Металлообработка на станках с ЧПУ: как начать выпускать продукцию мирового уровня?

    Представляю вашему вниманию статью на тему цифровизации производства и выпуска продукции нового поколения. В материале пойдет речь о CAD-CAM-системе как важной составляющей конкурентоспособного производства. В качестве примера расскажу об одной из таких систем – Solid Edge+Solid Edge CAM Pro.

    Актуально ли для вас существенное повышение эффективности, снижение времени на проектирование+производство? Достаточно ли проработана статья или на чем-то лучше остановиться подробнее? Буду благодарен за обратную связь.

    Металлообработка в XXI веке – вызовы и возможности


    Согласно данным аналитического отчёта, продукция российского машиностроения характеризуется низким уровнем конкурентоспособности на мировом рынке. Объяснение – в проблемах, которые испытывает отрасль. Перечислим основные:

    • спад потребления на внутреннем рынке, начавшийся в 2014 году;
    • увеличение доли изношенных станков;
    • отставание от развитых стран по доле станков с ЧПУ;
    • низкий уровень оптимизации и автоматизации производственных и бизнес-процессов предприятий.

    При этом технологические инициативы промышленно развитых стран, как указано в том же отчете, направлены в первую очередь на то, чтобы ускорить переход к производству продукции нового поколения, которое основано на технологии «интернета вещей» (IoT), внедрения систем автоматизации и анализа больших данных.

    Ведущие предприятия отрасли направляют инвестиции в технологии – передовое оборудование и технологии обработки – и в системы управления производственными процессами (MES-системы).

    За последние три года наиболее эффективными вложениями в промышленном секторе стали инвестиции в:

    • многофункциональные обрабатывающие центры;
    • пятиосевую/универсальную обработку, используемую на рынке высокоточной обработки;
    • быстросменные инструмент/крепление;
    • высокоскоростную механическую обработку (HSM);
    • программное обеспечение (ПО) для создания, симуляции и проверки управляющих программ для станков с ЧПУ (далее – УП).

    Цифровизация машиностроения и переход на контракты жизненного цикла позволят предприятиям продвинуться в решении задачи увеличения доли конкурентоспособной продукции. По оценкам, с новым подходом выпуск такой продукции возрастет с нынешних 16% до 30% к 2025 году и до, как минимум, 50% – к 2030 году.

    Высокоавтоматизированная САD-CAM-система для решения задач машиностроения


    Мировой промышленный концерн Siemens AG реализует свою стратегию цифровизации с помощью программного обеспечения от Siemens PLM Software. По мнению специалистов последней, машиностроительное предприятие для повышения конкурентоспособности должно решить следующие задачи:

    • обеспечить максимальную загрузку оборудования и сократить время на наладку;
    • внедрить сбор информации о продуктах и процессах для контроля и управления инструментальной оснасткой и приспособлениями совместно с деталями изделия на основе шаблонов;
    • внедрить симуляцию траектории обработки 3D-модели для симуляции кинематики станка и моделирования траектории движения инструмента;
    • сократить время программирования, внедрить автоматизацию этапов создания УП для обработки стандартных элементов (таких, например, как отверстия);
    • сократить время обработки, внедрить новые стратегии обработки.

    Как показала практика ведущих компаний отрасли, последовательно решать эти задачи – неэффективный и долгий процесс. Требуется комплексный подход и внедрение CAD-CAM-системы, которая управляет всеми этапами изготовления изделия – от проектирования до готовой детали.

    Ключевая особенность цифровизации производственного процесса – возможность проектировать под требования рынка не только технические и функциональные характеристики продукта, но и процессы производства и эксплуатации. Для этого одновременно разрабатываются: физический продукт, его математическая (программная) модель (так называемый цифровой двойник, digital twin) для управления производством продукта и автоматического мониторинга.

    В результате внедрения системы процесс разработки становится более гибким: инженеры-конструкторы совершенствуют изделия, специалисты оптимизируют управляющие процессы, технологи-программисты проверяют стратегии и выбирают оптимальный способ изготовления изделий.

    Преимущества использования САD-CAM-системы


    Рассмотрим основные драйверы, которые снижают трудоемкость программирования, сокращают время обработки и износ станков с ЧПУ и, как следствие, приводят к росту выпуска продукции.

    Драйверы повышения ценности по всей технологической цепочке:


    Основные результаты применения эффективной САD-CAM-системы:

    1. Рост производительности и эффективности работы за счет:
      • шаблонов процессов и автоматизации;
      • повторного применения инструментов и технологий обработки;
      • прослеживаемости «деталь > процесс > изготовление».
    2. Увеличение использования активов за счет:
      • сокращения времени наладки;
      • использования многофункциональных обрабатывающих центров, симуляции в G-кодах, взаимодействия со стойкой ЧПУ.
    3. Оптимизация операционных расходов за счет:
      • сокращения складских запасов через управление инструментами;
      • сокращения затрат на инструмент;
      • применения инструмента в САМ-системе, отслеживания времени жизни инструмента.
    4. Автоматизация и гибкость производства за счет:
      • поддержки безлюдных производств;
      • использования систем анализа производственных данных.

    Solid Edge + Solid Edge CAM Pro: CAD-CAM система от Siemens PLM Software


    Увидеть, как создавать управляющие программы для токарной и фрезерной обработки в Solid Edge CAM Pro можно будет на ближайших вебинарах.

    Далее я в общих чертах расскажу об особенностях и преимуществах CAM-системы.
    Solid Edge CAM Pro, основанный на NX CAM, входит вместе с Solid Edge в одну линейку решений Siemens PLM Software. Программное решение предоставляет широкий спектр функциональных возможностей – от двухосевого фрезерования и высокоскоростной обработки до программирования многофункциональных станков и пятиосевого фрезерования.

    Программисты станков с ЧПУ могут использовать Solid Edge CAM Pro, чтобы решать задачи с различными требованиями к обработке – фрезерование, сверление, токарная и электроэрозионная обработка.

    С помощью синхронной технологии можно напрямую редактировать модели деталей и подготавливать их к созданию программ для станков с ЧПУ, включая обработку глухих отверстий и зазоров, смещенных поверхностей, а также изменять размеры элементов детали.
    Solid Edge CAM Pro использует концепцию мастер-модели с целью обеспечения сквозного проектирования и разработки программ для ЧПУ за счет привязки всех CAM-функций к единой модели, определяющей геометрию детали. В результате программист может начать разработку программы для станка с ЧПУ, не дожидаясь окончания работы конструктора. Полная ассоциативность обеспечивает последующее обновление операций управляющей программы для станка с ЧПУ при изменении геометрии модели.

    Основные возможности Solid Edge CAM Pro


    • Работа с PMI – конструкторско-технологической информацией 3D-модели.

      Product Manufacturing Information, PMI – производственные данные, ассоциированные с трехмерной моделью изделия в САПР. PMI-данные включают в себя геометрические размеры и допуски (GD&T), трехмерные аннотации (текстовые пометки), требования к качеству обработки поверхностей и спецификации материалов. Данные PMI поддерживаются во многих форматах файлов, используемых для обмена и визуализации данных об изделии (например, PDF и JT). Эти данные, если они заложены в модель инженером-конструктором, транслируются вместе с данными геометрии из Solid Edge в Solid Edge CAM Pro. Таким образом, программист станка ЧПУ получает всю необходимую информацию от инженера-конструктора. Это позволяет избежать ошибок и задержек, связанных с использованием 2D-чертежей, оптимизировать производственные процессы с помощью сквозного описания изделия, а также автоматизировать создание управляющей программы на основе этих данных.


    • Обработка на основе элементов (Feature-based machining).

      Модуль обработки на базе элементов обеспечивает распознавание отверстий, карманов, плоских граней (в том числе на импортированных из других CAD-систем моделях) и создание стратегии их обработки. Распознавание выполняется как по параметрам элементов построения, так и по их топологии. Этот модуль существенно ускоряет программирование призматических деталей, обеспечивает оптимизацию обработки, требует меньшей квалификации оператора. Модуль автоматически распознает конструкторско-технологическую информацию об изделии (PMI) – допуски, 3D-аннотации, параметры чистоты поверхности при назначении технологии обработки. Например, для точных отверстий помимо сверления будут автоматически добавлены операции растачивания или развертывания (причем можно настроить предпочтительный тип операции).
      Обработка на основе элементов – яркий пример автоматизации программирования, которая может привести к значительному сокращению времени на создание управляющей программы.


    • Постобработка и симуляция.

      Solid Edge CAM Pro включает в себя собственную систему постобработки, которая тесно взаимодействует с ядром CAM-системы. Это позволяет легко сгенерировать требуемый код управляющей программы для большинства типов конфигурации станков и контроллеров.
      Программа включает утилиту PostBuilder, которая позволяет создавать и редактировать постпроцессоры. Используя графический пользовательский интерфейс утилиты, пользователь может задавать параметры требуемого кода программы для станка с ЧПУ.

      Библиотека постпроцессора представляет собой интернет-ресурс, в котором содержится множество процессов, поддерживающих большое количество различных станков и инструментов. Также Solid Edge CAM Pro включает оптимизированный постпроцессор Sinumerik, который автоматически выбирает основные настройки контроллера в соответствии с данными операции технологического процесса.


    • Моделирование обработки на станке.

      Одним из основных преимуществ системы Solid Edge CAM Pro являются интегрированные функции имитационного моделирования и верификации обработки, которые позволяют специалистам выполнять проверку траектории движения инструмента в процессе программирования станков с ЧПУ. При этом доступен многоуровневый процесс проверки. Например, имитационное моделирование на основе G-кода показывает движение, управляемое выходными данными кода программы станка с ЧПУ на встроенном постпроцессоре NX. 3D-модель станка вместе с деталью, приспособлениями и инструментом перемещается в соответствии с движениями инструмента на основе G-кода.


    • Пятиосевая обработка.

      Основные преимущества: усовершенствованные стратегии обработки с гибкими вариантами управления осями инструмента, переменное профилирование оси автоматически обрабатывает сложные стенки на основе геометрии дна, обработка по Z-профилю с наклонным инструментом может уменьшить прогиб инструмента для лучшей чистоты поверхности. Для сложных деталей, используемых в аэрокосмических и энергетических отраслях, Solid Edge CAM Pro предлагает гибкий подход и ряд вариантов управления осями инструмента для пятиосевой обработки. Например, при программировании детали с несколькими карманами со спроектированными стенками необходимо один раз выбрать дно кармана, и система создаст траектории чистовой обработки для стенок.


    • Высокоскоростная обработка (High speed machining-HSM).

      Высокоскоростная черновая обработка в Solid Edge CAM Pro поддерживает высокую скорость удаления материала при управлении нагрузками на инструмент. Эффективные стратегии HSM для фрезерования с высокой скоростью позволяют сократить время обработки и повысить качество обрабатываемых поверхностей пресс-форм и штампов, призматических и сложных деталей. Пользователю доступен широкий выбор стратегий высокоскоростной обработки для эффективного фрезерования закаленных деталей с обеспечением плавного перемещения инструмента и постоянства силы резания.


    • Прикладное программирование. Фрезерование турбокомпонентов.

      Модуль Turbomachinery Milling предназначен для программирования станков с ЧПУ, которые обрабатывают многолопастные и многоосевые детали вращения. Предусмотрена возможность обработки лопаток с поднутрениями. Кроме того, поддерживается обработка нескольких рассекателей, что позволяет эффективнее работать с CAD-данными независимо от того, в какой системе они были созданы. Лопатки могут состоять из одной или нескольких поверхностей. Зазоры между поверхностями и наложения поверхностей исправляются автоматически. Система позволяет создавать плавные траектории движения инструмента на смежных поверхностях с несовместимыми параметрическими линиями. Определяет операции механообработки для одного элемента моноколеса или крыльчатки, а затем автоматически применяет их к остальным частям детали.



    Цифровой цех с Solid Edge CAM Pro


    Solid Edge CAM Pro – инструмент для производителей, которые «строят» цифровой цех или планируют обновлять оборудование. С помощью этой системы пользователь может создавать оптимальные программы обработки на станках с ЧПУ для моделей, созданных в Solid Edge и моделей, созданных в сторонних CAD-форматах, снизить производственные издержки, повысить качество выпускаемых изделий.

    Внедрение Solid Edge +Solid Edge CAM Pro – значительный шаг к цифровизации бизнес-процессов и росту конкурентоспособности продукции.

    На вебинаре 19 марта вы сможете узнать, как быстро начать работу в Solid Edge CAM Pro (по окончании запись будет доступна к скачиванию).
    Нанософт
    85,00
    Компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 17

      0
      А какая точность обработки?
        0
        Точность будет зависеть от оборудования\инструмента и квалификации инженера
          0
          Т.е. по практически у всех производителей одинаково хорошее?

          увеличение доли изношенных станков;

          Это естественный процесс наблюдаемый во всем мире. Часникам у нас в Израиле только с б/у начинать приходится.

          Кстати есть мнение спецов что 3д печать к 2030 сильно подвинет металлорезов.
            0
            Почему у всех одинаково хорошее? У всех разное оборудование, специалисты и финансовые возможности. Но при всех равных условиях — таки, да!

            Кстати есть мнение спецов что 3д печать к 2030 сильно подвинет металлорезов.

            Сомневаюсь я, что это касается высоконагруженных агрегатов и деталей. Но за мелкими изделиями будет преимущество у печатников. Хотя многое зависит от используемых материалов.
          0
          jedai всё верно написал. Плюс, если говорить о точности применительно к ПО, то она задаётся ещё и допуском. Допуск – это точность, с которой выполняется расчет. В Solid Edge CAM Pro используются 2 значения допуска: допуск внутрь и наружу. Для криволинейных поверхностей расчет ведется как последовательность прямолинейных движений, отстоящих от кривой на величину допуска; возможно как отклонение в тело модели (Допуск внутрь), так и от модели (Допуск наружу). Чрезмерная точность сильно увеличивает время расчета, размер программ. Поэтому точность обычно определяется технологическими соображениями.
            0
            Тут встает закономерный вопрос: как точность расчета влияет на точность размера (квалитет, отклонения)? Каким образом гарантируется достижение требуемого квалитета точности конечной детали?
              0
              Точность будет зависеть от самой 3D модели, инструмента и непосредственно станка. Подробнее про черновую и чистовую обработку, расчёт припусков можно прочитать в соответствующей литературе.
          0
          Все это хорошо и красиво. Но какова окупаемость подобных проектов?
          На запуск подобного производства требуется достаточно много вложений: оборудование, обучение персонала, программное обеспечение.
            0
            Анализ окупаемости подобных проектов выходит за рамки данной статьи. Однако, как было сказано в начале, для успешного развития экономики так или иначе необходимо вкладываться в развитие высокотехнологичных отраслей промышленности. Я думаю, сырьевая модель экономики не может существовать успешно длительное время, особенно при нынешних темпах технологического развития.
              0
              Для развития экономики, станки для единичного и мелкосерийного производства никак не подходят.
                0
                Для развития экономики нужна прибыль, иными словами: доход должен быть больше расходов. В случае использования данных технологий нужны реальные объемы производства: мелкие партии в больших количествах. Причем обрабатываемые изделия должны быть реально сложными (форма, точность), иначе не имеет смысла переводить производство в «цифру». Нет смысла сверлить «дырки» в корпусе на 5-координатном станке с ПУ.

                Вопрос: какие изделия вы предлагаете изготовлять с использованием данных технологий?
                  0
                  Так ведь производство уже давно в «цифре», и с каждым годом целесообразность покупки новой версии кам/кад по все более сомнительна.
                    0
                    Например, оснастку. При использовании пятиосевой обработки появляется возможность изготовления сложных изделий с одной установки, что экономит время, повышает точность, исключает возможность ошибок при смене программ и перепозиционировании. Кроме того, нет необходимости переплачивать за возможность пятиосевой обработки, если она не используется в производстве, систему можно гибко сконфигурировать под свои нужды начиная с фрезерования по 2,5 осям.
                      0
                      Если нужна одна-две штуки сложной оснастки, не будет ли считаться переплатой покупка комплекса «станок + ПО»? Оснастка — это тот продукт, который можно отдать на изготовление сторонней организации.
                        0
                        Всё верно, можно. Однако, этой самой сторонней организации для того, чтобы изготовить, нужно иметь и станок и ПО.
                0
                Чтобы превзойти мировой уровень производства деталей, достаточно станка ТВ-4.

                Сравним двух производителей. Участник номер один — Nissan Motor Company, восьмой в мировом рейтинге автоконцернов. Инновационно заменили металлический сплав в кронштейне стеклоочистителя на пластик. В Primera 10-го поколения (1990) там был металл, в 11-м (1995) — пластик. 10 лет — и замена, причём дорогая — вроде бы только всю трапецию можно было купить.

                Второй участник — ученик 10 класса и школьный учитель. Например, Анатоль Михалыч Морозов (Спасибо за всё, и не ругайся — машинный метчик взамен сломанного я тебе обещал, но дед сказал «Стоять!» и убрал его).

                Михалыч разрешал после уроков, на школьной практике, толковым ученикам сделать себе что-нибудь самодельное. Вполглаза приглядывал или сам, или помощник его, Василич, тот был подобрее.

                И по образцу болтающегося кронштейна из круглой заготовки любой советский школьник мог сделать деталь — лучше и долговечней, чем японская. Да, допуски были 0.3 мм. И одна плоскость была гладкой, вторая Rz «Никто не увидит». Но эту деталь уже менять не надо никогда, там латунная втулка стартера «от копейки».

                Единственная неточность в моём сравнении — года.

                Когда Михалыч выпрямлял нам руки — ниссаны были металлическими, проблем с качеством и ресурсом узлов не было, и школьники сначала делали детали стенда для лабораторных работ по заказу института (и получали деньги), потом кто делал торшер, кто ремонтировал миксер или улучшал мафон.

                Когда мы сами поставили себе станки — мировой автопром уже просел под маркетологами.

                Но упомянутый кронштейн массово выпускается, и любой токарь может поднять самооценку, заткнув за пояс самураев.

                Потом глянет на Пежо, выругается и сделает всё по-человечески.
                  0
                  Годнота! :)

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое