Como Solucionar Erros na Execução de Programas CNC com Software de Simulação

Autor: PFT, Shenzhen

Erros em programas CNC durante a execução causam tempo de inatividade significativo da máquina e desperdício de material. Este estudo avalia a eficácia do software de simulação em identificar e resolver erros de G-code, colisões na trajetória da ferramenta e problemas cinemáticos antes da usinagem física. Utilizando as plataformas Vericut 12.0 e NCSimul 11.3, foram analisados 47 programas CNC reais dos setores aeroespacial e automotivo. Os resultados demonstraram uma precisão de 98,7% na detecção de colisões e uma redução de 92% nos erros durante testes. A simulação reduziu o tempo de solução de problemas em 65% em comparação com métodos tradicionais. A implementação requer integrar verificações de simulação nas etapas de programação e pré-produção para melhorar a eficiência na fabricação.

1 introdução

A complexidade da usinagem CNC aumentou significativamente com sistemas multieixo e geometrias complexas (Altintas, 2021). Erros de execução — desde colisões da ferramenta até violações de tolerância — custam aos fabricantes US$ 28 bilhões anualmente em retrabalho e tempo de inatividade (Suh et al., 2023). Embora ferramentas de simulação prometam prevenção de erros, lacunas na implementação prática persistem. Este estudo quantifica a eficiência da resolução de problemas orientada por simulação, utilizando programas CNC de padrão industrial, e estabelece protocolos práticos para equipes de produção.

2 Metodologia

2.1 Design Experimental

Reproduzimos 4 cenários críticos de erro:

1. Colisões geométricas (por exemplo, interferência entre porta-ferramenta e fixação)

2. Erros cinemáticos (pontos de singularidade em 5 eixos)

3. Falhas lógicas no programa (erros de loop, conflitos de códigos M)

4. Remoção não intencional de material (gouging)

Configuração do software:

• Vericut 12.0: Simulação de remoção de material + cinemática da máquina

• NCSimul 11.3: Analisador de código G com análise de corte baseada em física

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

2.2 Fontes de Dados

47 programas de 3 indústrias:

3 Resultados e Análise

3.1 Desempenho na Detecção de Erros

Tabela 1: Simulação versus Teste Físico

Principais descobertas:

• Detecção de colisão: Precisão quase perfeita em todas as plataformas (Fig 1)

• NCSimul teve desempenho superior em erros de remoção de material (χ²=7,32, p<0,01)

• Vericut mostrou validação cinemática superior (tempo de processamento: 23% mais rápido)

4 Discussão

4.1 Implicações Práticas

1. Redução de Custos: A simulação reduziu as taxas de refugo em 42% na usinagem de titânio

2. Eficiência no Tempo: A duração da solução de problemas diminuiu de uma média de 4,2 horas para 1,5 horas

3. Democratização de Habilidades: Programadores juniores resolveram 78% dos erros por meio de orientação por simulação

4.2 Limitações

• Requer modelos 3D precisos de máquina/ferramentas (tolerância ±0,1mm)

• Previsão limitada da deflexão da ferramenta em usinagem de paredes finas

• Não substitui o monitoramento em processo (ex.: sensores de vibração)

5 Conclusão

O software de simulação detecta mais de 97% dos erros de execução CNC antes da produção, reduzindo tempo de inatividade e desperdício de material. Os fabricantes devem:

1. Integrar a simulação na fase de programação CAM

2. Validar modelos de cinemática das máquinas trimestralmente

3. Combinar depuração virtual com monitoramento de ferramentas baseado em IoT
   Pesquisas futuras explorarão predição de erros com IA utilizando dados de simulação.