Siemens PLM Software
Vença o desafio de programar máquinas
multifuncionais
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Ao combinar múltiplas operações de usinagem, como a fresagem, e transformálas em uma máquina, as ferramentas de máquinas multifuncionais reduzem
o número de configurações necessárias para processar as peças. Economizando
um tempo considerável no processo geral e reduzindo os possíveis erros de
posicionamento em várias configurações. Uma máquina é capaz de fazer
o trabalho de várias máquinas separadas. A comparação de custo de várias
máquinas simples, cada uma com um operador, com uma máquina multifuncional
pode ser altamente positiva com relação a uma máquina mais avançada.
Entretanto, as máquinas multifuncionais demandam programação CNC,
pós-processamento e validação do programa de peças extra para aproveitar
ao máximo essas máquinas desafiadoras. Dominar essa complexidade é a chave
para atingir os níveis adicionais de produtividade e notar um retorno de
investimento eficaz.
Esse documento aborda meios de resolver alguns dos principais desafios
da programação e utilização das complexas máquinas multifuncionais com
o último software CAM e de simulação.
PLM Software
Respostas para o setor.
Vença o desafio de programar máquinas multifuncionais
Sumário
Introdução
1
Processadores CAM para máquinas
multifuncionais
2
Caminhos de ferramenta
sincronizados
2
A simulação de usinagem com
código G
3
Pós-processamento
4
Peça de trabalho em
processamento
4
Sistemas de coordenadas
4
Programação ou produção, sem
desperdiçar o tempo da máquina
5
Introdução
Cada vez mais empresas estão considerando as máquinas multifuncionais, percebendo que elas podem
combinar várias etapas de manufatura em uma máquina com uma configuração única. Essa consolidação
pode normalmente levar a economias financeiras significativas ao reduzir os custos gerais e aumentar
a produtividade.
A criação de um programa de computador de controle numérico (CNC) para uma máquina que possui
vários dispositivos de usinagem combinados com cabeçotes de fresa e torres giratórias pode ser um
desafio. Essas máquinas podem ter modelagem em um torno mecânico e podem facilmente ter uma
ferramenta giratória em um cabeçote multieixo. Normalmente, elas podem trabalhar com várias
posições da peça de trabalho como dois tornos mecânicos que podem ser programados como mesas
giratórias de fresagem e que permitem que uma peça em processo seja transferida de uma posição
fixa de trabalho para outra. Sete ou mais eixos programáveis que podem ser operados dentro de um
ambiente de trabalho limitado não são incomuns, com os componentes da ferramenta de usinagem
muito próximos.
Para maximizar os benefícios, é recomendável ter várias ferramentas de corte removendo
simultaneamente o material. O corte simultâneo e sincronizado se torna mais desafiador, pois as
ferramentas de corte podem atingir mais de uma parte da peça ou do eixo ao mesmo tempo.
Observar o estado atual da peça de trabalho entre as operações de corte e de um eixo a outro
pode ser essencial para gerar caminhos de corte eficientes.
Um programa de código G separado normalmente também é necessário para cada dispositivo de
usinagem (algumas vezes chamado de canal de programação). Há um sistema de coordenada
separado para o eixo principal e para o secundário, deixando a programação e o pós-processamento
mais complexos. Juntando tudo isso no chão de fábrica em uma primeira execução ou teste pode levar
bastante tempo. O tempo gasto em um teste é tempo sem cortar metal.
Nas próximas seções, iremos considerar algumas das possíveis maneiras de resolver esses desafios
e aproveitar essas ferramentas de usinagem altamente produtivas. Ilustraremos as soluções com
exemplos do sistema Siemens NX™ CAM e do Siemens Virtual Machine, mas os princípios gerais se
aplicam a qualquer sistema ou tecnologia utilizada para preparar as tarefas dessas ferramentas de
usinagem avançadas.
1
Processadores CAM para máquinas multifuncionais
As máquinas multifuncionais abrangem uma ampla gama de configurações
possíveis. Um sistema CAM precisa claramente oferecer as capacidades
disponíveis na máquina em um pacote de software. Assim, um sistema
de fresagem CAM não será de muita utilidade se a máquina oferecer
fresagem e rotação na mesma máquina, como muitas o fazem.
Dependendo da configuração da máquina, os programas podem exigir
uma combinação de rotações, fresagem de três eixos, fresagem
posicional 3+2 e fresagem total de 5 eixos. Mesmo as peças prismáticas
podem exigir um nível mais complexo de processamento em uma
ferramenta de usinagem e fresagem giratória.
Caminhos de ferramenta sincronizados
Em máquinas multifuncionais, uma peça de trabalho é normalmente
trabalhada em mais de uma ferramenta de corte ao mesmo tempo, por exemplo, em um modo de
prensagem giratória com ferramentas giratórias em uma peça de uma torre inferior e um cabeçote
superior (ou torre). Ou operações completamente diferentes e independentes podem ser
realizadas pelos mesmos cabeçotes ou torres no mesmo ou em diferentes eixos. Em cada caso, a
sincronização entre as duas operações torna-se essencial. Em casos simples, pode ser suficiente
programar uma operação para começar em um dos canais da máquina assim que outra operação
terminar (ou começar) em um canal diferente. Isso pode ser conseguido pela sincronização no nível
de operação. Entretanto, a produtividade máxima pode ser atingida ao programar diferentes canais
de movimento em um nível mais perfeito para que uma operação comece em um dos canais da
máquina no momento em que outra operação estiver parcialmente completa. Isso iria exigir
a sincronização em nível Código-G.
Figura 2: Rotação mesclada (prensa).
Figura 3: Rotação sincronizada.
Um meio de resolver isso é verificar o código
CNC dos múltiplos canais do dispositivo exibido
nos códigos paralelos e de adição chamados de códigos de sincronização ou marcas no fluxo do
código. Com o Synchronization Manager no NX CAM da Siemens PLM Software, o programador
CNC pode inserir eventos de sincronização e/ou inserir os eventos na exibição gráfica. A qualquer
momento, o usuário pode pular ou executar a simulação para ver onde os componentes da máquina
multifuncional irão estar em um determinado período no programa CNC e fazer os ajustes
necessários para otimizar a utilização da máquina. Em alguns casos, é possível colocar os códigos de
2
Figura 1: Essas fresas giratórias complexas podem
ter uma torre inferior e uma torre superior ou um
cabeçote com eixo B, que pode fazer as operações
de giro e fresagem no eixo principal e em um eixo
secundário opcional.
sincronização em um programa CNC no nível operacional. Para obter um controle perfeito, os
códigos devem ser verificados, e possivelmente ajustados, na tela do código G de cada canal paralelo.
Trabalhar com a saída do código G do pós-processador é uma das questões mais importantes para
programar com êxito as ferramentas de usinagem multifuncionais.
Muitos sistemas CAM com a capacidade de sincronização multicanal
também fornecerão uma exibição do gráfico de tempo, como o do
NX CAM mostrado na figura 4. A tela mostra as posições relativas
dos códigos de sincronização e dos períodos de usinagem ou espera
em todos os canais da máquina fornecendo uma indicação gráfica do
balanço das operações de usinagem de todos os dispositivos
disponíveis.
Vincular a ferramenta de sincronização à tela de simulação da
ferramenta de usinagem dentro do sistema CAM pode ser muito
útil. A conexão da sincronização à função de simulação de modelo
3D dentro do sistema CAM fornece uma visão muito mais completa
do que está em movimento, onde e quando; tudo no mesmo
sistema. É mais fácil localizar erros, visualizar exemplos de colisões
(ou aproximações) dos movimentos cortantes e não cortantes.
Figura 4: Gráfico de tempo da sincronização multicanal.
A simulação de usinagem com código G
A menos que a sincronização detalhada no nível do código G seja feita fora do sistema de
programação CAM como uma tarefa separada e posterior, é necessário ter acesso direto à
visualização do código de saída do pós-processador (o “código-G”) durante a utilização do
aplicativo de sincronização. Isso pode ser difícil se o pós-processador for um aplicativo
separado ou não estiver firmemente integrado dentro do software CAM.
O acesso imediato a um pós-processador integrado também permitirá o sistema CAM oferecer
a simulação da ferramenta de usinagem que é feita pela saída do pós-processador e não dos
dados de caminho interno da ferramenta. As simulações de usinagem do caminho da ferramenta
interna são úteis para a verificação básica e fornecem algum nível de confiança, mas alguns
sistemas CAM podem oferecer adicionalmente a simulação feita pela saída pós-processada.
Especialmente em máquinas multifuncionais avançadas, a simulação é importante e a
disponibilidade da simulação com o código-G garante que os efeitos do pós-processamento
estão incluídos e verificados.
3
Pós-processamento
O pós-processamento é um elemento essencial da solução de programação da ferramenta
de usinagem multifuncional. Essa máquina pode normalmente exigir várias funções do
pós-processador para atender às várias combinações de fresagem e rotação.
Canal
Eixo principal Eixo secundário
Fresagem da torre superior
Pós-1
Pós-1
Rotaç ã o da torre superior
Pós-3
Pós-2
Fresagem da torre inferior
Pós-1
Pós-1
Rotaç ã o da torre inferior
Pós-3
Pós-3
Figura 5: Um sistema de
pós-processadores
individuais para métodos
ou dispositivos
particulares podem ser
automaticamente
conectados em um
pós-processador
vinculado.
Uma abordagem é criar um grande pós-processador que engloba o conjunto todo. O desafio
dessa abordagem é que um pós-processador é muito complexo, difícil de escrever e mais difícil
ainda de alguém editar. Outro método é organizar um sistema de pós-processadores, um para
cada função e dispositivo importante e conectá-los com um "pós-processador de ligação".
O resultado é uma estrutura lógica que é mais fácil de desenvolver e editar depois. Cada
pós-processador vinculado é associado a um dispositivo ou método em particular e o sistema
se encarrega de selecionar o pós-processador correto automaticamente.
Peça de trabalho em processamento
Para eliminar o tempo perdido “cortando ar”, um sistema CAM precisa gerenciar o estado da
peça de trabalho em processamento (IPW) de uma operação a outra. Conforme o material da
peça de trabalho é removido por um caminho de ferramenta, o resultado é o campo para a
nova operação. As ferramentas de corte podem então ser guiadas para se aproximar com
segurança da peça de modo rápido para uma distância mínima pré-definida antes de mudar para
alimentação. Nessas máquinas multifuncionais complexas com posições de trabalho múltiplo, há
a necessidade de transferir a definição da peça de trabalho em processamento de um local para
outro, por exemplo: do eixo principal para o eixo secundário. As operações de usinagem realizadas
na peça em trabalho no eixo principal se tornam o campo para a peça de trabalho do eixo
secundário.
O sistema deve rastrear o IPW, se as operações do programa foram ressequenciadas ou se
o modelo for alterado. O usuário precisa apenas gerar o programa novamente e não começar
de novo. Essa é uma ajuda valiosa para a programação rápida e precisa.
Figura 6: Peça de trabalho e lacuna.
Sistemas de coordenadas
Ao trabalhar com máquinas multifuncionais, é importante poder selecionar o sistema de
coordenadas mais apropriado ou útil para cada conjunto de operações. Poder organizar um
sistema separado de coordenadas para cada dispositivo na configuração do CAM pode facilitar a
programação, a edição e a depuração dos programas CNC. Durante a criação de uma operação,
o programador simplesmente escolhe o dispositivo correto e cada um deles terá seu próprio
sistema de coordenadas de usinagem (MCS) para o seu respectivo programa zero.
4
Programação ou produção, sem desperdiçar o tempo da máquina
Operadores habilidosos com conhecimento bem detalhado podem e irão preparar programas de
peças eficientes direto na ferramenta de usinagem usando a interface do controlador. Entretanto,
isso significa que a máquina pode se tornar parte de um sistema de programação e depuração
para que suspenda a máquina enquanto ela estiver sendo programada. Mas os programas preparados
em sistemas CAM também são tipicamente validados em uma ferramenta de usinagem e o
trabalho de configuração para cada nova tarefa é outro trabalho demorado que consome tempo
da máquina.
Uma maneira de superar esse desafio é utilizar uma máquina virtual, uma cópia funcional da
ferramenta de usinagem verdadeira e seu controlador que a executa apenas no software, mas é
mais completo e preciso que um sistema de simulação de usinagem típico. A ideia é que a máquina
virtual pode se comportar como a real, seu modelo 3D da máquina, da peça de trabalho, de
modelagem e de qualquer dispositivo de trabalho estático são movidos na tela do computador
por um software do controlador real.
No Virtual Machine da Siemens PLM Software, o software do controlador central do
controlador do Siemens SINUMERIK é integrado a esse sistema de simulação avançada.
O software de controle de movimento (movimentos, curvas de aceleração etc.) e os softwares
de interface do usuário (menus, caixas de diálogo e botões seletores da tela) do controlador
Siemens SINUMERIK fornece a simulação do processo de usinagem que é tão próximo da
realidade que alguém pode precisar para editar e verificar os programas CNC de peças.
Os usuários da máquina virtual relataram uma redução de 90% do tempo de configuração
da máquina, o que pode ser convertido em mais tempo para a máquina cortar e metal
e fazer dinheiro.
Figura 7: Os operadores podem verificar os programas NC e a configuração da máquina
para a próxima tarefa usando a máquina virtual sem interromper a ferramenta de
usinagem física.
5
Sobre a Siemens PLM Software
A Siemens PLM Software, uma unidade de negócios da Siemens
Industry Automation Division, é líder em fornecimento global de
software e serviços de PLM (gerenciamento do ciclo de vida do
produto) com 6,7 milhões de vagas licenciadas e mais de 63 mil
clientes no mundo todo. Com sede em Plano, no Texas, a Siemens
PLM Software trabalha de forma colaborativa com empresas para
fornecer soluções abertas que as ajudam a transformar mais
ideias em produtos bem-sucedidos. Para obter mais informações
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