Massive Zeitersparnis in der CNC-Fertigung dank digitaler Planungstools und AR-Unterstützung

22.09.2021
Von: Institut für Angewandte Forschung und Wirtschaftskooperationen (IAFW)

Bauteile in kleinen Losgrößen bis hin zu Einzelteilen mittels CNC-Maschinen zu produzieren, ist aktuell noch sehr aufwändig. Ein Team der OTH Regensburg will das im Projekt "CNC-Visual – Augmented-Reality-unterstützte Fertigung" nun ändern.

Über die AR-Brille bekommt der Werker angezeigt, wo genau er ein Spannmittel anzubringen hat.

Über die AR-Brille bekommt der Werker angezeigt, wo genau er ein Spannmittel anzubringen hat. Foto: OTH Regensburg/Labor Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen

Unter "Aufspannung" versteht man die Fixierung eines Werkstückes mit geeigneten Spannmitteln in der Maschine. Eine sorgfältige Planung, welche Spannmittel hierfür genutzt werden und an welcher Position diese ansetzen, ist Voraussetzung für einen effizienten und sicheren Fertigungsprozess. Diese Aufspannplanung wird im CAM-System (Computer-Aided Manufacturing) aktuell manuell durchgeführt und ist somit extrem komplex sowie zeitaufwändig. Ein kurzer Vergleich offenbart das Potenzial einer zumindest teil-automatisierten Aufspannplanung. Die Erzeugung der virtuellen Aufspannsituation nimmt rund 5 Prozent der Programmierzeit eines Bauteils ein – das sind durchschnittlich immerhin ca. 90 Minuten.

Innovation "Intelligente Suchraumeinschränkung"

Moderne CAM-Systeme stellen inzwischen einen mehr oder weniger großen Pool an Werkzeugmaschinenmodellen, Zubehörkomponenten oder Standardspannmittel bereit, aktuell existiert aber noch keine Lösung auf dem Markt, die eine automatisierte oder sogar angeleitete Planung der Aufspannsituation ermöglicht. Um dies zu verbessern, wird im Projekt ein neuartiges intelligentes Aufspann-Planungstool entwickelt, welches sich in bestehende CAD/CAM-Systeme integriert. Als innovativer Lösungsansatz wird eine intelligente Suchraumeinschränkung entwickelt, die während der virtuellen Planung geeignete Fixierstellen und mögliche Positionierungen vorschlägt. So angeleitet soll die Aufspannsituation bis zu zehnmal so schnell wie bisher geplant werden können.

AR-Visualisierung

Aktuell ist es zumeist noch so, dass digitale oder sogar papierbasierte Dokumente verwendet werden, um die virtuell geplante Aufspannsituation am Rüstplatz aufzubauen. Hierdurch wird das Fertigungspersonal oft nicht ausreichend in die Lage versetzt, alle Spannmittel für die Aufspannung mit wenig Zeitaufwand exakt an die geplante Position zu montieren. Die Unterstützung durch eine AR-Brille, die die Mitarbeiter um Prof. Dr. Andreas Ellermeier im Labor Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen zusammen mit der OPUS Entwicklungs und Vertriebs GmbH (OPUS) entwickeln, verspricht, die Montagezeit für Spannmittel massiv zu verringern und durch die Verifizierung der Position gleichzeitig sicherer zu gestalten (siehe Abbildung). Die Lösung soll neben der Unterstützung des Rüstprozesses auch die AR-basierte Anzeige von Echtzeitdaten während der Fertigung ermöglichen und so vor allem die Fertigung des ersten Bauteils ("Einfahren") effizienter machen.

Marktreife in zwei Jahren geplant

„Gerade da, wo häufig Einzelteile und Kleinserien produziert werden, kann das die Effektivität im Betrieb massiv steigern“, betont Prof. Dr. Andreas Ellermeier. Neben dem Trend zu immer kleineren Losgrößen, sind es zum einen der immer stärker werdende Wettbewerb und zum anderen der digitale Wandel, welche die Anforderungen an produzierende Unternehmen und insbesondere an die internen Produktionsprozesse enorm erhöhen. In diesem Umfeld wird das Verhältnis von der Qualität zum Preis immer wichtiger. Hier kann die Neuentwicklung einen wesentlichen Beitrag dazu leisten, um weiter am Markt bestehen zu können.

Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Technologie binnen zweier Jahre zur Marktreife zu führen und interessierten Unternehmen anbieten zu können. Das neuartige Aufspann-Planungstool soll als Modul für bestehende CAD/CAM-System vermarktet werden, sodass die Kosten gering bleiben und gerade kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) davon profitieren.

Das Projekt "CNC-Visual – Augmented-Reality-unterstützte Fertigung" wird über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 220.000 Euro gefördert.

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