Com resoldre errors en l'execució de programes CNC amb programari de simulació

Autor: PFT, Shenzhen

Els errors en programes CNC durant l'execució causen temps d'inactivitat significatius de la màquina i desperdici de material. Aquest estudi avalua l'eficàcia del software de simulació a l'hora d'identificar i resoldre errors en el codi G, col·lisions en el camí de la ferramenta i problemes cinètics abans de l'execució física del mecanitzat. Utilitzant les plataformes Vericut 12.0 i NCSimul 11.3, es van analitzar 47 programes CNC reals dels sectors aeroespacial i automotriu. Els resultats demostren una precisió del 98,7% en la detecció de col·lisions i una reducció del 92% en els errors durant les proves inicials. La simulació va reduir el temps de resolució de problemes en un 65% comparat amb els mètodes tradicionals. La seva implementació requereix integrar verificacions de simulació en les fases de programació i preproducció per millorar l'eficiència manufacturera.

1 Introducció

La complexitat del mecanitzat CNC ha augmentat considerablement amb sistemes multieix i geometries complexes (Altintas, 2021). Els errors d'execució, des de col·lisions de l'eina fins a violacions de toleràncies, costen als fabricants 28.000 milions de dòlars anualment en rebuig i temps d'inactivitat (Suh et al., 2023). Tot i que les eines de simulació prometen la prevenció d'errors, persisteixen bretxes en la seva implementació pràctica. Aquest estudi quantifica l'eficiència dels processos de resolució de problemes basats en simulació mitjançant programes CNC de grau industrial i estableix protocols aplicables per a equips de producció.

2 Metodologia

2.1 Disseny experimental

Hem replicat 4 escenaris d'error crítics:

1. Col·lisions geomètriques (p. ex., interferència entre portaeines i fixació)

2. Errors cinemàtics (punts de singularitat en 5 eixos)

3. Falls lògics del programa (errors de bucle, conflictes d'ordres M)

4. Eliminació no desitjada de material (solcades)

Configuració del programari:

• Vericut 12.0: Simulació de retirada de material + cinemàtica de la màquina

• NCSimul 11.3: Analitzador de codi G amb anàlisi de tall basat en la física

• Models de màquines: DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5 eixos), HAAS ST-30 (3 eixos)

2.2 Fonts de dades

47 programes de 3 indústries:

3 Resultats i Anàlisi

3.1 Rendiment en la detecció d'errors

Taula 1: Simulació vs. Proves físiques

Principals conclusions:

• Detecció de col·lisions: precisió pràcticament perfecta en totes les plataformes (Figura 1)

• NCSimul va obtenir millors resultats en errors de retirada de material (χ²=7,32, p<0,01)

• Vericut va mostrar una validació cinemàtica superior (temps de processament: un 23% més ràpid)

4 Discussió

4.1 Implicacions pràctiques

1. Reducció de costos: La simulació va reduir les tasques de rebuig en un 42% durant la mecanització del titani

2. Eficiència Temporal: La durada de la detecció d'errors es va reduir de mitjana de 4,2 hores a 1,5 hores

3. Democratització de les habilitats: Programadors juniors van resoldre el 78% dels errors mitjançant el suport de la simulació

4.2 Limitacions

• Requereix models 3D precisos de màquines/eines (tolerància ±0,1 mm)

• Predicció limitada de la desviació de les eines en el mecanitzat de parets fines

• No substitueix la monitorització en procés (p. ex., sensors de vibració)

5 Conclusió

El programari de simulació detecta més del 97% d'errors en l'execució del CNC abans de la producció, reduint el temps d'inactivitat i el desaprofitament de material. Els fabricants haurien de:

1. Integrar la simulació en l'etapa de programació CAM

2. Validar els models de cinemàtica de la màquina trimestralment

3. Combinar el procés de depuració virtual amb la monitorització d'eines basada en IoT
   Les futures investigacions exploraran la predicció d'errors basada en IA utilitzant dades de simulació.