Zalewski - Optymalizacja programowania CNC

Transkrypt

Optymalizacja sposobu i
parametrów obróbki na
obrabiarkach sterowanych
numerycznie
dr inŜ. Adam Zalewski
ITW 22.01.2009
Politechnika Warszawska, Wydział InŜynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania
Zakład Automatyzacji, Obrabiarek i Obróbki Skrawaniem
Plan wystąpienia
Przegląd problematyki
Istniejący stan wiedzy
Integrator CNC/CAM
Wniosek o grant badawczy
Dalsze plany
„Inteligentne” OSN
Funkcje wspomagające elastyczność wytwarzania
Zastosowanie czujników i dodatkowych sygnałów sprzęŜenia zwrotnego
Zastosowanie sond pomiaru N i PO
Połączenie z LAN, wymiana danych, raportowanie, funkcje serwisowe,
automatyczny nadzór
Konfiguracja układu kinematycznego OSN ze względu na
przeznaczenie technologiczne
analizę dynamiczną pracy OSN
wynikową dokładność geometryczną PO
Program CAM a OSN
Postprocesory do wymiany danych między CAM i OSN
„Inteligentny” program CAM
Optymalizacja parametrów obróbki
Parametryzacja technik CAM i programowania CAM a OSN
„Inteligentny” program CAM (cd)
Symulacja i weryfikacja procesów off-line
Baza wiedzy technologicznej – wiedza ogólna, poziom zakładu, poziom
indywidualnego technologa
Cykle, funkcje pomocnicze, podprogramy, programowanie za pomocą makr,
programowanie parametryczne
Korekcja 2/3d -> 5 osi – moŜliwość wymiany N bez modyfikacji programu NC
Nowe strategie obróbki (HSM, obróbki wydajnościowe, materiałów twardych,
cienkościennych, …)
Wykorzystanie narzędzi specjalnych na tle integracji CAx
Wykrywanie kolizji i innych nieprawidłowości
Optymalizacja parametrów obróbki
Optymalizacja pracy OSN i R (ESW)
Analiza dynamiczna
Kierunki rozwoju, perspektywy, prognozy
Ograniczenia
techniczne (1)
Integracja CAM i OSN
Ograniczenia
metodologiczne (2)
Rys. 1 Trudności w integracji CAM/OSN
ograniczenia
techniczne (1):
brak
dostosowania
OSN do
moŜliwości CAM
brak
dostosowania
CAM do
moŜliwości OSN
Ograniczenia techniczne
• Wolne i długie dojazdy i odjazdy N.
Brak
dostosowania
OSN do
moŜliwości
CAM
• Występują istotne róŜnice między
modelem półfabrykatu i rzeczywistym
półfabrykatem.
• Optymalizacja parametrów w CAM nie
jest 100% efektywna.
• symulacje VR nie uwzględniają dynamiki
maszyny, napędów, dokładności
geometrycznej i ruchowej OSN.
• Brak poprawnej symulacji cykli
maszynowych
Brak
dostosowania
CAM do
moŜliwości
OSN
• Brak aktualnej informacji o dostępności,
numeracji i parametrach narzędzi w
magazynie OSN
• Brak informacji o parametrach
konfiguracyjnych OSN (ma to szczególnie
znaczenie dla układów wieloosiowych)
• Długi okres wdraŜania i aktualizacji
programów CAM oraz postprocesorów
dostosowanych do konkretnych OSN
CAD
CAM
Uniwersalny zapis
(APT,NCI,CLDATA,…)
Postprocesor
Program
(NC)
OSN
Rys. 2 Przepływ informacji CAD/CAM/OSN
Przepływ informacji CAD/CAM/OSN
Dane OSN
Dane US
CAD
CAM
Uniwersalny zapis
Postprocesor
Program
(NC)
OSN
Rys. 3 Zastosowanie dodatkowych definicji US i OSN
CAD
CAM
Uniwersalny zapis
Postprocesor
Symulacja
(VR OSN)
Program
(NC)
OSN
Rys. 4 Symulacja obróbki na podstawie uniwersalnego zapisu technologii
Symulacja
(VR OSN)
CAD
CAM
Uniwersalny zapis
Postprocesor
Postprocesor
odwrotny
Program
(NC)
OSN
Rys. 5 Symulacja obróbki wykorzystująca tzw. postprocesor odwrotny
CAD
Uniwersalny zapis
CAM
Postprocesor
Program
(NC)
OSN
Symulacja
(Panel OSN)
Rys. 6 Symulacja obróbki w panelu sterowania OSN
CAD
(model
testowy)
Symulacja
(VR OSN)
Wstępna
Konfiguracja
postprocesora
Dokumentacja
techniczna i
programowania
OSN
Uniwersalny zapis
CAM
Modyfikacja
postprocesora
Rys. 7 Schemat typowego algorytmu
dostosowania postprocesora
do współpracy CAM - OSN
Postprocesor
Program
(NC)
Korekcja
Programu NC
Testy
OSN
Symulacja
(Panel OSN)
Koncepcja Integratora CNC/CAM
CAD
Symulacja
(VR OSN)
Uniwersalny zapis
CAM
Postprocesor
Integrator
(CNC/CAM)
Rys. 8 Koncepcja Integratora CNC/CAM
Program
(NC)
OSN
Ograniczenia metodologiczne (2)
Dobór parametrów skrawania w oparciu o materiał
i geometrią N, materiał PO oraz warunki
skrawania
Zastosowanie obróbek specjalnych CAM na OSN
Porównanie wydajności obróbki na przy
zastosowaniu róŜnych strategii ruchu (kształtu
toru) N
Dynamiczna optymalizacja parametrów skrawania
w odniesieniu do aktualnych warunków obróbki
Strategia ruchu narzędzia
Czas w minutach
Porównanie czasów obróbki
70
60
50
40
30
20
10
0
57,8
42,8 46,55
42,8
24,4 20,15
57,3
21,75 20,1 21,45
26,56
Strategia
Rys. 12 Porównanie czasów obróbki róŜnymi strategiami ruchu narzędzia tego
samego przedmiotu obrabianego z tymi samymi parametrami obróbkowymi
Droga w mm
Porównanie drogi narzędzia
200000
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
Ruch roboczy
Ruch szybki
Strategie
Rys. 13 Porównanie wielkości drogi N podczas obróbki róŜnymi strategiami ruchu N tego
samego PO z tymi samymi parametrami obróbkowymi [4]
Rys. 14 Porównanie czasów obróbki róŜnymi strategiami HSM ruchu narzędzia kolejnego
przedmiotu obrabianego z tymi samymi parametrami obróbkowymi
Rys 15
Optymalizacja posuwu
Rys. 16 Modyfikacja posuwu podczas
zmiany kierunku ruchu narzędzia
Rys. 17 Zmiana posuwu w zaleŜności od
przekroju warstwy skrawanej.
Redukcja czasu obróbki
50%
33,60%
32%
31%
27%
17,80%
Zi
gz
ag
P
ar
al
le
ls
pi
ra
l2
Tr
ue
sp
ira
M
l
or
Su
ph
rfa
sp
ce
ira
ro
l
ug
h
S
ur
pa
fa
ra
ce
lle
ro
l
ug
h
ra
di
al
5,30%
P
ar
al
le
ls
pi
ra
H
l1
SM
st
an
da
rd
co
Tr
ns
ue
ta
sp
nt
ira
ov
l
er
la
p
sp
ira
l
60,00%
52%
45,80%
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
-10,00%
-20,00%
-16%
Strategia
Rys. 18 Przykładowe symulacje badania oszczędności czasu [%] podczas obróbki zgrubnej tej
samej części, róŜnymi strategiami, po zastosowaniu automatycznej optymalizacji posuwu.
Rys. 19 Parametr „Maksymalna zmiana posuwu na blok” definiuje graniczną zmianę wartości
posuwu, między kolejnymi blokami danych. Mniejsza wartość parametru moŜe spowodować
większą liczbę segmentów danych i w efekcie wydłuŜy program NC. Większa wartość tego
parametru z kolei zmniejszy liczbę segmentów, ale moŜe mieć jednocześnie wpływ na gwałtowny
charakter zmian posuwu przy obróbce naroŜy.
Rys. 20 Zwiększając parametr uwzględniający właściwości dynamiczne obrabiarki, uzyskamy w
symulacji coraz krótszy czas obróbki. Przytoczona analiza [5] przemawia oczywiście na korzyść
nowoczesnych, dynamicznych frezarek, trzeba jednak pamiętać o ograniczeniach wynikających
z moŜliwości zastosowanych narzędzi.
Rys. 21 W tej symulacji zwraca uwagę fakt, Ŝe podczas obróbki wytypowanej części, nie jest
opłacalne zwiększanie posuwu roboczego powyŜej pewnej wartości (tutaj 12 m/min).
Realizując ten zabieg obróbkowy na obrabiarce o wyŜszych parametrach dynamicznych, nie
będziemy mogli w pełni jej wykorzystać.
Grant badawczy
Przebieg badań zaplanowano w postaci trzech zadań:
Pierwsze zadanie dotyczy badań w zakresie stosowania
róŜnych strategii obróbki frezowaniem przedmiotów
obrabianych opisanych za pomocą cech geometrycznych
(„features”) oraz cech technologicznych.
Drugie zadanie polega na sformułowaniu ogólnych zasad
dotyczących doboru nastaw komercyjnego modułu
optymalizacji posuwu (efektywnego algorytmu
postępowania z poziomu uŜytkownika).
Celem trzeciego zadania będzie szczegółowe opracowanie
modelu tzw. Integratora CNC/CAM, który ma spełniać
funkcję brakującego sprzęŜenia zwrotnego między OSN a
CAM.
Grant badawczy
Udział czterech pracowników naukowych
Czas realizacji 2 lata
Badania symulacyjne
Programy komercyjne
Programy własne
Badania doświadczalne
We współpracy z przemysłem
Badania symulacyjne - program własny (T. Rudaś)
60
50
V[mm3]
40
30
20
10
0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
L[mm]
V – wydajność objętościowa skrawania (na obrót)
dr inŜ. Tadeusz Rudaś
L – długość drogi narzędzia
Projektowanie procesów obróbki w
systemach CAD/CAM
Rys. 21 Przykład analizy obróbki kieszeni
(frez walcowo-czołowy Ø20, ap=8, ae=10, f=0,3 mm/obr.)
Badania symulacyjne - program własny (T. Rudaś)
60
50
V[mm3]
40
30
20
10
0
1150
1170
1190
1210
L[mm]
dr inŜ. Tadeusz Rudaś
Projektowanie procesów obróbki w
systemach CAD/CAM
Rys. 22 Przykład analizy obróbki naroŜa (wpływ kąta opasania N na wydajność objętościową
skrawania przy stałym posuwie)
Efekty
Opracowanie algorytmów stosowania róŜnych strategii obróbki w
zaleŜności od kształtu, wymiarów i rodzaju materiału PO i N.
Opracowanie przykładowych schematów obróbki pozwalających
znacząco skrócić czas przygotowania efektywnego programu NC.
Wykorzystanie tych danych będzie miało szczególne znaczenie przy
zastosowaniu parametrycznych baz predefiniowanych procesów
technologicznych jak i przy wykorzystaniu baz wiedzy procesów
technologicznych.
Analiza przydatności komercyjnych modułów optymalizacji posuwu.
Opracowanie algorytmów wzorcowania komercyjnych modułów
optymalizacji posuwu do pracy na konkretnej OSN z zadanym PO i
N oraz strategią obróbki.
Opracowanie algorytmów regulacji parametrów komercyjnych
modułów optymalizacji posuwu do pracy na konkretnej OSN z
zadanym PO i N oraz strategią obróbki.
Efekty
Opracowanie publikacji przez zespół realizujący projekt, udział w
konferencji.
Prezentacja wyników powinna wpłynąć na zwiększenie efektywności
obróbki na frezarkach CNC.
Opracowanie szczegółowego modelu teoretycznego Integratora
CNC/CAM, który powinien przynieść korzyści takie jak:
Radykalne skrócenie okresu wdroŜenia układu CNC/CAM do produkcji;
Poprawę jakościową opracowania programu NC w trybie off-line poprzez
wiarygodną symulację VR (Virtual Reality) przebiegu obróbki;
Uwzględnianie w trakcie projektowania technologii off-line zakłóceń o
charakterze systematycznym w pracy maszyny;
Przygotowanie materiałów do realizacji rozprawy habilitacyjnej przez
kierownika projektu.
Dalsze plany
Budowa modelu teoretycznego procesu obróbki wydajnościowej
frezowaniem w oparciu o zmienne parametry obróbki (ap, ae,
posuw), zmienny kształt toru obróbki, zmienny kształt przedmiotu
obrabianego oraz zadany kształt narzędzia.
Wyznaczenie kryteriów i parametrów zagadnienia
polioptymalizacji ukierunkowanego na opracowany model.
Wybór metody i rozwiązanie zadania polioptymalizacji.
Weryfikacja symulacyjna i doświadczalna modelu.
Opracowanie narzędzia do wspomagania projektowania i oceny
istniejących, wydajnych procesów obróbkowych.
Koniec
Dziękuję za uwagę
Proszę o pytania i uwagi
dr inŜ. Adam Zalewski

Zalewski - Optymalizacja programowania CNC

Transkrypt

Podobne dokumenty

Programista - inżynier maszyn CNC wynagrodzenie od 3000 zł brutto

więcej... - Seger > cutting tools

Oferta pracy na stanowisku: OPERATOR MASZYN DO OBRÓBKI

Inżynier Obróbki Skrawaniem

VoluMill for NX CAM

Co oznacza Kurs Kwalifikacyjny i jakie są z tego - pckpiez

REGIONALNY INŻYNIER SPRZEDAŻY na teren

Operator Centrum Obróbczego CNC

OPROGRAMOWANIE CAD/CAM DLA WSPOMAGANIA

CURRICULLUM VITAE