Повышение продуктивности ЧПУ-программирования через передовое ПО и интерфейсы

Быстрые, умные управления делают короткую работу из высоких задач.

Технологии связанного производства и оцифровки стимулируют многие из главных инноваций в системах управления ЧПУ, которые помогают машиностроительным цехам резать металл и создавать детали максимально быстро и эффективно. В большинстве случаев ПО ведет дорогу, помогая как ЧПУ-программистам, так и операторам на цехе легко производить детали с максимально возможной точностью.

Сегодняшнее ЧПУ-оборудование практически кишит последними аппаратными достижениями, включая более быстрые процессоры, больше оперативной памяти на борту для вычислительно-интенсивных задач, плюс более новые варианты твердотельных накопителей, позволяющие практически мгновенную загрузку, а также безаварийную работу в суровых цеховых условиях.

Последние достижения ПО, однако, с функциями, включающими приложения связанного производства, продвинутые 3D-симуляции и сенсорные пользовательские интерфейсы, продолжают давать производителям ЧПУ лучшие avenу для дифференциации от стаи.

«ПО управления — действительно единственное место для производителей станков, чтобы вводить игру-меняющие инновации», — сказал Майкл Коуп, технический специалист по продукту, Hurco Cos. Inc., Индианаполис. «Поскольку новые и инновационные механические решения мало и далеко между собой, особенно без введения какой-то новой металлургической технологии или подобного, предложение передового ПО и изменений графического пользовательского интерфейса, делающих ЧПУ-управления более мощными, универсальными и легкими в использовании, должно быть областью, где каждый строитель выделяет себя из конкуренции».

Можем ли мы говорить?

По мере того как производственная отрасль проходит свою трансформацию оцифровки, разработчики ЧПУ-управлений и производители станков продолжают добавлять новые функции и функциональность с последними датчиками, процессорами и ПО. На IMTS разработчики управления FANUC и Siemens, в частности, демонстрировали новое оборудование и стратегии для соединения их управлений и автоматизации для Промышленного интернета вещей (IIoT) и обеспечения Индустрии 4.0.

На стенде FANUC America Corp. в Рочестер-Хиллс, штат Мичиган, на IMTS компания продемонстрировала свои последние технологии IIoT, включая систему сбора и мониторинга данных FANUC Intelligent Edge Link and Drive (FIELD) и Zero Down Time on ROBOT-LINKi (ZDT), которая использует предиктивную аналитику для помощи в предотвращении простоя от неожиданных отказов.

FANUC также продемонстрировала новые функции ЧПУ, включая улучшенную высокоразрешающую 3D-симуляцию обработки модели для пятиосевых и составных функций обработки; её последнюю серию 0i-Model F Plus, следующее поколение её серий 0i управлений; и функцию Quick and Simple Startup of Robotization (QSSR) для соединения ЧПУ FANUC с роботами компании. Кроме того, FANUC добавила возможности зрения, встроенные прямо в свои ЧПУ.

«Мы видим большой толчок к использованию встроенных систем зрения на ЧПУ», — сказал Пол Вебстер, инженерный менеджер для подразделения ЧПУ FANUC America в Хофман-Эстейтс, штат Иллинойс. «Это только что выпускается; аппаратная технология та же, что на стороне робота, но она реализована иначе». Система, использующая другое ПО, чем системы зрения, используемые в роботах FANUC, «позволяет гибкую реализацию зрения через ЧПУ», — сказал Вебстер.

Последний тренд соединения станков с ЧПУ вместе может предложить производителям более высокую продуктивность и более надежное качество, отметил Тяньсу Цзин, менеджер по продукту Sinumerik ЧПУ для подразделения Siemens Machine Tools Business Unit в Элк-Гроув-Вилладж, штат Иллинойс. «Siemens предлагает переменные технические инновации для всех производственных областей, включая основные, как аэрокосмическая и автомобильная», — сказал он. «Инновации не только фокусируются на улучшении скорости инженерии производителей станков путем введения нового мощного TIA-портала и Safety Integrated Plus, но также «искусство» продуктов оцифровки данных, которые предлагают конечным клиентам способы соединять, мониторить, анализировать и оптимизировать их станки».

«Умное производство/Индустрия 4.0, которое также называется "оцифровкой", — это игра-меняющая в производстве», — продолжил Цзин. «Соединяя станки вместе, появляется много новых возможностей, а также новых бизнес-моделей. Чтобы предложить лучший сервис своим клиентам, производители должны увеличить свою продуктивность и качество, чтобы предлагать лучшие продукты за более короткие лид-таймы. Аналогично, чтобы укрепить свою конкурентную позицию на рынке, компании должны сократить время, необходимое для проектирования новых продуктов».

Наладчики всегда ищут способы сделать резающие операции легче и быстрее, добавил Цзин. «Для разных видов станков им нужны разные функции для реализации этой цели, например "Top Surface" для фрезерования форм и штампов для лучшего качества поверхности за меньшее время, и "Tool Manager" для легкого управления всеми инструментами для сокращения простоя станка из-за поломки инструмента и т.д.», — сказал он.
Программные элементы ЧПУ-управлений позволили легкое добавление специализированных рутин и макросов, повышающих продуктивность как на крупных производителях, так и на мелких контрактных цехах.

«Производители ищут более высокую продуктивность и лучшее качество все время», — отметил Цзин.

«Ограниченные материалом инструмента и механикой станка, трудно драматически сократить скорость резания, так что новый потенциал повышения продуктивности — в лучшем управлении полной производственной цепочкой создания стоимости, включая распределение задач на разные станки, оптимизированную расстановку инструментов, симуляцию перед реальной резкой для верификации дизайна, и онлайн-анализ компонентов станка, включая инструменты и т.д.

«Siemens предлагает полные линейки продуктов, чтобы помочь крупным производителям и мелким настроить свой виртуальный двойник и проанализировать их производство для оптимизации производства от дизайна продукта до доставки», — продолжил Цзин. ПО Siemens включает Manage MyMachine, Analyze MyPerformance, Analyze ToolPath и Run MyVNCK для верификации дизайна, оптимизации программы детали, симуляции резки и поддержания станков на оптимальных уровнях производительности, добавил он.

Соединяя станки с Индустрией 4.0 и Умным производством, отрасль может изменить игру и перемостить разрыв в навыках, существующий в производстве сегодня, согласно Коупу из Hurco. «Эти новые стандарты предоставляют способность иметь станки и управления взаимодействовать друг с другом и иметь станки становящимися "помощниками" внутри большой производственной ячейки, где конкретное задание или программа может быть послана к следующему доступному станку и не зависеть от того, что конкретный станок станет доступным. Они также могут отправлять задание или обратную связь станка на указанные email или текстовые получатели».

«Имея силу и универсальность работы с автоматизацией будет становиться все более бесценной для цехов всех размеров в грядущие годы», — продолжил Коуп. «Из-за меньшего числа сотрудников, мелкие цехи могут, возможно, получить выгоду от этой технологии даже больше, чем крупные, потому что это позволяет им воспользоваться большим количеством часов в дне — даже без расширенных вторых и третьих смен».

На своём стенде IMTS Hurco представила автоматизацию с коллаборативными роботами, многоосевыми последовательными роботами и паллетными системами, демонстрирующими автоматизацию для производства высокого микса/низкого объема, встречающегося во многих контрактных цехах, сказал Коуп, отметив, что выставка автоматизации была совместным усилием между Hurco и Erowa, Universal Robots, FANUC, Online Resources и Industrial Controls & Automation.

«Hurco посвятила обширные инженерные ресурсы изобретению нашей запатентованной программно-управляемой системы управления движением, называемой UltiMotion», — сказал Коуп. «С UltiMotion, огромные объемы памяти и NC-блок look-ahead (все стандартные функции на нашем управлении), все отрасли выигрывают, но это будет особенно полезно для наших мастеров по формам и аэрокосмических цехов. Комбинированная скорость, пропускная способность и отзывчивость осей помогут обеспечить, что клиент производит лучшие возможные детали, с более короткими временами цикла и выдающимися финишными поверхностями».

Одиночные установки, симуляция ценятся

Более эффективная работа с одиночными установками на многоосевых станках — тренд в ЧПУ сегодня, отметил Гизберт Ледвон, менеджер по бизнес-развитию TNC, Heidenhain Corp., Шаумбург, штат Иллинойс. «Люди хотят делать больше на одном станке, если могут, так что очевидно, пятиосевое прошло долгий путь, не только для полного пятиосевого, но всё больше для 3+2 [обработки], потому что люди должны оставаться конкурентоспособными», — сказал Ледвон. «Если они продолжат делать то, что они делают, они не будут конкурентоспособными».

Пока некоторая обработка возвращается в США, легкая обработка не возвращается, добавил он.

«Сложные вещи возвращаются. Есть тренд людей, желающих делать больше в одном станке, так что это либо пятиосевое, либо они хотят сделать токарно-фрезерное приложение на фрезерном станке. Они хотят начать автоматизацию немного больше, так что они хотят легкую функциональность на своём управлении для управления, может быть, простым паллет-чейнджером, и установки приоритетов от этого».

Операции обработки для скивирования и сложной нарезки шестерен вернулись, поможенные более новым ПО в управлении TNC Heidenhain, добавил он. Сложные операции обработки требуют высокоточного 3D-моделирования в симуляционном ПО вроде того, что Heidenhain недавно добавил в инструментарий TNC, включая его Динамический мониторинг коллизий.

«Даже если у вас может быть мониторинг коллизий снаружи, как с CAM или Vericut программой, например, которая верифицирует вашу программу, так что у вас нет коллизий, люди также хотят делать это на станке [управлении], если могут», — сказал Ледвон. «Если станок может визуально показать им, если у них проблема коллизии, они хотят увидеть 3D-модель кинематики станка, и просто дважды проверить, если они делают программирование — они всё еще хотят ту верификацию на станке».

Симуляция деталей на ЧПУ-управлении становится более распространенной, с новыми ЧПУ-базированными симуляциями, представленными на IMTS FANUC и другими. Симуляция FANUC предлагает полную 3D-симуляцию детали, отметил Вебстер, показывая твердое тело детали, пока она проходит операции обработки.

Использование твердых моделей также растет внутри предложений разработчиков ЧПУ, отметил Коуп из Hurco. «Тренд, который некоторые управления начинают принимать, и который мы точно увидим расти, — это способность импортировать твердые модели прямо в управление — и создавать программы из них. Хотя мы могли импортировать STL-файлы для использования как геометрия заготовки уже несколько лет, Hurco представила новую функцию, 3D Import с улучшенным 3D DXF на IMTS 2018, которая была очень хорошо принята посетителями выставки», — добавил Коуп. «Поскольку многие пользователи получают файлы твердых моделей от своих клиентов, это значительное преимущество иметь возможность просто загрузить этот файл в управление и создать программу детали без необходимости CAM-системы».

Что важнее всего для наладчиков

Простота использования ранжируется очень высоко в списках желаний большинства наладчиков, и разработчики ЧПУ делают постоянный прогресс в этой области, с FANUC, переработавшей свой пользовательский интерфейс в последние годы, и многими другими разработчиками, включающими более легкие в использовании сенсорные интерфейсы.

«Они хотят скорости, не хотят ждать, и хотят точности», — сказал Робин Кейв, инженер ПО для Флоренс, штат Кентукки, Mazak Corp. «Графика на наших Windows-машинах очень хороша, и она помогает наладчикам верифицировать код до начала резки с довольно хорошей симуляцией, которая показывает всё».

Линия ЧПУ Mazatrol Smooth Mazak, включающая SmoothX, SmoothG и SmoothC, была переработана Mazak в Японии около трех лет назад с использованием аппаратуры Mitsubishi и включением встроенной операционной системы Windows 8. Эти ЧПУ предлагают интуитивную операцию для пользователей с сенсорными экранами, позволяющими настройку процесса детали, отметил Кейв, используя ползунки и другие графические вводы.

«Это кричаще быстрый контроль», — сказал Кейв о Smooth ЧПУ, отметив, что Georgia Tech тестировала контролы. «Он обрабатывает быстрее всего, что мы делали раньше, и твердотельные накопители действительно помогают со скоростью. Вам не всегда нужно много скорости, но когда вы интерполируете шаровидную фрезу, вам нужно быстро прожевать много кода», — сказал Кейв. «Вы сталкиваетесь с такими вещами чаще в работе по формам и аэрокосмике».

«Еще одна действительно большая вещь с нашими клиентами — это наш SMC — наша Smooth Machine Configuration», — продолжил Кейв. «Что хотели клиенты — это чтобы наши станки были более гибкими. Иногда им нужно быть действительно точными, иногда не нужно». SMC позволяет наладчикам легко регулировать ползунки, чтобы сделать станок более или менее точным по мере требований условий обработки, отметил он, помогая облегчить задачи наладки на станке.

Единая платформа для всего

Универсальность обработки — ключевой тренд для пользователей ЧПУ сегодня, отметил Тодд Дрейн, менеджер по маркетингу для Fagor Automation-USA, Элк-Гроув-Вилладж, штат Иллинойс. «Производители хотят единую ЧПУ-платформу, способную решать любое приложение, которое у них есть на заводском полу», — сказал Дрейн, отмечая, что это позволяет лучшую взаимозаменяемость цеховых персоны. «Как только они выучили одну ЧПУ-платформу, интеграция в новый процесс для этого индивид становится намного легче, если операционная платформа остается той же с новым процессом».

Среди своих последних разработок, платформа ЧПУ 8065 Fagor была спроектирована с проприетарными передовыми функциями, необходимыми для высокоскоростной обработки, сохраняя лучшее качество поверхности обработки и максимальную точность, сказал Дрейн. Функция Adaptive Real-Time Feed and Speed (ARFS) Fagor позволяет ЧПУ анализировать условия обработки, такие как нагрузка на шпиндель, сервомощность и температура кончика инструмента, и адаптировать как подачу по осям, так и скорость шпинделя для максимальной производительности обработки, добавил Дрейн. «Результат — сокращение времени цикла, связанное с превосходным финишем детали. Удлиненная жизнь шпинделя и сервопривода также достигнута, как и улучшенное использование инструмента».

ЧПУ Fagor 8065 также оснащена аэрокосмической специфической функциональностью High Speed Surface Accuracy (HSSA), предлагающей сниженное механическое напряжение на станке, что увеличивает срок жизни станка. Также из-за более низкой вибрации станка, станок способен на более плавное движение и более высокие подачи, сказал Дрейн. «Кроме того, набортной инструмент диаграммы Боде позволяет измерять частотный отклик станка, тем самым позволяя возможность фактически фильтровать вибрации станка, производимые различными операционными условиями и средой».

Fagor также представляет своё приложение Fagor Machining Calculator (FMC), доступное на обеих платформах ЧПУ 8060 и 8065. Функция состоит из базы данных материалов для обработки и операций обработки (фрезерование и точение) и интерфейса для выбора подходящих условий резания (подача по осям и скорость шпинделя для каждой операции). Еще одно достижение в ЧПУ Fagor — компактный дизайн аппаратной линии управления, сказал Дрейн. «В сегодняшнем производстве, как заявил клиент, пространство — это деньги», — отметил он. «Поэтому Fagor создал не просто компактные ЧПУ, но также компактные приводы и даже моторы. Идея — предоставлять lean-решения, подходящие под потребность vs. подход "cookie-cutter"».