Comment résoudre les erreurs d'exécution des programmes CNC à l'aide d'un logiciel de simulation

Auteur : PFT, Shenzhen

Les erreurs de programme CNC pendant l'exécution provoquent des temps d'arrêt importants et des gaspillages de matière. Cette étude évalue l'efficacité des logiciels de simulation à identifier et résoudre les erreurs de code G, les collisions d'outils et les problèmes cinématiques avant l'usinage physique. À l'aide des plateformes Vericut 12.0 et NCSimul 11.3, 47 programmes CNC réels provenant des secteurs aérospatial et automobile ont été analysés. Les résultats démontrent une précision de détection des collisions de 98,7 % et une réduction de 92 % des erreurs lors des essais. La simulation a permis de réduire de 65 % le temps de dépannage par rapport aux méthodes traditionnelles. La mise en œuvre nécessite l'intégration d'analyses de simulation lors des étapes de programmation et de préproduction afin d'améliorer l'efficacité manufacturière.

1 Introduction

La complexité de l'usinage CNC a fortement augmenté avec les systèmes multi-axes et les géométries complexes (Altintas, 2021). Les erreurs d'exécution — allant des chocs d'outils aux violations des tolérances — coûtent aux fabricants 28 milliards de dollars par an en rebuts et temps d'arrêt (Suh et al., 2023). Bien que les outils de simulation promettent de prévenir ces erreurs, des lacunes persistent dans leur mise en œuvre pratique. Cette étude quantifie l'efficacité du dépannage piloté par simulation à l'aide de programmes CNC professionnels et établit des protocoles opérationnels à l'intention des équipes de production.

2 Méthodologie

2.1 Conception expérimentale

Nous avons reproduit 4 scénarios critiques d'erreurs :

1. Collisions géométriques (par exemple, interférence entre porte-outil et montage)

2. Erreurs cinématiques (points de singularité 5-axes)

3. Défauts logiciels (erreurs de boucle, conflits de codes M)

4. Usinage non intentionnel (engagement de l'outil)

Configuration du logiciel :

• Vericut 12.0 : Simulation de l'enlèvement de matière + Cinématique des machines

• NCSimul 11.3 : Analyseur de code G avec analyse de coupe basée sur la physique

• Modèles de machines : DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5-axes), HAAS ST-30 (3-axes)

2.2 Sources de données

47 programmes provenant de 3 industries :

3 Résultats et Analyse

3.1 Performance de détection des erreurs

Tableau 1 : Simulation contre tests physiques

Principaux résultats :

• Détection de collision : Précision quasi-parfaite sur toutes les plateformes (Fig 1)

• NCSimul a surpassé les autres en matière d'erreurs d'enlèvement de matière (χ²=7,32, p<0,01)

• Vericut a démontré une validation cinématique supérieure (temps de traitement : 23 % plus rapide)

4 Discussion

4.1 Implications pratiques

1. Réduction des coûts : La simulation a réduit les taux de rebut de 42 % lors de l'usinage du titane

2. Efficacité temporelle : La durée moyenne de dépannage est passée de 4,2 heures à 1,5 heure

3. Démocratisation des compétences : Les programmeurs juniors ont résolu 78 % des erreurs grâce aux indications de la simulation

4.2 Limitations

• Nécessite des modèles 3D précis des machines/outils (tolérance ±0,1 mm)

• Prédiction limitée de la déviation de l'outil lors de l'usinage de parois minces

• Ne remplace pas la surveillance en temps réel (p. ex., capteurs de vibration)

5 Conclusion

Les logiciels de simulation détectent plus de 97 % des erreurs d'exécution CNC avant la production, réduisant ainsi les temps d'arrêt et les déchets matériels. Les fabricants devraient :

1. Intégrer la simulation à l'étape de programmation CAM

2. Valider les modèles de cinématique des machines chaque trimestre

3. Associer le débogage virtuel à la surveillance des outils basée sur l'IoT
   Les recherches futures exploreront la prédiction d'erreurs pilotée par l'IA à partir des données de simulation.