Strategie per la riduzione del tempo ciclo fino al 50%

Strategie per la riduzione del tempo ciclo

Nel corso di un recente workshop al MADE – Competence Center Industria 4.0 del Politecnico di Milano, il tema principale è stato l’utilizzo di alcune strategie di riduzione del tempo ciclo di un utensile fino al 50%.

Francesco Barna, Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano

La giornata si è aperta con una presentazione da parte dei partner durante la quale sono state mostrate le competenze di ognuno di loro.

Sandvik Coromant ha anche illustrato le caratteristiche della fresa a candela scelta per il workshop mostrando come vengano utilizzati i software TWS per la progettazione e sviluppo degli utensili.

Third Wave Systems (TWS) ha poi proseguito nel presentare il primo dei suoi due software ovvero AdvantEdge, che sfrutta l’implementazione degli elementi finiti, per stimare una varietà di caratteristiche dell’utensile durante lavorazione, dipendenti non solo dai parametri scelti ma anche dall’utensile stesso e dal materiale da lavorare, quali le forze agenti, le temperature che si sviluppano, l’inflessione dello stesso, caratteristiche del truciolo e molto altro.

La spiegazione è stata portata avanti in parallelo a un’esercitazione guidata che ha permesso agli avventori, provenienti da oltre 20 aziende, di sperimentare con mano la facilità di utilizzo del software e la semplicità con cui si possono conseguire risultati in tempi brevi sfatando anche il timore secondo il quale condurre analisi agli elementi finiti richieda elevato know-how specifico ed elevato calcolo computazionale.

Strategie di ottimizzazione per la riduzione del tempo ciclo

Si è poi giunti al tema principale del workshop ovvero l’utilizzo di varie strategie di ottimizzazione al fine di dimezzare il tempo di produzione di un componente realizzato mediante fresatura con la strategia tradizionale ovvero con massima profondità di taglio radiale e bassa profondità di taglio assiale.

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Fig. 1 – Lo sviluppo di temperatura prevista lungo il tagliente di una fresa sferica in funzione del numero di giri del mandrino.

Per poter dimostrare la sensibile differenza nei tempi ciclo sono state progettate due tasche di forma complessa e simmetriche rispetto alla diagonale del grezzo.

Da un lato, la strategia tradizionale e dall’altro quella ottimizzata.

I parametri adottati per la strategia tradizionale, utilizzando la stessa fresa con DC = 16 mm per entrambe le tasche, sono stati: ae = 90 % diametro fresa e ap = 100 % diametro fresa, richiedendo che il pezzo venga realizzato in due passate.

La strategia ottimizzata, invece, è stata caratterizzata da un ae = 10 % diametro fresa e ap = 200 % diametro fresa.

Questi valori sono stati scelti nell’ottica di effettuare una sgrossatura di entrambe le tasche.

Non è stata effettuata né la semi-finitura né la finitura.

La strategia ottimizzata è stata ottenuta prendendo in considerazione due fattori: l’effettivo percorso utensile e la modifica della velocità di avanzamento apportata in funzione di un profilo di forze ottimizzato, utilizzando a tale scopo Production Module, il secondo software sviluppato da TWS.

La strategia ottimizzata prevede l’utilizzo di bassi impegni radiali ma altissimi impegni assiali permettendo di avere velocità di avanzamento molto maggiori e avere un aumento nella quantità di materiale asportato.

Questa strategia, che è conosciuta come trocoidale, è direttamente programmabile in Siemens NX dove prende il nome di Adaptive Milling.

Implementato l’approccio trocoidale, l’interfaccia di TWS XChange NX permette di esportare il percorso utensile prima di essere post processato in modo che si possano stimare le forze durante generate dall’operazione, imporre soglie e ottimizzare di conseguenza la velocità di avanzamento.

In questo modo, la velocità di avanzamento, mantenuta costante durante la lavorazione della tasca con il metodo tradizionale, è diventata variabile utilizzando, durante la lavorazione della tasca, la strategia trocoidale ottimizzata, passando, quindi, da 157 mm/min fissi a un minimo di 716 mm/min.

Una volta terminato questo processo di ottimizzazione, è possibile riportare il percorso completamente ottimizzato nuovamente all’interno di NX per poter essere post-processato e finalmente inserito in macchina.

Questi passaggi non solo sono stati spiegati ai presenti ma, grazie alla strumentazione in dotazione e alle licenze messe a disposizione per l’occasione sia da ATS-Team3D che da TWS, è stato possibile permettere a tutti coloro che lo desiderassero di seguire passo passo la procedura di ottimizzazione fino al momento di post processare il percorso utensile, ancora una volta testimoniando come queste pratiche siano implementabili con una barriera all’ingresso meno sostanziale di quanto si possa pensare.

Le prove pratiche

Il workshop si è concluso come di consueto con l’effettiva lavorazione delle due tasche tradizionale/trocoidale ottimizzata sulla OKUMA Genos M460-5AX messa a disposizione da RF Celada presso il Competence Centre MADE con frese a candela CoroMill® Plura Heavy Duty.

Come previsto, il tempo di lavorazione della strategia tradizionale è stato di 18,5 minuti mentre quella ottimizzata ha impiegato 9,7 minuti ovvero una diminuzione del 48,53% rispetto al tempo iniziale.

PoliMill

PoliMill è il laboratorio del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano che propone un nuovo modello di collaborazione tra le aziende e il Politecnico di Milano nel campo delle lavorazioni avanzate.

PoliMill organizza workshop tematici per fornire alle aziende manifatturiere italiane competenze allo stato dell’arte, attrezzature e metodi per risolvere casi di lavorazione avanzati in cui la multidisciplinarietà è la chiave per il successo.

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Fig. 2 – Singola passata eseguita con l’approccio tradizionale.

Le process chain sono dimostrate attraverso demo live di lavorazione e le soluzioni offerte alle aziende sono pronte per essere implementate nell’ambiente industriale.

PoliMill si propone in una nuova veste in questo workshop, facendo da broker tra le eccellenze italiane e internazionali del campo del manifatturiero al fine di proporre alle aziende italiane approcci innovativi volti alla ottimizzazione della produzione utilizzando tecniche all’avanguardia che sono sempre più rilevanti con l’avvento dell’Industria 4.0.

La mission del laboratorio è quella di portare alle PMI (e non solo) una visione di ciò che è possibile fare attualmente, e nel prossimo futuro, nel campo manifatturiero facendo leva sulle eccellenze di settore al fine di mettere in luce tematiche centrali alla produzione che sono, soprattutto oggi, di fondamentale importanza per ottenere un continuo sviluppo.

Third Wave Systems

La Third Wave Systems (TWS) è un’azienda americana fondata nel 1993 con sede a Minneapolis nel Minnesota che sviluppa e commercializza software e servizi basati sulla modellazione di processi di lavorazione per l’asportazione di truciolo.

L’implementazione delle loro soluzioni permette alle aziende di ridurre notevolmente il costo di realizzazione di nuovi prodotti velocizzando il ciclo di progettazione e migliorandone la qualità.

Il primo prodotto ad essere commercializzato dalla Third Wave System è AdvantEdge, un software agli elementi finiti (FEM) che permette di studiare le performance degli utensili valutandone il loro design.

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Fig. 3 – Unica passata eseguita con l’approccio trocoidale (Adaptive Milling in Siemens NX).

L’altro prodotto di punta della Third Wave System è il Production Module, che permette di ottimizzare il percorso utensile andando ad analizzare la geometria del pezzo e degli utensili, i dati provenienti dal CAM e le informazioni contenute nella libreria di materiali integrata.

Il software permette di imporre valori massimi e minimi di forza andando a bilanciare il profilo di forze generate durante la lavorazione, ottimizzare il feedrate e ridurre i tempi di taglio in aria con l’obiettivo finale di ridurre il tempo di lavorazione senza compromettere la vita utile degli utensili.

Durante il workshop tenutosi al MADE sono state enfatizzate e dimostrate le capacità del software nel ridurre i tempi di lavorazione senza compromettere la qualità del pezzo e la durata dell’utensile.

Sandvik Coromant

Sandvik Coromant, che fa capo al gruppo globale di industrial engineering Sandvik, è un’azienda all’avanguardia negli utensili per asportazione truciolo, nelle soluzioni di lavorazione e nel know-how e segna continuamente nuovi standard, con innovazioni in grado di soddisfare le esigenze del settore della lavorazione dei metalli.

Grazie a cospicui investimenti in R&S, nonché ai servizi di formazione e alle forti partnership con i clienti, Sandvik riesce continuamente a sviluppare tecnologie di lavorazione innovative che continuano a plasmare il futuro dell’industria manifatturiera anche con importanti investimenti in ambito software.

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Fig. 4 – A sinistra, l’interfaccia XChange in Siemens NX che permette di esportare il percorso utensile in Production Module di TWS, a destra si vedono i guadagni ottenuti utilizzando quest’ultimo software in termini di prestazioni.

Sandvik Coromant detiene oltre 6’000 brevetti in tutto il mondo, impiega più di 37’000 persone ed è presente in 150 paesi.

Per l’evento PoliMill, Sandvik propone CoroMill® Plura Heavy Duty (HD), una soluzione completamente nuova di frese a candela integrali, sviluppata per asportare grandi quantità di metallo in pochissimo tempo e fornire l’affidabilità necessaria per la sgrossatura pesante.

In particolare la fresa fornita per il workshop presenta cinque taglienti con un vano truciolo ottimizzato per l’evacuazione dello stesso.

Il colosso svedese ha anche fornito il materiale su cui si è svolta la prova in macchina ossia un acciaio H13 (DIN 1.2344) ritenuto ideale come realtà applicativa da mostrare come esempio pratico.

R.F. Celada

R.F. Celada è un Gruppo internazionale composto da otto aziende, con oltre 80 anni di esperienza nella vendita e nell’assistenza di macchine utensili.

I punti di forza del Gruppo, sin dalla sua fondazione, sono l’alta qualità dei materiali, la ricchezza del portfolio prodotti e la grande competenza del team.

R.F. Celada offre inoltre diversi servizi aggiuntivi con l’obiettivo di soddisfare il più possibile le esigenze del cliente e di affiancarlo in tutte fasi di acquisto, installazione e manutenzione delle macchine.

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Fig. 5 – Nella foto si possono chiaramente distinguere le differenti strategie di taglio: sopra abbiamo l’approccio tradizionale, mentre sotto abbiamo l’approccio trocoidale ottimizzato

All’interno di R.F. Celada è presente una divisione dedicata allo studio e alla progettazione di sistemi di automazione ed engineering.

In ambito Industria 4.0, il Gruppo ha iniziato la propria trasformazione digitale assieme ai propri clienti, ponendo le fondamenta delle imprese del futuro.

Ad oggi R.F. Celada vanta collaborazioni dirette con i leader di mercato in ambito ERP/MES e continua a supportare le più importanti società di gestione informatica della produzione.

R.F. Celada collabora con il Politecnico di Milano nell’ambito di progetti legati ai processi ibridi e smart manufacturing, utilizzo dei dati di produzione, progetti europei Horizon 2020 ed è partner fondatore del Competence Center MADE.

ATS-Team3D

ATS Team3D, azienda del gruppo ATS Global, è oggi una realtà altamente qualificata sul territorio italiano nella vendita e formazione di soluzioni CAD, CAM, CAE, PLM, MES e MOM di Siemens Digital Industry Software.

Un consulente preparato per assistere le aziende nel delicato intento di “innovare” i processi aziendali e ridefinire la produttività.

ATS Global, fornitore indipendente di soluzioni per la trasformazione digitale, fondata nel 1986 ha da sempre investito per incrementare la sua esperienza nell’automazione, nella qualità e nella progettazione di soluzioni IT per il comparto manifatturiero.

ATS, grazie al supporto di Siemens, ha fornito le licenze di NX CAM a tutti i partecipanti del workshop.

Infatti, il software di Third Wave System si integra direttamente a NX CAM per permettere all’utente finale di ottimizzare i percorsi realizzati in NX prima di postprocessarli.

Con NX CAM sono stati realizzati diverse operazioni di sgrossatura con la tecnologia Adaptive Milling.

MADE

MADE è una fabbrica digitale e sostenibile che supporta le imprese manifatturiere nel percorso di trasformazione digitale verso l’Industria 4.0.

Mette a disposizione un ampio panorama di conoscenze, metodi e strumenti sulle tecnologie digitali che spaziano dalla progettazione all’ingegnerizzazione, dalla gestione della produzione alla consegna, fino alla gestione del termine del ciclo di vita del prodotto.

È composto da 42 imprese, (fornitori di tecnologia, consulenti, system integrator, esperti di formazione), 1 ente pubblico (Inail) e da 4 università (Politecnico di Milano, Università di Bergamo, Università di Brescia, Università di Pavia).

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Il workshop si è tenuto al MADE – Competence Center Industria 4.0 del Politecnico di Milano.

Grazie all’ampio demo-center da 2500 m2, alle aule per la formazione e agli spazi per co-working e riunioni, rappresenta una soluzione unica nel suo genere.

Lo speciale percorso di crescita verso la trasformazione digitale messo a punto si basa su queste fasi: informare e mostrare le tecnologie Industria 4.0, spiegare attraverso attività di formazione ad hoc, per arrivare a trasferire e implementare attraverso progetti le soluzioni tecnologiche.

MADE – Competence Center Industria 4.0 è interlocutore tecnico a cui rivolgersi per gestire attività di innovazione, trasferimento tecnologico, ricerca applicata e assistenza nell’implementazione delle tecnologie 4.0, per mantenere un elevato livello competitivo ristrutturando i modelli organizzativi, di business e la strategia della propria impresa.