Percepat Pengendalian Bagian: Cara CAD/CAM Software Mengurangi Waktu Setup dan Meningkatkan Efisiensi
Kemajuan perangkat lunak berfokus pada perbaikan toolpath, mengurangi waktu setup pekerjaan, integrasi dengan perpustakaan alat digital, dan meningkatkan alat simulasi, verifikasi, dan analisis mesin
Tanyakan kepada hampir semua vendor CAD/CAM apa yang menjadi fokus mereka dan mereka akan mengatakan ini sama seperti lima tahun yang lalu, dan akan sama dalam lima tahun: Masukkan bagian ke mesin secepat mungkin dan keluarkan bagian dari mesin secepat mungkin. Berikut adalah kondisi saat ini di kedua area utama ini.
Ada berbagai perubahan pada perangkat lunak CAD/CAM dalam beberapa tahun terakhir untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi waktu setup pekerjaan. Tapi “tidak ada obat ajaib,” seperti yang diungkapkan oleh Vyncent Paradise, direktur pengembangan produk untuk NX CAM, Siemens PLM Software (Plano, TX). Dia merujuk pada otomatisasi sebagai alat terpenting, termasuk penggunaan templat yang telah ditentukan serta penggunaan yang meningkat dari informasi produk dan manufaktur (PMI) dalam file CAD.
“Kami selalu mencoba menambahkan lebih banyak informasi ke proses pemodelan CAD yang dapat digunakan di hilir dalam CAM, seperti toleransi dan persyaratan finishing,” penjelasan Paradise. “Dan jika Anda dapat membaca model digital cerdas, Anda dapat menggunakannya untuk secara otomatis memilih metode pemesinan berdasarkan toleransi yang diperlukan.”
Alan Levine, managing director dari Open Mind Technologies USA (Needham, MA), menyetujui nilai otomatisasi pemrograman CAM melalui penggunaan makro yang menyimpan praktik terbaik bengkel. “Misalkan Anda suka membor lubang dalam dengan cara tertentu, dengan langkah pecking dan feed yang berbeda. Kami membuatnya mudah untuk menyimpan proses ini sebagai makro sehingga programmer tidak perlu terus-menerus melewati langkah-langkah ini,” katanya. Perangkat lunak Open Mind juga membantu pengguna mengkategorikan makro, sehingga mudah ditemukan dan diterapkan. Selain itu, modul Programming Assistant mengotomatisasi beberapa tugas setup yang berbeda dari bengkel ke bengkel tetapi umumnya terstandarisasi dalam suatu bengkel, seperti di mana menetapkan titik nol.
Modul hyperCAD-S dalam perangkat lunak hyperMILL Open Mind mempercepat tugas berorientasi CAD untuk programmer NC dengan memudahkan memilih titik, kurva, muka, padat, atau mesh poligon. Levine mengatakan elemen dapat dengan cepat ditambahkan, dihapus, dimodifikasi, ditampilkan atau disembunyikan, dan semua fungsi disesuaikan dengan tugas programmer NC. Di luar itu, modul ini mencakup penempatan fixture, memberikan kemampuan untuk menyesuaikan dengan sisi bagian mana pun yang sedang dibuat pengguna. Misalnya, elemen seperti rahang klem dapat dipindahkan secara linier atau radial ke posisi optimal.
Sejalan dengan itu, Mark Gadsden, manajer pemasaran produk untuk PowerMill dan FeatureCAM di Autodesk (San Rafael, CA), menyatakan bahwa operator yang menggunakan FeatureCAM tidak perlu memprogram mesin tahap demi tahap; malah, mereka memprogramnya menggunakan istilah bengkel sehari-hari, seperti ‘turn,’ ‘bore,’ ‘bolt’ dan seterusnya. Ini memiliki kecerdasan yang cukup untuk mengenali kebutuhan dan persyaratan dari istilah tersebut dan akan secara otomatis mengadopsi kecepatan dan kekuatan torsi yang tepat tanpa harus diberi instruksi, baris demi baris.”
Gadsden juga menunjuk pada kemampuan Directed Automated Feature Recognition (DAFR) FeatureCAM yang “secara otomatis mengenali lubang, boss, sisi, dan kantong dalam satu alur kerja, yang memungkinkan pemrograman yang lebih cepat. Sementara AFR standar memotong model dalam sumbu Z aktif dan menghasilkan fitur lengkap saat berjalan melalui model, DAFR memungkinkan pengguna untuk memilih fitur yang diinginkan bahkan sebelum pengenalan dimulai. Ini meminimalkan waktu pemrograman dan membantu mengurangi waktu siklus. Dalam perbedaan dengan konvensi, DAFR juga dapat digunakan dalam proyek pemutaran. Ini memberikan pengguna opsi untuk memilih sudut indeks. Ini membantu mengurangi jumlah gerakan sumbu Z yang diperlukan dan jadi mempercepat pemotongan.”
Daniel Remenak, product manager untuk 3D Systems (Rock Hill, SC), juga berbicara tentang alat bantuan pemrograman yang melampaui milling: “Produk MTM GibbsCAM menyediakan solusi pemesinan lengkap untuk mesin multitugas, memungkinkan Anda memprogram milling, turning, dan operasi lain di seluruh spindel ganda untuk mengakses semua sisi bagian, dan membantu sinkronisasi dan operasi transfer bagian otomatis, yang dapat memungkinkan pemesinan satu setup, lights-out. Demikian pula, Sistem Manajemen Kubus GibbsCAM menawarkan tata letak bagian otomatis dari satu atau beberapa pekerjaan pada fixture kubus, memungkinkan mesin digunakan penuh waktu sementara kubus berikutnya sedang disiapkan di luar mesin.”
Ben Mund, analis pasar senior di CNC Software (Tolland, CT), pengembang perangkat lunak Mastercam, menyatakan bahwa sebagian besar bengkel menerima file bagian dari berbagai pelanggan dalam berbagai format. “Jadi bagian besar dari fokus kami telah menciptakan alat CAD untuk mesin yang dirancang untuk mempersiapkan bagian dan mendapatkannya ke mesin lebih cepat. Hal-hal seperti pengisian lubang, pembuatan fixture, dan perbaikan permukaan atau padat sering kali datang dalam keadaan rusak atau tidak lengkap.” Mund menambahkan bahwa mesin sering menghadapi situasi yang mungkin tidak dipertimbangkan oleh desainer saat memodelkan bagian, dorongan lain untuk memberikan mesin kemampuan CAD spesialisasi.
Mensimulasikan atau Mengabaikan
Simulasi pemesinan tiga dimensi adalah alat bantuan pemrograman yang luar biasa dan terus membaik. Terapkan simulasi mesin perkakas lengkap, termasuk pemuatan robotic dan bahkan logo di pintu geser. Ini mungkin tidak diperlukan dari segi pemesinan, tetapi seperti yang diamati Mund:
“Operator akan menjalankan alat melalui sepotong logam. Apa pun yang dapat Anda lakukan untuk meningkatkan kepercayaan mereka pada akurasi itu baik. Dan itu adalah cara yang baik untuk menanamkan kepercayaan pada verifikasi secara keseluruhan.” Dia menambahkan bahwa untuk mesin multitugas yang kompleks, mensimulasikan setiap detail menjadi penting karena jika tidak, sulit bagi programmer untuk meramalkan dan menghindari tabrakan.
Remenak setuju bahwa vendor CAM sedang memperluas cakupan apa yang disimulasikan, “saat programmer meminta simulasi yang akurat untuk jenis pemesinan baru, seperti interpolasi turning, thread whirling, dan polygon turning, broaching, atau bahkan proses deposit logam aditif.”
Paradise Siemens membuat pengamatan menarik bahwa “sistem CAM selama lama waktu mengetahui banyak tentang toolpath daripada yang kita sediakan kepada programmer. Tetapi kami telah mulai menampilkan banyak informasi toolpath dalam beberapa tahun terakhir. Contoh termasuk menampilkan sudut alat, ketebalan material yang tersisa, dan menunjukkan apakah ada masalah, membawa programmer langsung ke titik itu.”
“Itu semua terdengar sangat jelas tetapi ini cukup baru,” katanya. “Hal-hal ini dapat cukup penting bagi programmer yang mencoba memahami apa yang sedang terjadi atau mencoba mendapatkan finishing yang luar biasa.” Dan sementara deteksi tabrakan otomatis adalah atribut umum dalam paket CAM, mereka tidak selalu memudahkan programmer untuk mengetahui di mana dan mengapa. Paradise mengatakan itu sedang berubah. “Kami memberikan pengguna informasi yang lebih akurat tentang apa yang sedang terjadi untuk membantu mereka menciptakan operasi pemesinan yang lebih baik.”
Mund dari CNC Software menambahkan bahwa pengkodean warna gerakan membantu. “Dengan sekilas Anda dapat melihat kecepatan dan feed, atau tipe gerakan, atau tipe alat yang digunakan.” Dia menyetujui pandangan Paradise bahwa CAM modern menawarkan alat analisis toolpath yang luas untuk verifikasi dan apa yang dihasilkan program, serta alat analisis yang memungkinkan programmer untuk “masuk dan memecah satu potong gerakan dan melihat angka yang menggerakannya. Kurang sering orang memerlukan itu, tetapi ketika mereka melakukannya penting bagi mereka untuk memilikinya.”
Sebaliknya, terkadang lebih baik untuk tidak menunjukkan hal-hal persis seperti yang ada. Mund mengatakan transisi dari CAD ke CAM dapat dibantu dengan memberikan mesin kemampuan untuk sementara menyembunyikan fitur, seperti radius di sudut bagian, untuk memudahkan pemesinan.
Menurut Paradise, ada juga saat di mana itu membantu untuk mengurangi detail model CAD sambil tetap memberitahu program CAM untuk memesin fitur di area tersebut. “Saya menghemat waktu pemodelan. Saya menghemat ukuran file. Dan saya mengotomatisasi CAM saya. Semuanya dalam proses yang sama.” Contoh terakhir ini mengingatkan kita bahwa, seperti Autodesk, Siemens PLM menawarkan paket CAD/CAM lengkap dengan NX.
Terakhir, Paradise berpendapat bahwa tidak semua simulasi CAM sama akurat dan mulus. “Kami menjalankan simulasi kami di dalam NX CAM menggunakan kode G akhir yang akan pergi ke mesin perkakas. Postprocessing dibangun langsung ke dalam sistem. Sehingga segera setelah memprogram jalur, sistem akan menghasilkan kode G dan kami menggunakan kode G itu untuk menggerakkan simulasi.”
Paradise mengatakan sebagian besar paket CAD/CAM menggunakan produk pihak ketiga untuk simulasi pemesinan. “Anda harus mengekspor kode G dari postprocessor Anda dan mengimpornya ke sistem yang berbeda. Dan Anda harus mereplikasi model mesin, workholding, dan alat pemotong Anda di sistem itu juga. Kemudian Anda menjalankan simulasi driven kode G Anda di sana. Dan jika ada modifikasi desain atau masalah, Anda harus kembali ke sistem CAM Anda, membuat perubahan, dan melewati siklus lagi. Kami unik dalam melakukan semuanya di dalam NX CAM secara on the fly.”
Bagian Keluar
Kemampuan untuk secara otomatis memprogram tingkat umpan optimal berdasarkan analisis volumetrik material tepat di depan pemotong adalah topik terpanas dalam upaya untuk mengurangi waktu siklus. Setiap penyedia CAM menawarkan kemampuan ini, dengan nama dan variasi yang berbeda dalam operasi dan konfigurasi sumbu. Dalam Mastercam ini disebut Dynamic Motion karena, seperti yang dijelaskan Mund, perangkat lunak “selalu mengubah keterlibatan alat sehingga beban kerikil tetap konstan.”
Contoh mudah adalah berjalan cepat pada bagian lurus dan melambat di sekitar sudut, sedangkan cara lama untuk memprogram pemotongan adalah menetapkan tingkat umpan yang dapat bertahan alat di sudut dan menerapkan tingkat yang sama untuk seluruh periferi.
Tujuannya juga untuk tetap terlibat dengan workpiece sebanyak yang mungkin secara fisik, membedakan teknik ini dari roughing konvensional dan pemesinan trochoidal, yang memotong bagian bagian dan kemudian berulang untuk memotong bagian kecil lainnya. Saat dilihat dari atas, toolpath Dynamic Motion dapat terlihat acak dibandingkan, sementara kerikil konsisten dalam ukuran dan bentuk. Ini juga lebih baik untuk pemotong, karena disengagement dan re-engagement berkontribusi pada aus alat.
Mund menambahkan bahwa ideal lain adalah menggunakan sebanyak mungkin permukaan pemotong alat, mengambil potong aksial dalam, “walaupun sedikit lebih dangkal secara radial daripada yang Anda lakukan dalam pemesinan konvensional. Tampaknya kontradiktif tetapi jauh lebih cepat untuk mengambil potong aksial yang lebih dalam dengan keterlibatan radial yang lebih dangkal daripada menurunkan dengan serangkaian potong radial dalam.”
Mund mengakui bahwa sebagian besar paket CAD/CAM memiliki teknik yang serupa dan mengatakan itu telah “menjadi cara standar untuk roughing kompleks dan finishing 2D dalam beberapa tahun terakhir. Ini adalah yang paling dekat yang kita capai untuk menciptakan tipe toolpath yang secara universal bermanfaat. Kami telah melihat bengkel dengan mesin lama dan alat non-premier mengurangi waktu pemesinan 50 hingga 60%.”
Pendekatan Open Mind adalah melisensi kit dasar VoluMill dari Celeritive Technologies Inc. (Moorpark, CA) dan menambahkan metode mereka sendiri untuk hal-hal seperti slicing untuk mendapatkan beberapa kedalaman, sectioning, dan cek tabrakan. Dengan kustomisasi, mereka memilih nama yang berbeda untuk produknya: Maxx Machining roughing.
Levine mengatakan aspek paling unik dari implementasi ini adalah memperluasnya ke pemesinan lima sumbu. “Jika Anda memiliki komponen berbentuk seperti cetakan ban atau casing pesawat, kami dapat menyajikannya [dengan] roughing paths lima sumbu. Jika Anda menggunakan CAM tradisional pada permukaan lengkung seperti cetakan ban, Anda melakukan banyak potong Z dan akhirnya dengan banyak tangga pada permukaan itu. Saat kita menerapkan roughing berperforma tinggi dalam lima sumbu, kami memorph ke bentuk, menyisakan jumlah material yang konstan untuk jalur finishing. Seluruh proses bergerak lebih baik dan Anda dapat menghemat banyak potong pembersihan perantara.”
Mund mengatakan Mastercam baru-baru ini menambahkan Dynamic Motion ke roughing lima sumbu dan turning, dan Gadsden mengatakan PowerMill baru “otomatic tool-axis tilting … menyediakan satu solusi yang membantu menghasilkan gerakan lima sumbu yang halus dan aman untuk semua bentuk dan tipe toolpath, membuatnya secepat mudah untuk membuat program lima sumbu seperti dengan kode tiga sumbu.”
GibbsCAM juga menggunakan VoluMill dan Remenak mengkreditkannya dengan perbaikan dramatis dalam waktu pemotongan dan umur alat. Dia menambahkan bahwa “kemajuan terbaru telah menerapkan pelajaran yang dipelajari dalam algoritma pemesinan milling yang efisien ini ke turning, dan hasilnya adalah generasi baru toolpath turning seperti VoluTurn, yang tersedia dalam GibbsCAM 12. Toolpath turning baru ini menawarkan tingkat penghapusan material yang tinggi sambil mengurangi stres mesin dan alat untuk meningkatkan kualitas pemotongan dan umur pemotong.”
Mengurangi Waktu Non-Pemotongan
Secara alami, CAM modern juga meminimalkan waktu non-pemotongan dengan mengurangi baik ketinggian lift-off maupun jarak lift-off. “Ketinggian lift-off terdengar seperti hal kecil tetapi dapat memberikan perbedaan besar pada bagian besar,” amati Paradise. Dia juga sangat memperhatikan pentingnya merampingkan perjalanan baik jalur pemotongan maupun non-pemotongan.
“Cara mudah untuk menangani gerakan non-pemotongan adalah memberitahu mesin untuk berhenti, lift-off, dan bergerak cepat ke titik di atas area pemesinan berikutnya, berhenti lagi, bergerak ke bawah, dan terlibat. Itu baik untuk beberapa gerakan, tetapi jika itu adalah bagian yang akan Anda proses seiring waktu, ini bisa ribuan gerakan semacam itu di posisi yang sama pada mekanika, dan itu merusak mesin. Ini juga lebih lambat. Menghitung kurva yang tepat dan membangun percepatan dan perlambatan di setiap ujung adalah cara terbaik untuk pergi. Misalnya, seorang pelanggan besar baru-baru ini menghemat 10% waktu siklus pada ratusan mesin mereka hanya dengan merampingkan jalur non-pemotongan.”
Merampingkan waktu non-pemotongan tidak memerlukan kontrol yang canggih atau mesin yang mahal. Ini adalah cara mudah untuk meningkatkan produktivitas bahkan mesin hemat. Dan karena juga mengurangi aus pada mesin, ini meningkatkan umur mesin.
Kemajuan Lain yang Menarik
Peningkatan tambahan termasuk siklus roughing 3D yang dioptimalkan baru dalam hyperMILL Open Mind, yang telah ditingkatkan untuk aplikasi dengan cutter high-feed (yang mengambil potong dangkal dengan stepover tinggi). Jarak stepover dapat dihitung dari tinggi scallop yang diukur terhadap geometri cutter high-feed dan gerakan toolpath khusus menghapus material sisa di sudut ketika ada stepover besar.
Levine mengatakan rahasinya adalah pemodelan yang presisi geometri bawah cutter, sedangkan “perangkat lunak lain mendekati cutter high-feed sebagai bullnose cutter dengan corner radius. Bawah cutter high-feed sebenarnya memiliki radius efektif yang besar dan kami memodelkannya sebagai berikut.”
Satu manfaat adalah dapat memesin lebih dekat ke dinding karena perangkat lunak tahu di mana geometri cutter meninggalkan ruang, sementara simulasi yang mendekati cutter dengan dasar datar melihat kontak di mana tidak ada. Levine menambahkan bahwa pemodelan cutter juga memungkinkan perhitungan yang lebih baik untuk jarak antara potong berdekatan untuk mengontrol kualitas permukaan.
Fitur Open Mind lainnya yang tidak terbatas pada cutter high-feed adalah “intelligent cut division.” Jika, misalnya, sebuah bagian workpiece memerlukan penghapusan 4,1 inci (104 mm) material dan programmer menentukan stepover 1,0 inci (25,4 mm), potong terakhir akan sangat tipis (dan bahkan bisa lebih tipis dari contoh ini). Selain tidak efisien, pemesinan sliver semacam itu dapat sangat merusak pada beberapa material, kata Levine. “Jadi kami menawarkan opsi ini untuk mengganti stepover yang ditetapkan, menghitung ulang berdasarkan total jumlah langkah sehingga setiap potong mengambil material yang setara.”
Terakhir, banyak perusahaan mengaktifkan penggunaan “circle segment end mills” dan desain alat conical barrel lainnya. (Lihat “New Tool Designs Power Faster-Than-Ever Cutting,” ME Tooling & Workholding issue, Spring 2018). Seperti yang dijelaskan Levine, alat tersebut memiliki radius efektif sebesar 1.500 mm, membuat jarak stepover 6 dan 8 mm menjadi kenyataan untuk finishing permukaan yang superior dengan pengurangan waktu siklus yang melebihi 90%. “Anda tidak perlu mengganti cutter untuk finishing area berdekatan seperti sudut interior bulat, dan area yang sulit dijangkau dapat dimesin dengan cara yang efisien dan aman,” katanya.
Gadsen mengatakan mereka bermitra dengan pelanggan tiga tahun yang lalu untuk mengoptimalkan pemesinan lima sumbu dari blisk yang sangat kompleks menggunakan alat barrel dan dapat mengurangi waktu milling dari 200 jam menjadi 35. “Itu adalah penghematan 83%, dan kami juga mengurangi biaya tooling sebesar 72%.”
Area perbaikan lainnya adalah pencetakan 3D. Gadsden Autodesk menyoroti ketersediaan yang semakin luas dari mesin yang menggabungkan proses subtractive dan additive. “Mesin hybrid ini tampak siap untuk mengubah cara kita memproduksi bagian, tetapi mereka menampilkan tantangan pemrograman untuk perangkat lunak CAM karena proses additive bukan hanya proses subtractive yang terbalik. Dengan demikian, Autodesk telah menambahkan alat khusus ke PowerMill untuk memprogram, mengontrol, dan mensimulasikan proses manufaktur additive dengan tingkat tinggi.”
