Механообработка в мире SolidWorks

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

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.

Три шага от распознавания геометрии до идеального результата обработки

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.

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

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.

Моделирование оснастки при обработке сборки

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

Настройка шпиндельной операции

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.

Менеджер синхронизации каналов управления в двух представлениях

Деталь отфрезерована, результат стал заготовкой для эрозионной обработки

Верификация программы

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.

Имитация работы фрезы при пятиосевой обработке

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.

Имитация обработки на токарном автомате с двухканальным управлением

Связь с внешним миром

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.