CAM: Computer-Aided Manufacturing einfach erklärt

CAM steht für Computer-Aided Manufacturing, auf Deutsch computergestützte Fertigung. CAM-Software unterstützt Unternehmen dabei, digitale Konstruktionsdaten in konkrete Fertigungsanweisungen für Maschinen umzuwandeln.

Besonders häufig wird CAM zur Programmierung von CNC-Maschinen eingesetzt. Die Software berechnet beispielsweise Werkzeugwege für Fräs-, Dreh-, Bohr- oder Schneidprozesse und erzeugt daraus ein Maschinenprogramm.

Was ist CAM?

CAM verbindet die digitale Konstruktion mit der Fertigung. Ausgangspunkt ist häufig ein Bauteil, das zuvor in einer CAD-Software erstellt wurde.

Die CAM-Software übernimmt die Geometrie des Bauteils und ergänzt fertigungsspezifische Informationen. Dazu gehören unter anderem:

• das verwendete Material
• die eingesetzte Maschine
• Werkzeuge und Werkzeughalter
• Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe
• Bearbeitungsreihenfolge
• Aufspannungen des Werkstücks
• Sicherheitsabstände
• gewünschte Oberflächenqualität

Auf dieser Grundlage berechnet das CAM-System, wie die Maschine das Werkstück bearbeiten soll.

Wie funktioniert CAM?

Der typische CAM-Prozess besteht aus mehreren Schritten.

1. CAD-Modell übernehmen

Das Bauteil wird aus einer CAD-Anwendung importiert oder direkt in einer integrierten CAD-CAM-Lösung geöffnet.

2. Fertigung vorbereiten

Der Anwender legt fest, wie das Werkstück aufgespannt wird, welche Maschine verwendet werden soll und welche Bereiche bearbeitet werden müssen.

3. Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien auswählen

Für jeden Fertigungsschritt werden passende Werkzeuge, Schnittwerte und Bearbeitungsverfahren ausgewählt.

Mögliche Verfahren sind beispielsweise:

• Fräsen
• Drehen
• Bohren
• Schleifen
• Schneiden
• Gravieren

4. Werkzeugwege berechnen

Die CAM-Software berechnet die Bewegungen, die das Werkzeug entlang des Werkstücks ausführen soll. Diese Bewegungen werden als Werkzeugwege oder Fräsbahnen bezeichnet.

Ziel ist eine möglichst genaue, sichere und wirtschaftliche Bearbeitung.

5. Fertigung simulieren

Vor der tatsächlichen Bearbeitung kann der Fertigungsprozess virtuell simuliert werden. Dadurch lassen sich mögliche Fehler frühzeitig erkennen.

6. Maschinenprogramm erzeugen

Ein sogenannter Postprozessor übersetzt die berechneten Werkzeugwege in ein Format, das zur eingesetzten Maschine und deren Steuerung passt. Häufig entsteht dabei ein NC- oder G-Code-Programm.

Dieses Programm wird anschließend an die CNC-Maschine übertragen.

Was bedeutet CNC?

CNC steht für Computerized Numerical Control. CNC-Maschinen führen Bearbeitungsschritte automatisiert anhand eines Maschinenprogramms aus.

CAM und CNC sind eng miteinander verbunden, aber nicht dasselbe:

• CAM erstellt und optimiert die Fertigungsanweisungen.
• Die CNC-Steuerung führt diese Anweisungen auf der Maschine aus.

Was ist der Unterschied zwischen CAD und CAM?

CAD und CAM übernehmen unterschiedliche Aufgaben innerhalb des Produktentstehungsprozesses.

CAD dient hauptsächlich der Konstruktion und Modellierung eines Bauteils. Dabei wird festgelegt, wie das Produkt aussehen und welche Abmessungen es besitzen soll.

CAM plant, wie dieses Bauteil gefertigt werden kann. Dazu werden Werkzeugwege, Bearbeitungsreihenfolgen und Maschinenprogramme erstellt.

Eine durchgängige CAD-CAM-Verbindung reduziert manuelle Datenübertragungen und mögliche Fehler zwischen Konstruktion und Fertigung.

Welche Vorteile bietet CAM?

Der Einsatz von CAM kann Fertigungsprozesse präziser und effizienter gestalten.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

• automatische Berechnung komplexer Werkzeugwege
• schnellere Programmierung von CNC-Maschinen
• hohe Wiederholgenauigkeit
• bessere Nutzung von Maschinen und Werkzeugen
• kürzere Bearbeitungszeiten
• geringerer Materialverbrauch
• frühzeitige Erkennung von Kollisionen
• einfachere Fertigung komplexer Bauteile
• direkte Nutzung digitaler CAD-Daten
• bessere Dokumentation der Fertigungsprozesse

Änderungen am CAD-Modell können je nach System in die CAM-Planung übernommen werden. Die Werkzeugwege müssen anschließend überprüft und neu berechnet werden.

Was ist eine CAM-Simulation?

Bei einer CAM-Simulation wird der geplante Fertigungsprozess virtuell dargestellt.

Dabei kann geprüft werden:

• ob Werkzeug und Werkstück kollidieren
• ob Spannmittel im Weg liegen
• ob alle Bereiche vollständig bearbeitet werden
• ob das Werkzeug geeignete Bewegungen ausführt
• wie sich das Rohmaterial während der Bearbeitung verändert
• wie lange der Fertigungsprozess voraussichtlich dauert

Eine Simulation reduziert das Risiko von Maschinenstillständen, Werkzeugschäden und fehlerhaften Werkstücken. Sie ersetzt jedoch nicht die fachliche Prüfung des Maschinenprogramms.

Was bedeutet mehrachsige Bearbeitung?

Einfache CNC-Maschinen bewegen ein Werkzeug häufig entlang von drei Achsen. Mehrachsige Maschinen können zusätzlich das Werkzeug oder das Werkstück drehen und schwenken.

CAM-Systeme unterstützen beispielsweise:

• 3-Achs-Bearbeitung
• 3+2-Achs-Bearbeitung
• simultane 5-Achs-Bearbeitung
• Dreh-Fräs-Bearbeitung

Dadurch lassen sich komplexe Konturen und schwer erreichbare Bereiche häufig in weniger Aufspannungen bearbeiten.

Wo wird CAM eingesetzt?

CAM kommt in zahlreichen Branchen zum Einsatz, unter anderem in:

• Maschinen- und Anlagenbau
• Automobilindustrie
• Werkzeug- und Formenbau
• Luft- und Raumfahrt
• Metallbearbeitung
• Holzverarbeitung
• Kunststoffverarbeitung
• Medizintechnik
• Elektronikfertigung
• Prototypenbau

Auch additive Fertigungsverfahren wie der industrielle 3D-Druck können durch CAM- oder vergleichbare Fertigungssoftware vorbereitet werden.

Welche Anforderungen stellt CAM an die IT?

CAM-Arbeitsplätze verarbeiten häufig komplexe Modelle und umfangreiche Werkzeugwege. Dafür werden leistungsfähige Computer, eine zuverlässige Datenverwaltung und stabile Netzwerkverbindungen benötigt.

Wichtige Anforderungen sind:

• geeignete Prozessor- und Grafikleistung
• ausreichend Arbeitsspeicher
• schnelle Speicherung großer Projektdaten
• sichere Verwaltung von CAD- und CAM-Dateien
• regelmäßige Datensicherung
• kontrollierte Software- und Lizenzverwaltung
• Schutz vor Datenverlust und Cyberangriffen
• zuverlässige Übertragung der Programme an die Maschinen

Fertigungsdaten und Postprozessoren sollten versioniert und vor unbefugten Änderungen geschützt werden. Fehlerhafte oder manipulierte Maschinenprogramme können Werkstücke, Werkzeuge und Maschinen beschädigen.

Fazit

CAM bezeichnet die computergestützte Planung und Vorbereitung von Fertigungsprozessen. Die Software übernimmt CAD-Modelle, berechnet Werkzeugwege, simuliert die Bearbeitung und erzeugt passende Programme für CNC-Maschinen.

Durch die Verbindung von Konstruktion und Fertigung lassen sich komplexe Bauteile präziser, schneller und mit weniger manuellen Übertragungsschritten herstellen.