Совершенствование технологической подготовки производства корпусных деталей при помощи CAM-системы FeatureCAM

Кирилл Хрустицкий (Начальник бюро САПР, ФГУП «Вольский механический завод» (г.Вольск))

В статье рассмотрен опыт использования на ФГУП «Вольский механический завод» программных продуктов Delcam для совершенствования технологической подготовки производства корпусных деталей из литых заготовок и сортового проката на обрабатывающих цент­рах и станках с ЧПУ. ФГУП «Вольский механический завод» использует программные продукты компании Delcam с 2008 года, и заводом уже освоены и успешно эксплуатируются CAM-системы FeatureCAM и PowerMILL, а также CAI-система PowerINSPECT OMV.

Наше предприятие имеет современные обрабатывающие центры с ЧПУ, обладающие паспортной точностью позиционирования 3­5 мкм. Несмотря на это, при освоении новой номенклатуры литых корпусных деталей для электронных приборов, а также корпусов приборных, исполнительных и силовых приводов и редукторов раньше у нас возникали проблемы, связанные с нестабильностью качества трех­ и четырехосевой механической обработки корпусов из отливок 6÷8­го класса точности (согласно ГОСТ 26645­85). Проблемы с точностью обработки после переустанова детали возникали вследствие применения традиционных технологий базирования заготовки в приспособлении на столе станка с ЧПУ: получались недопустимые смещения контуров, разная толщина стенок, происходили повреждения бобышек из­за смещения осей крепежных отверстий и т.п.

Как правило, проблемы с точностью базирования возникают с крупногабаритными сварными корпусными узлами, а также с литыми корпусными деталями средних и крупных размеров. Для таких деталей достижение равномерного распределения припуска и допускаемых отклонений, симметричное расположение элементов конструкции относительно основных координат базовых и рабочих поверхностей (в том числе посадочных и крепежных отверстий) является первоочередной задачей, которая при универсальных (ручных) методах базирования требует длительных проверок и регулирования положения заготовки.

С целью повышения качества продукции нами было принято решение освоить программное базирование, аналогичное тому, что применяется при измерениях на внедренной на нашем предприятии несколько лет назад координатно­измерительной машине­гексаподе КИМ­750, выпускаемой саратовским НПЦ «Лапик». Для этого были приобретены САМ­система FeatureCAM и CAI­система PowerINSPECT OMV.

Примеры изделий ФГУП «Вольский механический завод», для программирования обработки которых использовался FeatureCAM

Автоматизированная разработка управляющих программ осуществляется в FeatureCAM, но в этом программном продукте, как и во всех других САМ­системах, отсутствует возможность программирования измерительных циклов. Поэтому для программирования измерительных циклов используется специальное программное обеспечение — CAI­система PowerINSPECT OMV. Все измерения производятся раздельно после завершения части обработки с технологическими остановами.

САМ­система FeatureCAM предназначена для быстрого формирования управляющих ЧПУ­программ на основе типовых обрабатываемых элементов с высокой степенью автоматизации принятия решений. В базе знаний этой CAM­системы заложены типовые технологии обработки различных конструктивно­технологических элементов с рекомендуемыми инструментами и режимами резания. Особо отметим, что FeatureCAM является открытой CAM­системой, которая позволяет добавлять собственные конструктивные элементы и технологию их обработки.

Формирование управляющей программы производится по созданной или импортированной в FeatureCAM твердотельной модели обрабатываемой детали. Сначала пользователь выбирает компоненты 3D­модели, которые необходимо обработать, и производит компьютерную имитацию обработки. При необходимости пользователь вносит в управляющую программу изменения, связанные с наличием инструмента и последовательностью обработки компонентов. После этого FeatureCAM автоматически генерирует управляющую программу.

Известно, что для сложных корпусных деталей гораздо проще адаптировать траекторию инструмента под конкретный технологический установ, чем проводить длительную ориентацию заготовки в заданное положение. Для этого достаточно произвести замеры положения характерных точек заготовки, на основе чего можно рассчитать оптимальное расположение детали внутри заготовки с равномерным распределением припуска на обработку. Прежде всего при помощи измерительной головки необходимо определить фактическое положение заготовки на станке (например, при помощи измерительной головки Renishaw ОМР­60). Специальные математические алгоритмы, реализованные в PowerINSPECT OMV, позволяют определить погрешность установа, а именно сдвиг и поворот фактического положения заготовки в приспособлении относительно номинального (теоретически заданного) положения 3D­модели в САМ­системе. Затем в готовую управляющую программу можно внести поправки, тем самым скомпенсировав погрешность базирования заготовки в приспособлении. В результате данные о фактическом положении заготовки на станке применяются для адаптации управляющей программы под конкретный установ. Коррекция может осуществляться как встроенными средствами стойки станка с ЧПУ, так и непосредственно в CAM­системе путем пересчета управляющей программы под конкретный установ детали.

Рис. 1. Наружный фланец литой корпусной детали с измененными размерными связями

Полный вспомогательный контроль окончательно обработанных крупногабаритных деталей также имеет смысл выполнять при помощи PowerINSPECT OMV непосредственно на станке сразу после чистовой обработки (без извлечения детали из приспособления) с использованием прецизионного датчика (например, Renishaw МР­700). Как показывает практика, точность современных станков с ЧПУ соизмерима с точностью стационарных КИМ.

Опыт раздельного применения FeatureCAM и PowerINSPECT OMV (совместно с измерительными головками Renishaw) на современных обрабатывающих центрах дал положительные результаты, но полностью исключить появление брака при обработке литых корпусных деталей не удавалось.

Проанализировав методику базирования от необработанных поверхностей наружного контура, которые являлись одновременно и конструкторскими базами (от них задавались нулевые размерные линии с координатной простановкой размеров), мы пришли к выводу о возможности возникновения значительных погрешностей базирования и погрешностей, связанных с нерациональной простановкой размеров в первоначальной конструкторской документации.

Анализ применения CAM­систем показал, что без отработки размерных цепей корпусных деталей на технологичность не обойтись. Конструкция детали, предназначенная для обработки на станке с ЧПУ, должна удовлетворять определенным требованиям, учитывающим особенности и возможности оборудования (об этом указано и в стандарте прежних лет ОСТ 1.42096­81). В результате нами была предложена собственная методика отработки размерных цепей на технологичность для более чем десяти наименований литых корпусных деталей.

Современные системы станков ЧПУ содержат интерфейсы для работы с измерительными датчиками, которые могут устанавливаться в инструментальный магазин и по команде из управляющей программы (УП) загружаются в шпиндель — тем самым обеспечиваются все необходимые перемещения измерительного датчика. CAM­система FeatureCAM позволяет добавлять в свою базу знаний дополнительные модули для новых конструкторско­технологических элементов и технологические процессы их обработки. Кроме того, в FeatureCAM могут быть также внесены модули измерительных элементов и алгоритмы процессов их измерения.

Рис. 2. Детали из толстолистового материала, изготовленные по управляющей программе, сформированной в FeatureCAM

Используя опыт программного базирования при помощи программы DMIS (поставляемой с координатно­измерительной машиной КИМ­750) и учитывая технологические возможности измерительной головки Renishaw ОМР­60, нами была произведена разработка дополнений к системе FeatureCAM, содержащих как конструктивные, так и измерительные элементы, а также программные циклы измерений этих элементов в G­кодах. При этом мы применяли предложенные Б.М. Базровым принципы формирования модулей поверхностей (Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. 368 с.).

Для интеграции в единую систему механической обработки и контрольных измерений на основе САМ­системы нами были внесены в FeatureCAM программные циклы, основанные на модулях поверхностей измерительных элементов Б.М. Базрова. Это дало нам возможность формировать объединенные управляющие программы для измерений и обработки, содержащие циклы программной коррекции положения обрабатываемой детали и инструмента в автоматическом режиме. Этот вид интеграции механической обработки и контрольных измерений в одной управляющей программе с автоматической программной коррекцией положения детали и инструмента можно отнести к автоматизированной адаптивной обработке.

Важным условием успешной интеграции программной обработки и измерений в одной управляющей программе является предпроектная подготовка, включающая отработку конструкции деталей на их технологичность.

На рис. 1 показаны отработанные на технологичность конструкторские размерные цепи. При такой расстановке размеров происходит симметричное распределение фактических отклонений отливки и обеспечивается реализация программного поворота обрабатываемой заготовки для симметричного распределения допускаемых отклонений отливки относительно осей, указанных в чертеже.

В итоге, по результатам внедрения программных продуктов Delcam, нами была произведена отработка конструкций на технологичность более 30 наименований корпусных деталей нового изделия. На предприятии произведен реинжиниринг всех процессов изготовления корпусных деталей из литых заготовок и листового сортового проката. Часть заготовок­отливок была переведена на более высокий класс точности согласно ГОСТ 26645­85. Другая часть корпусных деталей из алюминиевых сплавов переведена на изготовление из горячепрессованной полосы (толщиной до 130 мм), поскольку получить несовпадение обрабатываемых и необрабатывемых малогабаритных элементов в пределах заданных отклонений, даже в отливках 6­7­го класса точности, не всегда возможно. Разработка управляющих программ для изготовления этих деталей из толстолистового материала с применением высокопроизводительного режущего инструмента также производится в CAM­системе FeatureCAM (рис. 2) на основе твердотельной 3D­модели. Снижение трудоемкости при изготовлении самой высокой детали (125 мм) из листового материала по сравнению с изготовлением из отливки составило восемь нормочасов, при этом листовая заготовка дешевле отливки более чем в два раза. 

САПР и графика 4`2011