Narzędziownie powinny szukać poprawy efektywności pracy działów programowania obrabiarek NC związanej z uaktualnieniem posiadanego oprogramowania.

Wszystkie programy CAM 3D są takie same, prawda ? Niestety, tak uważa wielu kierowników narzędziowni. Jednak przy bliższym porównaniu może okazać się, że programy CAM bardzo różnią się między sobą.

Inwestowanie w dobre oprogramowanie CAM do obróbki form jest po prostu tak samo ważne dla prowadzonego biznesu jak jakość maszyn i ich układu sterowania, narzędzi skrawających użytych do obróbki form i oprawek do nich. Podczas skrawania, jeżeli coś nie wychodzi, wynik zależy od najsłabszego elementu. Jest wiele czynników wpływających na proces a program CAM jest bardzo ważnym.

Skąd więc wiadomo, że powinniśmy zmienić oprogramowanie CAM na nowe ? Do przeanalizowania jest kilka czynników, które określają, że przyszedł czas na zmianę oprogramowania CAM.

Wąskie gardło programowania
Oprogramowanie CAM jest zwykle jedną z ostatnich rozważanych rzeczy, jeżeli w ogóle rozważanych, przy zakupie nowej obrabiarki. Wielu operatorów nawet nie chce dyskutować o tym, jak nowy program CAM mógłby im pomóc w pracy. Powszechnie wysuwane argumenty to: koszt wymiany kilku licencji programu, konieczność nauczenia się nowych rzeczy, niechęć do przyznania, że jakikolwiek nowy produkt jest lepszy, aniżeli produkt jaki wybrali kilka lat temu oraz brak miejsca w budżecie na poszukiwania i testowanie nowego CAM.

Gdy do narzędziowni kupowana jest nowa maszyna, to zwykle jest szybsza i zwiększa możliwości warsztatu. Gdy ma to miejsce, wszystkie inne procesy stają się w przez porównanie wolniejsze. Wszystko co zwykle było wykonywane dla trzech maszyn teraz jest wykonywane dla czterech. Nawet, jeśli jedna maszyna jest zastępowana przez inną, to nie będzie to wolniejsza maszyna. Dlatego procesy muszą być efektywniejsze, aby mogły być przyspieszone. Dostarczanie optymalizowanych programów NC staje się krytyczne dla wzrostu produktywności i wykorzystania nowej obrabiarki (i uzyskania maksymalnej stopy zwrotu wydatków na nową obrabiarkę).

W niektórych firmach po prostu dodaje się jedną licencję oprogramowania i jeszcze jednego programistę do realizacji zadań. Czasami jest to potrzebne, ale powinno być starannie rozważone, ponieważ zwiększa zatrudnienie. Gdy następuje spadek zamówień, firma staje wobec problemu przerostu zatrudnienia.

Jeżeli oprogramowanie 3D umożliwia szybsze policzenie ścieżki narzędzia i jest efektywniejsze dla obrabiarki, to kosztuje ono firmę tylko raz – oprócz dodatkowego szkolenia – ale nie ma stałego kosztu zatrudnienia dodatkowych programistów. Wymiana oprogramowania na bardziej efektywne pozwoli uzyskać efektywniejszą pracę maszyn teraz i w przyszłości.

Znajomy grunt
Przy ocenie oprogramowania, na próbach powinny być obrabiane części dobrze znane wykonawcy, to znaczy części, których obróbkę wykonawca wcześniej programował, wie jakie uwarunkowania technologiczne należy rozważyć, a także wie jakie powinno być wykończenie i zna czasy obróbki maszynowej.

Podczas demonstrowania oprogramowania, dostawca zwykle programuje próbną obróbkę części zakładając dość szerokie tolerancje wykonania i zachodzenia narzędzia, nie pokazujące prawdziwej natury oprogramowania w rzeczywistym środowisku. Niektóre programy, gdy zastosuje się rzeczywiste tolerancje z właściwym zachodzeniem narzędzia, wykazują drastyczny spadek prędkości. Należy bliżej zapoznać się z tym aspektem ocenianego programu.

Wyniki mogą się zmieniać
Działanie oprogramowania CAM 3D bardzo zależy od zastosowanych rozwiązań matematycznych a generowana ścieżka narzędzia w decydujący sposób wpływa na to jak szybko obrabiarka będzie skrawała. W konkurencyjnym świecie producentów form krótsze czasy obróbki, większa dokładność i jakość wykończenia powierzchni są zabójczą dla konkurencji kombinacją. Podczas skrawania sterowanie maszyny będzie próbowało interpretować punkty tak szybko jak to możliwe, ale liczba i dokładność położenia punktów będą określały szybkość posuwu generowaną na obrabiarce. Jeżeli położenie tych punktów nie jest dokładne lub są one nieoptymalnie rozmieszczone to obrabiarka będzie musiała zwalniać.

W próbie opisanej poniżej wykorzystano tą samą obrabiarkę, ten sam materiał, ten sam zaprogramowany posuw, tą samą promieniową głębokość skrawania (Rd), tą samą głębokość skrawania (Ad), ten sam typ ścieżki narzędzia i obliczenia tolerancji. W ten sposób można łatwo zaobserwować różnice w oprogramowaniu.

Na fotografii na Rysunku 1a, b, ścieżka narzędzia po lewej tworzy „zasmarowane” i matowe wykończenie. Ścieżka po prawej tworzy ładne, wyraźne wykończenie.

Dlaczego są takie duże różnice w wykończeniu części gdy wszystkie czynniki pozostają niezmienione z wyjątkiem oprogramowania generującego kod NC ? Jest kilka rzeczy, które wpłynęły na taki wynik.

Wchodzenie na szybkie odcinki

Utrzymywanie zaprogramowanego posuwu jest bardzo ważne dla osiągnięcia na maszynie dobrych wyników. Wielu programistów nawet nie zdaje sobie sprawy, że zaprogramowany posuw wprowadzany do programu CAM jest rzadko posuwem z jakim maszyna rzeczywiście skrawa. Prawdą jest, że geometria powierzchni może zmusić maszynę do zwolnienia w obszarach, gdzie ruchy narzędzia są bardzo zagęszczone, ale całkowity zaprogramowany posuw powinien być utrzymany przez większą cześć czasu obróbki. Program CAM może zwalniać na skutek otrzymania niedokładnych danych matematycznych ścieżki narzędzia.

Jeżeli ścieżka narzędzia nie jest gładka to nie można skrawać szybko. To tak jak jazda po wyboistej drodze. Maszyna potrzebuje gładkiej drogi do szybkiego prowadzenia narzędzia. Jeżeli droga jest wyboista to maszyna prowadzi narzędzie wolniej aniżeli z zaprogramowanym posuwem. Jeżeli nie znane są osiągi danego oprogramowania CAM na danej maszynie to można obserwować rzeczywisty posuw wyświetlany na panelu sterowania podczas obróbki.

Ponieważ programiści zwykle wykorzystują ustawienia zalecane przez producentów narzędzi dla uzyskania optymalnego wióra to jeżeli te wartości są wprowadzone ale maszyna rzadko skrawa przy tych ustawieniach to wyniki na maszynie mogą nie być optymalne. Nie otrzyma się ładnej wyraźnie wykończonej powierzchni materiału części. Wrzeciono będzie obracało się szybciej aniżeli z zalecaną prędkością dla danego posuwu i skrawanie będzie nierówne i rozsmarowane, co stworzy niezbyt pożądane wykończenie.

Dodatkowo, jeżeli program CAM uniemożliwia prowadzenie narzędzia z właściwym posuwem na maszynie to dodatkowe opcje takie jak wysokoobrotowe (+20k) wrzeciono mogą być bezużyteczne. Jeżeli nie można prowadzić narzędzia z większymi posuwami to traci sens posiadania wrzeciona, które pozwala napędzać narzędzie z większą prędkością.

Większy nie zawsze znaczy lepszy

Wielu programistów i operatorów powie, że im dłuższy plik kodu NC tym lepsza będzie jakość powierzchni. Nie jest to prawdą we wszystkich przypadkach. Prawdą jest, że im węższe tolerancje i mniejsze zachodzenie narzędzia tym obliczona ścieżka narzędzia dłuższa co powoduje powstanie dłuższego pliku z kodem NC.

Jednakże przy porównaniu plików kodu NC przy tej samej tolerancji i zachodzeniu na tej samej powierzchni otrzymanych z różnych programów CAM można zaobserwować różne długości tych plików.

Zwykle większy plik zawiera więcej niepożądanych punktów, które wprowadzają zamieszanie w maszynie i spowalniają prędkość skrawania.

Elastyczność programowania

Oprogramowanie CAM powinno także pomagać w dokładnym określaniu czasu maszynowego przy przygotowywaniu oferty handlowej na wykonanie danej obróbki. Dla każdego oprogramowania CAM czas obliczony na komputerze i czas rzeczywistej obróbki będzie zawsze różny.

Należy szukać oprogramowania dającego zgodne wyniki. Czy skrawanie w cyklach zgrubnych jest szybkie na jednej części i całkowicie niezgodne na innej części ? Czy przejścia wykańczające są zawsze wolniejsze w porównaniu do czasu obróbki wyliczonej przez oprogramowanie ? Jeżeli tak się dzieje to utrudnia to dokładne określenie czasu przy ofertowaniu.

Jest cienka linia między podaniem wysokiej ceny i nie otrzymaniem zamówienia a podaniem zbyt niskiej ceny i niezarobieniem żadnych pieniędzy. Nie chcemy aby maszyna skrawała znacznie dłużej w porównaniu do czasu wyliczonego przez oprogramowanie CAM.

Ścieżka narzędzia Narzędzie Czas wyliczony Czas rzeczywisty obróbki
Zgrubna 38,1R5 mm HF 36,43 min 38 min
Zgrubna resztek 20R5 mm kula - -
Zgrubna resztek 10 mm kula 119,59 min 130,1 min
Zgrubna resztek 8 mm kula 8,55 min 9,35 min
Wykańczająca 10 mm kula 52,17 min 54,1 min
Wykańczająca 8 mm kula 190,27 min 207,5 min

Dane testowe z próbnej obróbki na Rysunku 2 pokazują jak dokładnie oprogramowanie CAM określa czas obróbki w porównaniu do rzeczywistego czasu obróbki. Dla pierwszej obróbki zgrubnej strata czasu wyniosła 2 minuty przy rzeczywistym czasie obróbki 38 minut. Dla ostatniej operacji wykańczającej, trwającej na obrabiarce więcej niż 3 godziny, strata wynosi 18 minut. To znaczy, że narzędzie porusza się z prędkością zaprogramowaną lub bardzo jej bliską prawie przez cały czas, generując optymalny wiór i utrzymując założone koszty maszynowe.

W przypadku tej części, swój udział mają takie cechy programu jak zawarte rozwiązania matematyczne, inteligentna obróbka zgrubna i automatyczna optymalizacja ścieżki narzędzia. Inteligentne oprogramowanie CAM wykorzystujące najlepsze w danej sytuacji sposoby dojścia i odejścia narzędzia skrawającego jest podstawą optymalnego programowania ścieżki narzędzia. Oprogramowanie nie posiadające opcji ogranicza użytkownika do istniejących możliwości jakie posiada standardowy program z pudełka. Na Rysunku 3 optymalizacja ruchów mostkowych narzędzia w trakcie operacji zgrubnej obróbki resztek pozwoliła zaoszczędzić 40 minut czasu maszynowego.



Chociaż wydaje się, że ruchy szybkie mogą być szybsze, obrabiarka nigdy nie osiąga pełnej prędkości ruchu szybkiego. Musi bowiem wykonywać ruchy do i od części, co w wyniku spowalnia ruch po ścieżce narzędzia.

Inną nową cechą, która może zainteresować dzisiaj wytwórców form jest oprogramowanie CAM umożliwiające nie tylko obróbkę zgrubną wcześniej zdefiniowanej przygotówki, ale i wykorzystanie 4tej i 5tej osi do obróbki zgrubnej części z wielu kątów podejścia. To znacznie zmniejsza czas „skrawania powietrza” i pomaga szybciej generować programy w przypadkach występowania obszarów podcięć (zobacz Rysunek 4).



Wszystkie firmy szukające możliwości wykonywania form do gumy, form z podcięciami lub do elementów ozdobnych jak statuetki itp., uzyskają olbrzymią poprawę efektywności korzystając z tej możliwości.

Podsumowanie
Obecnie narzędziownie nie powinny lekceważyć zwiększenia efektywności, która może być uzyskana w wydziale programowania. Zróżnicowane podejście do oprogramowania będzie przynosiło różne wyniki, pomagając w rozwoju firmy raczej aniżeli ograniczając go. Nauka nowego oprogramowania wymaga poświęcenia czasu i poniesienia kosztów, jednak w dłuższym okresie czasu zwiększa umiejętności programistów dając im kontakt z różnymi produktami i nowymi możliwościami, z istnienia których mogą sobie nawet nie zdawać sprawy. To czyni ich bardziej przygotowanymi do programowania nowych obróbek lub ponownego przygotowania programów do obróbki przedmiotów, przy skrawaniu których nie udało się uzyskać optymalnych rezultatów.
Oprogramowanie CAM powinno być analizowane zawsze, gdy kupowana jest duża maszyna. Wzrost możliwości oprogramowania CAM z każdym rokiem jest coraz większy, więc wymiana kilkuletniego oprogramowania na nowe na pewno da wiele praktycznych możliwości zmniejszenia kosztów i poprawy efektywności.

Rysunek 1a i 1b: Ścieżka narzędziowa (po lewej) dała wykończenie rozsmarowane i matowe. Ścieżka narzędziowa (po prawej) tworzy ładne wyraźne wykończenie. Rysunki dzięki uprzejmości DP Technology.

Rysunek 2. Dane doświadczalne z próby skrawania która pokazuje jak dokładnie oprogramowanie CAM określa czasy skrawania w porównaniu do rzeczywistych czasów obróbki. Dla pierwszej obróbki zgrubnej strata czasu wyniosła 2 minuty przy rzeczywistym czasie obróbki 38 minut. Dla ostatniej operacji wykańczającej, trwającej na obrabiarce więcej niż 3 godziny, strata wynosi 18 minut.

Rysunek 3.
Optymalizacja ruchów mostkowych narzędzia dla operacji obróbki zgrubnej resztek pozwala zaoszczędzić około 40 minut czasu maszynowego.

Rysunek 4.
Oprogramowanie CAM z możliwością wykorzystania 4tej i 5tej osi do obróbki zgrubnej części z wielu kątów podejścia i jednoczesną automatyczną optymalizacją ścieżki narzędzia opartej na 3D bryle reprezentującej przygotówkę umożliwia zminimalizowanie „skrawania powietrza”.

Materiał udostępniony przez DP Technology