Kräfte und Schnittbedingungen wirken sichnegativ auf die Leistung und Lebensdauer des Werkzeugs
aus. Nur bei gleichbleibend konstanter Belastung des Fräsers gelingt es, maximale Schnittleistung mit hoher Standzeit
zu kombinieren. Bei der Entwicklung von iMachining war einestets gleichbleibende Spandicke das wichtigste Kriterium. Mit
dem Eingriffswinkel des Werkzeugs ändert sich beim Fräsen mit konstantem Vorschub an jedem Punkt der Konturauch die Spandicke. Um eine gleichbleibende Spandicke zu
gewährleisten, berechnet iMachining deshalb für jeden Punkt
der Werkzeugbahn den entsprechenden Vorschub.
Beim konventionellen Fräsen verlassen sich Zerspanungstechniker bei der Wahl der Schnittgeschwindigkeit vc, also
von Drehzahl in Abhängigkeit vom Werkzeugdurchmesser

iMachining Morphing-Spiralen: Viel mehr als trochoidale
Werkzeugbahnen

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und Vorschub pro Zahn auf ihre Erfahrung oder Tabellen derWerkzeughersteller. Weil zu viele Faktoren wie Zustand derMaschine, Kühlung, etc. dabei nicht berücksichtigt werden,
müssen sich in der Fertigungspraxis selbst Zerspaner mit
mehrjähriger Erfahrung an die optimalen Werte herantasten.
Die Erfahrungswerte oder Tabellen sind für die hocheffiziente
Zerspanung jedoch wenig zielführend.
Neben effizienten Werkzeugwegen lag bei der Entwicklung
von iMachining der Fokus auf einer einfachen CAM-Programmierung und der automatischen Berechnung der optimalen
Schnittdaten. Umgesetzt wurde dies mit dem einzigartigen
iMachining-Technology-Wizard. Dieser verspricht eine erfolgreiche, hocheffiziente Zerspanung ab dem ersten Werkstück.

Moating: Intelligente Aufteilung von Flächen zur Maximierung der
mit Morphing-Spiralen bearbeitbaren Bereiche

iMachining Technology-Wizard
Für die Berechnung der optimalen Schnittwerte berücksichtigt der Technology-Wizard die Leistungsdaten derfür die Bearbeitung ausgewählten CNC-Maschine, das zu
bearbeitende Material, die Werkzeugdaten und die Geometrie des Werkstücks. In die vollautomatische Berechnung
fließt zusätzlich ein vom Anwender steuerbarer Wert für diegewünschte Aggressivität der Zerspanung mit ein. Über diesen sogenannten „iMachining-Level-Slider“ kann der CAMProgrammierer weiche Faktoren wie den Allgemeinzustandder Maschine oder die Aufspannsituation berücksichtigen.

iMachining Level-Slider in SolidCAM 2021

INNOVATIVE CAM-LÖSUNGEN FÜR DIE ZERSPANUNG

Der Benchmark für effiziente Zerspanung: iMachining
Das mit iMachining erzielbare Zeitspanvolumen liegt je nachAnwendung deutlich über anderen Bearbeitungstechnologien. Die hocheffizienten iMachining-Werkzeugwege
ermöglichen teils extreme Schnittwerte. Die konstant hohe,aber stets optimale Belastung des Werkzeugs reduziert Vibrationen und den Verschleiß so stark, dass trotz der hohen
Zerspanungsleistung die Lebensdauer der Fräser um das
mehrfache ansteigt. Aus gleichem Grund erhöht sich die

Prozesssicherheit beim Fräsen, auch bei sehr problematischen Werkstoffen und bei sehr kleinen Werkzeugdurchmessern erheblich.
Die Leistungsfähigkeit von iMachining konnte in zahlreichen
Kundenprojekte in Medizintechnik, sowie in der Luft- undRaumfahrtindustrie nachgewiesen werden.

Knochenplatte aus Titan

Beispiel 1: Werkstück aus Titan Ti6Al4V

Beispiel 2: 10 Taschen in Luftfahrt-Strukturteil aus Titan

ù Bearbeitungszeit konventionell: 28:54 minù Zeitersparnis: 70 Minuten / Teil mit 10 Taschen

ù Bearbeitungszeit mit iMachining: 5:22 minù Zeitersparnis: 72 %solidcam.de7

INNOVATIVE CAM-LÖSUNGEN FÜR DIE ZERSPANUNG

iMACHINING AUF DREH-FRÄSZENTREN UND CNC-LANGDREHERN
Der Einsatz von iMachining bedeutet für die Zerspanung
auf komplexen, mehrachsigen Drehfräszentren und insbesondere Langdrehern, dass die dort üblichen kleinen
Werkzeuge wesentlich effizienter, ruhiger und mit höherer
Prozesssicherheit eingesetzt werden können. Speziell bei
den, z.B. in der Medizintechnik eingesetzten, schwer zerspanbaren Werkstoffen wie Implantatstählen oder Titan
bringt die iMachining Technologie deutliche Vorteile undverkürzt die Zykluszeiten erheblich. Bei der CAM-Programmierung mehrkanaliger Drehfräszentren unterstützt
SolidCAM alle gängigen Dreh- und Fräsoperationen innerhalb einer Programmierumgebung. Eine interaktive Vorschau, optimierte Kanalsynchronisation und die realistischeSimulation der Bearbeitung erleichtert Programmierung vonWerkstücken. In Kombination mit den Fähigkeiten moderner
CNC-Langdreher, wie z. B automatische Werkzeugwechsler
erweitern SolidCAM und iMachining die technischen Möglichkeiten erheblich.

Effiziente iMachining-Bearbeitung auf CNC-Langdreher

8SolidCAM Whitepaper – iMachining

ZUSAMMENFASSUNG

Die spanabhebende Fertigung unterliegt einem hohenZeit- und Kostendruck. Überall dort, wo anspruchsvolle
Materialien in kurzer Zeit zerspant werden, lohnt sich dieBetrachtung des Zeitspanvolumens Q. Unter den gängigen Technologien für das Hochleistungsschruppen verfügt
iMachining von SolidCAM über Alleinstellungsmerkmale,da es über die Erzeugung effizienter Werkzeugwege hinaus einen einzigartigen Technologieassistenten mitbringt.
Der iMachining Technology-Wizard erleichtert die CAM-Programmierung und berechnet stets optimale Schnittwerte.
Die iMachining-Technologie reduziert die Bearbeitungszeit
bei gleichzeitig mehrfach höherer Standzeit der Werkzeuge.
Darüber hinaus profitieren Anwender von SolidCAM undiMachining in allen Bereichen und speziell bei der Zerspanung
mit kleinen Werkzeugdurchmessern und bei schwierigen
Materialien wie Edelstahl und Titan in der Medizintechnik.

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