Nauczenie się wykorzystywania możliwości zautomatyzowanego systemu CAM jest nie tylko korzystne ekonomicznie ale także utrwala najlepsze doświadczenia w obróbce na przyszłość.

Ann Mazakas

Mit czy fakt: są systemy CAM, które oferują automatyzację za naciśnięciem przycisku podpowiadającą operatorom obrabiarek jak programować obróbkę części. Jeżeli twierdzisz, że to mit to masz absolutnie rację. W rzeczywistości jest akurat odwrotnie. W zautomatyzowanych systemach CAM programista narzuca systemowi jak części mają być obrabiane.

Więc dlaczego ten mit stał się tak bardzo rozpowszechniony? Prawdopodobnie zaczął się, gdy twórcy rozwijający oprogramowanie CAM, próbując pomóc użytkownikom początkującym w technologii automatyzacji wstępnie ustawiali wartości parametrów w systemie zgodnie z takimi jakie uważano za standardowe w obróbce przemysłowej.  Wszyscy wiemy , że operatorzy mają swoje zdanie w tej sprawie, więc niemożliwe jest ustalenie jakiegokolwiek standardu, który by zadowolił wszystkich.

Wstępnie ustawione wartości domyślne były tylko środkiem służącym jako przykład dla użytkownika ale były błędnie interpretowane jako zalecane przez dostawcę. Innymi słowy, wydawało się jakby system „mówił” programistom co mają robić.

Czas aby rozproszyć ten mit i podać kilka konkretnych przykładów pokazujących jak spowodować, aby automatyczny system CAM robił to czego się od niego oczekuje: pozwolił ci wykonywać pracę szybciej i łatwiej.

Co to jest automatyzacja za pomocą naciśnięcia przycisku ?

Po pierwsze, „naciśnięcie przycisku” znaczy, że za pomocą kilku kliknięć użytkownik CAM może utworzyć jedną lub więcej operacji obróbkowych. Liczba kliknięć wymaganych do stworzenia kodu NC zależy od poziomu automatyzacji jaką firma decyduje się wprowadzić do systemu. Wymagana jest pewna ilość działań ze strony użytkownika nakierowujących system CAM na zadanie, które ma wykonać. Zasadniczo użytkownicy będą zaczynali od zautomatyzowania jednego lub dwóch prostych zadań, a następnie będą dodawali więcej automatyki, gdy zaczną bardziej swobodnie posługiwać się tą technologią.

Po każdym kliknięciu system potrzebuje tylko kilku sekund na wykonanie zadania, którego wykonanie przez osobę zajmuje zwykle kilka minut. Ale system sam nie definiuje zadania. Właściciel programu CAM podaje do systemu zestaw instrukcji, które mówią aplikacji co robić.

Automatyczne Rozpoznawanie Struktury automatycznie rozpoznaje na modelu  części każdą strukturę obrabialną skrawaniem, w tym otwory, otwarte kieszenie i rowki na tym modelu. Otwory są automatycznie grupowane według typów i wymiarów i wszystkie otwory mogą być  połączone i kolejno nawiercone wstępnie wzdłuż zoptymalizowanej ścieżki narzędzia.

Podstawy automatyzacji

Automatyzacja zaczyna się od bazy danych, w której gromadzi się i organizuje informacje o warunkach w warsztacie i jak w firmie obrabia się części. Celem bazy danych jest stworzenie wirtualnej repliki narzędzi skrawających, przygotówek i maszyn CNC, które rzeczywiście istnieją w zakładzie. Jeszcze ważniejsze jest to, że baza danych gromadzi sprawdzone parametry obróbki i procesów, więc system CAM może dokonać najlepszego wyboru przetworzeniu programu.

Niektóre systemy CAM dostarczają bazę z danymi wstępnymi. Jeżeli tak, to zobacz czy jakieś istniejące dane są zbliżone do rzeczywistych warunków w zakładzie. Te dane mogą być łatwo edytowane dla stworzenia danych dokładnie odpowiadających rzeczywistym. Pozbądź się wszystkiego innego. To jest prawidłowe postępowanie. Usuń wszystkie dane, które nie są zgodne z istniejącymi warunkami w twoim zakładzie i ze sposobem w jaki wykonujesz części. W przeciwnym wypadku system mógłby wybrać nieodpowiednie narzędzie lub strategię obróbki nie pasującą do warunków w twoim zakładzie. Wielu użytkowników niechętnie usuwa dane, ale oryginalne dane zawsze mogą być ponownie wczytane z płyty instalacyjnej CD.

Zautomatyzowane systemy CAM także gromadzą preferowane obróbki dla różnych typów operacji. Wtedy użytkownik zaczyna czuć prawdziwy smak nieograniczonych możliwości dostępnych dzięki automatyzacji. Na przykład, jeżeli zakład zawsze obrabia utwardzone materiały na swojej najlepszej maszynie do obróbki szybkoobrotowej to dedykowana grupa preferowanych obróbek może być gromadzona dla tego szczególnego zadania. Inna możliwość to oddzielny zestaw preferowanych obróbek ustawiony tak, aby spełnić wymagania różnych klientów. Jeżeli zakład grupuje podobne części  to preferowane obróbki mogą być gromadzone dla każdej rodziny części. Baza danych może rozszerzać się, aby gromadzić prawie wszystkie kombinacje danych powstających w zakładzie i preferowanych obróbek.

Gdy dane są wstawione do systemu to mogą być współużytkowane, a programiści mogą korzystać z nich natychmiast. Kiedy plik części jest otwarty to pierwszym zadaniem jest poinformowanie systemu o aktualnym zadaniu, jaki materiał będzie obrabiany, których preferowanych obróbek użyć i jaki typ części będzie obrabiany. Te informacje wystarczą systemowi do pobrania poprawnych danych z bazy danych i automatycznego wypełnienia parametrów obróbki w trakcie tworzenia operacji.

Proste zadanie jak ustawianie danych zakładowych w bazie danych pozwala systemowi CAM:

• ·         Automatycznie wybrać poprawne narzędzie skrawające na podstawie materiału części i typu operacji

• ·         Automatycznie obliczyć odpowiednią prędkość obrotową i prędkości posuwów na podstawie materiału części, materiału narzędzi, głębokości skrawania i typu maszyny NC

• ·         Automatycznie wybrać zdefiniowane przez użytkownika preferowane obróbki

Każdy otwór na każdej powierzchni modelu części może być rozpoznany jednym kliknięciem. Właściwości każdego otworu, takie jak głębokość, faza, średnica, pogłębienie walcowe i orientacja osi są analizowane i jednocześnie zapamiętywane aby umożliwić automatyczne wiercenie.

Automatyzacja oparta o operacje rysunkowe

Innym aspektem automatyzacji za naciśnięciem przycisku jest użycie operacji rysunkowych modelujących na części miejsca poddawane obróbce. Modele bryłowe w systemach CAD/CAM są zbudowane z zestawu powiązanych ze sobą operacji rysunkowych. W systemie CAM możliwości tych operacji opisujących model są rozszerzone o informacje obróbkowe, które są integrowane z modelem części. W ten sposób każda aktualizacja modelu będzie jednocześnie automatycznie aktualizowała dane obróbkowe.

Większość systemów CAM posiada standardowe struktury (tzn. wskazane miejsca na geometrii modelu podlegające obróbce) do operacji frezarskich jak kieszenie, otwory, rowki, zgrubienia i podobne oraz specjalizowane struktury do obróbek tokarskich i EDM. Istotną zaletą systemu jest, gdy umożliwia on użytkownikowi zdefiniowanie standardowej struktury jak kieszeń i dopasowanie jej tak, aby stała się strukturą specjalizowaną przy wytwarzaniu, jak na przykład kanał czy wlew, ze swoimi własnymi procesami obróbkowymi, które dostosowują się do kształtu struktury. System CAM może wtedy automatycznie rozpoznać kanał na modelu części i wie jak go obrobić zgodnie z technologią przyjętą w zakładzie.

Automatyczne rozpoznawanie struktur jest kluczowym elementem automatyzacji. Doskonałym przykładem jest rozpoznawanie otworów.  Systemy CAM wykonują wspaniałą pracę rozpoznając otwory w modelach CAD. W tym przypadku, każdy otwór w modelu bryłowym może być rozpoznany za pomocą jednego kliknięcia. Ponieważ struktury CAM także zawierają informacje obróbkowe jak typ, wymiar, głębokość to fazowanie lub pogłębienie walcowe każdego otworu także jest rozpoznawane. Z każdym otworem związana jest płaszczyzna robocza co pozwala określić orientację części podczas wiercenia. Otwory o podobnych wymiarach mogą być grupowane razem dla zmniejszenia liczby zmian narzędzia. Wszystkie otwory mogą być połączone i najpierw wstępnie nawiercone a otwory ze średnicami zbyt dużymi do wiercenia mogą być rozpoznawane jako otwory frezowane.

System CAM może automatycznie zakryć otwory i inne zagłębienia w modelu części przed wygenerowaniem ścieżki. System może także automatycznie usunąć pokrycia , gdy tylko ścieżka narzędzia jest zakończona. Głębokość obszaru, który ma być zakryty jest całkowicie kontrolowana przez użytkownika na każdym etapie procesu obróbki zgrubnej, półwykańczającej i wykańczającej.

Przy pełnej automatyzacji rozpoznanie struktur może uruchomić proces, który generuje każdą operację wiertarską w optymalnej kolejności bez ingerencji obsługi.

Struktury zwiększają automatyzację umożliwiając systemowi:

• ·         Automatycznie rozpoznać i wiercić (lub frezować) otwory

• ·         Automatycznie rozpoznać i obrobić struktury standardowe i własne użytkownik

Gdy system CAM automatycznie pokrywa zagłębienia takie jak te otwory to ważne jest, aby te nowe powierzchnie zgadzały się z kształtem całej powierzchni, która ma być obrabiana bez względu na to jak jest skomplikowana.

Automatyczne zakrywanie zagłębień (zaślepianie)

Automatyzacja dotyczy nie tylko danych i struktur. Wiele systemów CAM ma nowoczesną automatykę zintegrowaną z programem, która analizuje geometrię części. To jest szczególnie ważne dla wytwórców form, ponieważ w formach występuje złożenie wielu skomplikowanych powierzchni i standardowych struktur, które muszą być obrabiane przy użyciu różnych technik. Dodatkowo, różne obszary powierzchni są zwykle obrabiane w kolejnych etapach wykorzystujących różne strategie obróbek zgrubnych, półwykańczających i wykańczających, w zależności od ukształtowania geometrii.

Aby pomóc programistom pokonać te ograniczenia, automatyczne systemy CAM mogą inteligentnie zakrywać zagłębienia w modelu części w ten sposób, że narzędzie może obrabiać ponad nimi, jak gdyby ich nie było. To rozwiązuje problem niebezpieczeństwa związanego z niespodziewanym zagłębieniem się narzędzia w otwór podczas frezowania wzdłuż (pomijając otwory) gładkiej powierzchni. System analizuje model, aby automatycznie wygenerować pokrycia przed obliczeniem ścieżki narzędzia. Pokrycia mogą być następnie automatycznie usuwane gdy tylko operacja jest zakończona lub zapisywane do późniejszego zastosowania przy innych operacjach. To uwalnia programistę od ręcznego i uciążliwego tworzenia powierzchni do zakrywania obszarów, które będą obrabiane później w procesie.

• ·         Automatyczne zakrywanie otworów na każdej powierzchni, włączając w to otwory pochylone pod kątem

• ·         Automatyczne zakrywanie zagłębień, które mają złożone profile

Szybkoobrotowe przejścia obróbki zgrubnej zaczynają się od ruchu spiralnego w wyliczonym największym obrabianym obszarze. Wykorzystywane są ruchy spiralne i po łuku podczas  skrawania, aby utrzymać frez na obróbce części, a nie „powietrza”. System CAM utrzymuje stałą informację  o frezie i pozostającym materiale, aby obliczyć obciążenie stałym wiórem co zabezpiecza  narzędzie przed pęknięciem nawet przy podwojonej prędkości posuwu.

Automatyzacja szybkoobrotowej obróbki zgrubnej

Obróbka zgrubna jest jednym z obszarów, gdzie w zakładzie można znacznie zmniejszyć czas obróbki dzięki systemowi CAM, który wykorzystuje zaawansowane algorytmy do obliczania kształtu ścieżki narzędzia na podstawie stałego obciążenia narzędzia. Specjalizowane operacje obróbki zgrubnej tworzą obciążenie równym wiórem przez cały czas skrawania, biorąc pod uwagę dwa czynniki: kształt geometrii części przy każdym przyroście głębokości i stopień opasania narzędzia w materiale w każdej zadanej pozycji  na ścieżce narzędzia.

System automatycznie reguluje kształt ścieżki narzędzia i szybkość posuwu, gdy tylko wykrywa, że frez jest w pełni opasany w materiale. W rezultacie gładki, płynny ruch narzędzia może odbywać się przy znacznie wyższych prędkościach posuwu, prędkościach obrotowych wrzeciona i głębokościach skrawania, ponieważ siły działające na narzędzie są znacznie mniejsze. Narzędzie nie zostanie „zagrzebane” w materiale i zakleszczone.

• ·         Tworzenie lepszego wykończenia z dopasowującymi się przejściami zgrubnymi, które dopasowują się do kształtu części

• ·         Obrabianie zgrubne części szybciej przy obciążeniu stałym wiórem

• ·         Zabezpieczenie przed przekroczeniem sił działających na narzędzie, które mogą spowodować zakleszczenie i pęknięcie narzędzia

• ·         Zmniejszenie „skrawanie powietrza” dzięki morficznej lub spiralnej ścieżce narzędzia, która utrzymuje narzędzie na części

Chociaż wysokoobrotowa ścieżka narzędziowa wygląda jak gdyby była dłuższa do skrawania, to w rzeczywistości skrawanie jest znacznie szybsze, aniżeli przy tradycyjnej ścieżce ponieważ obciążenie stałym wiórem pozwala frezowi poruszać się z większą głębokością i większym krokiem przejścia.  Ruch  wirowy oznacza, że frez  jest w stałym kontakcie z materiałem i prędkość posuwu dla ruchów liniowych od końca jednego przejścia skrawającego do początku następnego może być ustawiona na maksymalną z jaką maszyna NC może się poruszać.

Automatyczna zamiana 3-osiowej ścieżki narzędzia na 5-osiową

Przy frezowaniu twardych materiałów zakłady używają krótszych narzędzi, aby poprawić sztywność. Problem polega na tym, że te narzędzia nie mogą sięgnąć w głębokie zagłębienia przy stosowaniu standardowego frezowania 3-osiowego. Producenci CAM rozwiązali ten problem pozwalając użytkownikowi skrawać tyle na ile pozwala ścieżka narzędzia przy strategii 3-osiowej. Kiedy program wykrywa kolizję narzędzia lub oprawki to rozdziela ścieżkę na ścieżkę pięcioosiową, która minimalizuje pochylenie narzędzia dla zaoszczędzenia czasu pozycjonowania.

• ·         Używanie krótszych, bardziej sztywnych narzędzi

• ·         Inteligentne przełączanie ścieżki  3-osiowej i 5-osiowej w ramach tej samej operacji

Pozwala zapisać wiedzę o obróbce maszynowej na przyszłość

Gdy utalentowani narzędziowcy odchodzą i przychodzą słabsi pracownicy to zachowanie wiedzy wykwalifikowanych pracowników staje się krytyczne dla rozwijania przedsiębiorstwa.

Firmy wydają mnóstwo pieniędzy na szkolenie pracowników i wychowanie dobrych narzędziowców. Koszty obejmują lata praktyki na maszynach, komputery, techniki mocowania i praktyki u najlepszych wykonawców form plus wynagrodzenie, bonusy, wyposażenie, ubezpieczenia i inne. Wiedza jest związana z pracownikiem, a nie z firmą, więc kiedy pracownik odchodzi, zarówno na emeryturę jaki do innej pracy, to zabiera ze sobą tą wiedzę, a wszystkie poniesione koszty są stratą.

Aby zatrzymać najwartościowszą wiedzę firma musi móc zapisywać i przechowywać ją w sposób, przy którym inni narzędziowcy i uczący się mogą z niej korzystać. Zautomatyzowany system CAM pozwala firmie zapisać dane o procesie wytwórczym, który był optymalizowany przez lata, na komputerze, gdzie mogą być one udostępnione i wykorzystywane przez każdego w firmie, kto ma zezwolenie na dostęp do tych informacji.

Gromadzenie wiedzy wewnątrz systemu CAM pozwala na to, aby komputer wykonywał powtarzalne zadania, pozwalając wysokokwalifikowanym pracownikom na poświęcanie więcej czasu na ulepszanie procesów wytwórczych. Automatyzacja nowoczesnego CAM daje firmom produkującym formy możliwość przemieszczania sił ludzkich do przedsięwzięć strategicznych, które zwiększają konkurencyjność całego przedsiębiorstwa.

Notka o autorce:

Ann Mazakas jest Menadżerem Komunikacji Technicznej w DP Technology Corp., producencie oprogramowania CAM systemu ESPRIT CAM. Posiada ponad 20 lat praktyki w dziedzinach: CAD/CAM, wytwarzanie form i produkcja przemysłowa.

Tłumaczył: Jarosław Pietrzak ESPRIT CAM CENTER 

 www.espritcam.pl