Automatyzacja sprawia, że zakład obróbki może odnaleźć się w konkurencyjnym środowisku rynkowym

Eksperci w tworzeniu form

Założona w 1980 r. firma JK Machining jest zlokalizowana w Kalamazoo w stanie Michigan i specjalizuje się w projektowaniu i produkcji form wtryskowych. Przedsiębiorstwo obsługuje głównie przemysł motoryzacyjny oraz branżę urządzeń medycznych. Klienci JK Machining z branży motoryzacyjnej to dostawcy z segmentu Tier 1 i Tier 2, którzy produkują głównie elementy wnętrza pojazdów – wyloty klimatyzacji, maskownice, uchwyty na napoje i inne elementy wyposażenia.

JK Machining skupia się na wysokiej klasy formach, które cechuje krótki czas trwania cyklu oraz jak najwyższa jakość materiału. Są one projektowane na milion lub nawet więcej cykli formowania. Branże obsługiwane przez firmę łączy zainteresowanie tymi samymi trendami: konieczność zapewnienia coraz wyższej jakości wymaga stworzenia lepszych linii podziału formy, lepszego wykończenia i utrzymania wąskich tolerancji. Klienci z branży motoryzacyjnej i medycznej mierzą się też z podobnymi trudnościami związanymi z jakością, czasem dostawy oraz kosztami.

Krótszy czas na realizację, wyższa jakość i niższe koszty

– Dawniej mieliśmy od 18 do 22 tygodni na konstrukcję narzędzia dla branży motoryzacyjnej – mówi Henry Kalkman, prezes JK Machining. – Dziś ten proces ma trwać maksymalnie 10-12 tygodni. Wszystkim naszym klientom zależy na szybszym wejściu na rynek. Producenci form z zagranicy ponoszą o wiele niższe koszty i zwiększają jakość swoich produktów – to właśnie oni są naszymi głównymi konkurentami.

JK Machining odważnie podchodzi do tych wyzwań, wykorzystując najnowocześniejsze technologie, a także pracę zaangażowanego, 15-osobowego zespołu, który ma szeroką wiedzę na temat projektowania i produkcji form wtryskowych. Firma prowadzi zakład produkcyjny z nowoczesnymi obrabiarkami – są to między innymi szybkościowe centra obróbcze, szlifierki, frezarki i obrabiarki elektroerozyjne EDM.

Przewaga dzięki nowoczesnej technologii

Przed laty JK Machining chciało poszerzyć możliwości swoich systemów CAD/CAM, aby w ten sposób zwiększyć wydajność i konkurencyjność. Przedsiębiorstwo zdecydowało się na oprogramowanie NX™ od Siemens Digital Industries Software, które łączy w sobie nowoczesne funkcjonalności CAD i CAM oraz specjalistyczne narzędzia do projektowania form.

Wcześniej firma wykorzystywała różne systemy do projektowania i produkcji form. Przejście od projektu do produkcji wymagało więc eksportu danych z systemu CAD w formacie neutralnym, a następnie importu do systemu CAM na potrzeby programowania CNC. Transfer i konwersja danych stanowiły dodatkowe kroki, a błędy pojawiające się w procesie negatywnie wpływały na produktywność. Konwersja danych i ich przenoszenie komplikowało obsługę nieuniknionych zmian projektowych, które trudno jest śledzić i odpowiednio zaimplementować w tak złożonym procesie.

Dawnym rozwiązaniom firmy JK Machining do programowania CNC brakowało kluczowych funkcjonalności, co ograniczało rodzaje prac, których przedsiębiorstwo mogło się podjąć. Gdy firma kupiła szybkościowe, 5-osiowe obrabiarki, posiadane oprogramowanie do programowania CNC okazało się trudne w obsłudze. Skomplikowane było również dostosowanie go w taki sposób, aby lepiej spełniało wymagania związane z szybkością i wydajnością.

Firma JK Machining wybrała system NX ze względu na jego kluczowe funkcje. Dzięki zintegrowanym możliwościom NX pozwala na automatyzację całego procesu tworzenia form – od projektu do produkcji. Narzędzia CAD w NX obejmują niezawodne funkcje do pracy z modelami geometrycznymi dostarczonymi przez klientów oraz funkcje typowe dla pracy z formami, które obsługują wydajne, oparte na najlepszych praktykach procesy projektowania. Jeśli chodzi o programowanie CNC, system NX CAM dostarcza wiodące narzędzia dla programowania szybkościowego i w 5 osiach, co pozwala firmie w pełni wykorzystać możliwości zaawansowanych narzędzi do obróbki. Dzięki takiej integracji systemu JK Machining było w stanie stworzyć cyfrowy wątek, który umożliwił automatyzację procesu – od projektu do produkcji.

Wsparcie ze strony partnera Siemensa, firmy CAM Logic, Inc.

W zakresie wsparcia i konsultingu JK Machining polega na partnerze firmy Siemens Digital Industries Software, CAM Logic Inc. – Wsparcie, które otrzymujemy ze strony CAM Logic, Inc. liczy się szczególnie wtedy, gdy pojawia się nowa wersja oprogramowania – tłumaczy Henry Kalkman, prezes JK Machining. – Partner pomaga nam wtedy zrozumieć nowe funkcje każdego wydania oraz to, jak najlepiej możemy je wykorzystać.

Opracowywanie form w NX

Typowy proces projektowania formy wtryskowej w JK Machining rozpoczyna się, gdy klienci przesyłają modele CAD części, które chcą produkować oraz zapytanie ofertowe. Modele CAD są zazwyczaj w neutralnym formacie STEP, a JK Machining importuje dane geometryczne do programu NX. Aby przygotować ofertę, JK opiera się na swoim szerokim doświadczeniu w projektowaniu form. – Dzięki poprzednim doświadczeniom intuicyjnie wiem, ile będzie kosztować korpus danej formy lub system gorącokanałowy – twierdzi Kalkman. – Nasza wiedza pozwala nam szybko przygotować dokładne oferty, co ma ogromne znaczenie dla działalności biznesowej.

Projektowanie formy zaczyna się od razu po tym, gdy klient wybierze JK Machining na wykonawcę projektu. Firma w szerokim zakresie wykorzystuje specjalistyczne narzędzia do projektowania w NX Mold Wizard, aby stworzyć korpus formy, rdzenie i wnęki, kanały, linie chłodzące oraz inne elementy. – Dzięki NX o lata świetne wyprzedzamy metody, które dawniej wykorzystywałem do projektowania form w 2D – tłumaczy Brian, konstruktor form z 30-letnim doświadczeniem, który pracuje w oprogramowaniu NX już od ponad 10 lat. – Narzędzia do analizy są naprawdę świetne: mogę w łatwy sposób zidentyfikować podcięcia lub miejsca, gdzie należy dodać pochylenie. Sprawdzam również cienkie i grube ściany, automatycznie określam całkowitą wagę formy i jej środek ciężkości.

Brian entuzjastycznie odnosi się też do innych zautomatyzowanych funkcji projektowania form w NX. – Biblioteki projektowe gwarantują dużą oszczędność czasu, a przez lata dodawaliśmy do nich własne elementy – zaznacza. – Narzędzie NX Mold Wizard usprawniło i zautomatyzowało proces wprowadzania zmian projektowych: gdy otrzymujemy zmodyfikowany model części, możemy po prostu go otworzyć, pomniejszyć, porównać ze starszą wersją, ustalić różnice i szybko wprowadzić konieczne poprawki.

– Lista BOM jest również tworzona automatycznie, więc nie muszę poświęcać całego dnia na jej opracowanie – tłumaczy Brian. – Oszczędzamy czas dzięki automatyzacji wielu powtarzalnych zadań, korzystając z funkcji dziennika i opcji tworzenia makr. Mogę wykonać zadanie raz, zapisać je w dzienniku i jako makro, aby następnie wykorzystać je w przyszłych pracach, co znacząco przyspiesza proces projektowania.

Produkcja form z oprogramowaniem NX

JK Machining wykorzystuje NX CAM, aby zaprogramować wszystkie operacje frezowania wykonywane podczas produkcji form. W zakładzie produkcyjnym firmy znajdują się dwie obrabiarki Milltronics wykorzystywane głównie do wiercenia i obróbki zgrubnej oraz dwa pionowe, szybkościowe centra obróbcze Röders – jedno 3-osiowe i drugie 5-osiowe – które służą do wykańczania wnęk oraz elektrod niezbędnych przy obróbce elektroerozyjnej.

Programiści CNC w JK Machining pracują bezpośrednio z modelem CAD formy i w szerokim zakresie wykorzystują funkcje projektowe NX, aby przygotować modele do obróbki i zaprojektować elektrody. Narzędzia CAD są często wykorzystywane do wytłaczania, łączenia i zamykania otworów. – W modelu formy jest zawartych wiele danych historycznych, z których możemy skorzystać – mówi Rick, starszy programista w JK Machining. – Jeśli na przykład chcemy usunąć wszystkie linie chłodzenia lub otwory na śruby, możemy to zrobić za pomocą jednego kliknięcia. Technologia synchroniczna w NX jest bardzo intuicyjna i prosta w użyciu. Wykorzystujemy funkcję optymalizacji ścianki, aby poprawić geometrię części otrzymaną od klientów. Jest to o wiele prostsze niż przejście przez wieloetapowy proces naprawy. W łatwy sposób możemy przesuwać, zastępować ścianki i zmieniać ich grubość.

W pełni zintegrowane projektowanie oraz obróbka form wtryskowych w NX oznacza oszczędność czasu przy większości projektów. – Możemy bez trudu edytować model w systemie CAD i łatwo przełączać się między platformami CAD i CAM – tłumaczy Mitch, programista CNC w JK Machining. – W starszym oprogramowaniu musieliśmy najpierw zaprojektować formę, wyeksportować ją z systemu CAD i zaimportować do programu CAM, a jeśli coś poszło nie tak, cały proces trzeba było powtórzyć.

Zaawansowane możliwości programowania CNC w systemie NX sprawiają, że firma JK Machining staje się bardziej konkurencyjna. – Gdy widzieliśmy część w starszym oprogramowaniu, często wątpiliśmy, czy będziemy w stanie sobie z nią poradzić – wspomina Rick. – Dziś nie mamy już żadnych obaw co do naszych możliwości. Możemy pokonać każde wyzwanie – skomplikowane części, głębokie otwory – dobrze wiemy, że jesteśmy w stanie zaprogramować ich obróbkę.

Obróbka szybkościowa

Obróbka szybkościowa to kluczowa technologia dla producentów form, ponieważ szybsza praca wrzecion obrabiarek pozwala na sprawniejsze osiągnięcie frezowanej powierzchni o niemalże lustrzanym wykończeniu. – NX jest idealnie przystosowany do obróbki szybkościowej – uważa Rick. – Dzięki funkcji automatycznego ustalania promienia, dojazdu i zakończenia ścieżki narzędzia system tworzy bardzo szybkie i płynne ścieżki. Obrabiarka może utrzymać wysoką liczbę obrotów na minutę i szybkość posuwu, jednocześnie pozbywając się ostrych krawędzi i eliminując nagłe zatrzymania oraz przerwy przy natknięciu się na stal lub grafit.

– Wykończenie jest po prostu niesamowite – dodaje. – Używając obrabiarek Röders, możemy osiągnąć doskonałą jakość wykończenia powierzchni przy każdym zadaniu. Gdy skończymy obróbkę formy, nie musimy prowadzić dalszych prac. Oszczędza to mnóstwo czasu i zwiększa procent akceptacji przez klientów.

Łatwiejsza obróbka 5-osiowa

Programiści CNC firmy JK Machining w szczególności doceniają możliwość kontroli odchylenia narzędzia w NX CAM, co sprawia, że mogą łatwiej wykorzystać pełne możliwości obróbki w 5 osiach. Oprogramowanie automatycznie konwertuje ścieżki narzędzia w 3 osiach na 5 osi, aby można było wydajnie obrabiać formy z głębokimi wnękami. Dzięki odchyleniu JK Machining może wykorzystać krótsze narzędzia, aby ograniczyć wibracje, zminimalizować odkształcenia i zwiększyć jakość wykończenia powierzchni. – Bez opcji odchylenia narzędzia musielibyśmy wykorzystać szlifierkę, aby zmodyfikować jego szyjkę – mówi Rick. – Gdy tworzymy elektrodę, używając narzędzia o średnicy 0,08 cm, które wystaje o prawie 4 centymetry, musimy o jedną trzecią zmniejszyć prędkość posuwu i wykonywać mniejsze cięcia. Tradycyjna obróbka wszystko spowalnia. Dzięki metodzie odchylenia narzędzia w 5 osiach w NX CAM możemy jednak zwiększyć jakość formy, jednocześnie skracając czas obróbki nawet czterokrotnie. Mitch również docenia tę możliwość. – Odchylenie osi narzędzia to niesamowita funkcja. Dzięki niej jesteśmy w stanie teraz podjąć się wielu projektów, które wcześniej nie byłyby możliwe.

Solidne, elastyczne i wszechstronne programowanie CNC

Wysoki poziom kontroli użytkownika oraz liczne opcje zaawansowanego frezowania 5-osiowego dają programistom JK Machining większą elastyczność i możliwość utrzymania wysokiego posuwu oraz doskonałego wykończenia. – Metoda obróbki naroży, którą wykorzystujemy do frezowania resztkowego, idealnie pasuje do obróbki form – sądzi Rick. – Mamy bardzo dużo opcji, żeby uzyskać odpowiednią ścieżkę narzędzia: możemy zacząć od ogółu i przejść do szczegółu, pracować od środka złożenia lub najpierw zająć się elementami zewnętrznymi. Dawne oprogramowanie nie pozwoliłoby nam osiągnąć tych samych wyników. Dzięki NX zawsze uzyskujemy odpowiednią ścieżkę narzędzia.

Automatyzacja oszczędza czas i zwiększa wydajność programowania

NX zawiera wiele narzędzi, które JK Machining wykorzystuje do automatyzacji i modyfikacji projektowania i produkcji form wtryskowych. Szablony procesów pomagają programistom CNC zapewnić odpowiednie wykorzystanie metod cięcia oraz oprzyrządowania. – Szablony procesów sprawiają, że nie muszę się martwić się o wprowadzanie tych samych parametrów dla każdego zadania, np. średnicy lub głębokości cięcia, posuwu lub prędkości narzędzia – tłumaczy Rick. – Mogę ponownie wykorzystać zapisane szablony, aby w kilka minut stworzyć ścieżkę narzędzia. Gdybym musiał myśleć o głębokościach, wielkości ścian bocznych i chropowatości, zajęłoby to przynajmniej godzinę. Posiadamy bibliotekę szablonów sprawdzonych cykli obróbki, w tym obróbki zgrubnej, półwykańczającej oraz wykańczającej, dlatego programowanie CNC jest zautomatyzowane. Obróbka jest zatem o wiele szybsza.

Personalizacja polepsza możliwości i automatyzuje powtarzalne zadania

JK Machining docenia otwarte narzędzia automatyzacji i personalizacji, które pozwalają dostosować NX do szczególnych potrzeb. – Podoba mi się, że NX wspiera różne języki programowania. Jeśli chcę stworzyć plik dziennika, który zautomatyzuje powtarzalne kroki, mogę wybrać preferowany język – mówi Rick. Rick docenia również możliwość tworzenia programów CNC specyficznych dla konkretnej obrabiarki. – Gdy kupiliśmy maszynę 5-osiową, nasze dawne oprogramowanie nie pozwalało mi zmodyfikować postprocesora. NX Post Builder jest jednak całkowicie otwarty i mogę bardzo łatwo go pozmieniać. Korzystając z dopracowanych postprocesorów, mogę stworzyć odpowiednie programy, aby ulepszyć i przyspieszyć obróbkę.

Długoterminowy sukces

Kalkman tak podsumowuje wpływ oprogramowania NX na działalność firmy JK Machining: – NX działa bez zarzutu. Korzystamy z oprogramowania już od dłuższego czasu i przez lata widzieliśmy bardzo wiele zmian. W przeszłości korzystaliśmy tylko z obróbki w 3 osiach, natomiast dziś przeszliśmy do obróbki 5-osiowej. Już teraz przyglądamy się możliwości wykorzystania robotyki do dalszej automatyzacji procesu. Automatyzacja oraz ciągłe usprawnienia wprowadzane przez NX pomogły nam zdobyć reputację terminowego i jakościowego producenta form. W ten sposób możemy utrzymać konkurencyjność i rozwijać naszą działalność.