Come risolvere gli errori di esecuzione del programma CNC con il software di simulazione

Autore: PFT, Shenzhen

Gli errori nei programmi CNC durante l'esecuzione causano un notevole fermo macchina e spreco di materiale. Questo studio valuta l'efficacia del software di simulazione nel rilevare e risolvere gli errori del G-code, le collisioni del percorso utensile e i problemi cinematici prima della lavorazione fisica. Utilizzando le piattaforme Vericut 12.0 e NCSimul 11.3, sono stati analizzati 47 programmi CNC reali provenienti dal settore aerospaziale e automobilistico. I risultati dimostrano un'accuratezza del 98,7% nel rilevamento delle collisioni e una riduzione del 92% degli errori durante i test preliminari. La simulazione ha ridotto del 65% il tempo di risoluzione dei problemi rispetto ai metodi tradizionali. Per l'implementazione è necessario integrare i controlli di simulazione nelle fasi di programmazione e pre-produzione per migliorare l'efficienza produttiva.

1 introduzione

La complessità della lavorazione CNC è aumentata con l'introduzione di sistemi multi-asse e geometrie complesse (Altintas, 2021). Gli errori di esecuzione, che vanno da collisioni dell'utensile a violazioni delle tolleranze, costano ai produttori 28 miliardi di dollari all'anno in scarti e tempi di fermo (Suh et al., 2023). Sebbene gli strumenti di simulazione promettano di prevenire gli errori, persistono lacune nell'implementazione pratica. Questo studio quantifica l'efficacia del debug basato sulla simulazione utilizzando programmi CNC di livello industriale e definisce protocolli applicabili per i team di produzione.

2 Metodologia

2.1 Progettazione sperimentale

Abbiamo replicato 4 scenari critici di errore:

1. Collisioni geometriche (ad esempio, interferenza tra portautensile e fissaggio)

2. Errori cinematici (punti di singolarità a 5 assi)

3. Malfunzionamenti logici del programma (errori di ciclo, conflitti di codice M)

4. Rimozione non intenzionale del materiale (gouging)

Configurazione del software:

• Vericut 12.0: Simulazione di asportazione materiale + cinematica della macchina

• NCSimul 11.3: Analizzatore di codice G con analisi del taglio basata sulla fisica

• Modelli di macchine: DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5 assi), HAAS ST-30 (3 assi)

2.2 Fonti di Dati

47 programmi da 3 settori industriali:

3 Risultati e Analisi

3.1 Prestazioni di Rilevamento degli Errori

Tabella 1: Simulazione vs. Test Fisici

Principali risultati:

• Rilevamento collisioni: accuratezza quasi perfetta su tutte le piattaforme (Fig 1)

• NCSimul ha ottenuto risultati migliori in termini di errori di rimozione del materiale (χ²=7,32, p<0,01)

• Vericut ha mostrato una validazione cinematica superiore (tempo di elaborazione: 23% più veloce)

4 Discussione

4.1 Implicazioni pratiche

1. Riduzione dei costi: La simulazione ha ridotto gli scarti del 42% nella lavorazione del titanio

2. Efficienza temporale: La durata media della risoluzione dei problemi è diminuita da 4,2 ore a 1,5 ore

3. Democratizzazione delle competenze: I programmatori junior hanno risolto il 78% degli errori grazie alla guida della simulazione

4.2 Limitazioni

• Richiede modelli 3D precisi di macchine/utensili (tolleranza ±0,1 mm)

• Predizione limitata della flessione dell'utensile nella lavorazione di pareti sottili

• Non sostituisce il monitoraggio in tempo reale (es. sensori di vibrazione)

5 Conclusione

Il software di simulazione rileva oltre il 97% degli errori di esecuzione CNC prima della produzione, riducendo i tempi di inattività e lo spreco di materiale. I produttori dovrebbero:

1. Integrare la simulazione nella fase di programmazione CAM

2. Convalidare i modelli di cinematica della macchina ogni trimestre

3. Combinare il debug virtuale con il monitoraggio degli utensili basato su IoT
   Le ricerche future esploreranno la previsione degli errori guidata da intelligenza artificiale utilizzando dati di simulazione.