Perfezionamento della lavorazione a rulli

Ciò che rende un ingegnere è la capacità di analizzare un processo che rende un prodotto eccellente e di trovare un modo più economico per farlo. Rimanere competitivi significa migliorare costantemente il processo e questa è stata la sfida lanciata a Derek Anti. È uno specialista tecnico di ingegneria della produzione che migliora le operazioni CAM/CNC presso Rolls-Royce Defense, Indianapolis.

"All'inizio del 2020 era chiaro che dovevamo aumentare la produttività dei nostri centri di lavoro", ha spiegato. "Poiché i costi dei centri di lavoro rappresentano una spesa significativa per la nostra attività e nella nostra azienda sono presenti centinaia di centri, migliorare la produttività anche del 10% sarebbe significativo." Un problema secondario era che i costi degli utensili di consumo erano troppo elevati. Rolls-Royce Defense aveva bisogno di un modo per trovare processi più efficienti che riducessero i tempi e prolungassero la durata dell'utensile.

Se questo suona familiare, dovrebbe. Ridurre i tempi di lavorazione e migliorare la durata dell'utensile sono sfide secolari per i professionisti della lavorazione. La novità è il modo in cui Anti ha migliorato significativamente il processo, utilizzando la simulazione dell'analisi del percorso utensile guidata dagli elementi finiti di Third Wave Systems integrata nel software di progettazione e produzione Siemens NX dell'azienda.

“Non abbiamo capito abbastanza del processo di lavorazione per correggerlo. Avevamo bisogno di una migliore comprensione del momento in cui lo strumento incontrava il metallo”, ha detto Anti. Utilizzando il metodo collaudato delle prove di taglio, delle consultazioni con i fornitori di utensili e del fare affidamento sull'esperienza e sull'intuizione stava diventando costoso. Anti ha notato che a volte sono necessarie dalle 60 alle 80 ore di lavoro per risolvere i problemi di lavorazione, come utensili rotti e vibrazioni, per non parlare dell'usura del centro di lavoro stesso. "Nel contesto odierno non è più possibile affidarsi a macchinisti esperti", ha affermato. L'abilità sta rapidamente diminuendo. “Avevamo bisogno di una soluzione più rapida, rapida e agile per risolvere questo tipo di problemi. A volte ci vogliono anni per provare un processo di lavorazione.”

Un approccio per una migliore comprensione è l'analisi della forza dell'utensile sul pezzo, che cambia rapidamente nel percorso utensile, anche quando avanzamenti e velocità sono costanti. Trovare un modo per comprendere tali forze e ottimizzarle significava migliorare i tempi di taglio e ridurre la rottura dell’utensile. “Questo è ciò che fanno le [tecniche] di ottimizzazione della forza CNC; ti permettono di vedere qual è la forza di taglio tangenziale mentre sta effettivamente lavorando la tua parte dal vivo.

ma come farlo? Entra nel modulo di produzione di Third Wave Systems, Minneapolis, un software di analisi del percorso utensile di lavorazione guidato da modelli di materiali basati su FEA convalidati sperimentalmente, secondo lo sviluppatore. Third Wave Systems offre due pacchetti, AdvantEdge e Production Module. AdvantEdge è il software di punta dell'azienda, spesso utilizzato nella progettazione di utensili da taglio. Il Modulo Produzione, al contrario, è rivolto agli ingegneri di produzione come Anti, che utilizzano strumenti progettati da altri. Non hanno né il tempo né la voglia di apprendere la matematica della modellazione degli elementi finiti, del meshing o della convergenza numerica.

Ciò che il Modulo di Produzione fornisce è una strategia di lavorazione aggiornata, tramite un programma G-Code, che riduce (per quanto possibile) i picchi e gli avvallamenti di forza. "La forza è il risultato diretto della velocità di avanzamento e del percorso utensile", ha spiegato Anti, insieme alla geometria dell'utensile e al materiale del pezzo. Il Modulo Produzione non altera il percorso utensile necessario per produrre una parte ma inserisce ulteriori vincoli lungo il percorso utensile.

"Ciò che intendo è che se hai un punto iniziale e un punto finale per il tuo programma, e ti sta dando alcune forze stravaganti nel mezzo, aggiungerà ulteriori posizioni (X, Y, Z) per ottimizzare il percorso utensile," Lui ha spiegato. Si tratta di piccole modifiche, che non incidono sulla geometria del pezzo, ma sufficienti a ridurre i picchi improvvisi della forza tangenziale dell'utensile sul pezzo o un'improvvisa mancanza di essa.

Inoltre, gestisce microgestendo la velocità di avanzamento, regolandola entro i minimi cambiamenti nel percorso utensile. Questo è in qualche modo nuovo, poiché sarebbe quasi impossibile per un essere umano capire e applicare aggiustamenti di cambiamenti così piccoli nella velocità di avanzamento che ottimizzerebbero la forza.