Dal DXF a una sbarra che la macchina riesce davvero a lavorare

Un file DXF è geometria. Una macchina per la lavorazione delle barre in rame CNC necessita di istruzioni. Tra i due si colloca un passaggio di traduzione che la maggior parte delle officine scopre solo quando la prima barra esce accorciata di 4 mm e nessuno sa dire di chi sia la colpa.

Il problema non riguarda i formati file, sebbene i formati causino parecchi problemi. Un disegno descrive una forma; una macchina necessita di un elenco ordinato. Nulla in un DXF indica quale anello chiuso sia un foro e quale sia il bordo esterno. Il CAM deve dedurlo, e la deduzione fallisce in modi specifici e prevedibili.

Ciò che la macchina effettivamente richiede

Eliminando il software, un ciclo di punzonatura-cesoia-piegatura richiede sei cose: lunghezza e sezione del blank, con materiale e tempera, poiché ritorno elastico e forza di punzonatura dipendono entrambi da essi; una tabella fori con X, Y e diametro da un punto di riferimento; una tabella pieghe con posizione, angolo, direzione e raggio interno; la sequenza operativa, poiché la punzonatura dopo la piegatura è spesso impossibile, mentre la piegatura dopo la punzonatura può deformare un foro troppo vicino alla linea tangente; il punto di riferimento stesso, ovvero quale estremità è zero e quale faccia è verso l'alto; e la lunghezza piatta, che non è la somma delle lunghezze delle gamme sul disegno.

Un DXF fornisce bene la tabella fori, parzialmente la sezione, la tabella pieghe solo se qualcuno l'ha annotata, e le ultime tre cose per niente. Tutto ciò che va storto risiede in quella carenza.

Convenzioni dei livelli e aspetto di un buon modello

L'unico modo affidabile per spiegare al CAM il significato di una geometria è posizionarla su un livello con nome e associare quel nome nell'importatore. Il colore non è un sostituto: non sopravvive bene alla conversione, il colore-blocco sovrascrive silenziosamente il colore del livello, e l'accordo su cosa significhi il rosso è raro.

Un insieme di livelli funzionante per le sbarre:

Regole che rendono il modello praticamente funzionante:

• Una parte per file, o una parte per blocco con namespace piatto. I blocchi annidati vanificano la maggior parte degli importatori, e un riferimento a blocco scalato non uniforme trasforma i cerchi in ellissi.
• Spazio del modello, 1
  , millimetri. Impostare $INSUNITS su 4 (millimetri). Un disegno che arriva senza unità viene stimato, e la stima è spesso in pollici.
• Non esplodere nulla sul profilo, non esplodere nulla in hatch. L'hatch sulla faccia della parte è decorazione che il CAM potrebbe tentare di tagliare.
• I fori sono entità CIRCLE, sempre. Non poligoni, non archi uniti in un anello, non blocchi contenenti un cerchio a meno che l'importatore li risolva.
• Nessuna quota o segno di centro sui livelli di produzione. Un segno di centro su BB_HOLES diventa due piccole fessure.
• Punto di riferimento a un angolo dichiarato, convenzionalmente quello inferiore sinistro della parte piatta con la faccia di riferimento verso l'alto, e dichiarato nel modello in modo che non debba essere negoziato per ogni lavoro.

Scrivere tutto questo come standard di disegno di una pagina e distribuirlo a chiunque invii disegni, compreso il reparto ingegneria. Il costo di non averlo è una telefonata per ogni lavoro.

DXF R12, R14 e DWG

La versione del DXF conta più di quanto si possa pensare, perché i tipi di entità sono stati aggiunti nel tempo e un'esportazione in una versione precedente deve simulare ciò che non esisteva ancora.

DXF R12 (AC1009) non ha SPLINE, non ha ELLIPSE e non ha LWPOLYLINE. Ha LINE, ARC, CIRCLE e la POLYLINE pesante, che per il lavoro sulle sbarre in rame è generalmente sufficiente: i profili sono linee e archi, i fori sono cerchi. R12 è un formato di interscambio sicuro sempre che il pezzo sia stato disegnato in quel modo. Disegnare un'estremità sagomata come un'ellisse o tracciare un profilo con una spline causa un'esportazione R12 che converte silenziosamente in una polyline a molti segmenti, dove il riconoscimento fallisce.

DXF R13 e R14 (AC1012, AC1014) hanno introdotto le entità SPLINE e ELLIPSE e la polyline leggera. Le curve sopravvivono come curve. In pratica, una versione DXF ASCII di fascia media, R14 o AutoCAD 2000, è la scelta predefinita migliore: abbastanza nuova per trasportare archi ed ellissi reali, abbastanza vecchia perché ogni lettore CAM sul mercato la gestisca.

DWG è il formato binario nativo di Autodesk e un bersaglio mobile. Ogni versione lo cambia, i lettori di terze parti lo ricreano all'indietro e trasporta molto più del necessario: riferimenti esterni a file non inviati, oggetti proxy da applicazioni verticali, geometria delle viewport. Accettare DWG quando necessario, convertirlo internamente e ispezionare il risultato.

Preferire il DXF ASCII al binario. L'ASCII è un file di testo che può essere cercato. Quando un pezzo si rifiuta di essere importato, aprirlo in un editor di testo e contare i tipi di entità è istruttivo. Un rettangolo con otto fori che mostra quaranta record POLYLINE e zero record CIRCLE ha rivelato il problema prima ancora che venga aperto qualsiasi software CAM.

Perché le spline esplose e gli archi poligonalizzati rompono il riconoscimento dei fori

Il riconoscimento dei fori funziona per confronto di pattern. L'importatore cerca un'entità CIRCLE, o un anello chiuso di archi con un centro condiviso, e lo chiama foro con un diametro che può abbinare a una punzonatrice. Quando un cerchio arriva come poligono, quel test fallisce.

Il fallimento non è solo categorico, è dimensionale. Un cerchio di raggio R approssimato da un poligono inscritto di n segmenti ha i suoi vertici sul cerchio reale e i punti medi dei lati all'interno, a raggio R·cos(π/n). Per un foro di passaggio di 11 mm (R = 5,5 mm) approssimato con 16 segmenti, il raggio a metà corda è 5,5 × cos(11,25°) = 5,394 mm, quindi il diametro inscritto del poligono è 10,79 mm. Ciò è 0,21 mm sottodimensionato. Un riconoscitore che si adatta a metà corda sceglierà la punzonatura sbagliata. Con 32 segmenti l'errore scende a circa 0,05 mm, che è esattamente la precisione di posizionamento pubblicata per l'IMAC-CENTER 80, quindi l'intero bilancio geometrico è speso per un artefatto di arrotondamento.

Alcuni importatori non tentano affatto l'adattamento a un cerchio e trattano la polyline chiusa come profilo, che su una macchina per foratura significa un errore o un contorno sgranigliato che richiede sessanta colpi dove uno basterebbe.

Una distinzione è importante. Un arco memorizzato come valore bulge all'interno di una LWPOLYLINE è un arco vero e sopravvive perfettamente; il bulge è tan(θ/4) per l'angolo interno del segmento e gli importatori lo ricostruiscono esattamente. Sono gli archi linearizzati, prodotti dall'esplosione, dall'esportazione R12 da geometria spline o da un passaggio in un pacchetto illustrativo, che distruggono l'informazione. Le spline sono il colpevole abituale, perché nulla a valle può rappresentarle e ogni percorso di esportazione le appiattisce da qualche parte. Impostare una tolleranza corda più stretta scambia solo errore geometrico per conteggio segmenti. La vera soluzione è a monte: disegnare i fori come cerchi.

Sviluppo del piano piatto e dove siede effettivamente l'asse neutro

Una barra piegata risulta più lunga nella parte esterna rispetto a quella interna. Tra le due superfici esiste una fibra che non si allunga né si accorcia, e la lunghezza di tale fibra attraverso la piega rappresenta la quantità di materiale da prevedere nella barra piatta.

La relazione standard è:

BA = (π/180) × θ × (R + K·t)

dove θ è l'angolo di piega in gradi, R il raggio interno, t lo spessore e K il fattore K, definito come la distanza dalla superficie interna alla fibra neutra divisa per t.

L'ipotesi ingenua è che la fibra neutra si trovi a metà dello spessore, K = 0.5. È errata per ragioni meccaniche. Mentre la barra avvolge lo stampo, le fibre esterne si allungano e si assottigliano mentre quelle interne si comprimono contro lo stampo, per cui la fibra neutra migra verso la faccia interna e migra tanto più verso l'interno quanto più stretta è la piega. Per barre in rame piegate di piatto su un raggio generoso, con R/t di 2 o superiore, K tipicamente si attesta tra 0,42 e 0,48; quando R/t si avvicina a 1, scende comunemente a circa 0,35. Questi sono valori indicativi, non costanti. Variano in base alla tempra, alla geometria dello stampo e al fatto che la macchina esegua una piega a scorrimento o ad avvolgimento.

La soluzione è misurare. La procedura richiede venti minuti e ripaga per sempre:

1. Ritagliare un provino della sezione in uso, con una lunghezza L₀ misurata con precisione di 0,05 mm.
2. Piegarlo di 90° sullo stampo usato in produzione, nella stessa orientazione.
3. Misurare le due dimensioni degli angoli esterni A′ e B′ fino all'apice esterno teorico.
4. Smusso di piega BD = A′ + B′ − L₀.
5. Setback esterno OSSB = (R + t) × tan(θ/2), che per 90° è semplicemente R + t.
6. Allowance di piega BA = 2 × OSSB − BD.
7. K = (BA / θ_radianti − R) / t.

Esempio pratico: t = 10 mm, raggio interno dello stampo R = 10 mm, θ = 90°. Se le misurazioni danno K = 0,45, allora BA = 1,5708 × (10 + 4,5) = 22,78 mm, OSSB = 20 mm e BD = 40 − 22,78 = 17,22 mm. Un pezzo con angoli esterni di 200 e 300 mm ha una lunghezza piatta di 500 − 17,22 = 482,78 mm.

Supponiamo che il CAD stesse utilizzando un fattore K predefinito per lamiera da 0,33, ereditato da un modello in acciaio che nessuno ha modificato. BA diventa 1,5708 × 13,3 = 20,89 mm, BD diventa 19,11 mm e la barra piatta risulta di 480,89 mm. Un errore di 1,9 mm per piega, da un parametro nascosto tre finestre di dialogo più in profondità. Su un riser a forma di U con quattro pieghe, l'errore accumulato può arrivare a 7,6 mm, e si manifesterà come un foro che manca il suo perno.

La piega di bordo non si sviluppa con la stessa relazione, e molti sviluppatori CAD generici applicano silenziosamente la regola di piatto anche ad essa. Per pezze con pieghe nel verso difficile, verificare lo sviluppo su un provino prima di fidarsi; la differenza tra piega di bordo e di piatto non è un dettaglio.

Annotazioni della linea di piega leggibili da una macchina

Una linea di piega su un disegno deve riportare quattro elementi, e ognuno presenta una convenzione insidiosa.

Posizione. La linea di piega è al centro della piega, alla tangente interna o all'apice delle superfici esterne? La maggior parte dei software CAM richiede il centro della zona di piega nel piano non piegato. Indicarlo chiaramente sulla sagoma.

Direzione. Su o giù rispetto a una faccia denominata, non rispetto alla "vista", perché la vista si inverte quando qualcuno specchia la parte. Due livelli, BB_BEND_UP e BB_BEND_DOWN, eliminano del tutto l'ambiguità.

Angolo, e quale angolo. L'angolo di piega (deviazione dal piano) e l'angolo interno (tra i rami) sono supplementari. A 90° sono uguali, ed è per questo che la confusione persiste: il primo pezzo di prova di tutti è un angolo retto e entrambe le convenzioni concordano. A un angolo di piega di 45° l'angolo interno è di 135°, quindi un disegno che indica solo "45°" è una moneta al lancio. Scrivere BEND UP 45 (INC 135).

Raggio interno. Il compensatore di piega ne dipende, quindi non è opzionale. In pratica il raggio è impostato dallo stampo presente, quindi il disegno dovrebbe indicare lo stampo o il raggio, e l'ufficio tecnico dovrebbe conoscere i raggi disponibili in officina prima di disegnare una piega che richieda uno non esistente. Il temperaggio del rame limita anch'esso questa scelta, poiché una barra mezza dura non accetterà il raggio che accetta una barra ricotta; consultare le linee guida sul raggio minimo di piega in funzione del temperaggio. Verificare la sezione e il raggio rispetto alle capacità della macchina con il calcolatore di forza di piega in fase di progetto, non al press.

Un'altra annotazione necessaria: la distanza foro-piega. Un foro il cui bordo si trova all'interno della zona di deformazione si deformerà durante la formazione della piega. Mantenere il bordo del foro a una distanza pari ad almeno 1,5-2 volte lo spessore dalla tangente della piega è la regola pratica usuale, ed è una regola che il CAM non applicherà.

L'accumulo di tolleranze, dall'inizio alla fine

Sommando i contributi tra una dimensione CAD nominale e una barra finita, per un pezzo a quattro pieghe lungo 2 m in rame 100 × 10 mm:

Il quadro è netto. I contributi delle macchine si misurai in decimi di millimetro; il contributo dello sviluppo del piano si misura in millimetri. Una macchina più precisa non corregge un fattore K errato, e un'officina che acquista un posizionamento di ±0,05 mm e poi sviluppa con un default per acciaio ha speso i propri soldi nel posto sbagliato. Il termine silenzioso è la temperatura di misura: il rame si espande di circa 17 µm per metro per kelvin, quindi una barra di 6 m misurata con un errore di 5 K rispetto al riferimento presenta una lettura errata di mezzo millimetro. Questo spiega una buona parte delle discussioni tra un costruttore e il reparto ricezione di un cliente.

Le convenzioni sulla posizione e sul passo dei fori passaperno per giunti bullonati seguono uno standard, senza bisogno di negoziazione disegno per disegno. La DIN 43673-1 copre i fori fresati e le Unioni a vite per barre in rame rettangolari, fornendo la posizione e la dimensione dei fori insieme ai dati di base per le Unioni a vite. Si noti che la DIN 46433 non è uno standard per barre in rame, per quanto dica un motore di ricerca; copre le dimensioni del filo trafilato rettangolare ed è uno dei riferimenti più frequentemente citati male in questo settore.

Cosa disegnano effettivamente i clienti

Il CAD nei quadri elettrici è frammentato, e il problema dei formati cambia in ogni angolo del settore.

AutoCAD. Resta la fonte più comune per la geometria delle sbarre in rame. Produce direttamente le piatte, poiché il disegno è la piana. Questo ha due facce: non c'è uno step di srotolamento che possa sbagliarsi, ma neppure un modello contro cui verificare, e il margine di piega è stato applicato a mano a monte da qualcuno che potrebbe o meno aver usato il K corretto.

SolidWorks. Buono srotolamento lamiera con supporto a K-factor e tabelle di piega, ed esportazione pulita di DXF piatto. La trappola è l'impostazione predefinita: i template lamiera sono forniti con tabelle di calibro e K orientate all'acciaio, e una sbarra in rame da 10 mm di spessore non è lamiera. Occorre creare un set di parametri lamiera specifico per le sbarre, uno per sezione e tempra, e bloccarlo.

EPLAN Pro Panel con il modulo Copper. L'unico costruito appositamente per questo lavoro. Pianifica il sistema di sbarre in 3D insieme al quadro, produce lo srotolamento ed esporta dati NC per macchine di piegatura, foratura e punzonatura, tenendo conto delle pieghe sul piano di bordo. Se la progettazione del quadro vive già in EPLAN, questo elimina un'intera categoria di errori di trascrizione. EPLAN Electric P8, solo per schemi, non produce geometrie in rame; è necessario il prodotto per pannelli 3D.

Elecdes Design Suite e SEE Electrical (IGE+XAO) coprono entrambi il layout di quadri e custodie, e appaiono entrambi in lavori EPC e OEM. Come per EPLAN, ciò che è disponibile dipende dai moduli licenziati; gli strumenti per schemi esportano solo schemi.

Qualunque sia la fonte, la geometria va verificata una volta confrontandola con un primo articolo misurato e il risultato registrato per sezione e tempra. Una volta per combinazione, non una volta per commessa.

Il problema del trasferimento dei file

Nessuna delle cause precedenti è la più comune per una sbarra errata. La causa più comune è la deriva della revisione.

Il schema è familiare. Ingegneria emette la rev B. Arriva alla macchina via email, su una chiavetta USB, o tramite una cartella condivisa che la cella di lavoro non può vedere, quindi qualcuno la copia localmente. L'operatore modifica il programma all'HMI per risolvere un conflitto, e quella modifica non esiste altrove. Ingegneria emette la rev C. Nessuno la comunica alla macchina. Due settimane dopo un lotto viene tagliato secondo la rev B più una modifica locale non documentata, e l'unico registro di quanto prodotto è nella memoria dell'operatore.

Questo è ciò che AIRLINK affronta su macchine come la EMAC-BB-S12 e le linee di punzonatrice-cesoia e centri di lavorazione: condivisione in tempo reale di disegni e file tra ufficio e macchina, in modo che la macchina prelevi la revisione corretta invece di mantenere una copia, e l'ufficio possa vedere cosa sta lavorando la macchina. Con l'annidamento intero progetto in SMARTNEST BUSBAR e la conversione 3D-a-programma in SmartDraw a supporto, il disegno smette di essere un file che viene trasportato e diventa un record a cui fare riferimento.

Si tratta di una claim sul flusso di lavoro piuttosto che sulla geometria, e le due cose devono restare separate. L'igiene dei file non correggerà un K-factor errato, e un K-factor corretto è inutile se la macchina sta lavorando il disegno del mese scorso.

Prima standardizzare il disegno, perché non costa nulla. Poi misurare i K-factor, perché è lì che si nascondono i millimetri.