Automation in the construction and production of electrodes and the preparation of the EDM process

Mìli k dispozici kvalitní strojní vybavení (frézovací centra, EDM hloubicí stroje), kvalitní konstruktéry i NC programátory, a pøesto nebyli spokojeni s efektivitou pøi procesu výroby a opravy forem, což plynulo jak z používání jiného softwaru pro konstrukci a jiného pro pøípravu NC programù, tak z toho, že jejich stávající CAD a CAM øešení nebyla specializovaná na tvorbu nástrojù.

Techniky z Peartecu trápily a brzdily pøedevším tyto skuteènosti:

• poškozená data po exportu a importu pøes externí formáty, napøíklad STEP
• používání dvou rùzných programù pøinášelo potíže pøi pøedávání dat mezi konstrukcí a NC programátory
• chybìjící specializované CAD/CAM øešení pro konstrukci a obrábìní elektrod 
• zdlouhavé NC programování vrtacích operací u obrábìní forem
• dlouhé frézovací èasy hrubovacích operací
• nemožnost programovat hloubicí proces mimo ovládací panel EDM stroje.

Vedení spoleènosti do budoucna poèítalo i s nasazením jednotného CAD/CAM øešení pro kompletní výrobu nových vstøikovacích forem vèetnì jejich konstrukce, tedy vybrané øešení muselo být schopno pokrýt i tuto èást zadání.

Po konzultaci s námi padlo rozhodnutí øešit situaci využitím CAD/CAM Cimatron. Jedná se o software, který je vyvíjen a cílenì smìøován pro použití v nástrojárnách. Takto zamìøený dlouhodobý vývoj vedl k automatizaci jeho postupù pøi konstrukci i NC programování vèetnì pøesahu do dalších etap výrobního procesu, napøíklad programování EDM procesu mimo panel stroje. Nástrojárna tak mùže využívat jednotný software, který jí zajistí vìtší efektivitu práce, zamezí vzniku lidských chyb, a tedy pøinese finanèní úspory.

V Peartecu byla naplánována implementace Cimatronu ve dvou vlnách:

První etapa (již realizována) zahrnovala nasazení Cimatronu pro

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

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

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

V dalších odstavcích se zamìøíme na tu èást implementace, která zahrnovala nastavení efektivní a v maximální možné míøe automatické výroby elektrod a nastavení procesu hloubení. Stranou necháme pro tentokrát využití Cimatronu pro CNC frézování, i když i zde jsme dokázali na požadavky zákazníka adekvátnì reagovat, stejnì jako probíhající implementaci pro konstrukci forem.

Automatizace výroby a použití elektrod s pomocí CAD/CAM Cimatron

Konstrukce elektrod – použití šablon dìlá velkou èást rutinní práce za vás

Pro konstrukci elektrod disponuje Cimatron specializovaným modulem s funkcemi, které výraznì usnadòují práci konstruktéra. Jednou z hlavních pomùcek je možnost použití šablon. Po výbìru ploch, které je potøeba obrobit pomocí EDM technologie, lze aplikovat šablonu, která automaticky provede pøedem definovanou posloupnost funkcí. Tyto funkce domodelují zbytek elektrody, umístí rámeèek se základnou elektrody a definují souøadné systémy jak pro obrábìní, tak pro hloubení. Držák elektrody je také možno importovat v rámci tohoto procesu automaticky. Velkou pøedností aplikací šablon v Cimatronu, je možnost zpìtnì zasáhnout do použitých funkcí. Lze napøíklad zpìtnì zmìnit velikost rámeèku, upravit oznaèení, prodloužit teèné napojení pálících ploch a podobnì nebo použité funkce doplnit/odstranit v pøípadì, že nejsme s výsledkem spokojeni. 

Obrázek 1. Použití šablony pro konstrukci elektrod.

Dùležité je také zmínit, že použití konstrukèních šablon mùže být problematické u tvarovì složitých elektrod. Nicménì i v tìchto pøípadech je stále šablona pøínosem. Konstruktérovi mnohdy staèí šablonu upravit nebo navést konkrétní funkci na správnou cestu, tøeba zmìnou výbìru jednoho referenèního prvku, a zbytek konstrukce se již dopoèítá správnì.

Úspora èasu stráveného konstrukcí elektrody s takto specializovaným øešením se mùže pohybovat u jednoduchých elektrod až okolo 80 %, u složitìjších pak pochopitelnì klesá, ale i u nich zùstává patrná oproti obecnému nebo ménì sofistikovanému øešení.

Nastavení EDM – automatický provoz a vyhnutí se chybám

Nastavení EDM je další etapou, která probíhá ihned po konstrukci elektrody ještì v CAD prostøedí. Po vytvoøení geometrického modelu pøichází èas pro doplnìní dalších informací.

Do Nastavení EDM konstruktér doplní pokyny a potøebné informace pro další zpracování. Tím jsou fyzická výroba elektrody a zadání parametrù hloubení pro EDM stroj. Potøebná data se do jisté míry odvíjí od EDM stroje, na kterém bude elektroda použita. Cimatron v rámci EDM nastavení umí i postprocesing dat/programù pro holubièky. Napøíklad pro stroje Exeron Cimatron generuje soubor ve formátu .XML, který obsahuje témìø všechna data pro hloubení jednou nebo i více vybranými elektrodami. Hlavními informacemi jsou pozice a rotace elektrody pøi hloubení a pøípadná trajektorie, podrozmìry, pálící plochy a další. Pro jiné EDM stroje mùže být výstup mírnì odlišný.

Peartec používá 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 pøímo NC kód, který umí holubièky Penta èíst. Proces je do jisté míry podobný frézování. Tento NC program obsahuje nejen pokyny pro hloubicí proces (podrozmìr, technologie, typ orbitu, materiály atd…), ale i nájezdové trajektorie, výjezdy do bezpeèné roviny pro pøejezd elektrody do další lokace hloubení a vyvolávání dalších maker, která mohou vykonávat nejrùznìjší èinnosti, od odeslání informaèní SMS o dokonèení programu, až po vypuštìní vany stroje. 

Obrázek 2.  Schéma postupu konstrukce a výroby elektrody.

Cílem pøípravy procesu hloubení už v rámci CAD øešení by mìl být bezobslužný provoz hloubièky. Možnost vygenerovat NC program pro EDM hloubicí stroj i s podkladovými daty znamená, že obsluha stroje na konci smìny pøipraví elektrody do zásobníku podle podkladových dat a po zamìøení obrobku nahraje a spustí program. Hloubicí stroj automaticky podle programu nabere elektrody a postupnì s každou z nich dojede na správnou pozici a provede hloubení. U toho mùže napøíklad naèítat data pro korekce elektrod ze CMM stroje, vše zcela automaticky. Výhodou tohoto postupu je i fakt, že zcela odpadá ruèní zadávání polohy elektrody a obsluha se neupíše tøeba o desetinné místo.

Obrábìní elektrod – NC program s pomocí šablony na jedno kliknutí

Obrábìcí proces elektrody plynule navazuje na konstrukci, a to primárnì díky datùm, která konstruktér zadal. Data jsou pøenesena do prostøedí obrábìní a automaticky vložena do procedur, které následnì generují dráhy nástroje pro obrobení elektrody. Programátor NC procesù tedy nemusí zadávat podrozmìr ruènì, èímž odpadá další okamžik, kdy mùže dojít k lidské chybì.

Jak tento pøenos dat funguje? Cimatron pracuje s nulovým modelem, a tedy podrozmìr pro hloubení není na model elektrody aplikován a jedná se o pøesný otisk tvaru. Aplikace podrozmìru je zajištìna v procesu obrobení elektrody. V záhlaví celého programu programátor vybere typ elektrody (hrubovací, dokonèovací…) a Cimatron již sám doplní správný typ a velikost podrozmìru, definovaný konstruktérem. Pokud je elektrod potøeba vyrobit více typù, staèí naprogramovat jeden a následnì celý program duplikovat se zmìnou nastavení typu elektrody. Cimatron automaticky pøepoèítá dráhy nástroje tak, aby byla elektroda obrobena se správným podrozmìrem. Výsledkem jsou dva NC kódy pro obrábìní z jednoho NC projektu elektrody. Díky tomu je opìt ušetøen èas programátora.

Automatizace se nevyhnula ani této èásti procesu. Cimatron umožòuje vkládání šablon NC procedur, a to buï samostatnì jednu po druhé, nebo jako pøipravenou posloupnost od hrubování, po dokonèení a èištìní. Šablony umí automaticky rozpoznat cílové plochy geometrie elektrody a jejich typ a poèítat dráhy podle tohoto výbìru. Programátor je mezi sebou mùže libovolnì kombinovat nebo nìkteré jejich èásti upravovat, mazat a nahrazovat novými procedurami. To èiní celý proces velmi flexibilním. Tyto šablony, stejnì jako šablony konstrukce elektrody, se chovají jako samostatné soubory, které lze kopírovat a pøesouvat mezi poèítaèi. Díky tomu je možné umístit tyto šablony do sdílené složky na serveru, ze které jsou posléze naèítány. Tento scénáø je ideální využívat, pokud má firma více programátorù a konstruktérù. Provedené zmìny se okamžitì 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.

Závìrem – efektivita práce vzrostla více než dvakrát

Všechny výše uvedené postupy byly aplikovány a implementovány pøi tvorbì elektrod a hloubení ve spoleènosti Peartec. Pøed implementací Cimatronu se na celém výrobním procesu elektrod (konstrukce, frézování, hloubení) podílelo 6 lidí, každý na osmihodinové smìnì. V této sestavì Peartec vyrábìl a hloubil od 100 do 250 elektrod týdnì dle jejich složitosti.

Po nasazení Cimatronu pracují na konstrukci, frézování a hloubení celkem 4 lidé a výsledkem jejich práce je 250 až 350 elektrod týdnì, a to pøesto, že si zmìny v zakázkách za poslední rok vyžádaly výrobu vìtších a složitìjších elektrod oproti pøedchozímu období.

Efektivita práce pøi výrobì elektrod a v procesu hloubení tedy vzrostla více než 2x. Dùvodem bylo využití jednotného a specializovaného CAD/CAM øešení pro konstrukci a výrobu elektrod, které umožòuje

• pøímé použití konstrukèních dat pro pøípravu NC programu, bez nutnosti pøevodu do jiného softwaru
• díky správnému nastavení automatických šablon velké urychlení práce
• možnost vygenerování EDM programù pøímo v CAD/CAM software.

Dìkujeme nástrojárnì Peartec za poskytnutí podkladových dat k tomuto pøíspìvku. Rádi se v nìjakém dalším èlánku a prezentaci budeme vìnovat jejich zkušenostem s CNC frézováním v Cimatronu, nejlépe i s návazností na konstrukci forem, až tato poslední etapa implementace bude v Peartecu dokonèena.