Gemeinsam mit EMUGE-Franken stellte sich der CAD/CAM-Hersteller OPEN MIND eine Aufgabe: Ein 40 Zentimeter großer Nussknacker sollte so genau wie möglich digital nachgebildet und so effizient wie möglich aus Aluminium gefräst werden. Die traditionsreiche Seiffener Volkskunst eG stellte dazu die in etwa 150 Arbeitsschritten handwerklich gefertigte und aus rund dreißig Einzelteilen bestehende Holzfigur zur Verfügung.

Vom Scan zum Flächenmodell

Für den 3D-Scan des Nussknackers wandte sich OPEN MIND an Westcam. Der österreichische Partner zeichnet sich nicht nur durch seine hyperMILL-Kompetenz aus, sondern verfügt auch über ein breites Know-how zu 3D-Messtechnik. Das Ergebnis des Scans war ein hochauflösendes Netzmodell, bestehend aus 1,2 Millionen Dreiecken.  Bei OPEN MIND wurde mit der CAD/CAM-Lösung hyperMILL ein flächenbasiertes 3D-Modell erstellt und komplett parametrisch konstruiert. Letzteres hat den Vorteil, dass sich im Nachgang fertigungsbedingte Änderungen am Modell sehr einfach durchführen lassen. Für die Fertigung wurde das Nussknackermodell in Oberteil, Beine, Arme und Hebel unterteilt, die nach Fertigstellung verstiftet und verklebt wurden.

Schruppen und Restmaterialbearbeitung

Die Fertigung erfolgte im Anwendungszentrum Rückersdorf von Franken auf einer Hermle C32 jeweils in einer Aufspannung im 5-Achs- und 5-Achs-Simultanverfahren. So ließen sich die Oberflächen durchgängig ohne Segmentierung bearbeiten. Der Öffnungsschnitt für die große mittlere Tasche des Oberkörpers wurde effizient mit dem 5-Achs-helikalen Bohren erreicht, das nicht nur einen besonders hohen Materialabtrag ermöglicht, sondern zugleich werkzeugschonender ist als eine helikale Eintauchbewegung. Bei der weiteren Schruppbearbeitung kamen Strategien des High-Performance-Pakets hyperMILL MAXX Machining zum Einsatz. Die Funktion der 5-Achs-Restmaterialbearbeitung sorgte dann für einen sicheren und effizienten Abschluss der Schrupp-Arbeiten. Sie erleichtert die Programmierung durch eine automatische Anstellungsfindung. Bei der Werkstückspannung kam der neue Zentrischspanner EvoGrip von EMUGE zum Einsatz. Mit seinem modularen und schlanken Systemaufbau wurde so eine sichere Aufspannung garantiert.

Schlichten mit Kreissegmentfräser

Beim Schlichten wurde der „hochgenaue Oberflächen“-Modus genutzt, bei dem hyperMILL Werkzeugbahnen auf den realen CAD-Flächen generiert und nicht auf einem Berechnungsmodell. Bei den großen, in zwei Richtungen gewölbten Flächen des Nussknackers bot sich die Nutzung der Kreissegmentfräser von Franken in verschiedenen Formen an: Kegel- und Tropfenformen mit Schneidradien von 200 mm bis 1 000 mm. Die auch Tonnenfräser genannten Werkzeuge erlauben trotz großer Zustellung beziehungsweise großer Zeilensprünge eine besonders effiziente Herstellung hochwertiger Oberflächen. hyperMILL bietet eine optimale Steuerung des Schneidenbereichs von Kreissegmentfräsern.

Simulation und Optimierung in der virtuellen Maschine

„Wir hatten bei dem Nussknacker-Bearbeitungsbeispiel das Problem, dass die Bauteildimensionen eigentlich schon zu groß für den Bearbeitungsraum der Maschine waren – eine Herausforderung, mit der viele Fertiger schon einmal konfrontiert waren“, erläutert Michael Förster, Senior Product Marketing Manager bei OPEN MIND Technologies AG. „Was normalerweise viele manuelle Anpassungen und einzelne Simulationen verlangen würde, um Endschalterüberschreitungen zu vermeiden und sichere Anstellungen zu finden, lässt sich dank virtueller Maschine und NC-Code-basierter Simulation schnell und prozesssicher realisieren.“ 

Das Paket hyperMILL VIRTUAL Machining enthält einen Optimizer, der die Verbindungsbewegungen zwischen den einzelnen Fräsoperationen perfekt an die Kinematik der Maschine anpasst und so Endschalterprobleme lösen kann. Die Kommunikation zwischen Fräszentrum und Software, die einen Digitalen Zwilling der Maschine enthält, erlaubt die präzise Simulation der Bearbeitung auf Basis des tatsächlichen NC-Codes.

Ein weiteres Video für Zerspanungsspezialisten

Die Bearbeitungsvideos von OPEN MIND und ihren Partnern erfreuen sich großer Beliebtheit. Auch der vorweihnachtliche Nussknacker zeigt wieder die Vorteile, die sich aus dem optimalen Zusammenspiel von CAM, Werkzeugen und Maschine ziehen lassen.

„Wir danken EMUGE-FRANKEN, WESTCAM und der Seiffener Volkskunst für die Zusammenarbeit. Es freut uns, dass wir die Kunsthandwerker aus dem Erzgebirge mit der detaillierten Ausführung dieser Adaption ihres Originaldesigns beeindrucken konnten“, so Förster.