CAD-CAM und Hermle.

CNC-gesteuerte Bearbeitungszentren sind hochkomplexe Meisterwerke im Ingenieurwesen. Schnell ist CNC hingeschrieben, doch entscheidend ist die Technologie, die darin steckt. Oder vielmehr die Vielzahl an Technologien, die Vielfalt der unterschiedlichen Software-Varianten, insbesondere der Software-Anwendungen, die sich unter den Oberbegriffen CAD und CAM wiederfinden. Diese Software-Anwendungen sind heute aus den meisten Bereichen der Maschinenbauindustrie nicht mehr wegzudenken. Auch und gerade bei Hermle nicht. Hier sind CAD-CAM-Systeme längst Teil des integrativen Fertigungsprozesses.

Aber was genau ermöglichen diese beiden Systeme? Wie hängen sie zusammen? Und warum sind sie so unersetzlich? Hier geben wir Ihnen einen Überblick über beide Anwendungen. Wofür sie stehen und was sie können. Vorneweg, CAD steht für Computer-Aided Design (computergestütztes Design), CAM für Computer-Aided Manufacturing (rechnergestützte Fertigung). Vereinfacht gesagt, gleichen CAD und CAM Hirn und Hand im CNC-gesteuerten Fertigungsprozess. CNC wiederum steht für Computerized Numerical Control – sprich für computergestützte Steuerung (wenn Sie mehr über CNC und dessen Anwendungen erfahren wollen, folgen Sie gerne den Links im Text). Abzugrenzen sind CAD/CAM von CAE, dem Computer-Aided Engineering. Auch hier gibt es vielfältige Anknüpfungspunkte, doch entscheidend für diesen Überblick ist unser Fokus auf CAD/CAM-Systeme. Doch nun der Reihe nach: Erst zu CAD, dann zu CAM sowie zuletzt zu dem breiten Spektrum an Software-Varianten, die beide Anwendungen miteinander verknüpfen.
 

CAD – ein Programm für die Konstruktionsphase.

CAD-Systeme spielen nicht nur wie eingangs bereits erwähnt im Maschinenbau eine entscheidende Rolle, sondern auch in zahlreichen weiteren Branchen und Industriezweigen, z. B. in der Architektur, der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, im Elektronikdesign sowie in vielen anderen Bereichen – vom Entwurf bis zur Produktion. Kurz gesagt, liegen Ihre Vorteile darin, den Entwurfsprozess zu beschleunigen, mögliche Fehler zu minimieren und die Effizienz insgesamt zu verbessern. Computer-Aided Design kommt zum Einsatz, um das Erstellen, Modifizieren und Analysieren von digitalen Modellen und Zeichnungen von Objekten oder Produkten zu unterstützen. Eben deshalb nutzen Architekten, Ingenieure, Designer und andere Fachleute die Software-Anwendung für ihre jeweiligen 2D- und 3D-Modelle. Das ist alles andere als trivial und es lohnt sich, einen genaueren Blick auf das Programm zu werfen. Prinzipiell lässt sich damit alles konstruieren.

Die Hauptfunktionen eines CAD-Systems umfassen:

1. Erstellung von Geometrie: CAD ermöglicht es Benutzern, präzise 2D- und 3D-Modelle von Objekten zu erstellen. Dies kann durch Zeichnen von Linien, Kreisen, Bögen und anderen geometrischen Formen erfolgen. Diese Geometrie lässt sich in der Folge dann bearbeiten und modifizieren.
2. Modellierung: Die Modellierung geht über das Zeichnen von Linien, Kreisen und weiteren Formen hinaus. Hier bieten CAD-Systeme Tools und Funktionen zur Erstellung von Flächen, Volumenkörper, Freiformflächen und weiteren Formen, die realistische Darstellungen von Objekten erlauben.
3. Bearbeitung und Modifikation: CAD ermöglicht es den Benutzenden, Modelle zu bearbeiten und zu modifizieren, indem sie Elemente hinzufügen, löschen oder verändern. Dadurch können Designänderungen schnell und effizient umgesetzt werden.
4. Maßhaltigkeit und Genauigkeit: CAD-Systeme bieten präzise Maßnahmen und Dimensionierungsfunktionen, um sicherzustellen, dass Modelle den gewünschten Standards und Spezifikationen entsprechen. Abstände, Winkel, Radien und andere Abmessungen lassen sich genau definieren und deren Einhaltung jederzeit überprüfen.
5. Visualisierung: CAD ermöglicht es, Modelle in verschiedenen Ansichten darzustellen, einschließlich Drahtgittermodellen, Oberflächenmodellen und fotorealistischen Renderings. Dies hilft dabei, das Aussehen und Verhalten des endgültigen Produkts zu veranschaulichen.
6. Analyse und Simulation: CAD-Systeme können auch Funktionen zur Durchführung von Tests, Analysen und Simulationen bieten. Dies umfasst beispielsweise Strukturanalysen, Bewegungssimulationen oder Strömungssimulationen, um das Verhalten von Produkten unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen.
    

CAM – damit beschleunigen Programmierer den Fertigungsprozess.

Während CAD also die Modelle erstellt, die zu fertigen sind, bezieht sich CAM – das Computer-Aided Manufacturing – auf den Einsatz von Computersoftware zur Steuerung von Maschinen und Werkzeugen in der Fertigung. Sprich, die Programmierer von CAM-Systemen nutzen die in CAD-Modellen enthaltenen Informationen, um den Fertigungsprozess zu automatisieren. Sie generieren Werkzeugwege, Werkzeugbahnen und Anweisungen für CNC-Maschinen und andere Fertigungssysteme. Dies ermöglicht die präzise Herstellung von Produkten gemäß den spezifischen Designspezifikationen, die in den CAD-Modellen festgelegt sind. So sattelt das CAM-System gewissermaßen auf dem CAD-System auf. Vereinigt sind beide Systeme in einer CNC-Maschine. Doch es lohnt sich auch hier, einen Blick auf die Details zu werfen.

Ein CAM-System ist eine Softwareanwendung, die den Fertigungsprozess unterstützt, indem sie computergestützte Werkzeugwege und Anweisungen für Maschinen festlegt. Ein CAM-System liest die Daten aus CAD-Modellen und wandelt sie in maschinenlesbare Anweisungen um, um die Produktion physischer Produkte zu ermöglichen. Dazu gehören zum Beispiel beim Fräsen Arbeitsschritte wie 5-Achs-Schruppen, adaptives Schruppen, Vorschlichten, Schlichten oder Gravieren. Also ein komplexes Zusammenspiel von feinen und feinsten Bewegungen, die bei unterschiedlich hohen Drehzahlen mal viel, mal wenig Material abtragen. Aber immer exakt so viel wie gefordert und eingegeben. Ein Beispiel dafür finden Sie hier. 

Im Detail betrachtet sind die Hauptfunktionen eines CAM-Systems also folgende:

1. Werkzeugweggenerierung: Das CAM-System erstellt automatisch Werkzeugbahnen und Werkzeugwege basierend auf den geometrischen Informationen aus dem CAD-Modell. Es berechnet die optimale Bewegung des Werkzeugs entlang der Oberfläche des Werkstücks und ermöglicht so dessen präzise und effiziente Bearbeitung. Die dafür erforderlichen CAM-Daten liefern Details wie Start- und Endpunkte der Werkzeugbewegung, Verfahrwege, Fräs- oder Drehbewegungen und andere Parameter, die für die Bearbeitung erforderlich sind.
2. Werkzeugauswahl: Das CAM-System unterstützt die Auswahl der geeigneten Werkzeuge für den Fertigungsprozess. Es berücksichtigt Faktoren wie die Art des Materials, die gewünschte Oberflächenqualität und die erforderliche Genauigkeit, um die richtigen Werkzeuge für die Bearbeitungsaufgabe auszuwählen. Die CAM-Daten enthalten dementsprechend Informationen über Parameter wie Werkzeugdurchmesser, Werkzeuglänge, Werkzeugtyp (Fräser, Bohrer, Drehwerkzeug usw.) und andere Werkzeugattribute, die für die richtige Bearbeitung erforderlich sind.
3. Bearbeitungsstrategien: CAM-Systeme bieten verschiedene Verfahren, um die Effizienz der Fertigung zu maximieren. Dazu gehören Fräsen, Drehen, Bohren, Schneiden und andere Bearbeitungstechniken. Das CAM-System bestimmt die optimalen Bearbeitungsstrategien basierend auf den spezifischen Anforderungen des Designs und der gewählten Maschinenkonfiguration. Die CAM-Daten geben die Geschwindigkeiten an, mit denen sich das Werkzeug während der Bearbeitung mechanisch bewegen soll. Dies umfasst etwa die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeugs relativ zum Werkstück, die sogenannte Vorschubgeschwindigkeit, sowie die Schnittgeschwindigkeiten, also die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug das Material schneidet.
4. Kollisionserkennung: Das CAM-System überprüft automatisch, ob es potenzielle Kollisionen zwischen dem Werkzeug, dem Werkstück oder anderen Komponenten während des Bearbeitungsprozesses gibt. Durch die Simulation des Fertigungsprozesses können Kollisionen erkannt und vermieden werden, was die Sicherheit gewährleistet und Schäden an Maschinen oder Werkstücken verhindert.
5. Postprozessoren: Das CAM-System erzeugt maschinenlesbare Anweisungen, die spezifisch für die verwendeten Maschinen sind. Diese Anweisungen werden als G-Code bezeichnet und enthalten Informationen über Werkzeugwege, Geschwindigkeiten und andere Parameter. Über diese Anweisungen lässt sich beispielsweise der nahtlose Werkzeugwechsel sicherstellen. Dazu gehören aber auch Anweisungen hinsichtlich Kühlung, Schmierung, Spindelgeschwindigkeiten, Werkstückspannung. Der Postprozessor des CAM-Systems konvertiert die internen Daten in den spezifischen G-Code, der von der CNC-Maschine interpretiert und ausgeführt wird.
6. Simulation und Überprüfung: Wie CAD-Systeme bieten auch CAM-Systeme in der Regel eine Simulation des Bearbeitungsprozesses, um zu überprüfen, ob das Programm korrekt funktioniert. Dank dieser Simulation kann das Bedienpersonal den gesamten Prozess virtuell durchgehen und eventuelle Fehler oder Probleme bereits im Vorfeld erkennen – eben bevor das Programm auf der tatsächlichen Maschine startet. So lassen sich unerwünschte Ereignisse vermeiden.

CAM-Systeme sind in vielen Bereichen der Fertigung weit verbreitet, sei es in der Holzbearbeitung, der Kunststoffherstellung, im 3D-Druck oder – wie eben bei Hermle – in der Metallbearbeitung. Sie tragen maßgeblich dazu bei, den Fertigungsprozess zu automatisieren, die Produktivität zu steigern und die Qualität der hergestellten Teile zu verbessern. Wie exakt CAD-CAM-Lösungen in der Umsetzung sind, zeigen Anwendungen aus unterschiedlichsten Industrien.
 

CAD/CAM – dafür gibt es nicht die eine Software, sondern viele.

Jetzt gibt es nicht natürlich nur das CAD-System oder das CAM-System. Tatsächlich sind eine Vielzahl unterschiedlicher Programme am Markt erhältlich. SolidWorks, AutoCAD, CATIA, Inventor und Creo sind bekannte CAD-Softwarepakete, die in der Industrie weit verbreitet sind. Es sind durchweg leistungsstarke Werkzeuge für das Computer-Aided Design und sie bieten eine Vielzahl von Funktionen zur Erstellung, Modellierung und Bearbeitung von 2D- und 3D-Modellen.

In Bezug auf CAD/CAM haben diese Softwarepakete eine enge Verbindung zu CAM-Systemen, die in der Fertigung eingesetzt werden. Obwohl sie primär als CAD-Software bekannt sind, bieten sie in vielen Fällen auch integrierte CAM-Funktionen oder sind mit spezialisierten CAM-Systemen kompatibel. Doch das nicht automatisch bei allen der Fall. 

Die Integration von CAD und CAM ermöglicht es den Benutzern, nahtlos von der Erstellung eines digitalen Modells zum Generieren der erforderlichen CAM-Daten für die Fertigung überzugehen. Hier sind einige Aspekte, wie diese Softwarepakete in Bezug auf CAD/CAM zusammenarbeiten können – etwa die automatische CAM-Daten-Generierung einiger CAD-Systeme. Allerdings ist es wichtig anzumerken, dass nicht alle CAD-Softwarepakete über eingebaute CAM-Funktionen verfügen. Die Integration von CAD und CAM kann je nach Softwarepaket und den spezifischen Anforderungen des Anwenders variieren. In einigen Fällen kann die Nutzung spezialisierter CAM-Software erforderlich sein, die unabhängig von der verwendeten CAD-Software eingesetzt wird.

Insgesamt haben SolidWorks, AutoCAD oder Inventor eine enge Verbindung zu CAD/CAM-Arbeitsabläufen und erleichtern den Übergang von der Konstruktion zum Fertigungsprozess. Weitere wichtige CAD-Softwarepakete, die häufig in der Industrie zum Einsatz kommen, sind folgende:

• Creo Parametric (früher PRO/ENGINEER) ist eine leistungsstarke CAD-Software, die Funktionen für die Modellierung von 3D-Objekten, die Erstellung von Baugruppen, Zeichnungen und vieles mehr bietet. Sie unterstützt die Erzeugung von CAM-Daten und die Integration mit CAM-Systemen.
• NX (früher Unigraphics) ist eine CAD/CAM/CAE-Software, die neben umfangreichen CAD-Funktionen auch integrierte CAM-Funktionen bietet, um Werkzeugbahnen und CAM-Daten zu erzeugen. Damit ist die nahtlose Zusammenarbeit zwischen Design und Fertigung gegeben.
• ZBrush ist eine spezialisierte Software für digitale Bildhauerei und Modellierung. Sie kommt häufig in der Film- und Spieleindustrie zum Einsatz, insbesondere für die Erstellung von organischen und detaillierten 3D-Modellen. ZBrush bietet leistungsstarke Tools für das digitale Sculpting und Texture Painting, jedoch keine direkten CAM-Funktionen.
• VFX (Visual Effects): VFX (Visual Effects) bezieht sich auf die Erstellung von visuellen Effekten für Filme, Fernsehserien, Werbung und andere Medien. Es umfasst Techniken wie Compositing, 3D-Animation, Partikelsimulation und mehr. Software wie Autodesk Maya, Cinema 4D, Houdini und Adobe After Effects werden in der VFX-Industrie häufig eingesetzt, um diese Effekte zu erzeugen. Aber das sei hier nur am Rande erwähnt.

Eine weitere, weit verbreitete CAD-Software ist Rhino, auch bekannt als Rhinoceros 3D. Sie dient der Erstellung von 3D-Modellen in verschiedenen Branchen. Rhino bietet eine umfangreiche Palette von Werkzeugen und Funktionen für das Computer-Aided Design (CAD) und ist für seine Flexibilität und Fähigkeit zur Modellierung komplexer Geometrien bekannt. Rhino hat von sich aus keine integrierten CAM-Funktionen zur Generierung von Werkzeugwegen oder CAM-Daten. Es kann jedoch mit verschiedenen CAM-Systemen und CNC-Maschinen integriert werden, indem die erstellten 3D-Modelle exportiert und in einem geeigneten CAM-Format verwendet werden. Rhino hat eine breite Anwendungspalette und wird in den folgenden Bereichen eingesetzt: Im Produktdesign, im Schmuckdesign oder Im Industriedesign sowie in der Architektur. Rhino ist eine durchaus vielseitige CAD-Software, die in verschiedenen Branchen eingesetzt wird, um detaillierte 3D-Modelle zu erstellen. Obwohl Rhino nicht über integrierte CAM-Funktionen verfügt, kann es in Kombination mit CAM-Systemen für die Fertigung und Erzeugung von CAM-Daten verwendet werden.
 

Fazit. CAD-CAM-Software ist ein integrativer Bestandteil eines jeden Hermle Bearbeitungszentrums.

Zusammenfassend lässt sich sagen: CAD und CAM sind eng miteinander verbunden und werden häufig zusammen verwendet. CAD-Systeme dienen zur Erstellung des virtuellen Modells, während CAM-Systeme die Umsetzung dieses Modells in die physische Realität ermöglichen. Bei Hermle garantiert die Integration von CAD und CAM für den nahtlosen Ablauf im Design- und Fertigungsprozess. Dies trägt maßgeblich dazu bei, die Effizienz zu steigern, Fehler von vornherein zu vermeiden und die Gesamtqualität sicherzustellen. Aufs my genau.

Zu guter Letzt: Ein wichtiges Einsatzgebiet für CAD-CAM-Systeme ist die Zahnmedizin, wo sie mit der richtigen Ausrüstung vom Scanner bis zur Datei bei der Herstellung von Zahnersatz unerlässlich sind. Sei es bei der Konstruktion und Modellierung von einer Krone, einer Keramik oder einem Implantat, sei es bei der computergestützten Fertigung bei der Bearbeitung von z. B. Zirkoniumdioxid. Die hier verwendete CAD-CAM-Methode ist meist CEREC. Hier dient es nur dazu, die Vielseitigkeit der CAD-CAM-Methode zu unterstreichen. Aber das ist eine andere Geschichte, die nicht auf diese Website gehört und in diesem Artikel nur angeschnitten werden kann. Doch falls Sie an Hermle Lösungen für die Medizintechnik interessiert sind, schauen Sie doch einmal hier. Egal, in welcher Branche Sie auf eine intelligente und leistungsstarke CAD-CAM-Lösung von Hermle stoßen - Sie erkennen sie an unserem Logo.