Le sofisticate tecnologie di lavorazione e la complessa cinematica delle macchine richiedono oggi controlli numerici (CNC) sempre più potenti. La messa in servizio e la programmazione CNC di una macchina non sono semplici, ma metodi di simulazione e commissioning virtuale possono supportare gli utenti nello svolgimento di queste attività, riducendone tempi e costi. Il requisito per far ciò – e la grande sfida –  è avere una disponibilità di dati che rifletta la realtà con sufficiente precisione per ottenere simulazioni affidabili. Oltre ai dati di programmazione CNC, sono necessari numerosi parametri, informazioni sulla cinematica e i dati di geometria della macchina da controllare, nonché gli strumenti di supporto operativi (attrezzature di bloccaggio, utensili, etc.).

Programmazione CNC: interoperatività software CAD/CAM

Partiamo dal concetto che oggi, per rispondere alle richieste di frequenti cambi di gamma,  alle complesse macchine multi-tecnologiche, alla lavorazione di sagome o a nuove tecniche di taglio, i programmi CNC per le macchine utensili non sono più generati manualmente ma con l’aiuto di appositi sistemi. L’eterogeneità del panorama software nel settore CAD/CAM, con un gran numero di fornitori, sottolinea l’enorme diversità delle applicazioni.

Indipendentemente dal sistema utilizzato, esso deve essere il più possibile integrabile nelle infrastrutture informatiche esistenti al fine di utilizzare i dati disponibili in modo efficiente. Ciò può essere ottenuto mediante l’utilizzo di sistemi CAD/CAM integrati o specializzati, con interfacce software corrispondenti.

L’approccio software di un sistema di programmazione CNC differisce significativamente da una modalità di funzionamento manuale.

La definizione delle operazioni di lavorazione può essere gestita graficamente-interattivamente oppure attraverso una selezione automatica, basata sulle caratteristiche di sequenze e utensili idonei. I dati necessari a tale scopo, in particolare le attrezzature di bloccaggio e i dati degli utensili, sono acquisiti dall’utente da diverse fonti e raggruppati nel sistema CAM. I piani di serraggio e di utensili, ad esempio, possono essere generati automaticamente da questi dati.

La generazione del programma CNC avviene dopo la definizione delle sequenze di lavorazione utilizzando un post-processore specifico per il controller e la macchina.

Simulazione CNC: dal virtuale alla macchina

La simulazione CNC è uno strumento software per la visualizzazione realistica dei processi di produzione nelle macchine utensili che si è affermata nell’uso pratico ormai da anni.

Grazie al modello 3D dell’intero spazio di lavoro della macchina (compresi tutti i dispositivi, utensili e pezzi) e ai movimenti della macchina (compresa la visualizzazione del percorso dell’utensile e la deposizione o rimozione del materiale), l’utente può valutare e ottimizzare il processo prima del trasferimento dei programmi CNC alla macchina.

I sistemi di simulazione CNC sono disponibili con diverse caratteristiche, per quanto riguarda la fornitura della funzionalità di controllo:

  • Emulazione della funzionalità CNC dal fornitore di software del sistema di programmazione o simulazione
  • Utilizzo della funzionalità CNC originale sotto forma di CN virtuale in grado di funzionare su PC
  • Collegamento in tempo reale di un sistema CNC con un PC di simulazione (HiL=Hardware-in-the-Loop)

Hardware in the Loop

HiL può simulare una reale sequenza di controllo con un alto grado di qualità ma è troppo complicato per le attività di pianificazione del lavoro in un impianto, ed è quindi inadatto. Tuttavia, può essere applicato come simulazione online direttamente sulla macchina per scopi di visualizzazione. In particolare, nel caso di spazi di lavoro difficili da visualizzare, questa variante offre un valore aggiunto all’operatore se i movimenti della macchina vengono visualizzati in tempo reale sul suo schermo HMI o su un dispositivo mobile.

Al contrario, la prima variante può mostrare un uso diffuso nella pianificazione della produzione perché funziona su PC. L’emulazione del CNC è una componente di molti sistemi di programmazione o simulazione. Tuttavia, a causa dell’enorme aumento di funzionalità dei moderni sistemi CNC, riprodurli a fini di simulazione è sempre più difficile e dispendioso in termini di tempo. Di norma, le operazioni di controllo standard possono essere riprodotte con precisione, ma non sono disponibili funzioni CN speciali – come l’interpolazione con curve spline – che sono rilevanti per l’ottimizzazione dei processi di lavorazione.

È qui che viene applicata la simulazione utilizzando un CNC virtuale. Poiché include un software che è quasi identico a quello del CN reale, questa virtualizzazione ha la piena portata di funzioni e quindi supera le limitazioni delle emulazioni di controllo convenzionali. A questo scopo, Bosch Rexroth offre simulazioni di macchine virtuali per la sua soluzione CNC MTX che oltre alla completa funzionalità del kernel CNC e all’interfaccia HMI  – offre un ambiente 3D per la messa in servizio e il collaudo di macchine virtuali, nonché la simulazione offline dell’intera macchina e del processo di lavorazione.

Coerenza dei dati, interfacce

Sulla base di diversi criteri (ad es. tecnologia di produzione, tipi di macchine, capacità di integrazione, ecc.), gli utenti scelgono un particolare software di programmazione o simulazione CNC, con conseguente gamma estremamente variegata di prodotti sul mercato. Qui Bosch Rexroth persegue anche una strategia di supporto delle interfacce aperte o standardizzate, come fa in generale per tutti i suoi prodotti. In collaborazione con i fornitori di software CAD/CAM Moduleworks e OPUS, è stata implementata una catena di processo integrata per un’applicazione in un impianto Bosch Rexroth che ha portato alla fresatura e la foratura di componenti idraulici su un centro di lavoro a 5 assi con controllo MTX.

Esempio di programmazione CNC

La creazione dei programmi per il serraggio di più pezzi, con 8 pezzi e 14 utensili completi, è realizzata nel software OPUS CAD/CAM. Il sistema supporta l’utente nello specificare le sequenze di lavorazione in base alle conoscenze di produzione pre-memorizzate, nonché informazioni e dati dal database degli utensili. Grazie ad una simulazione 3D integrata della macchina, basata sul programma sorgente interno, il programmatore può valutare l’intero flusso in termini di sequenza di elaborazione e percorsi degli utensili prima che i dati del programma CNC siano generati dal post-processore.

Per esaminare l’elaborazione con la simulazione della macchina virtuale MTX, tutti i dati necessari e già disponibili in OPUS vengono trasferiti tramite l’interfaccia Jobsetup (sviluppata da Moduleworks) al CNC virtuale. Oltre ai programmi NC e ai file zero offset, questi includono i dati e le geometrie degli utensili, delle attrezzature di serraggio e le parti grezze.

L’utente esegue l’esportazione dei dati da OPUS e il caricamento del JobSetup nella simulazione della macchina virtuale con pochi clic del mouse. Una volta caricata, l’elaborazione può essere avviata e modificata tramite l’HMI di MTX proprio come su una macchina reale. Le tipiche funzioni di simulazione – come una visualizzazione realistica dei movimenti della macchina, con rappresentazione dei percorsi degli utensili, rilevamento automatico delle collisioni, e il calcolo e la rappresentazione della rimozione o deposizione del materiale – sono disponibili in questo caso. Questo approccio fornisce all’utente un alto grado di affidabilità dei risultati della simulazione.

Conclusione

I vantaggi dell’utilizzo di controller CNC virtuali per la simulazione di lavorazioni 3D sono indiscussi. Tuttavia, i fattori di successo sono il livello di sforzo e la qualità necessaria per fornire i dati alla macchina virtuale. In collaborazione con i fornitori di software Moduleworks e OPUS, Bosch Rexroth è stata in grado di dimostrare come la simulazione MTX può essere perfettamente integrata nella catena di processo CAD/CAM utilizzando la soluzione CNC MTX. L’interfaccia Jobsetup consente di trasferire i dati utilizzati per la programmazione CNC in OPUS nella simulazione MTX con poco sforzo. In questo modo è possibile effettuare un rapido ritocco della macchina virtuale per quanto riguarda la situazione di serraggio, pezzi, utensili e programmi CNC.

 

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