CAD/CAM-programma's Krijg onderdelen sneller en efficiënter aan en uit de machine

Software-ontwikkelingen zijn gericht op verbeteringen aan het gereedschapspad, het verkorten van de tijd voor het instellen van taken, integratie met digitale gereedschapsbibliotheken en het verbeteren van machinesimulatie-, verificatie- en analysetools

Vraag bijna elke CAD/CAM-leverancier waar ze op gericht zijn en ze zullen je vertellen dat het vandaag hetzelfde is als vijf jaar geleden, en het zal hetzelfde zijn over vijf jaar:krijg het onderdeel zo snel als mogelijk en haal hem zo snel mogelijk van de machine. Dit is de huidige stand van zaken op die twee hoofdgebieden.

Er zijn de afgelopen jaren verschillende wijzigingen aangebracht in CAD/CAM-software om de efficiëntie te verhogen en de tijd voor het instellen van taken te verkorten. Maar "er is geen wondermiddel", zoals Vyncent Paradise, directeur productontwikkeling voor NX CAM, Siemens PLM Software (Plano, TX), het uitdrukte. Hij noemde automatisering het belangrijkste hulpmiddel, om het gebruik van voorgedefinieerde sjablonen plus een toenemend gebruik van product- en fabricage-informatie (PMI) in CAD-bestanden op te nemen.

"We proberen altijd meer informatie toe te voegen aan het CAD-modelleringsproces dat stroomafwaarts in CAM kan worden gebruikt, zoals toleranties en afwerkingsvereisten", legt Paradise uit. "En als je het slimme digitale model kunt lezen, kun je het gebruiken om automatisch bewerkingsmethoden te kiezen op basis van de vereiste tolerantie."

Alan Levine, directeur van Open Mind Technologies USA (Needham, MA), herhaalde de waarde van het automatiseren van CAM-programmering door het gebruik van macro's die de best practices van een winkel opslaan. “Stel dat je je diepe gaten graag op een bepaalde manier boort, met verschillende pikstappen en voedingen. We maken het gemakkelijk om deze processen als macro's op te slaan, zodat de programmeur deze stappen niet voortdurend hoeft te doorlopen, "zei hij. De software van Open Mind helpt gebruikers ook om de macro's te categoriseren, waardoor ze gemakkelijk te vinden en toe te passen zijn. Ook automatiseert een Programming Assistant-module bepaalde instellingstaken die van winkel tot winkel verschillen, maar over het algemeen binnen een bepaalde winkel zijn gestandaardiseerd, zoals waar het nulpunt moet worden ingesteld.

De hyperCAD-S-module in de hyperMILL-software van Open Mind versnelt CAD-georiënteerde taken voor NC-programmeurs door het gemakkelijk te maken om punten, curven, vlakken, vaste lichamen of polygoonmazen te selecteren. Levine zei dat elementen snel kunnen worden toegevoegd, verwijderd, gewijzigd, getoond of verborgen, en alle functies zijn afgestemd op de taken van NC-programmeurs. Verder omvat de module de positionering van armaturen, waardoor deze kan worden aangepast aan de kant van het onderdeel dat de gebruiker maakt. Elementen zoals spanbekken kunnen bijvoorbeeld lineair of radiaal naar de optimale positie worden bewogen.

In dezelfde lijn merkte Mark Gadsden, manager productmarketing voor PowerMill en FeatureCAM bij Autodesk (San Rafael, CA), op dat operators die FeatureCAM gebruiken, een machine niet stapsgewijs hoeven te programmeren; in plaats daarvan programmeren ze het met behulp van alledaagse winkeltermen, zoals 'draaien', 'boren', 'bouten' enzovoort. Het heeft voldoende intelligentie om de behoeften en vereisten van dergelijke termen te herkennen en zal automatisch de juiste snelheid en koppelsterkten aannemen zonder dat het regel voor regel hoeft te worden geïnstrueerd.”

Gadsden wees ook op FeatureCAM's Directed Automated Feature Recognition (DAFR)-mogelijkheid die "gaten, bazen, zijkanten en zakken automatisch herkent in een enkele workflow, wat sneller programmeren mogelijk maakt. Terwijl standaard AFR het model in de actieve Z-as snijdt en complete functies produceert terwijl het zich een weg baant door het model, stelt DAFR gebruikers in staat om de gewenste functies te selecteren, zelfs voordat de herkenning begint. Het minimaliseert de programmeertijd en helpt de cyclustijd te verkorten. In breuk met de conventie kan DAFR ook worden ingezet bij draaiprojecten. Het geeft gebruikers de mogelijkheid om indexhoeken te kiezen. Dit helpt om het aantal benodigde bewegingen op de Z-as te verminderen en zo het snijden te versnellen.”

Daniel Remenak, productmanager voor 3D Systems (Rock Hill, SC), sprak ook met programmeerhulpmiddelen die verder gaan dan frezen:“GibbsCAM's MTM-product biedt een complete bewerkingsoplossing voor multitaskmachines, waarmee u frezen, draaien en andere bewerkingen over meerdere spindels om toegang te krijgen tot alle kanten van een onderdeel, en assisteren bij synchronisatie en automatische onderdeeloverdracht, wat een single-setup, lights-out bewerking mogelijk maakt. Op dezelfde manier biedt GibbsCAM's Tombstone Management System geautomatiseerde onderdeellay-out van een of meerdere jobs op grafsteenbevestigingen, waardoor de machine fulltime kan worden gebruikt terwijl de volgende grafsteen buiten de machine wordt opgesteld."

Ben Mund, senior marktanalist bij CNC Software (Tolland, CT), ontwikkelaar van Mastercam-software, merkte op dat de meeste winkels onderdeelbestanden van verschillende klanten in verschillende formaten ontvangen. “Dus een groot deel van onze focus lag op het maken van CAD-tools voor machinisten die zijn ontworpen om een ​​onderdeel voor te bereiden en het sneller op een machine te krijgen. Dingen zoals het vullen van gaten, het maken van armatuur en het repareren van oppervlakken of vaste stoffen komen vaak beschadigd of onvolledig binnen." Mund voegde eraan toe dat machinisten vaak te maken hebben met situaties waar de ontwerper mogelijk geen rekening mee heeft gehouden bij het modelleren van het onderdeel, een andere stimulans om de machinist gespecialiseerde CAD-mogelijkheden te geven.

Simuleren of negeren

Driedimensionale bewerkingssimulatie is een enorm programmeerhulpmiddel geweest en wordt steeds beter. Neem de simulatie van de complete werktuigmachine, inclusief gerobotiseerd laden en zelfs het logo op de schuifdeur. Het is misschien niet nodig vanuit het oogpunt van bewerking, maar zoals Mund opmerkte:

“De operator gaat een stuk gereedschap door een stuk metaal halen. Alles wat u kunt doen om hun vertrouwen in de nauwkeurigheid te vergroten, is goed. En het is een geweldige manier om vertrouwen te wekken in verificatie als geheel.” Hij voegde eraan toe dat voor complexe multitasking-machines het simuleren van elk detail belangrijk wordt, omdat het anders moeilijk is voor de programmeur om botsingen te voorzien en te voorkomen.

Remenak was het ermee eens dat CAM-leveranciers de reikwijdte van wat wordt gesimuleerd uitbreiden, "omdat programmeurs nauwkeurige simulatie eisen voor nieuwe soorten bewerking, zoals interpolatiedraaien, draadwerveling en polygoondraaien, brootsen of zelfs additieve metaalafzettingsprocessen."

Siemen's Paradise maakte de interessante observatie dat "CAM-systemen al lang veel meer over het gereedschapspad weten dan we ter beschikking hebben gesteld aan de programmeurs. Maar de afgelopen jaren zijn we veel meer toolpath-informatie gaan weergeven.” Voorbeelden zijn het tonen van de gereedschapshoek, de dikte van het resterende materiaal en het aangeven of er een probleem is, de programmeur tot dat punt brengen.

"Het klinkt allemaal heel voor de hand liggend, maar het is vrij nieuw", merkte hij op. "Deze dingen kunnen heel belangrijk zijn voor een programmeur die probeert te begrijpen wat er aan de hand is of een uitstekende afwerking probeert te krijgen." En hoewel automatische detectie van botsingen een veelvoorkomend kenmerk is in CAM-pakketten, maakten ze het de programmeur niet altijd gemakkelijk om erachter te komen waar en waarom. Paradise zei dat dat aan het veranderen is. "We geven gebruikers nauwkeurigere informatie over wat er gaande is om hen te helpen betere bewerkingen te maken."

Mund van CNC Software voegde toe dat kleurcodering van beweging helpt. "In één oogopslag zie je snelheden en feeds, of het type beweging of het type gereedschap dat wordt gebruikt." Hij herhaalde Paradise's opvatting dat moderne CAM zowel brede toolpath-analysetools biedt voor verificatie en wat het programma oplevert, plus analysetools waarmee de programmeur "instapt en een stuk beweging uit elkaar haalt en de cijfers ziet die het aandrijven. Het komt minder vaak voor dat mensen dat nodig hebben, maar als ze dat doen, is het belangrijk dat ze het hebben.”

Omgekeerd is het soms het beste om dingen niet precies te laten zien zoals ze zijn. Mund zei dat de overgang van CAD naar CAM kan worden geholpen door de machinist de mogelijkheid te geven om tijdelijk een functie te onderdrukken, zoals een radius op een onderdeelhoek, om het bewerken gemakkelijker te maken.

Volgens Paradise zijn er ook momenten waarop het helpt om de details van het CAD-model te verminderen, terwijl het CAM-programma toch wordt verteld om functies in dat gebied te bewerken. “Ik bespaar modelleertijd. Ik bewaar de bestandsgrootte. En ik automatiseer mijn CAM. Allemaal in hetzelfde proces.” Dit laatste voorbeeld herinnert ons eraan dat Siemens PLM, net als Autodesk, een compleet CAD/CAM-pakket met NX biedt.

Tot slot betoogde Paradise dat niet alle CAM-simulaties even nauwkeurig en naadloos zijn. “We sturen onze simulatie aan in NX CAM met behulp van de definitieve G-code die naar de bewerkingsmachine gaat. De nabewerking is ingebouwd in het systeem. Dus onmiddellijk na het programmeren van een pad zal het systeem G-code genereren en we gebruiken die G-code om de simulatie aan te sturen.”

Paradise zei dat de meeste CAD/CAM-pakketten een product van derden gebruiken voor machinale simulatie. “Je moet G-code uit je postprocessor exporteren en in een ander systeem importeren. En u moet uw machinemodel, werkstukopspanning en snijgereedschap ook in dat systeem repliceren. Dan voer je daar je G-code gestuurde simulatie uit. En als er een ontwerpwijziging of een probleem is, moet u teruggaan naar uw CAM-systeem, een wijziging aanbrengen en de cyclus opnieuw doorlopen. We zijn uniek in het doen van dat alles binnen NX CAM on-the-fly.”

Onderdelen uit

De mogelijkheid om automatisch de optimale voedingssnelheid te programmeren op basis van een volumetrische analyse van het materiaal net voor de snijplotter is misschien wel het hotste onderwerp in de drive-to-slash cyclustijden. Elke CAM-provider biedt de mogelijkheid, met verschillende namen en variaties in de bewerkingen en asconfiguraties. In Mastercam heet het Dynamic Motion omdat, zoals Mund uitlegde, de software "de aangrijping van het gereedschap voortdurend verandert, zodat de chipbelasting constant blijft."

Een eenvoudig voorbeeld is snel gaan op een recht stuk en vertragen om een ​​hoek, terwijl de oude manier om de snede te programmeren zou zijn om een ​​voedingssnelheid in te stellen die het gereedschap in de hoek zou kunnen overleven en dezelfde snelheid toe te passen voor de hele omtrek.

Het doel is ook om zo fysiek mogelijk betrokken te blijven bij het werkstuk, waarbij de techniek wordt onderscheiden van zowel conventioneel voorbewerken als trochoïdaal bewerken, waarbij een deel van het onderdeel wordt gesneden en vervolgens wordt rondgedraaid om nog een klein deel te snijden. Van bovenaf bekeken kunnen de toolpaths van Dynamic Motion er in vergelijking chaotisch uitzien, terwijl de chips consistent zijn in grootte en vorm. Het is ook beter voor de frees, omdat los- en weer inschakelen bijdraagt ​​aan slijtage van het gereedschap.

Mund voegde eraan toe dat een ander ideaal is om zoveel mogelijk van het snijoppervlak van het gereedschap te gebruiken, door diepe axiale sneden te maken, "zij het een beetje ondieper radiaal dan bij conventionele bewerking. Het lijkt contra-intuïtief, maar het is veel sneller om een ​​diepere axiale snede te maken met een ondiepere radiale aangrijping in plaats van af te stappen met een reeks diepe radiale sneden.”

Mund erkende dat de meeste CAD/CAM-pakketten een vergelijkbare techniek hebben en zei dat het de laatste jaren de standaardmanier is geworden voor zowel complexe voorbewerkingen als 2D-afwerking. Het is zo dicht als we zijn gekomen bij het creëren van een universeel voordelig toolpath-type. We hebben gezien dat winkels met oudere machines en niet-première gereedschappen de bewerkingstijd met 50 tot 60% verkortten.”

De benadering van Open Mind was om de basis VoluMill-kit van Celeritive Technologies Inc. (Moorpark, CA) in licentie te geven en hun eigen methoden toe te voegen voor zaken als snijden om meerdere diepten te krijgen, secties en botsingscontrole. Gezien het maatwerk kozen ze een aparte naam voor het product:Maxx Machining voorbewerken.

Levine zei dat het meest unieke aspect van de implementatie de uitbreiding is naar vijfassige bewerking. "Als je een gevormd onderdeel hebt zoals een bandenmal of een behuizing van een vliegtuigmotor, kunnen we het [met] vijfassige voorbewerkingspaden presenteren. Als je traditionele CAM gebruikt op een gebogen oppervlak zoals een bandenmal, maak je veel Z-sneden en krijg je veel traptreden op dat oppervlak. Wanneer we hoogwaardige voorbewerkingen toepassen op vijf assen, veranderen we naar de vorm, waardoor er een constante hoeveelheid materiaal overblijft voor het afwerkingspad. Het hele proces verloopt beter en je kunt veel tussentijdse opruimacties besparen.”

Mund zei dat Mastercam onlangs Dynamic Motion heeft toegevoegd aan voorbewerken en draaien met vijf assen, en Gadsden zei dat PowerMill's nieuwe "automatische kantelen van gereedschapsassen … het is net zo eenvoudig om programma's met vijf assen te maken als met code met drie assen.”

GibbsCAM gebruikt ook VoluMill en Remenak dankt het met dramatische verbeteringen in snijtijd en standtijd. Hij voegde eraan toe dat "recente ontwikkelingen de lessen die zijn geleerd in deze zeer efficiënte freesalgoritmen hebben toegepast op draaien, en het resultaat is een nieuwe generatie draaigereedschapsbanen zoals VoluTurn, beschikbaar in GibbsCAM 12. Deze nieuwe draaigereedschapsbanen bieden een hoge mate van materiaalverwijdering terwijl de machine- en gereedschapsspanningen worden verminderd om de snijkwaliteit en de levensduur van de snijplotter te verbeteren.”

Niet-snijdende tijd knippen

Natuurlijk minimaliseert de moderne CAM ook de niet-snijtijd door zowel de optilhoogtes als de optilafstanden te verminderen. "De hefhoogte klinkt als een klein ding, maar het kan voor een groot deel een groot verschil maken", merkte Paradise op. Hij hecht ook veel belang aan het vergemakkelijken van de verplaatsing van zowel snijdende als niet-snijdende paden.

“De makkelijke manier om met niet-snijdende bewegingen om te gaan, is door de machine te vertellen te stoppen, op te tillen en snel naar een plek boven het volgende bewerkingsgebied te gaan, weer te stoppen, naar beneden te gaan en in te schakelen. Dat is prima voor een paar bewegingen, maar als het een onderdeel is dat je in de loop van de tijd gaat bewerken, kunnen dit duizenden van dergelijke bewegingen zijn in precies dezelfde posities op de mechanica, en dat beschadigt de machine. Het is ook langzamer. Het berekenen van de juiste curve en het inbouwen van versnelling en vertraging aan elk uiteinde is de beste manier om te gaan. Een grote klant heeft bijvoorbeeld onlangs 10% aan cyclustijd bespaard op honderden van hun machines, gewoon door de niet-snijdende paden te effenen.”

Het gladstrijken van niet-snijdende tijd vereist geen geavanceerde besturing of een dure machine. Het is een gemakkelijke manier om de productiviteit van zelfs een zuinige machine te verhogen. En omdat het ook de slijtage van de machine vermindert, verlengt het de levensduur van de machine.

Andere spannende ontwikkelingen

Aanvullende verbeteringen zijn onder meer de nieuwe 3D-geoptimaliseerde voorbewerkingscyclus in de hyperMILL van Open Mind, die is verbeterd voor toepassingen met frezen met hoge voeding (die ondiepe sneden maken met hoge overstappen). De oversteekafstand kan worden berekend op basis van de schulphoogte gemeten tegen de geometrie van de snijplotter met hoge voeding en een speciale beweging van het gereedschapspad verwijdert restmateriaal uit hoeken wanneer er een grote oversteek is.

Levine zei dat het geheim is om precies de geometrie van de onderkant van de frees te modelleren, terwijl "andere software een frees met hoge voeding benadert als een bullnose frees met een hoekradius. De onderkant van een hoge-voedingsfrees heeft eigenlijk een grote effectieve radius en we modelleren het als zodanig.”

Een voordeel is dat u dichter bij muren kunt bewerken, omdat de software weet waar de geometrie van de frees ruimte laat, terwijl simulaties die de frees benaderen met een vlakke bodem contact zien waar er geen is. Levine voegde eraan toe dat het modelleren van de frees ook betere berekeningen mogelijk maakte voor de afstand tussen aangrenzende sneden om de oppervlaktekwaliteit te beheersen.

Een andere Open Mind-functie die niet beperkt is tot snijmachines met hoge voeding, is "intelligente snijverdeling". Als bijvoorbeeld een deel van een werkstuk het verwijderen van 4,1 "(104 mm) materiaal vereist en de programmeur een stapgrootte van 1,0" (25,4 mm) specificeert, zou de laatste snede erg dun zijn (en zou zelfs dunner kunnen zijn dan deze voorbeeld). Afgezien van het feit dat het inefficiënt is, kan het bewerken van dergelijke lonten in sommige materialen zeer schadelijk zijn, zei Levine. "Dus bieden we deze optie om de voorgeschreven overgangen te negeren, herberekend op basis van het totale aantal stappen, zodat elke snede gelijkwaardig materiaal kost."

Ten slotte maken veel bedrijven het gebruik van "cirkelsegmentfrezen" en andere nieuwe ontwerpen voor conische vatgereedschappen mogelijk. (Zie "Nieuwe gereedschapsontwerpen zorgen voor sneller snijden dan ooit", uitgave ME Tooling &Workholding, voorjaar 2018). Zoals Levine uitlegde, hebben dergelijke gereedschappen een effectieve radius van wel 1.500 mm, waardoor stapafstanden van 6 en 8 mm een ​​realiteit worden voor een superieure oppervlakteafwerking met cyclustijdreducties van meer dan 90%. "Je hoeft niet van frees te wisselen om aangrenzende gebieden, zoals afgeronde binnenhoeken, af te werken, en moeilijk bereikbare gebieden kunnen op een efficiënte en veilige manier worden bewerkt", zei hij.

Gadsen zei dat ze drie jaar geleden een samenwerking aangingen met een klant om de vijfassige bewerking van zeer complexe blisks te optimaliseren met behulp van vatgereedschap en in staat waren om de freescyclustijden te verminderen van 200 uur tot 35 uur. "Dat is een besparing van 83%, en we hebben ook minder gereedschap nodig kosten met 72%.”

Een ander verbeterpunt is 3D-printen. Gadsden van Autodesk benadrukte de groeiende beschikbaarheid van machines die subtractieve en additieve processen combineren. “These hybrid machines look set to transform how we manufacture parts, but they present a programming challenge for CAM software because additive processes are not just subtractive ones in reverse. With this in mind, Autodesk has added specialized tools to PowerMill to program, control and simulate high-rate, additive manufacturing processes.”