Automatizace v konstrukci i v�rob� elektrod a p��prav� EDM procesu

M�li k dispozici kvalitní strojní vybavení (frézovací centra, EDM hloubicí stroje), kvalitní konstruktéry i NC programátory, a p�esto nebyli spokojeni s efektivitou p�i procesu výroby a opravy forem, co� plynulo jak z pou�ívání jiného softwaru pro konstrukci a jiného pro p�ípravu NC program�, tak z toho, �e jejich stávající CAD a CAM �ešení nebyla specializovaná na tvorbu nástroj�.

Techniky z Peartecu trápily a brzdily p�edevším tyto skute�nosti:

• poškozená data po exportu a importu p�es externí formáty, nap�íklad STEP
• pou�ívání dvou r�zných program� p�inášelo potí�e p�i p�edávání dat mezi konstrukcí a NC programátory
• chyb�jící specializované CAD/CAM �ešení pro konstrukci a obráb�ní elektrod 
• zdlouhavé NC programování vrtacích operací u obráb�ní forem
• dlouhé frézovací �asy hrubovacích operací
• nemo�nost programovat hloubicí proces mimo ovládací panel EDM stroje.

Vedení spole�nosti do budoucna po�ítalo i s nasazením jednotného CAD/CAM �ešení pro kompletní výrobu nových vst�ikovacích forem v�etn� jejich konstrukce, tedy vybrané �ešení muselo být schopno pokrýt i tuto �ást zadání.

Po konzultaci s námi padlo rozhodnutí �ešit situaci vyu�itím CAD/CAM Cimatron. Jedná se o software, který je vyvíjen a cílen� sm��ován pro pou�ití v nástrojárnách. Takto zam��ený dlouhodobý vývoj vedl k automatizaci jeho postup� p�i konstrukci i NC programování v�etn� p�esahu do dalších etap výrobního procesu, nap�íklad programování EDM procesu mimo panel stroje. Nástrojárna tak m��e vyu�ívat jednotný software, který jí zajistí v�tší efektivitu práce, zamezí vzniku lidských chyb, a tedy p�inese finan�ní úspory.

V Peartecu byla naplánována implementace Cimatronu ve dvou vlnách:

První etapa (ji� realizována) zahrnovala nasazení Cimatronu pro

• konstrukci a výrobu elektrod
• EDM nastavení hloubicích proces�
• veškeré CNC frézování.

Druhá etapa (je na svém po�átku) a zahrnuje implementaci Cimatronu pro konstrukci nových forem.

Cílem je, aby celý proces výroby formy od její konstrukce, p�es konstrukci a frézování elektrod, nastavení hloubicích proces� a veškeré frézování forem byl realizován s pomocí Cimatronu.

V dalších odstavcích se zam��íme na tu �ást implementace, která zahrnovala nastavení efektivní a v maximální mo�né mí�e automatické výroby elektrod a nastavení procesu hloubení. Stranou necháme pro tentokrát vyu�ití Cimatronu pro CNC frézování, i kdy� i zde jsme dokázali na po�adavky zákazníka adekvátn� reagovat, stejn� jako probíhající implementaci pro konstrukci forem.

Automatizace výroby a pou�ití elektrod s pomocí CAD/CAM Cimatron

Konstrukce elektrod – pou�ití šablon d�lá velkou �ást rutinní práce za vás

Pro konstrukci elektrod disponuje Cimatron specializovaným modulem s funkcemi, které výrazn� usnad�ují práci konstruktéra. Jednou z hlavních pom�cek je mo�nost pou�ití šablon. Po výb�ru ploch, které je pot�eba obrobit pomocí EDM technologie, lze aplikovat šablonu, která automaticky provede p�edem definovanou posloupnost funkcí. Tyto funkce domodelují zbytek elektrody, umístí ráme�ek se základnou elektrody a definují sou�adné systémy jak pro obráb�ní, tak pro hloubení. Dr�ák elektrody je také mo�no importovat v rámci tohoto procesu automaticky. Velkou p�edností aplikací šablon v Cimatronu, je mo�nost zp�tn� zasáhnout do pou�itých funkcí. Lze nap�íklad zp�tn� zm�nit velikost ráme�ku, upravit ozna�ení, prodlou�it te�né napojení pálících ploch a podobn� nebo pou�ité funkce doplnit/odstranit v p�ípad�, �e nejsme s výsledkem spokojeni. 

Obrázek 1. Pou�ití šablony pro konstrukci elektrod.

D�le�ité je také zmínit, �e pou�ití konstruk�ních šablon m��e být problematické u tvarov� slo�itých elektrod. Nicmén� i v t�chto p�ípadech je stále šablona p�ínosem. Konstruktérovi mnohdy sta�í šablonu upravit nebo navést konkrétní funkci na správnou cestu, t�eba zm�nou výb�ru jednoho referen�ního prvku, a zbytek konstrukce se ji� dopo�ítá správn�.

Úspora �asu stráveného konstrukcí elektrody s takto specializovaným �ešením se m��e pohybovat u jednoduchých elektrod a� okolo 80 %, u slo�it�jších pak pochopiteln� klesá, ale i u nich z�stává patrná oproti obecnému nebo mén� sofistikovanému �ešení.

Nastavení EDM – automatický provoz a vyhnutí se chybám

Nastavení EDM je další etapou, která probíhá ihned po konstrukci elektrody ješt� v CAD prost�edí. Po vytvo�ení geometrického modelu p�ichází �as pro dopln�ní dalších informací.

Do Nastavení EDM konstruktér doplní pokyny a pot�ebné informace pro další zpracování. Tím jsou fyzická výroba elektrody a zadání parametr� hloubení pro EDM stroj. Pot�ebná data se do jisté míry odvíjí od EDM stroje, na kterém bude elektroda pou�ita. Cimatron v rámci EDM nastavení umí i postprocesing dat/program� pro holubi�ky. Nap�íklad pro stroje Exeron Cimatron generuje soubor ve formátu .XML, který obsahuje tém�� všechna data pro hloubení jednou nebo i více vybranými elektrodami. Hlavními informacemi jsou pozice a rotace elektrody p�i hloubení a p�ípadná trajektorie, podrozm�ry, pálící plochy a další. Pro jiné EDM stroje m��e být výstup mírn� odlišný.

Peartec pou�ívá EDM stroje od firmy Penta. Ve spolupráci s Pentou jsme vyvinuli speciální profil Nastavení EDM i pro jejich stroje. Peartec tedy ze Cimatronu generuje nikoliv soubor .XML, ale p�ímo NC kód, který umí holubi�ky Penta �íst. Proces je do jisté míry podobný frézování. Tento NC program obsahuje nejen pokyny pro hloubicí proces (podrozm�r, technologie, typ orbitu, materiály atd…), ale i nájezdové trajektorie, výjezdy do bezpe�né roviny pro p�ejezd elektrody do další lokace hloubení a vyvolávání dalších maker, která mohou vykonávat nejr�zn�jší �innosti, od odeslání informa�ní SMS o dokon�ení programu, a� po vypušt�ní vany stroje. 

Obrázek 2.  Schéma postupu konstrukce a výroby elektrody.

Cílem p�ípravy procesu hloubení u� v rámci CAD �ešení by m�l být bezobslu�ný provoz hloubi�ky. Mo�nost vygenerovat NC program pro EDM hloubicí stroj i s podkladovými daty znamená, �e obsluha stroje na konci sm�ny p�ipraví elektrody do zásobníku podle podkladových dat a po zam��ení obrobku nahraje a spustí program. Hloubicí stroj automaticky podle programu nabere elektrody a postupn� s ka�dou z nich dojede na správnou pozici a provede hloubení. U toho m��e nap�íklad na�ítat data pro korekce elektrod ze CMM stroje, vše zcela automaticky. Výhodou tohoto postupu je i fakt, �e zcela odpadá ru�ní zadávání polohy elektrody a obsluha se neupíše t�eba o desetinné místo.

Obráb�ní elektrod – NC program s pomocí šablony na jedno kliknutí

Obráb�cí proces elektrody plynule navazuje na konstrukci, a to primárn� díky dat�m, která konstruktér zadal. Data jsou p�enesena do prost�edí obráb�ní a automaticky vlo�ena do procedur, které následn� generují dráhy nástroje pro obrobení elektrody. Programátor NC proces� tedy nemusí zadávat podrozm�r ru�n�, �ím� odpadá další okam�ik, kdy m��e dojít k lidské chyb�.

Jak tento p�enos dat funguje? Cimatron pracuje s nulovým modelem, a tedy podrozm�r pro hloubení není na model elektrody aplikován a jedná se o p�esný otisk tvaru. Aplikace podrozm�ru je zajišt�na v procesu obrobení elektrody. V záhlaví celého programu programátor vybere typ elektrody (hrubovací, dokon�ovací…) a Cimatron ji� sám doplní správný typ a velikost podrozm�ru, definovaný konstruktérem. Pokud je elektrod pot�eba vyrobit více typ�, sta�í naprogramovat jeden a následn� celý program duplikovat se zm�nou nastavení typu elektrody. Cimatron automaticky p�epo�ítá dráhy nástroje tak, aby byla elektroda obrobena se správným podrozm�rem. Výsledkem jsou dva NC kódy pro obráb�ní z jednoho NC projektu elektrody. Díky tomu je op�t ušet�en �as programátora.

Automatizace se nevyhnula ani této �ásti procesu. Cimatron umo��uje vkládání šablon NC procedur, a to bu� samostatn� jednu po druhé, nebo jako p�ipravenou posloupnost od hrubování, po dokon�ení a �išt�ní. Šablony umí automaticky rozpoznat cílové plochy geometrie elektrody a jejich typ a po�ítat dráhy podle tohoto výb�ru. Programátor je mezi sebou m��e libovoln� kombinovat nebo n�které jejich �ásti upravovat, mazat a nahrazovat novými procedurami. To �iní celý proces velmi flexibilním. Tyto šablony, stejn� jako šablony konstrukce elektrody, se chovají jako samostatné soubory, které lze kopírovat a p�esouvat mezi po�íta�i. Díky tomu je mo�né umístit tyto šablony do sdílené slo�ky na serveru, ze které jsou posléze na�ítány. Tento scéná� je ideální vyu�ívat, pokud má firma více programátor� a konstruktér�. Provedené zm�ny se okam�it� propisují do šablon pro ostatní kolegy a proces implementace se tím urychluje a zamezuje se chybám. Díky provázanosti procesu lze dosáhnout bodu, kdy šablony obrobí elektrodu bez dalšího zásahu programátora. 

Obrázek 3.  Frézování elektrod.

Záv�rem – efektivita práce vzrostla více ne� dvakrát

Všechny výše uvedené postupy byly aplikovány a implementovány p�i tvorb� elektrod a hloubení ve spole�nosti Peartec. P�ed implementací Cimatronu se na celém výrobním procesu elektrod (konstrukce, frézování, hloubení) podílelo 6 lidí, ka�dý na osmihodinové sm�n�. V této sestav� Peartec vyráb�l a hloubil od 100 do 250 elektrod týdn� dle jejich slo�itosti.

Po nasazení Cimatronu pracují na konstrukci, frézování a hloubení celkem 4 lidé a výsledkem jejich práce je 250 a� 350 elektrod týdn�, a to p�esto, �e si zm�ny v zakázkách za poslední rok vy�ádaly výrobu v�tších a slo�it�jších elektrod oproti p�edchozímu období.

Efektivita práce p�i výrob� elektrod a v procesu hloubení tedy vzrostla více ne� 2x. D�vodem bylo vyu�ití jednotného a specializovaného CAD/CAM �ešení pro konstrukci a výrobu elektrod, které umo��uje

• p�ímé pou�ití konstruk�ních dat pro p�ípravu NC programu, bez nutnosti p�evodu do jiného softwaru
• díky správnému nastavení automatických šablon velké urychlení práce
• mo�nost vygenerování EDM program� p�ímo v CAD/CAM software.

D�kujeme nástrojárn� Peartec za poskytnutí podkladových dat k tomuto p�ísp�vku. Rádi se v n�jakém dalším �lánku a prezentaci budeme v�novat jejich zkušenostem s CNC frézováním v Cimatronu, nejlépe i s návazností na konstrukci forem, a� tato poslední etapa implementace bude v Peartecu dokon�ena.