В 9-м номере за 1999 год нашего журнала мы уже рассказывали о SprutCAM — новой отечественной системе подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Прошедший год показал, что выход этой системы на российский рынок значительно повысил уровень требований к конкурентоспособной CAM-системе.

В апреле фирма «СПРУТ-Технология» объявила о выходе новой версии. На сегодняшний день система успешно вписалась в технологические цепочки отечественных и зарубежных предприятий. В этой статье мы хотим рассказать о возможностях новой версии.

SprutCAM. Один год — полет нормальный

Алексей Пуртов

SprutCAM — система подготовки управляющих программ для обработки деталей сложной формы на 2,5-3-координатных фрезерных станках с ЧПУ. Устанавливается SprutCAM на персональный компьютер под управлением операционной системы Windows. Обычного настольного компьютера становится вполне достаточно, например, для получения управляющих программ на изготовление потока штампов для сложной кузовной детали современного автомобиля.

Важными отличиями версии 2,5 от предыдущих версий является расширенный набор поддерживаемых типов инструментов и наличие гравировальных операций. Гравировка текстов и рисунков любой сложности может производиться с 3D-доработкой углов. Это позволяет получить на верхней грани обрабатываемой детали в нужных местах острые внутренние углы, без скруглений, обусловленных геометрией инструмента.

Уровень современной системы во многом определяется организацией пользовательского интерфейса. Основная проблема при создании интерфейса системы состоит в том, что обширный функциональный состав входит в противоречие с организацией удобного доступа к средствам управления.

Интерфейс системы SprutCAM накладывает минимальные ограничения на возможность изменения параметров и не регламентирует последовательность действий технолога. Каждая модификация какого-либо параметра приводит к соответствующим изменениям на схематических рисунках. Благодаря этому технолог, впервые увидевший SprutCAM, уже через несколько часов работы вполне свободно общается с системой и понимает, какой параметр необходимо изменить, чтобы получить желаемый результат, — тогда как абсолютное большинство аналогичных по мощности систем требуют длительного обучения и работы с документацией.

Модель для обработки может быть подготовлена в любой современной CAD-системе или дизайнерском пакете программ и импортирована в SprutCAM через один из форматов обмена данными: IGES, DXF, PostScript. Эти стандарты поддерживают широкий набор типов объектов, что обеспечивает надежное взаимодействие с системой проектирования и высокую степень достоверности модели.

SprutCAM не накладывает никаких ограничений на сложность геометрической модели на всех стадиях ее использования. Полная поддержка кривых, поверхностных и твердотельных объектов, в том числе в NURBS-представлении обеспечивает возможность расчета управляющих программ с любой требуемой точностью.

Средства подготовки трехмерной модели предоставляют широкий спектр возможностей для создания качественной технологической модели. Иерархическая структура модели позволяет сгруппировать отдельные тела, поверхности и кривые по этапам обработки. Функции пространственных преобразований как всей модели, так и ее элементов обеспечивают возможность обработки с нескольких установов. Управление параметрами визуализации отдельных поверхностей делает работу более удобной. Доступ к фрагментам модели возможен как через окно «дерева модели», так и посредством интерактивного выбора на экране.

Вспомогательные построения могут быть выполнены во встроенной полнофункциональной среде двухмерных геометрических построений. При работе с технологическими операциями одинаково доступны кривые, построенные во встроенной среде и импортированные из других систем. Кривые могут быть использованы для определения границ заготовки, зон обработки и запрещенных зон, для задания обрабатываемой модели в контурных и гравировальных операциях или закона перемещения инструмента в управляемых операциях.

Определяемые 2D-объекты могут располагаться в произвольных плоскостях. В среде геометрических построений поддерживается широкий спектр типов элементов и способов их определения, имеются средства привязки к координатам 3D-модели. Все геометрические объекты в системе имеют двоякое представление: графическое и текстовое. Между этими представлениями существует однозначная связь: каждому изображенному в графическом окне объекту соответствует текстовое определение в окне отладчика и наоборот. При интерактивном создании объекта автоматически создается соответствующее ему определение. Редактирование текстовых определений влечет одновременное изменение чертежа, и наоборот, интерактивное изменение чертежа приводит к изменению определений. Модификация параметров геометрического элемента приводит к автоматическому переопределению ссылающихся на него объектов.

Между геометрическими объектами могут быть установлены дополнительные параметрические связи через переменные и функции. Это дает возможность по одной параметризованной модели получить управляющие программы на серию подобных деталей.

В отличие от большинства CAM-систем, которые аппроксимируют геометрическую модель, SprutCAM в процессе расчета траектории перемещения инструмента работает непосредственно с NURBS-объектами исходной модели. Это позволяет, во-первых, максимально экономно использовать ресурсы компьютера, что особенно важно при получении управляющих программ для сложных деталей, а во-вторых, производить расчет траектории движения инструмента практически с любой необходимой точностью.

Процесс обработки детали представляется в системе в виде последовательности отдельных операций. В любое время доступно изменение последовательности операций в технологическом процессе. Имеется также возможность управления вхождением отдельной операции в результирующую управляющую программу, управления видимостью траектории движения инструмента, запуска на расчет группы операций, а также возможность редактирования любой ранее созданной операции.

SprutCAM версии 2.5 имеет достаточно широкий набор типов технологических операций:

• Послойная чистовая. Основные ходы инструмента в послойных операциях вычисляются из условия касания инструментом обрабатываемой детали при фиксированной координате Z. Обработка может выполняться как сверху вниз, так и снизу вверх. Переход между строчками может осуществляться через безопасную плоскость или вдоль поверхности модели.
• Послойная черновая. Удаление материала заготовки производится горизонтальными слоями сверху вниз. Выборка отдельного слоя может выполняться спиральными или параллельными ходами инструмента. При невозможности подхода к выбираемой зоне снаружи автоматически подбирается позиция опускания инструмента из списка точек засверливания. При отсутствии же таковой определяются координаты новой точки и глубина сверления.
• Построчная чистовая. Траектория движения инструмента вычисляется таким образом, чтобы основные ходы лежали в вертикальных плоскостях, расположенных под заданным углом к оси X. Переход между строчками может осуществляться через безопасную плоскость, вдоль поверхности модели или с возвратом в начальную точку основного хода.
• Построчная черновая. Основные ходы инструмента также располагаются в параллельных вертикальных плоскостях. Снимаемый материал разбивается на слои горизонтальными плоскостями. Выборка производится сверху вниз. Траектория движения инструмента при выборке верхнего слоя аналогична траектории чистовой построчной операции. При выборке всех последующих слоев обход ранее обработанных участков производится в безопасной плоскости.
• Управляемая чистовая. Проекция траектории движения инструмента на плоскость XY представляет собой семейство кривых, заданное одной или двумя образующими кривыми. Возможны режимы вдоль и поперек образующих кривых. Координата Z определяется из условия касания инструментом поверхности обрабатываемой детали. Операцию целесообразно применять для тонкой доработки участков сложной формы. Частным случаем управляемой операции является, например, радиальная обработка или обработка по концентрическим окружностям.
• Управляемая черновая. Отличается от управляемой чистовой выборкой материала заготовки. Снимаемый материал разделяется на слои горизонтальными плоскостями.
• Контурная операция. Траектория движения инструмента определяется касанием поверхностью фрезы исходного контура слева, справа или сверху. Возможен проход по контуру настроечной точкой инструмента. Операцию целесообразно применять, например, для проточки масляных канавок.
• Гравировальная операция. Обрабатываемая модель для гравировальной операции задается набором кривых, верхним и нижним уровнем обработки, боковым углом. При этом боковой угол модели не обязательно должен совпадать с углом фрезы. Это позволяет проводить черновую обработку детали различными типами инструмента. Гравировка может производиться несколькими слоями для получения боковой поверхности высокого качества. В гравировальной операции имеется функция 3D-доработки углов. При включении этой опции в местах, которые не могут быть обработаны на текущем уровне из-за габаритов инструмента, будет сгенерирована трехмерная доработка — участок траектории, полученный из условия одновременного касания инструментом модели в нескольких точках. Такая доработка имеет достаточно замысловатый вид, но позволяет получить острые внутренние углы на верхней плоскости модели. Наличие этой функции является важным показателем класса системы.
• Выборка области. Отличается от гравировальной операции одновременной выборкой материала заготовки. Обычно применяется совместно с гравировальной операцией. Выборка производится послойно сверху вниз.

При создании новой операции все ее параметры заполняются автоматически, исходя из геометрии обрабатываемой детали, параметров, установленных по умолчанию, и прочих условий. Созданная операция полностью готова к выполнению, но технолог всегда может вмешаться в процесс и корректировать любые параметры по своему усмотрению. Как правило, изменения, которые необходимо внести в предлагаемую настройку операции, минимальны. Такой подход избавляет технолога от рутинного ввода большого набора параметров.

Траектория движения инструмента в отдельной операции рассчитывается с учетом обрабатываемой модели, ограничивающей модели и заготовки. Обрабатываемая модель — набор геометрических элементов (тел, поверхностей, кривых), задающих форму обрабатываемой детали. Ограничивающая модель — геометрические элементы, не подлежащие обработке. Как правило, это элементы крепления заготовки к столу станка или участки детали, обрабатываемые другими операциями по другим правилам. Ограничивающая модель может также задаваться зонами обработки и запрещенными зонами. Модель заготовки определяет собственно геометрию заготовки и соответственно часть материала, подлежащую выборке в черновых операциях. SprutCAM не накладывает ограничений ни на сложность модели, ни на количество, взаимное расположение или точность стыковки геометрических объектов ее составляющих.

В системе поддерживается достаточно широкий набор типов фрез: от обычной цилиндрической до конической с двумя радиусами скругления. Имеется библиотека инструмента.

В системе для каждого типа рабочего и ускоренного хода инструмента может быть установлена своя подача. Подача может либо быть постоянной, либо вычисляться в зависимости от угла наклона каждого элементарного участка траектории. Применение вычисляемой подачи позволяет значительно сократить время обработки и обеспечить лучшие условия работы инструмента.

Типы подходов и отходов, поддерживаемых системой: по касательной, по нормали, по дуге, под заданным углом к кривой, вдоль кривой. Переход с одного уровня на другой при выборке материала может осуществляться через точки засверливания или одним из способов врезания: осевым, зигзагом, по спирали, вдоль кривой. Скорость движения инструмента по оси Z при врезании может быть либо постоянной, либо постепенно уменьшающейся, что обеспечивает более плавный переход на необходимый уровень.

Для контроля полученной траектории движения инструмента в системе имеется возможность произвести моделирование процесса обработки детали. Формируемая модель обработанной детали обладает высокой степенью достоверности и позволяет наглядно оценить качество обработки и выявить возможные недочеты. SprutCAM автоматически уточняет визуальную модель при увеличении фрагмента. Есть режим отдельного просмотра недоработанных участков и участков врезания в модель. (Участки врезания в модель появляются, например, при задании отрицательного припуска или низкой точности обработки.)

Рассчитанные различными операциями траектории движения инструмента могут быть преобразованы постпроцессором в управляющую программу. При этом нет жесткого правила типа: «одна операция — одна управляющая программа» или «все операции — в одну программу». Все имеющиеся в технологическом процессе операции могут быть выведены в любом сочетании в произвольное количество управляющих программ для различных стоек ЧПУ.

В стандартный комплект поставки входит несколько десятков файлов настройки постпроцессора на наиболее распространенные системы ЧПУ. Если в стандартном наборе нет необходимого файла настройки, он может быть создан при помощи Инвариантного постпроцессора. Адаптация постпроцессора к формату используемой системы достаточно проста и может быть выполнена самим технологом. Для системы ЧПУ средней сложности у опытного технолога на это уходит около трех часов.

Система SprutCAM развивается достаточно динамично. Уже осенью этого года, к выставке SofTool’2000, ожидается выход очередной версии. Конкуренция на современном рынке CAM-систем диктует все более жесткие требования к программному обеспечению. Системы, не обновляющиеся в течение одного года, постепенно сходят с дистанции. И SprutCAM — одна из немногих отечественных разработок, выдерживающих такой темп.

«САПР и графика» 6'2000