CAD / CAM - Labor

CAD/CAM Labor (c) FH Aachen, www.lichtographie.de

Das CAD/CAM-Labor der FH Aachen bietet mit seiner Ausstattung Möglichkeiten, im Bereich der Produktion die gesamte CAx-Prozesskette von der Modelldatenerfassung bzw. –erstellung über das Rapid Prototyping bis zur Fertigung von Bauteilen auf modernen 5-Achs-Fräsmaschinen abzubilden.

Praktika

Die Einrichtungen des CAD/CAM - Labors werden in den folgenden Praktika genutzt:

  • Grundpraktikum CAD
  • CAD/CAM

Das Grundpraktikum CAD ist ein Pflichtfach für alle Studienanfänger. Hier werden grundlegende Arbeitstechniken im 3D Bereich vermittelt, die beim Einsatz eines CAD-Systems erforderlich sind. Das Praktikum findet in Gruppen an insgesamt 18 Rechnersystemen statt.

Bei dem zweiteiligen Praktikum CAD/CAM werden im ersten Teil (CAD) die weiterführenden Möglichkeiten moderner CAD-Systeme wie Konstruktionsassistenten, Einbindung von CAE-Tools usw. aufgezeigt.

Der zweite Teil des Praktikums (CAM) behandelt die computerunterstützte Erzeugung von Fräsprogrammen. Basierend auf den im ersten Teil erstellten Modellen wird zunächst ein einfaches 2D-Frästeil bearbeitet. Darauf aufbauend wird eine komplexe 3D-Geometrie bearbeitet. Alle zur Fertigstellung erforderlichen 3D-Strategien wie Schruppen auf bel. Rohteil, Ebenenschlichten, Profilschlichten, äquidistantes Bearbeiten usw. werden in diesem Zusammenhang behandelt. Neben den Strategien werden auch technologische Fragestellungen wie zum Beispiel Auswahl der Aufspannung, Auswahl der Werkzeuge, Festlegung der Schnittdaten und Parameter etc. besprochen.

Rapid Prototyping

Seit Oktober 2012 verfügt das Labor über einen 3D-Drucker von HP (Design Jet Color 3D). Mit Hilfe des Rapid Prototyping können Bauteile aus ABS-Material generativ erzeugt werden. Die fertigen „physikalischen Prototypen“ dienen der Beurteilung der Bauteilgeometrie und helfen bei der Auswahl der richtigen Bearbeitungsstrategie bei komplizierten Fräsoperationen.

Fertigungssimulation

Für die beiden 5-Achs-Fräsmaschinen, die im Rahmen der Praktika genutzt werden, stehen digitale Maschinen-Modelle zur Verfügung. Dies ermöglicht die Simulation des gesamten Fräsprozesses vorab im Maschinenkontext. Mit Hilfe dieser Technik lassen sich die Programme für den Fertigungsprozess hinsichtlich Machbarkeits-, Funktions- und Prozesssicherheit überprüfen.

Darüber hinaus verfügt das CAD/CAM Labor über die „Virtuelle Maschine“ der Fa. DMG, mit der vorab am PC nicht nur der gesamte Fräsprozess auf einem Bearbeitungszentrum, der DMG DMU 50eVo simuliert werden kann, sondern auch alle Nebenprozesse abgebildet werden können, wie Maschinenbeschickung, Werkzeugwechsel sowie Spann- und Messvorgänge. Über die geometrische Abbildung hinaus ist die Steuerung der Maschine in die Software integriert, so dass das reale Bearbeitungsverhalten der Maschine, z.B. hinsichtlich der Verfahrgeschwindigkeiten der Achsen am PC abgebildet werden kann. Über ein Eingabetablett, das dem Bedienpult der realen Maschine entspricht, kann die manuelle Programmierung der Maschine inkl. dem Verfahren der 5 Achsen von Hand simuliert werden.

Die virtuelle Maschine wird eingesetzt zur

  • Erhöhung der Prozesssicherheit komplexer Fräsvorgänge,
  • Minimierung der Einrichtzeiten an der Maschine,
  • Ermittlung der genauen Fertigungszeit,
  • gefahrlosen Schulung von Bedienern an der Maschinensteuerung.

Fertigung

Für die reale zerspanende Fertigung von Bauteilen im Rahmen des CAM-Praktikums befindet sich im CAD/CAM-Labor eine 5-Achs-Fräsmaschine der Firma Datron (M8) für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC) von Aluminium und Kunststoffen. Die HSC- Bearbeitung nutzt Drehzahlen von bis zu 50.000 1/min und Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/min im Vorschub. Für die Aluminiumbearbeitung wird eine Minimalmengenschmierung eingesetzt.

Für größere Bauteile und auch andere Werkstoffe wird das Bearbeitungszentrum der Firma DMG, die DMU 50 eVo linear, genutzt, mit der u.a. 5-Achs-Simultanbearbeitung möglich ist. Diese Maschine befindet sich im Werkstattgebäude. Für beide Maschinen existieren Postprozessoren, die die maschinenneutral programmierten Verfahrwege aus dem CAM-Programm in ein maschinenspezifisches Steuerungsprogramm übersetzen.

Datenerfassung / Qualitätsicherung

Seit dem Frühjahr 2013 steht ein 3D-Scanner der Fa. Steinbichler zur Verfügung.

Bereits vorhandene Geometrien können erfasst werden und stehen nach einer Überarbeitung der Daten mit entsprechender Software als digitales Modell zur Verfügung. Durch eine weitere Nachbehandlung der Rohdaten lassen sich Freiformflächen und Regelgeometrien so zurückführen, dass sie für eine parametrische Nachbearbeitung bzw. Modifikation im CAD-System zur Verfügung stehen.

Die Modellgröße ist sehr variabel. Nach erfolgter Fertigung eines Bauteils kann mit Hilfe des 3D Scanners die Qualität, also die Maßgenauigkeit überprüft werden. Das Bauteilspektrum reicht vom gefrästen Werkstück bis zum Rapid Prototyping Modell, in dem Schichtdicken im μm-Bereich möglich sind.

x