Soluțiile software de pregătire a fabricației create de compania americană DP Technology sunt prezente pe piața mondială de aproape patru decenii, iar faptul că în anul 2020 acestea au fost achiziționate de ambițiosul concern Hexagon le-a confirmat încă o dată calitatea și potențialul. În cele ce urmează vom teoretiza un pic despre ,,Computer-Aided Manufacturing’’, dar vom încerca și să ne apropiem de familia ESPRIT CAM.
Reiterare CAD-CAM
Articolul de faţă este un bun prilej pentru a teoretiza succint practicile din acest domeniu profesional. Analizând strict semantic lucrurile, ,,Computer-Aided Manufacturing’’ s-ar referi la asistenţa informatizată a fabricaţiei, deci la chiar controlul digital al utilajelor tehnologice (adică inclusiv, și mai ales, la comenzile pentru mașinile de prelucrare automată, CNC), ori – în contextul CAD – abrevierea noastră CAM se referă la procesele mai din amonte, premergătoare fabricaţiei propriu-zise, și derulate imediat după faza CAD-CAE în lanţul clasic PLM. Vă propun deci ca atunci când ne referim la CAM să înţelegem de fapt CAD-CAM, iar în contextele generice să folosim mai degrabă perechea CAD-CAM decât acronimul CAM singuratic.
În aria asistenţei CAD-CAM pentru fabricația substractivă (prelucrare prin așchiere sau prin electroeroziune, aplicată uzual unui semifabricat din metal), abordarea consacrată constă în principiu din două faze: (1) simularea detaliată a proceselor tehnologice necesare pentru a obţine acea piesă metalică avută ca obiectiv prin activitatea de proiectare; și (2) generarea comenzilor numerice prin care mașinile respective (strunguri, freze, EDM-uri) vor realiza efectiv piesa vizată. Și completăm această (încercare de) definiţie cu câteva necesare menţiuni. În primul rând – așa cum cititorul avizat deja a intuit – simularea CAM pornește de la modelul 3D al piesei dorite, realizat (în detaliu și la dimensiunile reale) într-un software CAD. Apoi, aspect esenţial, simularea este întreprinsă atât pentru identificarea/definirea succesiunii de operaţii de așchiere/electroeroziune necesare, cât și pentru corelarea concretă cu mijloacele de fabricaţie (adică fie pentru a afla ce mașini de prelucrare sunt necesare, fie pentru a realiza adaptarea proceselor la mașinile care sunt la dispoziţie – în funcţie de condiţiile situaţiei reale). Cel de-al treilea scop al simulării constă în optimizarea proceselor de prelucrare, după cum vom vedea imediat.
Facem o paranteză în discursul nostru teoretic pentru a nota faptul că simularea mașinării se poate realiza fie într-un software CAM distinct (precum ESPRIT, EdgeCAM, GibbsCAM, HSMWorks CAM, PowerMill CAM, MasterCAM, Cimatron CAM, SolidCAM, etc), fie într-un software CAD în care s-au integrat funcţii CAM (precum SolidWorks, Solid Edge, Inventor, NX, CATIA, Rhino, etc). Și apoi revenim la teoretizare.
Detaliile pe care le implică procesul de simulare CAM (detalii furnizate/ specificate de operatorul uman sau revelate/generate de aplicaţia software) sunt de genul acesta:
- conformaţia și dimensiunile semifabricatului (materialul brut din care se va obţine piesa vizată);
- tipul prelucrării (frezare frontală/periferică/mixtă; strunjire; găurire; tăiere; electroeroziune cu fir sau fără);
- forma capetelor de așchiere;
- traiectoria/traiectoriile sculei/sculelor de așchiere/electroeroziune;
- formele dispozitivelor (suporţilor) de prindere a semifabricatului;
- formele dispozitivelor (suporţilor) de prindere a sculelor de așchiere/ electroeroziune;
- viteza de rotaţie a sculei de așchiere;
- viteza de avans a sculei de așchiere în cursa activă;
- viteza sculei de așchiere în cursa pasivă;
- alte caracteristici tehnologice.
Să urmărim acum și câteva direcţii/tipuri și criterii de optimizare posibile prin simularea proceselor de fabricaţie (optimizări asumate direct/implicit de algoritmii CAM sau impuse/angajate de operatorul uman după/prin analizarea simulărilor CAM din primele iteraţii):
- traseele de avans ale sculelor de așchiere/electroeroziune (care se pot optimiza după criterii de eficienţă, de timp, de reducere a uzurii sculelor (tocirea muchiilor așchietoare, consumarea electrozilor), etc);
- traseele de retragere (de repoziţionare în puncte de începere a curselor active);
- reorganizarea succesiunii traseelor de prelucrare (după criterii de productivitate; ţinând cont de necesitatea de schimbare a capetelor de așchiere/electroeroziune);
- fineţea/rugozitatea suprafeţelor (de piesă) rezultate după așchiere;
- alte criterii/mijloace de creștere a productivităţii și de reducere a costurilor;
- evitarea coliziunilor: dintre sculă și suportul semifabricatului; dintre suportul sculei și semifabricat; dintre suportul sculei și suportul semifabricatului; etc.
Desigur, cu cât piesa de obţinut este mai complexă (cu forme mai multe și în configuraţii mai complicate; cu abateri de la geometriile simple) cu atât operaţiile de așchiere/electroeroziune sunt mai dificile, atât din perspectiva simulării cât și din perspectiva materializării pe utilajul de fabricaţie. (Deseori dacă formele sunt complexe vor fi necesare mașini capabile de prelucrări în mai multe axe.) Ne amintim că înlăturarea de material din semifabricatul brut se face adesea din mai multe treceri (așchierea neputând avea front și adâncime oricât de mari). De asemenea, formele complicate pot necesita mai multe iteraţii de prelucrare substractivă până la finalizare. Pot apărea și situaţii în care realizarea anumitor forme dificile (colţuri interioare, buzunare, șanţuri, caneluri, fante, etc) necesită abordări speciale (repoziţionarea semifabricatului pentru modificarea unghiului de atac; înlocuirea capului de așchiere cu unul mai îngust; reorganizarea succesiunii operaţiilor, etc). Putem deci concluziona că facilităţile și inteligenţa aplicaţiei software CAM trebuie adesea completate de experienţa operatorului uman.
Maturitate în fabricaţia asistată de calculator
Revenind la ESPRIT, vom observa că soluţiile software ale acestei familii acoperă aspectele discutate în secţiunea anterioară, ceea ce este firesc din perspectiva deceniilor de prezenţă semnificativă pe piaţa CAD-CAM. Da, sistemul ESPRIT este capabil de simularea prelucrărilor complexe (așchierile în 2 – 5 axe) și de generarea comenzilor numerice (G-code) optimizate și adaptate pentru diverse mașini cu renume în industrie (inclusiv pentru cele capabile de prelucrare multitasking), ceea ce îl recomandă pentru o mulţime mare de aplicaţii profesionale. (Din păcate în ultimul deceniu nu am mai auzit despre ESPRIT Mold, software-ul destinat asistenţei proiectării matriţelor de turnare.)
Mai notăm faptul că software-ul ESPRIT poate citi (importa) modele 3D create cu majoritatea soluţiilor CAD consacrate (Autodesk Inventor, CATIA, SolidWorks, Solid Edge, NX, Pro/ENGINEER, Creo). De asemenea, DP Technology furnizează componente software pentru implementare ca add-in-uri în multe platforme MCAD (SolidWorks, Solid Edge, Inventor, PTC/Creo, NX).
Soluţiile ESPRIT se bucură de un renume bun și în privinţa comenzilor numerice G-code generate, atât din perspectiva editabilităţii finale a acestora cât și datorită optimizării particularizate pentru o serie de mașini de prelucrare consacrate. Mai mult, proiectanţii săi au depus eforturi pentru a implementa în software-ul CAM o serie de facilităţi de inteligenţă artificială (sau de „sistem expert″) pentru a minimiza intervenţiile operatorului-uman, și respectiv pentru a garanta mașinabilitatea pieselor și pentru a obţine scenarii optime de simulare.
O bună interoperare între mediul CAD și tehnologia CAM (posibilă nu doar în cazul add-in-urilor ESPRIT integrate în mediile CAD, dar și prin colaborarea soluţiei ESPRIT independente cu soluţia MCAD adiacentă) face ca fluxul de lucru să permită o rapidă întoarcere în amonte: dacă primele iteraţii de simulare CAM revelează probleme de mașinare, modelul 3D al piesei poate fi imediat adus înapoi în software-ul CAD pentru ajustare (redimensionări, modificări locale de forme, ranforsări) și apoi resupus simulării, ceea ce are ca efect obţinerea promptă a comenzilor-program G-code pentru varianta de proiect aptă pentru producţie. (Apropo de interoperare CAD-CAM, menţionăm că ESPRIT folosește tehnologia Parasolid ca nucleu de modelare nativ. Dar poate importa și alte formate standard: ACIS/SAT, DWG, IGES, STEP, STL, etc.)
Desigur, există pe piaţă o mulţime de soluţii CAM (de speţe diverse sau cu orientări/destinaţii similare), așa încât nu e simplu de spus care pot fi – pentru beneficiar – argumentele pentru alegerea celei mai potrivite. Argumentul cheie ar putea fi, în anumite situaţii, preţul software-ului (deși este un aspect exterior procesului de lucru), alteori ar putea fi abilităţile de import ale modelului 3D (pro-iectul piesei), sau capacitatea de a lucra cu modele foarte complexe (cu fișiere de dimensiuni mari). Teoretic/filosofic vorbind, uneori ar fi de preferat ca hotărâtoare să fie abilităţile de rezolvare a situaţiilor complicate de mașinare (precum frezarea abruptă, pe care o poate rezolva ESPRIT-ul, sau precum cele deja menţionate în prima parte a articolului). O altă condiţionare ar fi abilitatea de a simula/genera operaţii de așchiere efectuate în regim multi-tasking (pe mașini multi-ax și multi-turelă). Un argument ar putea fi și asistenţa tehnică pe care o poate oferi furnizorul (sens în care DP Technology are un bun renume). Un altul, mult mai puternic și mai concret, ar fi abilităţile software-ului CAM de a genera cod de comandă pentru chiar mașinile automate destinaţie. (Aici eventual amintim câţiva dintre partenerii ESPRIT pe linie de mașini/unelte de frezare/strunjire: Okuma; Mazak; Mori Seiki; DMG Mori; Doosan; Fanuc; Haas; Hurco; Walter; Sandvik; Seco; Tornos; Tsugami; Citizen; Willemin-Macodel MT; Index Traub; Traub TNX; Miyano BNE; etc). În alte situaţii ar fi interesantă facilitatea de comparare a modelului 3D proiectat cu cel rezultat după simularea mașinării.
De remarcat că în ultimul timp se pune accent și pe accesarea de resurse informatice puse la dispoziţie prin serviciile cloud ale furnizorului (sau ale partenerilor acestuia, precum MachiningCloud Inc., în cazul lui DP Technology): modele CAD de scule (capete de prelucrare plus suporţi, plus date operative de lucru, precum vitezele și grosimile/distanţele de avans); modele CAD de mașini de prelucrare (plus parametrii tehnologici ai acestora); modele CAD de piese standard. Acest lucru constituie – din altă perspectivă – un aspect referitor la certificarea/promovarea de practici progresive, precum Smart Manufacturing sau Industrie 4.0.
Dar voi încheia mica recenzie oblică asupra lui ESPRIT subliniind că probabil mi-au rămas destule aspecte nemenţionate aici, dar pe care utilizatorul potenţial sigur le va putea lua în calcul când/dacă va fi cazul.
