Calcolo del tempo di lavorazione CNC: stima separando distanza di taglio, avanzamento, rapidi e tempi non produttivi
Usa un esempio di tornitura esterna in due passate per spiegare il calcolo tempo di taglio = distanza ÷ avanzamento al minuto, la conversione dall'avanzamento per giro, i tempi non produttivi come rapidi e cambi utensile e perché il tempo simulato differisce dal tempo ciclo reale.
Formula di base per la stima
Il punto di partenza per calcolare il tempo di lavorazione è semplice: tempo di taglio (min) = distanza di taglio (mm) ÷ avanzamento al minuto (mm/min). Se il programma usa l'avanzamento per giro, convertirlo prima con avanzamento al minuto = F (mm/rev) × S (rpm). Aggiungendo il tempo per rapidi, cambi utensile, accelerazione del mandrino e azioni ausiliarie come refrigerante e porte si ottiene il tempo ciclo.
Gli errori di stima dipendono soprattutto non dalla formula, ma dagli elementi omessi. Una stima basata solo sul tempo di taglio è generalmente inferiore alla realtà e, quanto più piccolo è il pezzo, tanto maggiore è la quota dei tempi non produttivi.
Programma di esempio
Due passate di tornitura da 62 mm ciascuna a Ø50 e Ø46, S1000, F0.25
O3008
T0101
G21 G90 G18 G40 G99
G97 S1000 M03
G00 X52. Z2.
G01 X50. F0.25
Z-60.
G00 X54. Z2.
X46.
G01 Z-60. F0.25
G00 X100. Z100.
M30La figura sopra è il risultato dell’analisi di questo programma con CNC Path Analyzer (taglio lineare 3 segmenti, rapido 3 segmenti).
Calcolo manuale del tempo di taglio dell'esempio
Si noti che lo spostamento X su un tornio è la metà della differenza di diametro. La penetrazione da X52 a X50 è di 2 mm nel programma, ma l'utensile si muove soltanto di 1 mm. Inoltre, poiché il taglio inizia a Z2, i 2 mm di taglio in aria davanti alla faccia sono inclusi nel tempo di taglio. Il margine di avvicinamento è necessario per la sicurezza, ma in produzioni di centinaia di pezzi questi pochi millimetri diventano un tempo significativo.
| Tratto | Distanza | Avanzamento al minuto | Tempo |
|---|---|---|---|
Penetrazione G01 X50. | 2 mm sul diametro → 1 mm sul raggio | 0.25 × 1000 = 250 | Circa 0.24 s |
Passata 1 Z-60. | 62 mm (Z2 → Z-60) | 250 | Circa 14.9 s |
Passata 2 G01 Z-60. | 62 mm | 250 | Circa 14.9 s |
| Totale | Circa 125 mm | - | Circa 30 s |
Tempo di avanzamento rapido
I rapidi si muovono alla velocità massima della macchina, ma non richiedono zero secondi. Su un tornio con rapido di 20 m/min, i movimenti rapidi dell'esempio superano di poco 200 mm, quindi il puro tempo di percorrenza è inferiore a un secondo. Ogni asse presenta tuttavia fasi di accelerazione e decelerazione, perciò nella realtà molti rapidi brevi richiedono molto più tempo di quanto indichi il calcolo. La differenza è particolarmente grande nelle forature a schema e nei cicli di foratura a incrementi con molti movimenti brevi.
Tempi spesso esclusi dalle stime
- Cambi utensile: un posizionamento della torretta o un ciclo ATC richiede generalmente alcuni secondi. In un programma con dieci cambi utensile, solo questi occupano decine di secondi.
- Accelerazione del mandrino: si impiega tempo ogni volta che la velocità del mandrino cambia notevolmente, da fermo a 3,000 rpm oppure dalla rotazione avanti a quella inversa, come in un ciclo di maschiatura.
- Variazioni della velocità del mandrino con G96: con il controllo della velocità di taglio costante, la velocità del mandrino segue le variazioni di diametro e con essa cambia la velocità al minuto dell'avanzamento per giro. Il tempo di sfacciatura può risultare inferiore o superiore rispetto all'ipotesi di velocità fissa.
- Decelerazione agli angoli: i profili composti da molti blocchi brevi, o l'output CAM, rallentano a ogni angolo e non raggiungono il valore F programmato.
- Caricamento e misurazione del pezzo: questo tempo è esterno al programma, ma determina la produzione oraria effettiva.
Come usare il tempo simulato
CNC Path Analyzer calcola un tempo di lavorazione di riferimento dalla distanza, dall'avanzamento e dalla velocità del mandrino dei blocchi supportati. I tempi di accelerazione e cambio utensile variano da macchina a macchina e non sono inclusi. È quindi opportuno considerare questo valore vicino al limite inferiore del tempo ciclo reale.
Un metodo pratico consiste nel determinare una volta il rapporto tra il tempo ciclo effettivamente misurato su una macchina e il valore calcolato. Per esempio, se per un pezzo simile il calcolo indica 3 minuti e la misura 3 minuti 40 secondi, si può moltiplicare la stima successiva per un fattore di correzione di circa 1.22. Quanto più è simile il tipo di pezzo (molti movimenti brevi o tagli lunghi), tanto più questo fattore risulta adatto.
Cosa verificare prima per ridurre il tempo di lavorazione
Il calcolo mostra dove viene impiegato il tempo. Se domina il tempo di taglio, esaminare prima le condizioni di taglio e il numero di passate (per esempio la scelta tra G71 e G72); se è elevato il tempo non produttivo, controllare prima l'ordine degli utensili, le distanze di avvicinamento e i percorsi rapidi. Eliminare i movimenti inutili è spesso più sicuro ed efficace che aumentare l'avanzamento.