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

Un file DXF è geometria. Una macchina CNC per sbarre ha bisogno di istruzioni. Fra le due c'è un passaggio di traduzione che la maggior parte delle officine scopre solo quando la prima barra esce corta di 4 mm e nessuno sa dire di chi sia la colpa.

Il divario non riguarda i formati di file, per quanto i formati creino parecchi guai. Un disegno descrive una forma; una macchina ha bisogno di un elenco ordinato. Niente in un DXF dice quale contorno chiuso sia un foro e quale sia il bordo esterno. Il suo CAM deve dedurlo, e la deduzione fallisce in modi specifici e prevedibili.

Che cosa serve davvero alla macchina

Tolto il software, un ciclo di punzonatura, cesoiatura e piegatura ha bisogno di sei cose: lunghezza e sezione dello sviluppo, con materiale e stato del materiale, perché sia il ritorno elastico sia la forza di punzonatura dipendono da essi; una tabella dei fori con X, Y e diametro a partire da un riferimento; una tabella delle pieghe con posizione, angolo, verso e raggio interno; la sequenza delle operazioni, perché punzonare dopo aver piegato è spesso impossibile, mentre piegare dopo aver punzonato può deformare un foro troppo vicino alla linea di tangenza; il riferimento stesso, cioè quale estremità sia lo zero e quale faccia stia in alto; e la lunghezza dello sviluppo, che non è la somma delle lunghezze delle ali sul disegno.

Un DXF le dà bene la tabella dei fori, in parte la sezione, la tabella delle pieghe solo se qualcuno l'ha annotata, e le ultime tre per niente. Tutto ciò che va storto vive in quel deficit.

Convenzioni di layer, e che aspetto ha un buon modello

L'unico modo affidabile di dire al CAM che cosa significhi un elemento geometrico è metterlo su un layer con un nome definito e mappare quel nome nell'importatore. Il colore non è un sostituto: sopravvive male alla conversione, il colore per blocco sovrascrive in silenzio il colore di layer, e nel suo ufficio tecnico nessuno è d'accordo su che cosa significhi il rosso.

Un insieme di layer praticabile per le sbarre:

Regole che fanno funzionare il modello nella pratica:

• Un pezzo per file, oppure un pezzo per blocco con spazio dei nomi piatto. I blocchi annidati mettono in crisi la maggior parte degli importatori, e un riferimento a blocco scalato in modo non uniforme trasforma i cerchi in ellissi.
• Spazio modello, 1
  , millimetri. Imposti $INSUNITS a 4 (millimetri). Un disegno che arriva senza unità viene interpretato a indovinare, e l'ipotesi spesso è in pollici.
• Non esploda nulla sul contorno, non esploda nulla in tratteggio. Il tratteggio sulla faccia del pezzo è decorazione che il CAM potrebbe provare a tagliare.
• I fori sono entità CIRCLE, sempre. Non poligoni, non archi uniti in un anello, non blocchi che contengono un cerchio, a meno che il suo importatore non li risolva.
• Nessuna quota né marcatore di centro sui layer di fabbricazione. Un marcatore di centro su BB_HOLES diventa due minuscole asole.
• Riferimento in un angolo dichiarato, per convenzione quello in basso a sinistra dello sviluppo con la faccia di riferimento in alto, e dichiarato nel modello in modo che non debba mai essere negoziato commessa per commessa.

Metta tutto questo per iscritto come standard di disegno di una pagina e lo distribuisca a chiunque le mandi disegni, compreso il suo stesso ufficio tecnico. Il costo di non averlo è una telefonata per commessa.

DXF R12, R14 e DWG

La versione del DXF conta più di quanto ci si aspetti, perché i tipi di entità sono stati aggiunti nel tempo e un'esportazione verso una versione più vecchia deve simulare tutto ciò che ancora non esisteva.

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 di solito basta: i contorni sono linee e archi, i fori sono cerchi. R12 è un formato di interscambio sicuro a condizione che il pezzo sia stato disegnato così. Disegni l'estremità di un'asola come ellisse, oppure tracci un profilo con una spline, e l'esportazione R12 la converte in silenzio in una polilinea a molti segmenti: è lì che il riconoscimento crolla.

DXF R13 e R14 (AC1012, AC1014) hanno introdotto le entità SPLINE ed ELLIPSE e la polilinea leggera. Le curve sopravvivono come curve. In pratica una versione DXF ASCII intermedia, R14 o AutoCAD 2000, è il default migliore: abbastanza recente da portare archi ed ellissi veri, abbastanza vecchia perché ogni lettore CAM sul mercato la gestisca.

DWG è il formato binario nativo di Autodesk ed è un bersaglio mobile. Ogni release lo cambia, i lettori di terze parti lo ricostruiscono per reverse engineering, e porta molto più di quanto le serva: riferimenti esterni a file che non le hanno mandato, oggetti proxy di applicazioni verticali, geometrie di viewport. Accetti il DWG quando deve, lo converta lei e ispezioni il risultato.

Preferisca il DXF ASCII al binario. L'ASCII è un file di testo in cui può cercare. Quando un pezzo si rifiuta di importarsi, lo apra in un editor di testo e conti i tipi di entità. Un rettangolo con otto fori che mostra quaranta record POLYLINE e zero record CIRCLE le ha già detto che cosa è successo prima ancora che apra un software CAM.

Perché spline esplose e archi poligonizzati rompono il riconoscimento dei fori

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

Il fallimento non è solo categoriale, è anche dimensionale. Un cerchio di raggio R approssimato da un poligono inscritto di n segmenti ha i vertici sul cerchio vero e i punti medi dei lati all'interno, a raggio R·cos(π/n). Per un foro di passaggio da 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. Sono 0,21 mm sottomisura. Un riconoscitore che si adatta alla metà corda sceglierà il punzone sbagliato. 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 sta ora spendendo tutto il suo budget geometrico su un artefatto di arrotondamento.

Alcuni importatori non tentano affatto un adattamento a cerchio e trattano la polilinea chiusa come un profilo, il che su una punzonatrice significa un errore oppure un contorno eseguito a rosicchiatura in sessanta colpi dove ne basterebbe uno.

Una distinzione conta. Un arco memorizzato come valore di bulge dentro una LWPOLYLINE è un arco vero e sopravvive perfettamente; il bulge è tan(θ/4) per l'angolo compreso del segmento, e gli importatori lo ricostruiscono esattamente. Sono gli archi linearizzati, prodotti esplodendo, esportando in R12 da geometria spline o passando per un programma di illustrazione, a distruggere l'informazione. Le spline sono il colpevole abituale, perché nulla a valle riesce a rappresentarle e ogni percorso di esportazione le appiattisce da qualche parte. Stringere la tolleranza di corda si limita a scambiare errore geometrico con numero di segmenti. Il rimedio vero è a monte: disegni i fori come cerchi.

Sviluppo in piano e dove si trova davvero l'asse neutro

Una barra piegata è più lunga all'esterno che all'interno. Da qualche parte fra le due superfici c'è una fibra che non si allunga né si comprime, e la lunghezza di quella fibra lungo la piega è il materiale da prevedere nello sviluppo.

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 la mezzeria dello spessore, K = 0,5. È sbagliata, per ragioni meccaniche. Mentre la barra avvolge la matrice le fibre esterne si allungano e si assottigliano e quelle interne si comprimono contro la matrice, quindi la fibra neutra migra verso la faccia interna, e migra tanto più quanto più la piega è stretta. Per la sbarra in rame piegata di piatto su un raggio generoso, con R/t di 2 o più, K atterra tipicamente fra 0,42 e 0,48; man mano che R/t si avvicina a 1 scende comunemente attorno a 0,35. Sono valori indicativi, non costanti. Si spostano con lo stato del materiale, la geometria della matrice e il fatto che la macchina pieghi a strisciamento o ad avvolgimento.

Quindi misuri il suo. La procedura richiede venti minuti e si ripaga per sempre:

1. Tagli un provino della sezione che usa, a una lunghezza L₀ misurata a 0,05 mm.
2. Lo pieghi a 90° sulla matrice che usa in produzione, nello stesso orientamento.
3. Misuri le due quote esterne delle ali A′ e B′ fino al vertice esterno teorico.
4. Detrazione di piega BD = A′ + B′ − L₀.
5. Arretramento esterno OSSB = (R + t) × tan(θ/2), che per 90° è semplicemente R + t.
6. Sviluppo della piega BA = 2 × OSSB − BD.
7. K = (BA / θ_radianti − R) / t.

Svolto: t = 10 mm, raggio interno della matrice R = 10 mm, θ = 90°. Se le sue misure 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 ali esterne da 200 e 300 mm ha una lunghezza di sviluppo di 500 − 17,22 = 482,78 mm.

Ora supponga che il suo CAD portasse un K di default da lamiera pari a 0,33, ereditato da un modello per l'acciaio che nessuno ha mai cambiato. BA diventa 1,5708 × 13,3 = 20,89 mm, BD diventa 19,11 mm e lo sviluppo esce a 480,89 mm. Un errore di 1,9 mm per piega, da un parametro sepolto tre finestre di dialogo più in basso. Su un montante a U con quattro pieghe sono fino a 7,6 mm di errore accumulato, e si manifesterà come un foro che manca il proprio prigioniero.

La piegatura di coltello non si sviluppa con la stessa relazione, e molti sviluppatori CAD generalisti le applicano in silenzio la regola di piatto. Se i suoi pezzi comprendono pieghe nel verso difficile, verifichi lo sviluppo su un provino prima di fidarsene; la differenza fra piegatura di coltello e di piatto non è un dettaglio.

Quotatura delle linee di piega che una macchina possa leggere

Una linea di piega su un disegno deve portare quattro cose, e ciascuna ha una trappola di convenzione.

Posizione. La linea sta al centro della piega, sulla tangente interna o sul vertice delle superfici esterne? La maggior parte dei CAM si aspetta il centro della zona di piega nello sviluppo. Lo dichiari nel modello.

Verso. Su o giù rispetto a una faccia dichiarata, non rispetto «alla vista», perché la vista si ribalta quando qualcuno specchia il pezzo. Due layer, BB_BEND_UP e BB_BEND_DOWN, tolgono del tutto l'ambiguità.

Angolo, e quale angolo. Angolo di piega (scostamento dal piano) e angolo compreso (fra le ali) sono supplementari. A 90° sono uguali, ed è per questo che la confusione sopravvive: il primo pezzo di prova di tutti è un angolo retto ed entrambe le convenzioni concordano. Con un angolo di piega di 45° l'angolo compreso è 135°, quindi un disegno che dice solo «45°» è un testa o croce. Scriva BEND UP 45 (INC 135).

Raggio interno. Lo sviluppo della piega dipende da esso, quindi non è facoltativo. In pratica il raggio è fissato dalla matrice che possiede, quindi il disegno dovrebbe nominare la matrice o il raggio, e l'ufficio tecnico dovrebbe sapere quali raggi esistono in officina prima di disegnare una piega che ne richiede uno che non ha. Anche lo stato del materiale del rame lo vincola, dato che una barra semicruda non accetterà il raggio che accetta una ricotta; veda le indicazioni sul raggio minimo di piega per stato del materiale. Verifichi sezione e raggio contro la capacità della macchina con il calcolatore della forza di piegatura in fase di progetto e non davanti alla pressa.

Un'altra annotazione da portare: la distanza fra foro e piega. Un foro il cui bordo cade dentro la zona di deformazione si deformerà quando la piega si forma. Tenere il bordo del foro ad almeno 1,5-2 volte lo spessore dalla tangente di piega è la regola di lavoro abituale, ed è una regola che il suo CAM non le farà rispettare.

L'accumulo di tolleranze, da un capo all'altro

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

Lo schema è netto. I contributi della macchina stanno nei decimi di millimetro; il contributo dello sviluppo sta nei millimetri. Una macchina più precisa non sistema un fattore K sbagliato, e un'officina che compra posizionamento a ±0,05 mm e poi sviluppa con un default da acciaio ha speso i soldi nel posto sbagliato. Il termine silenzioso è la temperatura di misura: il rame si dilata di circa 17 µm al metro per kelvin, quindi una barra da 6 m misurata a 5 K dal riferimento legge mezzo millimetro fuori. Questo spiega una buona parte delle discussioni fra un costruttore e l'accettazione merci di un cliente.

Fissi le convenzioni di posizione e passo dei fori per le giunzioni bullonate a una norma invece di negoziarle disegno per disegno. La DIN 43673-1 copre fori e collegamenti a vite per sbarre rettangolari, dando posizione e dimensione dei fori insieme ai dati di base per i collegamenti a vite. Si noti che la DIN 46433 non è una norma per sbarre, qualunque cosa le dica un motore di ricerca: riguarda le dimensioni del filo rettangolare trafilato ed è uno dei riferimenti citati a sproposito con maggiore ostinazione in questo settore.

Che cosa disegnano davvero gli acquirenti

Il CAD nella quadristica è frammentato, e il problema dei formati è diverso in ogni suo angolo.

AutoCAD. Resta la fonte più comune di geometria di sbarre. Produce sviluppi direttamente, perché il disegno è lo sviluppo. Questo taglia da entrambe le parti: non c'è un passaggio di sviluppo da sbagliare, ma non c'è nemmeno un modello con cui confrontarsi, e lo sviluppo della piega è stato applicato a mano a monte da qualcuno che può aver usato o non aver usato il K giusto.

SolidWorks. Buono sviluppo della lamiera con supporto a fattore K e tabelle di piega, ed esportazione DXF pulita dello sviluppo. La trappola è il default: i modelli di lamiera arrivano con tabelle di spessore e di K orientate all'acciaio, e la sbarra in rame da 10 mm di spessore non è lamiera. Costruisca un insieme di parametri di lamiera specifico per le sbarre, uno per sezione e stato del materiale, e lo blocchi.

EPLAN Pro Panel con il modulo Copper. Quello costruito apposta per questo lavoro. Progetta il sistema di sbarre in 3D insieme al quadro, produce lo sviluppo ed esporta dati NC per macchine di piegatura, foratura e punzonatura, tenendo conto delle pieghe di coltello. Se la progettazione del suo quadro vive già in EPLAN, questo elimina un'intera classe di errori di trascrizione. EPLAN Electric P8, solo schematico, non produce geometria di rame; serve il prodotto per il quadro 3D.

Elecdes Design Suite e SEE Electrical (IGE+XAO) coprono entrambi layout di quadro e di involucro, ed entrambi compaiono nel lavoro EPC e OEM. Come per EPLAN, quello che ottiene dipende da quali moduli sono licenziati: gli strumenti schematici esportano schemi.

Qualunque sia la fonte, verifichi la geometria una volta contro un primo pezzo misurato e registri il risultato per sezione e stato del materiale. Una volta per combinazione, non una volta per commessa.

Il problema del trasferimento file

Niente di quanto sopra è la causa più comune di una barra sbagliata. La causa più comune è la deriva di revisione.

Lo schema è noto. L'ufficio tecnico emette la rev B. Arriva alla macchina per e-mail, o su una chiavetta USB, o attraverso una cartella condivisa che l'isola di lavoro non vede, per cui qualcuno la copia in locale. L'operatore modifica il programma all'HMI per eliminare un'interferenza, e quella modifica non esiste da nessun'altra parte. L'ufficio tecnico emette la rev C. Nessuno lo dice alla macchina. Due settimane dopo un lotto viene tagliato secondo la rev B più una modifica locale non documentata, e l'unica traccia di ciò che è stato fatto sta nella memoria di un operatore.

È questo che AIRLINK affronta su macchine come la EMAC-BB-S12 e sulle linee di punzonatura e cesoiatura e sui centri di lavoro: condivisione in tempo reale di disegni e file fra ufficio e macchina, così che la macchina prelevi la revisione corrente invece di tenerne una copia, e l'ufficio possa vedere che cosa la macchina sta eseguendo. Con il nesting sull'intera commessa in SMARTNEST BUSBAR e la conversione da 3D a programma in SmartDraw alle spalle, il disegno smette di essere un file che gira in giro e diventa una registrazione a cui ci si riferisce.

Questa è un'affermazione sul flusso di lavoro e non sulla geometria, e le due cose dovrebbero restare separate. L'igiene dei file non sistemerà un fattore K sbagliato, e un fattore K corretto non vale nulla se la macchina sta eseguendo il disegno del mese scorso.

Sistemi prima lo standard di disegno, perché non costa nulla. Poi misuri i suoi fattori K, perché è lì che si nascondono i millimetri.