Optymalizacja pracy maszyn CNC w otoczeniu produkcyjnym

Optymalizacja pracy maszyn CNC, obszarem, w którym można w najbardziej efektywny sposób doprowadzić do skutecznej optymalizacji, jest poprawa ścieżki ruchu narzędzia z punktu widzenia wybranego parametru. Jednym słowem – optymalizacja programu obróbczego.

Jak twierdzi specjalista w tej dziedzinie prof. Włodzimierz Adamski, którego artykuł na temat optymalizacji programów obróbczych na obrabiarkach CNC można było przeczytać na łamach czasopisma „STAL Metale & Nowe Technologie” w numerze 1-2/2018, w dokonywaniu optymalizacji technologów wspiera dzisiaj oprogramowanie komputerowe. Do poprawy ścieżki można wykorzystać takie systemy komputerowe jak: Vericut-OptiPath, Omative czy Ncsimul. Pozwalają one na osiągnięcie sukcesu w zakresie dwóch podstawowych parametrów [1]: dokładności i czasu produkcji detalu. Wspomagają pracę technologów, którzy – pozbawieni tego typu narzędzi –często byli zmuszeni do stosowania podejścia „na logikę” oraz „metodą prób i błędów”. Optymalizacja pracy maszyn CNC to jednak pojęcie bardzo szerokie, szczególnie gdy omawia się je w kontekście całego otoczenia produkcyjnego. Artykuł jest swoistym przeglądem obszarów, które w kontekście CNC mogą – i powinny – być optymalizowane.

Optymalizacja ścieżek ruchów narzędzi

Większość specjalistów w kontekście obrabiarek sterowanych numerycznie wspomina głównie o optymalizacji ścieżek obróbczych. Bez względu na to, czy mamy do czynienia z frezarką, tokarką, czy wieloosiowym centrum obróbczym, to właśnie w tym obszarze najłatwiej o uzyskanie szybkich i na dodatek znacznych efektów. Wystarczy wyobrazić sobie przypadek wycięcia dwóch dysków z płyty pilśniowej. Jeden dysk ma średnicę 200 mm, drugi – 100 mm. Można ustawić je bezpośrednio obok siebie w materiale, jednak wówczas może dojść do produkcji wadliwego wyrobu – w większości przypadków konieczne jest bowiem pozostawienie przestrzeni pomiędzy detalami tak, aby ich krawędzie nie stykały się ze sobą. Przestrzeń ta jednak może wynosić: 10 mm, 5 mm czy 20 mm, lub każdą inną wartość, nawet 1 m. Na ustalenie tej wartości wpływ mają: grubość płyty, rodzaj narzędzia obróbczego i sposób mocowania materiału.

Trzeba zwrócić uwagę na to, by płyta nie uległa złamaniu. Z drugiej strony pozostawianie zbyt dużej ilości materiału pomiędzy detalami powoduje jego marnotrawstwo. Widać więc, że nawet w tak prostym przykładzie to, w jaki sposób detale zostaną zaprojektowane w przestrzeni materiału obrabianego, ma istotne znaczenie. Idźmy więc dalej – narzędzie może poruszać się w taki sposób, aby pomiędzy wycinaniem pierwszego i drugiego dysku przesunąć się jedynie o pozostałą między nimi przestrzeń, np. 10 mm. Dzięki temu oszczędza się czas i skróci się produkcja. Możliwe jest jednak także przesunięcie narzędzia z dowolnego innego punktu dysku pierwszego do dysku drugiego (nawet jeśli chodzi o przesunięcie dwóch punktów maksymalnie od siebie oddalonych w danej konfiguracji). Wówczas dochodzi do zbędnego zużycia czasu, który mógłby zostać wykorzystany na wyprodukowanie kolejnego dysku.

Optymalizacja programów obróbczych oraz symulacje pracy

Optymalizacja ścieżki poruszania się narzędzia to jedynie pierwszy krok, który technolog wykonuje w kierunku optymalizacji. Podobnie można manipulować szeregiem innych parametrów. Przykładami mogą być np.: ustawienie parametru posuwu cięcia względem parametrów pracy chłodziwa, zastosowanie rampy w celu redukcji liczby wycofań narzędzia, stosowanie maksymalnie łagodnych przejść pomiędzy konturami a przyczepami, by maszyna nie musiała zwalniać, projektowanie procesu obróbczego w taki sposób, aby jak najrzadziej dochodziło do wymiany narzędzia, lub stosowanie narzędzi o różnorodnym zastosowaniu [2]. Istotnym zagadnieniem jest także możliwość wykonywania symulacji procesu wytwórczego detalu z wykorzystaniem tzw. Virtual Machining (VM), czyli obróbki wirtualnej w trybie off-line. Wykonanie symulacji przed procesem pozwala nie tylko na optymalizację samej ścieżki, lecz także na uniknięcie ewentualnego zagrożenia kolizją. Większość systemów komputerowych symulujących produkcję z wykorzystaniem maszyn CNC zachowuje się dokładnie tak samo lub bardzo podobnie do swoich rzeczywistych odpowiedników.