Sesiunea Științifică Studențească , 12-13 mai 2017 [632085]

Sesiunea Științifică Studențească , 12-13 mai 2017

1 STUDIU PRIVIND OPTIMIZAREA PRODUCTIVITATII OPERAȚIILOR DE
STRUNJIRE PRIN SIMULARE CAM CU MODULUL HSM AL AUTODESK
INVENTOR
GÎLCĂ Nicolae -Răzvan1
Conducători științifici : Sl. dr. ing Mădălin -Gabriel CATANA , Conf. dr. ing. Sergiu TONOIU

REZUMAT : Aceasta lucr are studiază posibilitatea de optimizare a productivității unei operații
complexe de strunjire realizata pe strung CNC, prin simularea modului de execuție a fazelor de
prelucrare cu ajutorul modulului High Speed Machining al Autodesk Inventor. S -au studiat mai multe
variante de realizare a fazelor, care difer ă prin schemele de prelucrare utilizate si traiectoriile urmate de
scule. S -au stabilit variantele optime de realizare a fazelor, care asigura o productivitate maxima a
operației prin reducerea timpilor de baza si auxiliari.
CUVINTE CHEIE : strunjire, simulare CAM, productivitate, scheme de prelucrare, variante optime

1 INTRODUCERE
Utilizarea softurilor de CAM a devenit o
practică comună în optimizarea operațiilor
tehnologice de prelucrare prin așchiere . Majoritatea
firmelor producătoare de echipamente de comandă
pentru mașini -unelte cu comandă numerică includ în
software și un modul CAM pentru a simula
prelucrarea piesei și a identifica eventualele
probleme (coliziuni, trasee necorespunzătoare, etc.)
Compania Autodesk este o companie de
software fondată în anul 1982 în Statele Unite.
Aceasta se ocupă cu dezvoltarea de soluții software
2D și 3D în diverse domenii ale industriei ca
inginerie, construcții, arhitectură, etc. Software -ul
folosit pentru studiul de față se numește Autodesk
Inventor Professional 2015 cu modulul High Speed
Machining, program ce poate simula o întreagă
gamă de operații de strunjire, frezare, găurire.
Obiectivul acestei lucrări este creșterea
productivității prin micșorarea timpilor d e bază și
auxiliari. Modalitatea aleasă pentru atingerea
obiectivului este optimizarea traseului sculei prin
compararea diferitelor strategii de îndepărtare a
adaosului a două variante de semifabricat.
2 STADIUL ACTUAL
În momentul de față există numeroase va riante
de simulare CAM pentru PC cât și integrate pe
comanda numerică a mașinilor unelte. Diferite
softuri prezintă diferite avantaje, în funcție de
caracteristicile sale, compatibilitatea cu controller –
ele mașinilor sau diferite integrări în controller -ul
mașinii unealtă.

1 Specializarea Tehnologia Construcțiilor de Mașini,
Facultatea IMST;
E-mail: [anonimizat] ; Modulul High Speed Machining permite
exportarea operațiilor simulate într -o mare varietate
de limbaje de programare CN C, permițând astfel
realizarea programului pe PC și trecerea acestuia pe
mașina CNC în câțiva pași simpli.
Alte softuri actuale sunt divizate pe diferite
tipuri de operații (strunjire, frezare, găurire), având
posibilități mai avansate în ajustarea traseel or de
scule sau sugestii optime p entru regimurile de
așchiere. Dezavantajul constă în realizarea
anterioară a modelului 3D al piesei într -un program
CAD 3D.
Modulul High Speed Machining poate fi
integrat în mai multe programe de proiectare CAD
3D ca Inven tor, Fusion 360 sau SolidWorks, ceea
ce permite realizarea modelului 3D și simularea
CAM în același program.
Totodată Autodesk HSM permite o mare
varietate de tipuri de operații ca găuriri, strunjiri,
frezări 2D sau frezări complexe 3D în 5 axe (vezi
figura 1) .

Fig. 1. Tipuri de operații

STUDIU PRIVIND OPTIMIZAREA PRODUCTIVITATII OPERAȚIILOR DE STR UNJIRE
PRIN SIMULARE CAM CU MODULUL HSM AL AUTODESK INVENTOR

2 3 PREZENTAREA HSM
În continuare am prezentat modul de lucru
pentru realizarea simulării CAM a unei operații de
strunjire.
3.1 Etapele pregătitoare înaintea lansării
programului
Utilizând datele obținute din desenul de
execuți e se realizează modelul 3D al reperului nostru
(vezi figura 2) .

Fig. 2. Reperul R2 -632AA -14
Toate suprafețele sunt prelucrate prin strunjire
mai puțin cele 6 găuri filetare echidistante. Pentru
simplificarea modelului 3D, suprafețele care nu se
strunjes c sunt ascunse. În continuare se realizează
prima variantă de semifabricat, varianta cu
semifabricat matrițat, ca un al doilea solid, care se va
ascunde, pentru a fi folosit mai târziu la stabilirea
semifabricatului în cadrul simulării (vezi figura 3).

Fig. 3. Semifabricat matrițat Pentru al doilea semifabricat nu sunt necesare
operații pregătitoare deoarece fiind un semifabricat
bară se poate defini la începutul simulării.
3.2 Etape pregătitoare după lansarea
programului
3.2.1 Definirea semifabricatului
După lan sarea programului, primul pas constă
în definirea semifabricatului, pentru care avem mai
multe opțiuni (vezi figura 4).

Fig. 4. Opțiuni semifabricat
Alegem opțiunea “From solid” și selectăm al
doilea solid definit când am realizat modelul 3D al
reperului .
Pentru definirea semifabricatului de tip bară
alegem opțiunea “Relative size cylinder” și
specificăm adaosul (vezi figura 5), rezultând astfel
semifabricatul de tip bară (vezi figura 6).

Fig. 5. Dimensiuni semifabricat bară

Sesiunea Științifică Studențească , 12-13 mai 2017

3
Fig. 6. Semifabricat bară

3.2.2 Alegerea sculelor și g enerarea
traiectoriilor sculelor
După definirea semifabricatului alegem tipul
de operație de strunjire (frontală, profil, canelare,
etc. – vezi figura 7 ) apoi alegem scula pe care o
vom utiliza folosind Sandvik Coromant ToolGuide
(vezi figura 8).

Fig. 7. Operații de strunjire

Fig. 8. Alegerea sculei 3.2.3 Stabilirea regimului de așchiere
Operația pe care vrem să o optimizăm este
operația 10 (vezi figura 9) cu următoarele faze:
– 10.1 Prindere piesa
– 10.2 Strunjire degroșare 75̅̅̅̅;Ø178̅̅̅̅̅x9̅;9̅;
Ø180̅̅̅̅̅x50̅̅̅;16̅̅̅
– 10.3 Strunjire canal 2̅/4
– 10.4 Strunjire finisare
75̅̅̅̅;Ø178e9(-0,185-0,085)x9;9; Ø180̅̅̅̅̅x50̅̅̅;16̅̅̅̅.
– 10.5 Strunjire degroșare canal
Ø160̅̅̅̅̅x2,5/ 4,5̅̅̅̅
– 10.6 Strunjire finisare canal
Ø160̅̅̅̅̅h7(-0,040)x2,5/4,5
– 10.7 Desprindere pies a

Fig. 9. Operația 10 Strunjire 1 CNC

Modulul Autodesk High Speed Machining nu
prezintă caracteristica de sugestie a unor regimuri
de așchiere optime în conformitate cu materialul, în
schimb oferă posibilitatea completării acestor date.
Pentru determin area regimurilor de așchiere și a
geometriei sculei pentru fiecare fază în parte am
folosit Sandvik Coromant ToolGuide.
Pentru operațiile 10.2 și 10.4 folosim un cuțit
de strunjit de dreapta (vezi figura 10) cu
următoarele caracteristici:

STUDIU PRIVIND OPTIMIZAREA PRODUCTIVITATII OPERAȚIILOR DE STR UNJIRE
PRIN SIMULARE CAM CU MODULUL HSM AL AUTODESK INVENTOR

4 – Coadă pătrată 2 0x20 mm
– Lungimea sculei 125 mm
– Sistem de prindere plăcuță prin înșurubare
– Configurația capului sculei de tip L

Fig. 10. Scula T1
Plăcuța folosită este o plăcuță rombică de
tip C (vezi figura 11) cu următoarele
caracteristici :
– Unghiul de așezare 3°
– Raza plăcuței 0,4 mm
– Grosimea plăcuței 4 mm

Fig. 11. Plăcuță rombică

Pentru operațiile 10.3, 10.5 și 10.6 vom folosi
un cuțit de canelat (vezi figura 12) cu următoarele
caracteristici:
– Coadă pătrată 20×20 mm
– Lungimea sculei 125 mm
– Lungimea capului sculei 32 m m

Fig. 12. Scula T2

Plăcuța folosită este pentru caneluri cu
geometria pătrată (vezi figura 13) cu următoarele
caracteristici:
– Raza plăcuței 0,4 mm
– Lățimea plăcuței 3 mm
– Grosimea plăcuței 3 mm
– Lungimea plăcuței 15 mm

Fig. 13. Plăcuță caneluri

Regimurile de așchiere pentru fazele operației
10 sunt prezentate în tabelul 1.
Tabelul 1. Regimul de așchiere
Faza T i f v n
10.2 15 1 0.35 176 238/505
10.3 15 1 0,13 138 249
10.4 15 1 0,288 187 253/537
10.5 15 1 0,16 129 256
10.6 15 1 0,12 141 280

4 OPTIMIZAREA CU HSM
În acest capitol vom analiza diferitele trasee de
scule pentru cele 2 variante de s emifabricate,
matrițat și bară. Fazele de finisare și cele de
așchiere are canelurilor piesei au un potențial mic
de optimizare, în cazul de față strategi a adoptată
pentru obținerea acestor caracteristici ale piesei
fiind deja cea optimă. De asemenea timpii auxiliari
pentru întreaga operație simulată tind spre minim,
distanțele de retragere fiind minime și numărul de
deplasări de poziționare este minim. Deoarece faza
10.2 Strunjire degroșare are potențialul cel mai
mare de optimizare ne vom focusa asupra
diferitelor strategii de îndepărtare a adaosului
pentru această fază.
4.1 Varianta cu semifabricat matrițat
Pentru semifabricatul matrițat (vezi figura
14) se v or utiliza 2 strategii de îndepărtare a
adaosului, evidențiate în cele ce urmează.

Sesiunea Științifică Studențească , 12-13 mai 2017

5
Fig. 14. Adaos semifabricat matrițat

În compararea acestor 2 variante pentru
semifabricatul matrițat se va urmări micșorarea
timpului de bază al fazei de degroșare și imp licit al
operației .
4.1.1 Varianta 1
În cadrul primei variante degroșarea se
face în două etape, îndepărtarea adaosului de pe
fața semifabricatului , apoi se trece la îndepărtarea
adaosului radial (vezi figura 15).

Fig. 15. Traseu sculă varianta 1
Îndepărtarea adaosului radial constă în
îndepărtarea adaosului la degroșare prin o serie de
treceri succesive cu adâncimea de 6 mm radial ,
traseul sculei fiind paralel cu axa de rotație. În urma simulării obținem datele cu privire la
durata operației:
– Numărul de faze: 6
– Numărul de scule: 2
– Scule: T1, T2
– Turația maximă: 500 rpm
– Distanța parcursă în regim de lucru: 383,46
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 711,75 mm
– Timpul estimat al operației: 4m:53s
De asemenea obținem și date privind fazele
individuale ale operației, de unde extragem datele
următoare necesare determinării variantei optime
(vezi figura 16).

Fig. 16. Date privind fazele de degroșare
Pentru prima fază de strunjire frontală avem
următoarele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 34 mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 35,59 mm
– Timpul estimat al fazei: 15s
Pentru cea de a doua fază de strunjire avem
următoarele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 171,29
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 288,88 mm
– Timpul estimat al fazei: 1m:33s
În final rezultă durata totală a operației de
degroșare din însumarea timpilor estimați ai celor 2
faze: 1m:48s.
4.1.2 Varianta 2
Ca și în cazul anterior, degroșarea se face în două
etape, îndepărtarea adaosului de pe fața
semifabricatului, apoi se trece la îndepărtarea
adaosului radial (vezi figura 17).

STUDIU PRIVIND OPTIMIZAREA PRODUCTIVITATII OPERAȚIILOR DE STR UNJIRE
PRIN SIMULARE CAM CU MODULUL HSM AL AUTODESK INVENTOR

6
Fig. 17. Traseu sculă varianta 2
În cea de a doua variantă adaosul radia l este
îndepărtat printr -o singură trecere de degroșare
după conturul piesei.
În urma simulării obținem datele cu privire la
durata operație i:
– Numărul de faze: 6
– Numărul de scule: 2
– Scule: T1, T2
– Turația maximă: 500 rpm
– Distanța parcursă în regim de lucru: 326,19
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 539,69 mm
– Timpul estimat al operației: 4m:38s
De asemenea obținem și date privind fazele
individuale ale operației, de unde extragem datele
următoare necesare determinării variantei optime
(vezi fig ura 18).

Fig. 18. Datele privind fazele de degroșare
Pentru prima fază de strunjire frontală avem
următoarele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 34 mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 35,59 mm
– Timpul estimat al fazei: 15s
Pentru cea de a doua fază de strunjire avem
următoarele valori: – Viteza de așchiere: 11 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 113,76
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 12 2,43 mm
– Timpul estimat al fazei: 1m:18s
În final rezultă durata totală a operației de
degroșare din însumarea timpilor estimați ai celor 2
faze: 1m:33s.
4.1.3 Concluzii
În urma analizei rezultă ca varianta 2 este
cea optimă, având distanțe parcurse în lucru sau
rapide mai mici și implicit un timp mai scurt cu
aproximativ 15s.
4.2 Varianta cu semifabricat bară
Pentru semifabricatul bară (vezi figura 19) se
vor utiliza 3 strat egii de îndepărtare a adaosului,
evidențiate în cele ce urmează împreună cu
particularitățile acestora.

Fig. 19. Semifabricatul bară
Ca și la varianta anterioară, în acest caz se
urmărește micșorarea timpului de bază al fazei de
degroșare.
4.2.1 Varianta 1
Îndepărtarea adaosului se face în două etape,
strunjirea frontală și strunjirea profilului (vezi
figura 20).
Îndepărtarea adaosului radial constă în
îndepărtarea adaosului la degroșare prin o serie de
treceri succesive cu adâncimea de 6 mm radial ,
traseul sculei fiind paralel cu axa de rotație.

Sesiunea Științifică Studențească , 12-13 mai 2017

7
Fig. 20. Traseu sculă varianta 1
În urma simulării ob ținem datele cu privire la
durata operație i:
– Numărul de faze: 6
– Numărul de scule: 2
– Scule: T1, T2
– Turația maximă: 500 rpm
– Distanța parcursă în regim de lucru: 920,5
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 1015,7 mm
– Timpul estimat al operației: 8m:02s
De asemenea obținem și date privind fazele
individuale ale operației, de unde extragem datele
următoare necesare determinării variantei optime
(vezi figura 21).

Fig. 21. Date privind fazele de degroșare
Pentru prima fază de strunjire frontală avem
următoarele valori: – Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 134,47
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 142,16 mm
– Timpul estimat al fazei: 51s
Pentru cea de a doua fază de strunjire avem
următoar ele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 466,72
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 473,81 mm
– Timpul estimat al fazei: 4m:43s
În final rezultă durata totală a operației de
degroșare din însumarea timpilor estimați ai celor 2
faze: 5m:34s.
4.2.2 Varianta 2
Similar cu celelalte ca zuri, și aici degroșarea
se face în două etape, strunjirea frontală și
strunjirea profilului (vezi figura 2 2).
Îndepărtarea adaosului radial constă în
îndepărtarea adaosului la degroșare prin o serie de
treceri succesive cu adâncimea de 6 mm urmărind
conturul piesei .

Fig. 22. Traseu sculă varianta 2
În urma simulării ob ținem datele cu privire la
durata operație i:

STUDIU PRIVIND OPTIMIZAREA PRODUCTIVITATII OPERAȚIILOR DE STR UNJIRE
PRIN SIMULARE CAM CU MODULUL HSM AL AUTODESK INVENTOR

8 – Numărul de faze: 6
– Numărul de scule: 2
– Scule: T1, T2
– Turația maximă: 500 rpm
– Distanța parcursă în regim de lucru: 859,85
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 961,89 mm
– Timpul estimat al operației: 7m:39s
De asemenea obținem și date privind fazele
individuale ale operației, de unde extragem datele
următoare necesare determinării variantei optime
(vezi figura 2 3).

Fig. 23. Date privind fazele de degroșare
Pentru prima fază de strunjire frontală avem
următoarele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 134,47
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 142,16 mm
– Timpul estimat al fazei: 51s
Pentru cea de a doua fază de strunjire avem
următoar ele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 406,07
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 420,04 mm
– Timpul estimat al fazei: 4m: 20s
În final rezultă durata totală a operației de
degroșare din însumarea timpilor estimați ai celor 2
faze: 5m: 11s.
4.2.3 Varianta 3
Și în acest caz degroșarea este împărțită în 2
etape, strunjirea frontală și strunjirea profilului
(vezi figura 2 4). Îndepărtarea adaosului radial în acest caz se
face cu trecerile sculei dispuse perpendicu lar pe axa
de rotație a sculei .

Fig. 24. Traseu sculă varianta 3
De asemenea scula folosită este similară cu cea
de la fazele 10.3, 10.5, 10.6, diferența constân d în
plăcuța utilizată (vezi figura 25).

Fig. 25. Scula T3
Caracteristicile sculei T3 sunt :
– Coadă pătrată 20×20 mm
– Lungimea sculei 125 mm
– Lungimea capului sculei 3 5 mm
– Raza plăcuței 0,4 mm
– Lățimea plăcuței 6 mm
– Grosimea plăcuței 5 mm
– Lungimea plăcuței 30 mm
În urma simulării ob ținem datele cu privire la
durata operație i:
– Numărul de faze: 6
– Numărul de scule: 3
– Scule: T1, T2 , T3

Sesiunea Științifică Studențească , 12-13 mai 2017

9 – Turația maximă: 500 rpm
– Distanța parcursă în regim de lucru: 978,72
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 1075,16 mm
– Timpul estimat al operației: 8m:21s
De asemenea obținem și date privind fazele
individuale ale operației, de unde extragem datele
următoare necesare determinării variantei optime
(vezi figura 2 6).

Fig. 26. Date privind fazele de degroșare
Pentru prima fază de strunjire frontală avem
următoarele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 134,47
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 142,16 mm
– Timpul estimat al fazei: 51s
Pentru cea de a doua fază de strunjire avem
următoar ele valori:
– Viteza de așchiere: 176 m/min
– Avansul: 0,35 mm/rot
– Distanța parcursă în regim de lucru: 524,94
mm
– Distanța parcursă în regim de deplasare
rapidă: 533,27 mm
– Timpul estimat al fazei: 5m:02s
În final rezultă durata totală a operației de degroșare
din însumarea timpilor estimați ai celor 2 faze:
5m:53s.