isicad.ru :: портал САПР, PLM и ERP :: версия для печати

Статьи

8 апреля 2014

Механообработка в мире SolidWorks

Михаил Малов

Михаил Малов

Автор — заместитель технического директора SolidWorks Russia.

В этой статье речь пойдёт о работе модуля CAMWorks, предназначенного для получения на основе трёхмерной модели готовых программ для изготовления деталей и оснастки на фрезерных, токарных, токарно-фрезерных и вырезных электроэрозионных станках. Основа – собственно модель, созданная в SolidWorks или полученная из какой-то другой САПР, причём модели обоих типов для CAMWorks равноценны: модуль работает с ними одинаково, игнорируя дерево построения и обращаясь непосредственно к геометрии детали. Ещё один важный момент, делающий использование CAMWorks гибким и удобным – модуль одинаково успешно работает и с твердотельной, и с поверхностной, и даже с каркасной геометрией, при любом соотношении объектов разных типов в одной модели SolidWorks.

Обработка от А до Я

Функции программирования обработки разделены простым и логичным образом в соответствии с её видом и сложностью: это фрезерная обработка от двух до пяти одновременно управляемых осей, токарная обработка (в чистом виде, без приводного инструмента), совмещающая в себе предыдущие возможности токарно-фрезерная обработка и, наконец, обработка эрозионная. В любом случае, в основе работы CAMWorks лежит выделение в модели обрабатываемой геометрии, назначение перечня операций (или переходов – жёсткой терминологии здесь нет, пользуйтесь удобной вам), настройка их параметров, расчёт траекторий инструмента, добавление сервисных операций, проверка программы и постпроцессирование.

Как и все составные части мира SolidWorks, модуль CAMWorks старается максимально автоматизировать выполнение своей работы, и его автоматы начинают работать с первого же шага. Первым в работу вступает модуль анализа геометрии, пытающийся выделить в детали пригодные для обработки элементы – CAMWorks с момента своего появления использует весьма популярный ныне подход поэлементной обработки, или (для любителей англицизмов) feature-based machining. Разумеется, результат анализа геометрии детали зависит от назначенного вида обработки. Для фрезеруемых деталей будут найдены все призматические элементы – отверстия, карманы, пазы, плоскости, выступы, причём в расчёт принимаются не только «прямоугольные вырезы с плоским дном», но и элементы с уклонами на стенках, а также с фасками и скруглениями на дне и верхней кромке элемента. Напомню, всё это выделяется прямо из геометрии модели, вне зависимости от способа её получения, от состава и даже наличия дерева конструирования. Для деталей токарных найдены будут торцы, наружные и внутренние контуры, канавки всех сортов. Причём, в зависимости от назначенных станка и заготовки, CAMWorks может автоматически разделить их на выполняемые в одном и другом шпинделях. Для токарно-фрезерной обработки, как и следует ожидать, будут найдены элементы обоих типов. Наконец, для обработки эрозионной CAMWorks найдёт все вырезы и выделит наружный контур детали. В любом случае CAMWorks автоматически создаст системы координат для определения минимального числа направлений обработки – минимального числа установов детали.

Каждому выделенному элементу будет сразу назначена какая-то стратегия обработки, и взята она не «с потолка», а выбрана в соответствии с вашими персональными настройками технологической базы знаний. Эти стратегии включают в себя наборы операций обработки, правила выбора инструмента для каждой операции, все её параметры. Стратегий можно создать столько, сколько нужно, причём для элемента одного типа – скажем, прямоугольного кармана с фасками сверху и уклонами по стенкам – можно создать сразу несколько настроек для стратегии с одним именем – скажем, можно задать разные правила подбора инструмента в зависимости от габаритов этого кармана. При назначении элементу стратегии обработки CAMWorks сам найдёт подходящий вариант такой стратегии, чем избавит пользователя от необходимости настраивать все параметры каждой операции. На первых трёх рисунках представлен результат как раз такой работы «полного автомата»: CAMWorks сам распознал все элементы геометрии данной плиты пресс-формы, назначил им стратегии обработки по умолчанию и создал все траектории обработки, не требующие ручной доводки.

SW CAMWorks 11 SW CAMWorks 12 SW CAMWorks 13

Три шага от распознавания геометрии до идеального результата обработки

Разумеется, всегда могут возникать «нештатные» ситуации, требующие ручного вмешательства в процесс выбора оптимальной в данном конкретном случае стратегии. Разумеется, всё, что задал по умолчанию автомат, всегда можно изменить – выбрать другую стратегию обработки, добавить дополнительные операции, настроить их по месту. Кроме того, подобной классификации подвержены только призматические элементы геометрии да тела вращения. Что же делать с поверхностями произвольной формы? То же самое, только определить обрабатываемые области придётся вручную. Делается это элементарно: выберите в графике нужные грани, или, чтобы меньше думать об осмысленном выборе, прикажите CAMWorks обрабатывать всё подряд, ограничив при необходимости область обработки эскизами. При этом CAMWorks сам разберётся, что можно или нельзя обработать с данного направления и никогда не будет «нырять» внутрь детали к её нижним граням сквозь верхние, то есть зарезов такого рода можно не опасаться в принципе.

Настройка параметров операций в CAMWorks отличается непревзойдённой гибкостью, будь то при работе с базой знаний или с конкретной деталью. Во-первых, предлагаются все изобретённые к настоящему времени виды операций: черновое фрезерование растром и послойное, высверливание материала; высокоскоростные стратегии обработки; контурная обработка в двух осях; обработка поверхностей растром, послойно, с постоянным гребешком, подчистка автоматически найденных острых углов, сглаживание между выбранными кривыми; масса вариантов настройки пятиосевой обработки; есть даже функции преобразования трёхосевых траекторий в пятиосевые с автоматическим определением и устранением конфликтов инструмента и оправки с деталью. Вы можете изменить любые параметры – шаг обработки, подходы и отходы, способы и место врезания в материал, точность обработки и припуска, использование коррекции (и не только при контурной обработке, но и трёхмерной коррекции при обработке в пяти осях). Для обработки отверстий используются станочные циклы.

SW CAMWorks 14

Пара примеров 3-осевой обработки: растром и с постоянным гребешком

Все операции, от двух до пяти осей, поддерживают и автоматический подбор материала за предыдущими операциями, а также учитывают реальную геометрию заготовки: CAMWorks не будет «фрезеровать воздух» и создаст движения резания только там, где к настоящему времени ещё остался материал.

Токарные операции также полностью настраиваются в соответствии с требованиями обработки и привычками программиста. Вы можете использовать станочные циклы чернового точения, управлять последовательностью подвода и отвода инструмента по осям станка в соответствии с расположением на детали обрабатываемой зоны, ограничивать зоны обработки по длине для использования люнетов при необходимости и так далее. Поддерживается в CAMWorks и точение резьбы, наружной и внутренней, прямой и конической, стандартного или произвольного профиля. С автоматическим учётом остатков материала здесь ещё проще: по умолчанию CAMWorks всегда их учитывает.

При программировании эрозионной обработки CAMWorks умеет автоматически создавать перемычки между деталью и окружающей её заготовкой, причём может как полностью обрезать их после перезакрепления детали, так и оставлять микроперемычки, разрушаемые ударом при отделении детали от остатков материала.

А что делать, если есть необходимость обработки нескольких деталей в сборе или требуется смоделировать полную обстановку на столе станка и учесть при расчёте траекторий всю оснастку, CAMWorks способен работать и со сборками SolidWorks. Пользователю нужно, разумеется, указать, что же в этой сборке нужно получить, что является оснасткой – и эту оснастку CAMWorks будет обходить автоматически, можно также указать, что такая-то деталь сборки является заготовкой – и CAMWorks учтёт её реальную геометрию.

SW CAMWorks 15

Моделирование оснастки при обработке сборки

Несколько слов об упомянутой вскользь технологической базе знаний CAMWorks. Она хранит не только ваши настройки стратегий и правил обработки ваших деталей, но является также базой инструмента и калькулятором режимов резания. Весь ваш инструмент может (скорее даже должен) быть отражён в данной базе. И делается это элементарно: достаточно ввести в таблицу параметры инструмента в соответствии с его типом. Если у вас уже есть какая-то база инструмента в электронном виде, можно заняться её автоматической передачей в CAMWorks: база CAMWorks может быть развёрнута в виде базы Access или MS SQL Server, так что все возможности этих СУБД в части обмена данными в вашем полном распоряжении. С системой поставляется и обширная библиотека режимов резания, содержащая настройки для нескольких сот материалов деталей в сочетании с самыми распространёнными материалами инструмента, учитывающая вид обработки и вносящая поправки на размер инструмента. Также данная база CAMWorks хранит и данные ваших станков, что позволяет избавиться от ряда ошибок – например, при попытке задать режимы резания, недостижимые на данном станке, CAMWorks предупредит вас о такой неприятности и автоматически скорректирует эти режимы.

Ещё одна важная особенность базы знаний CAMWorks – она единая для всей команды программистов и может использоваться в сетевом режиме. Это не только экономит время настройки нескольких рабочих мест, но и неоценимо в ситуации, когда на предприятии появляются новые, необстрелянные кадры: они могут быть введены «в бой» сразу, без долгого обучения правилам выбора оптимальных способов обработки.

Полезные дополнения

Движение инструмента по заготовке – это часто не вся работа станка. Станки токарной группы, например, часто имеют два шпинделя и требуют управления ими. И CAMWorks даёт пользователю возможность простой и наглядной настройки таких операций. Вы можете набрать полный комплект необходимых элементарных действий, таких как перемещения шпинделей в заданные точки (быстрые и с заданной подачей), паузы, разжим и зажим кулачков патронов, синхронизация частоты вращения или останов шпинделей. Типовые последовательности действий можно сохранить под удобным именем и использовать многократно. Все перемещения шпинделей отображаются в графике, так что ошибиться будет сложно. Таким образом можно настроить передачу деталей между шпинделями, обработку длинномерных деталей с зажимом в двух шпинделях сразу и так далее.
SW CAMWorks 21

Настройка шпиндельной операции

Управление менее стандартизованными механизмами станков – например, ловителями деталей, механизмами смены паллет, измерительными системами всех сортов – также поддерживается на этапе разработки программы. Поскольку такие механизмы свойственны конкретному станку, их поддержка и управление ими привязывается к конкретному постпроцессору. Пользователь может добавить такие операции в нужной части программы и задать все их параметры. В текст создаваемой программы будут выведены соответствующие коды.

Если вы используете высокопроизводительное оборудование вроде токарных автоматов, работающих одновременно двумя инструментами по одной или двум деталям (зажатым в разных шпинделях, разумеется), то и такие задачи CAMWorks решает элегантно и просто. Менеджер синхронизации позволит синхронизировать использование разных инструментов в пространстве и времени. Все операции будут представлены в виде двух параллельных списков, и пользователь может расставить метки синхронизации, обеспечив бесконфликтную работу станка. При этом CAMWorks отслеживает возможные ошибки такой синхронизации и оповещает пользователя о них. Так, например, он обнаружит попытки одновременного точения и фрезерования одной детали разными суппортами, попытки вращать шпиндель сразу в двух направлениях или с разной частотой вращения и так далее. Помимо двух синхронизированных списков, работу таких станков можно представить и в виде временной диаграммы, показывающей баланс загрузки каналов управления станка и помогающей оптимизировать время обработки детали.

SW CAMWorks 22

Менеджер синхронизации каналов управления в двух представлениях

Ещё одна отличительная особенность CAMWorks – возможность настройки и хранения в едином файле нескольких вариантов обработки детали. Это может потребоваться в двух ситуациях: мы имеем несколько исполнений (или конфигураций в привычных терминах SolidWorks) одной модели, или деталь будет обрабатываться на нескольких станках – последовательно, или нам просто необходимо создать несколько вариантов обработки. CAMWorks создаст нужные конфигурации обработки даже если они предусматривают разные виды обработки. Например, одна конфигурация будет включать токарную обработку, вторая – фрезерную или эрозионную, и так далее. Причём результат обработки одной конфигурации можно сохранить в виде трёхмерной геометрии и использовать её как заготовку для другой конфигурации обработки этой же модели. Повторюсь, всё это хранится в одной модели, без порождения кучи дополнительных файлов, которыми надо было бы ещё и как-то управлять. В случае же, когда мы имеем несколько конструкторских исполнений одной модели и хотим повторить одну и ту же последовательность обработки для каждого из них, в CAMWorks нам не придётся даже копировать что-то из одной конфигурации в другую. Просто говорим, что конфигурации обработки надо связать с конструкторскими исполнениями детали, и CAMWorks сам скопирует всю обработку из одной конфигурации в другую, адаптирует обрабатываемые элементы под размеры данного исполнения детали и пересчитает все траектории.
SW CAMWorks 23

Деталь отфрезерована, результат стал заготовкой для эрозионной обработки

Верификация программы

Красота траекторий на экране – это ещё не окончательный результат. Программа должна отработать на станке, и всегда полезно заранее убедиться в её работоспособности. Здесь CAMWorks предлагает несколько инструментов анализа результатов виртуальной обработки.

Первый из них – инструмент пошагового прогона всей траектории с возможностью ручного вмешательства в неё. В процессе такой визуализации CAMWorks отображает собственно траекторию инструмента – причём не всю сразу, ибо реальная трёхосевая траектория загромоздила бы экран и сориентироваться в ней было бы невозможно, CAMWorks покажет лишь настраиваемой длины фрагмент этой траектории. По желанию можно показать и векторы ориентации оси инструмента – это полезно при анализе многокоординатной обработки. Для каждого кадра вы увидите режимы резания и даже сможете изменить их, а также можете добавить дополнительные ускоренные или рабочие перемещения инструмента. Но это, скорее, для любителей утончённой экзотики. Обычно же требуется проследить весь процесс удаления материала, найти потенциальные конфликты обработки и оценить полноту обработки. Разумеется, такая функция есть.

SW CAMWorks 31 SW CAMWorks 32

Имитация работы фрезы при пятиосевой обработке

Здесь можно просмотреть весь процесс обработки или только выполнение выбранных операций. При столкновении нерабочей части инструмента или оправки с материалом или оснасткой (если вы работаете со сборкой, вся оснастка будет отображаться и в режиме имитации обработки) CAMWorks выдаст осмысленное оповещение о месте возникновения и сути проблемы. Для большей наглядности можно указать для каждой операции свой цвет отображения – так будет проще оценить вклад каждой операции в конечный результат и область её влияния. Модель можно рассмотреть в разрезе, можно выделить часть модели для детального анализа с повышенным разрешением. Наконец, любители фотореалистики могут назначить для инструмента, детали, оснастки различные материалы, характеризующиеся реалистичным металлическим блеском.
SW CAMWorks 33 SW CAMWorks 34

Ещё примеры верификации обработки: токарно-фрезерный станок с противошпинделем и работа со сборкой и фотореалистикой

Наконец, по окончании визуализации обработки CAMWorks покажет разными цветами обработанные, недоработанные или зарезанные (если вам удалось этого добиться) области детали. Меняйте при необходимости параметры отдельных операций и повторяйте проверку до достижения идеального результата.

При «стандартной» обработке – до трёх фрезерных осей, простые стокарные или токарно-фрезерные станки – описанной верификации будет более чем достаточно. Однако, при обработке сложной геометрии в пяти осях, при достаточно сложной обстановке на столе станка и тем более при работе с двушпиндельными и двусуппортными токарными автоматами желательно увидеть в работе весь станок. Это позволит отследить потенциальные столкновения друг с другом всех его подвижных частей, а не только собственно инструмента и то лишь в рабочей зоне. Эту задачу решает суб-модуль верификации управляющих программ с имитацией работы станка. Исходными данными для него могут быть программы, выведенные из CAMWorks в формате APT CL-data или в кодах конкретного станка (а также программы, полученные из любых других источников). Работа по программе в кодах станка, разумеется, предпочтительна, ибо даёт наиболее полную и точную картину происходящего. Особенно хочется отметить простоту реализации этой работы для пользователя. Запуск верификации программы на виртуальном станке производится буквально одной кнопкой, без свойственной большинству подобных систем трудоёмкой настройки списка инструмента, наладки станка, управления характерными точками обработки и так далее. Всю эту рутину CAMWorks выполняет автоматически. В процессе верификации программы вы будете видеть текст программы (или тексты программ – для станков с многоканальным управлением) с раскрытием содержания станочных подпрограмм и циклов или без него, можете вносить в тексты программ коррективы и сразу видеть результаты такой правки, будете получать оповещения обо всех возникающих конфликтах и так далее. Разумеется, и здесь по окончании проверки программы вы увидите сравнение результата обработки с целевой моделью. Таким образом, можно отладить до звона готовый текст программы.

SW CAMWorks 35

Имитация обработки на токарном автомате с двухканальным управлением

При любом способе проверки программы обработки CAMWorks рассчитает и покажет время обработки, причём при использовании функции имитации работы станка корректно учтёт время выполнения всех вспомогательных операций, вклад работы сервисных механизмов станка, реальное время служебных холостых перемещений инструмента (например, при его смене).

Связь с внешним миром

Любая CAM-система хороша лишь настолько, насколько хорошо настроены под потребности конкретного оборудования постпроцессоры. Модуль постпроцессирования CAMWorks позволяет настроить вывод под любые управляющие стойки, существующие в нынешнем производстве. Это не только распространённые западные системы типа Fanuc, Siemens, Heidenhain и так далее, но и казалось бы отжившие своё, но на самом деле ещё коптящие местами небо советские монстры типа Н33, 2С-42, НЦ-31. Причём средства настройки постпроцессоров всегда входят во все комплектации CAMWorks, так что желающим попробовать свои силы в этой области достаточно пройти соответствующее обучение. В комплекте поставляются и десятки шаблонов для «стандартных» стоек – для наиболее распространённых в мире их вариантов.

Ещё один немаловажный момент – управление всеми порождаемыми данными. По умолчанию CAMWorks не создаёт никаких дополнительных файлов с какими-либо настройками или данными обработки, так что работая с файлом модели SolidWorks вы автоматически работаете и со всеми её технологическими атрибутами, с траекториями инструмента и так далее. Но, если правила работы вашего предприятия это требуют, технологические данные могут быть отделены от геометрии моделей и вынесены в свои специальные файлы. Разумеется, и эти файлы можно ставить на учёт и запускать на согласование в SolidWorks Enterpise PDM.

Ещё один аспект взаимодействия с окружающим программиста миром – возможность передачи всей обработки в формате eDrawings. Таким образом, созданные траектории обработки со всеми параметрами операций можно показать коллеге или начальнику, не имеющему CAMWorks на своём рабочем месте.

Наконец, напомним ещё раз про возможность коллективной работы с технологической базой данных. При расширении предприятия на новые производственные площадки её можно передавать вновь создаваемым отделам программирования станков для ускорения ввода этих новых участков в эксплуатацию и распространения имеющегося опыта и проверенных технологий обработки деталей предприятия.

Все права защищены. © 2004-2024 Группа компаний «ЛЕДАС»

Перепечатка материалов сайта допускается с согласия редакции, ссылка на isicad.ru обязательна.
Вы можете обратиться к нам по адресу info@isicad.ru.