Кое-что об «отсечении лишнего», или Стратегии 3D-обработки в SprutCAM
Обработка вдоль направляющих кривых
Комбинированные стратегии обработки
Современные CAM-системы по своей сложности сравнимы разве что с современным истребителем. При формировании операций обработки технолог управляет сотнями параметров. Как помочь ему в процессе работы точно и быстро принимать решения и при этом максимально полно использовать все возможности, предоставляемые системой?
Конечно же, великий Микеланджело был прав. Нет ничего проще, чем создать гениальную скульптуру, — «отсеки от куска мрамора всё лишнее». Всего-то! Когда упоминают этот афоризм, чаще всего имеют в виду, что надо определить, что есть лишнее, — и тогда успех у тебя в кармане. Реже вспоминают о том, что речь идет еще и об умении отсекать. А у каждого резчика в этом деле свои хитрости и навыки, свои особые методы обработки, свое понимание, когда можно по зубилу со всего маху вдарить, а когда — легонько, с неким преподвывертом…
Технолог ЧПУ в этом отношении мало чем отличается от какого-нибудь Фидия. Несмотря на то что CAM-системы предлагают разнообразные стратегии обработки (автоматические и полуавтоматические), от технолога, тем не менее, требуется многое. Он должен уметь сам анализировать индивидуальные особенности предлагаемой модели, прекрасно понимать, какая операция и для каких случаев применима, учитывать особенности различных стратегий обработки.
К сожалению, единой общепризнанной терминологии в наименованиях технологических фрезерных операций пока не сложилось, поэтому простое перечисление названий операций, предоставляемых системой, малоинформативно.
Любая из множества отдельных операций, тем не менее, опирается на некоторые основные принципы (стратегии обработки). Набор стратегий обработки не так уж велик. А технологу в первую очередь важно знать, какие принципы построения траектории движения инструмента использует конкретная CAM-система для формирования своего набора операций.
SprutCAM имеет в своем арсенале все современные типы обработки: 2-2,5-координатную, 3-координатную, многокоординатную. Это позволяет получать качественную обработку деталей на всех типах как отечественных, так и зарубежных металлорежущих станков.
Опыт показывает, что в среднем номенклатура предприятий на 80% состоит из деталей, для производства которых достаточно стратегий 2-2,5-координатной обработки. Принцип обработки карманов, колодцев, выступов, уступов и т.п., формируемых горизонтальными плоскостями и вертикальными поверхностями, несложен: требуется задать глубину и контуры обрабатываемой области. Поэтому использование 3D-модели детали для формирования траектории движения инструмента в этих случаях необязательно. Фреза производит выборку материала в основном своей боковой поверхностью, перемещаясь в горизонтальной плоскости.
Для обработки деталей более сложной конфигурации (штампов, пресс-форм, литейных форм и т.п.) двухкоординатных способов обработки, как правило, недостаточно. Трех- и более координатные стратегии позволяют позиционировать фрезу под любым углом практически к любым поверхностям, что обеспечивает идеальный результат их обработки. Но все же основной труд по черновой выборке материала с учетом геометрии заготовки ложится на плечи трехкоординатной обработки, даже на многокоординатных станках. Поэтому если CAM-система предоставляет разнообразные и хорошо проработанные 3D-стратегии, наличия в парке оборудования лишь трехкоординатных фрезерных станков вполне достаточно для обработки сложнейших деталей.
В рамках этой статьи мы рассмотрим именно трехкоординатные стратегии и принципы их формирования.
Послойная обработка
Операции, основанные на построении траектории движения инструмента в горизонтальных плоскостях-сечениях, в SprutCAM именуются послойными. Послойная обработка по сути та же 2,5-координатная с той лишь разницей, что контуры обрабатываемых зон являются контурами сечений детали горизонтальными плоскостями. Контуры обрабатываемой зоны изменяются в зависимости от заданного расстояния между слоями. Поскольку в трехкоординатной обработке фреза всегда имеет ориентацию, перпендикулярную одной из рабочих плоскостей станка, материал в послойных операциях снимается в основном боковой частью фрезы и наилучший результат достигается при обработке поверхностей, близких к вертикальным. Там же, где преобладают пологие поверхности, результат послойной обработки будет явно ступенчатым (рис. 1).
Рис. 1. Послойная обработка в SprutCAM
 |
|
Построчная обработка
Операции, основанные на построении движения фрезы в параллельных вертикальных сечениях, в SprutCAM называются построчными.
Обработка в построчных операциях производится как боковой, так и торцевой частями фрезы.
Построчные операции дают наилучший результат при обработке пологих участков деталей. Поверхности на таких участках обрабатываются практически идеально. Построчные операции также дают хороший результат при обработке вертикальных участков с небольшим отклонением нормали поверхности от плоскости рабочего хода. Высота гребешка между строчками в этом случае увеличивается по мере отклонения нормали от плоскости рабочего хода. На тех участках, где обрабатываемая поверхность параллельна плоскости рабочего хода, остаточный материал может достигать величины расстояния между строчками (рис. 2).
Рис. 2. Построчная обработка
|
|
Обработка вдоль направляющих кривых
Кроме построчно-послойных стратегий, основанных на сечениях модели детали параллельными плоскостями, SprutCAM предоставляет возможность формирования траектории перемещения инструмента посредством задания направляющих кривых. В горизонтальной плоскости строятся кривые, форма и расположение которых задают направление перемещения инструмента. Строчки в этом случае, в зависимости от настроек параметров, лежат либо поперек направляющих кривых (в семействе вертикальных плоскостей), либо вдоль направляющих (в семействе вертикальных математических цилиндров). Операции, основанные на данном принципе построения траектории, в SprutCAM именуются управляемыми.
|
|
Комбинированные стратегии обработки
Кроме простых послойных, построчных и управляемых операций (черновых, чистовых и операций доработки), SprutCAM предоставляет возможность использования операций, совмещающих в себе разные стратегии обработки. Так, построчно-оптимизированная операция сочетает в себе две построчные операции со взаимно перпендикулярными плоскостями строчек. Комплексная операция совмещает послойную и построчную операции. Комбинированная (послойно-управляемая) формируется построением горизонтальных ходов инструмента (построчная) с последующим эквидистантным достраиванием траектории для недоработанных пологих участков (управляемая). Данные операции (именуемые еще операциями с учетом высоты гребешка) дают достаточно равномерное качество обработки по всей поверхности детали при более щадящих условиях работы инструмента, что позволяет применять удлиненный инструмент меньшего диаметра.
|
|
Обработка вдоль 3D-кривой
Кроме трех рассмотренных нами 3D-стратегий (послойной, построчной и управляемой), применяемых для основной выборки материала и обработки большей части поверхности обрабатываемой детали, в SprutCAM имеются стратегии для специфических случаев:
- 3D-обработка кривой — ходы инструмента генерируются вдоль произвольно заданной пространственной кривой. Операция применяется, например, для обработки кромки у поверхности разъема или для формирования канавки сложной формы на криволинейных поверхностях;
- гравировальная операция — основная часть боковой поверхности модели образуется горизонтальными ходами инструмента, а для формирования острых внутренних углов применяется трехмерная обработка.
SprutCAM предлагает около двух десятков различных технологических операций, основанных на использовании только этих пяти перечисленных методов построения траектории движения инструмента. И это без учета двух-, четырех-, пятикоординатных и токарных операций.
|
|
Симуляция обработки
Для контроля последовательной обработки деталей на токарных и фрезерных станках в SprutCAM достаточно обычной верификации траектории инструмента. В этом случае работу над проектом следует начинать с выбора абстрактного двух-, трех- или пятикоординатного станка.
Иное дело, когда управляющая программа рассчитывается для оборудования, рабочее пространство которого представляет собой область перемещения множества исполнительных органов, имеющих возможность одновременного перемещения в этом пространстве. И тем более, когда обработка ведется синхронно по двум или более управляющим программам. В этом случае работу над проектом в SprutCAM следует начинать с выбора конкретного станка, исполнительные органы которого описаны кинематической схемой и твердотельной моделью. В процессе симуляции пользователь контролирует весь процесс обработки детали с учетом перемещений всех исполнительных и вспомогательных органов станка (рис. 3).
Рис. 3. Симуляция обработки на станке Deckel Maho DMU70
SprutCAM позволяет визуально контролировать возможные коллизии в процессе моделирования обработки. Кроме того, система автоматически помечает кадры программы, в которых обнаруживает столкновения или недопустимые режимы резания.
|
|
Заключение
На этом, пожалуй, остановимся. Как видите, «так много слов», а всего-то рассказали об основных принципах, используемых при формировании траектории инструмента в SprutCAM. А сколько «словесной руды» придется перелопачивать при попытке освоить систему глубже? Не так уж и много…
Современные CAM-системы по своей сложности и количеству настраиваемых параметров сравнимы разве что с современным истребителем. Соответственно задача освоения конкретной системы технологом все более усложняется. Технолог же, как любой человек, существо консервативное и предпочитает, естественно, пользоваться привычными, опробованными (следовательно — надежными) способами и методами, нежели долго и нудно пытаться освоить нечто новое, рискуя в итоге получить «то же самое, только в новой обертке». Таким образом, перед разработчиками CAM-систем встает задача создания не только «функционально насыщенного» продукта, но и легкого в освоении и управлении. Это тем более актуально сейчас, когда станки с ЧПУ получают все более широкое распространение и востребованы не только в тяжелом машиностроении на крупных предприятиях, но и доступны средним и малым предприятиям. Если раньше задачи создания УП решал специалист с профессиональным уровнем эксперта, то сегодня все чаще — технолог без специальной подготовки. Но когда в CAM-системе, чтобы добраться до настройки одного из параметров, приходится совершать последовательно полтора десятка кликов мышкой, открытий окон и выпадающих меню, то поневоле задумаешься, что для полноценного освоения такой системы требуется не просто высококлассный специалист ЧПУшник, тут надобен знаток именно данной версии данной системы, прошедший многолетнюю школу, огонь и медные трубы… Так и происходит, когда разработчик системы не уделяет должного внимания дружественности интерфейса своего детища. Разработчики нередко превращают экран программы в свалку ярких пиктограмм, окружающих рабочее поле пестрыми гроздьями, наивно полагая, что интуитивно понятный и дружественный интерфейс — это простая замена текстовых ссылок кнопками-пиктограммами, сваленными в одну (порой огромную) кучу. Естественно, это ведет к существенным неудобствам при освоении системы и работе с ней.
Разработчики SprutCAM традиционно уделяют немало внимания именно аспекту «дружественности» и удобной для пользователя организации интерфейса. Контекстно зависимый интерфейс позволяет держать под рукой лишь тот инструментарий, который необходим в данный момент. Вложенность открывающихся окон в системе SprutCAM — не более двух (трех- и более ступенчатая вложенность не способствует удобству работы — лишние телодвижения, да и усложняется процесс доступа к нужной информации и параметрам: пользователю сложнее запомнить, где что находится).
Множественные настройки параметров инструмента, стратегий резания, отходов-подходов и подач снабжены подробными схемами, видеороликами и пиктограммами, дающими четкое представление о том, каковы настройки в данный момент. Экранные формы изменяются интерактивно в зависимости от действий пользователя, что позволяет визуально наблюдать, «что есть что» и как это «что» работает (рис. 4).
Рис. 4. Окна настройки инструмента в SprutCAM
В итоге, как показывает практика, время освоения системы занимает считаные дни. То есть, несмотря на сложность самой системы, ее освоение и управление ею оказывается не таким уж тяжким неподъемным трудом, как может показаться поначалу, что делает SprutCAM достаточно удобным современным инструментом для Фидиев от ЧПУ.
|
|
