7 - 2013

CAM-система FeatureCAM 2013: опыт применения в НПП «БУРИНТЕХ»

Александр Дементьев
Старший инженер технической поддержки компании «Делкам-Урал»
Артур Исламгулов
Инженер-программист 1-й категории компании «Буринтех»
Константин Евченко
PR-менеджер компании Delcam

Необходимость применения CAM-систем для автоматизации разработки управляющих программ существует уже давно. Эта потребность тесно связана с бурным развитием за последние десятилетия станочного оборудования, так как с каждым годом появляются всё более совершенные и производительные станки с ЧПУ, обладающие по меркам еще недалекого прошлого поистине фантастическими возможностями. Многие современные универсальные станки с ЧПУ позволяют эффективно совмещать фрезерную и токарную обработку, и как следствие, растут требования к квалификации технологов-программистов, которым приходится трудиться над очень сложными проектами. Кроме того, высокая конкуренция среди производителей вынуждает их выполнять заказы в минимальные сроки, поэтому технологам-программистам зачастую приходится работать в очень тесных временных рамках. Именно в такой ситуации оказалась и компания «Буринтех». Чтобы справиться со всё более возрастающей сложностью заказов и постоянной нехваткой времени, предприятие приобрело высокоавтоматизированную CAM-систему FeatureCAM (разработка британской компании Delcam).

ООО Научно­производственное предприятие «БУРИНТЕХ» (www.burintekh.ru), основанное в 1999 году, в настоящее время является крупнейшим разработчиком и производителем инструмента для бурения и ремонта нефтяных, газовых и горнорудных скважин как в России, так и за рубежом. Предприятие обладает современной производственной базой, оснащенной новейшим оборудованием, многоосевыми обрабатывающими центрами и эффективными средствами контроля качества на всех этапах производства. Это позволяет НПП «БУРИНТЕХ» выпускать широкий спектр конкурентоспособной продукции, соответствующей всем требованиям и пожеланиям самых взыскательных заказчиков. За достигнутые успехи НПП «БУРИНТЕХ» было удостоено почетного звания «Лучшая промышленная компания Республики Башкортостан 2009 года».

Стратегия развития НПП «БУРИНТЕХ» нацелена на постоянный рост и модернизацию производственных мощностей. В соответствии с утвержденной программой развития компания приобрела в 2011­2012 годах несколько новых токарно­фрезерных и пятиосевых фрезерных станков с ЧПУ. Естественно, для разработки управляющих программ для нового оборудования предприятию потребовалась совершенная универсальная CAM­система, способная раскрыть весь производственный потенциал современного оборудования. Поэтому в начале 2012 года НПП «БУРИНТЕХ» приобрела CAM­систему FeatureCAM (www.featurecam.com), предназначенную для быстрой автоматизированной разработки управляющих программ для широкой гаммы станков с ЧПУ: токарных, фрезерных, токарно­фрезерных, электроэрозионных станков и обрабатывающих центров различного типа.

Разработка программного продукта FeatureCAM ведется с 1995 года. Именно в этой CAM­системе была впервые реализована концепция обработки типовых конструктивно­технологических обрабатываемых элементов. Переломным моментом в развитии FeatureCAM стал 2005 год, когда компания Delcam приобрела фирму­разработчика данной CAM­системы. Далее последовало стремительное развитие и усовершенствование FeatureCAM, поскольку компания Delcam интегрировала в этот программный продукт большое количество передовых решений в области механообработки и генерации УП из своей флагманской CAM­системы — PowerMILL. Например, в FeatureCAM была добавлена трохоидальная обработка и сглаживание траекторий по «гоночным» линиям (race line machining).

Следует отметить, что компания Delcam предлагает своим заказчикам четыре разные CAM­системы (PowerMILL, FeatureCAM, PartMaker и ArtCAM), которые ориентированы на различные секторы рынка механообработки, поэтому не конкурируют между собой, а взаимодополняют возможности друг друга. Это позволяет компании Delcam активно внедрять в FeatureCAM новые прогрессивные методы обработки. Таким образом, CAM­система FeatureCAM непрерывно развивается, что позволяет ей прочно удерживать позицию одной из самых эффективных и простых в использовании CAM­систем.

Главной отличительной особенностью FeatureCAM во всем семействе разрабатываемых компанией Delcam CAM­систем является исключительно высокая степень автоматизации разработки управляющих программ. Для достижения этой возможности в CAM­системе FeatureCAM предусмотрена функция автоматического распознавания типовых конструктивно­технологических обрабатываемых элементов (рис. 1). Под определение «типовые элементы» попадают такие геометрические объекты, как отверстия, карманы, канавки, бобышки, стенки и т.д.

Рис. 1. Пример работы функции автоматического распознавания типовых обрабатываемых элементов для токарно-фрезерной обработки

Рис. 1. Пример работы функции автоматического распознавания типовых обрабатываемых элементов для токарно-фрезерной обработки

Одно из главных достоинств FeatureCAM — высокая степень автоматизации принятия решений. Встроенная база знаний и алгоритмы работы этой программы позволяют автоматически выбрать рациональные стратегии черновой, получистовой и чистовой обработки для различных элементов детали, назначить из редактируемой базы данных подходящий инструмент и задать режимы резания. Естественно, типовые технологии и режимы обработки могут быть настроены пользователем исходя из его собственных предпочтений в соответствии с принятыми на предприятии стандартами. Благодаря встроенному в FeatureCAM модулю симуляции, возможно качественное компьютерное моделирование процесса обработки, а также полная 3D­визуализация работы станка, учитывающая кинематику всех его подвижных узлов.

Немаловажной особенностью FeatureCAM является его модульность. Если предприятию не требуются все возможности CAM­системы, для экономии финансовых средств можно воспользоваться лишь несколькими отдельными модулями, например только токарным, фрезерным, электроэрозионным и т.д. (допускаются также их различные комбинации). Всё это сокращает первоначальные затраты предприятия на подготовку производства и позволяет наращивать функциональность CAM­системы по мере необходимости.

Рассмотрим типичную последовательность действий при работе над проектом в CAM­системе FeatureCAM.

Прежде всего нам потребуется CAD­модель детали. Ее можно создать непосредственно в FeatureCAM, используя встроенный 3D­моделировщик на основе ядра Parasolid, либо импортировать геометрию из любой CAD­системы, например SolidWorks (рис. 2).

В качестве исходных данных в проекте необходимо задать модель станка (выбрать требуемый постпроцессор), создать (или загрузить, если он уже был создан ранее) используемый набор инструментов и не забыть указать размеры заготовки и ее материал. Затем запускаем «Мастер автоматического распознавания» с целью  получения кратчайшим путем кода управляющей программы. Однако можно действовать и более гибко, но чуть медленнее,  используя полуавтоматические и ручные методы задания обрабатываемых элементов. Особо отметим, что эти методы можно комбинировать: сначала запустить автоматическое распознавание, а затем всё то, что осталось нераспознанным, запрограммировать полуавтоматическим методом. При этом на любом этапе работы над проектом пользователь может редактировать переходы, созданные как в автоматическом, так и в интерактивном полуавтоматическом режиме либо ручным методом.

После распознавания элементов необходимо запустить имитацию обработки, поскольку именно в этот момент происходит генерация кода управляющей программы. Дальнейшие шаги просты: визуально проверить код УП, сохранить его и передать на станок с ЧПУ для дальнейшей отладки кода программы наладчиком.

Рис. 2. 3D-модель элемента

Рис. 2. 3D-модель элемента шарошечного долота

Рис. 3. Шарошечное долото в сборе

Рис. 3. Шарошечное долото в сборе

Производственный отдел НПП «Буринтех», в котором применяется CAM­система FeatureCAM, занимается изготовлением шарошечных долот для породоразрушающего инструмента, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин (рис. 3). Для изготовления этого типа изделий на станках с ЧПУ требуется разработка весьма сложных управляющих программ, которые практически невозможно создать без использования современной CAM­системы. Непосредственно разработкой управляющих программ в CAM­системе FeatureCAM занимается инженер­программист 1­й категории НПП «Буринтех» Артур Исламгулов. В его ведении находится весь парк пятиосевых фрезерных станков и токарно­фрезерных обрабатывающих центров.

Для успешной работы с любым программным обеспечением пользователь должен хорошо знать его функциональные возможности. Поэтому инженеры­программисты НПП «Буринтех» прошли учебные курсы в компании «Делкам­Урал» — одном из шести российских представительств британской компании Delcam. После этого началась отладка постпроцессоров для всей номенклатуры заявленного НПП «Буринтех» оборудования.

Постпроцессор — это программный модуль, предназначенный для преобразования сформированных CAM­системой траекторий в код управляющей программы для конкретного станка с ЧПУ (с учетом особенностей его кинематики). Отметим, что даже в стандартной поставке FeatureCAM снабжается работоспособными постпроцессорами, что в корне опровергает часто встречающееся мнение многих потенциальных заказчиков о том, что поставляемые бесплатно с CAM­системами постпроцессоры, мягко говоря, малопригодны для реальных станков с ЧПУ. Кроме того, у пользователей FeatureCAM всегда есть возможность доработать постпроцессор самим, так как редактор постпроцессоров X­Build в использовании относительно прост и нагляден.

Благодаря тесному сотрудничеству технических специалистов компании «Делкам­Урал» и технологов­программистов НПП «Буринтех», все постпроцессоры были отлажены в заранее оговоренный срок. Тем не менее усовершенствование этих постпроцессоров происходит даже сейчас, спустя месяцы после отладки основного функционала, ибо с течением времени пользователи открывают всё новые возможности станков и, соответственно, у них появляется желание эти возможности задействовать. Активное участие в совершенствовании постпроцессоров принимают специалисты компании «Делкам­Урал», которые осуществляют техническую поддержку программного обеспечения Delcam.

«Одним из главных факторов успешного освоения программного продукта и отладки постпроцессоров является постоянная квалифицированная техническая поддержка со стороны поставщика CAM­системы. Компания «Делкам­Урал» в лице старшего инженера технической поддержки Александра Дементьева продемонстрировала высокий уровень подготовки, своевременное и качественное выполнение поставленных задач», — отмечает инженер­программист Артур Исламгулов.

В качестве примера приведем один типичный для НПП «Буринтех» успешно выполненный проект. Как уже было сказано, шарошечное производство занимается разработкой управляющих программ для изготовления на станках с ЧПУ шарошечных долот различной формы.

Рис. 4. Элемент шарошечного долота — 3D-симуляция в проекте

Рис. 4. Элемент шарошечного долота — 3D-симуляция в проекте

Рис. 5. Функция FeatureCAM «Сравнение детали» позволяет проверить, в пределах каких допусков будут обработаны поверхности относительно первоначально загруженной твердотельной 3D-модели

Рис. 5. Функция FeatureCAM «Сравнение детали» позволяет проверить, в пределах каких допусков будут обработаны поверхности относительно первоначально загруженной твердотельной 3D-модели

Рис. 6. Элемент шарошечного долота — результат «в металле»

Рис. 6. Элемент шарошечного долота — результат «в металле»

3D­модель изготовленного шарошечного долота представлена на рис. 4. Разработка всех видов управляющих программ для его обработки полностью осуществлялась в CAM­системе FeatureCAM. Предварительная токарная обработка заготовки была проведена на токарном станке с ЧПУ, а последующая фрезерная обработка осуществлялась на пятиосевом станке. Черновую обработку одного зуба можно задать в FeatureCAM двумя способами: либо 2,5D­обработка по стратегии «Стенка», либо обработка 3D­поверхностней стратегией «По Z­уровням». После этого создается круговой массив созданной операции для обработки всех остальных зубьев. Специфика обработки заключается в том, что в некоторых модификациях шарошечного долота профили режущих зубьев не имеют прямолинейной структуры, поэтому стандартными методами позиционной («3+2») обработки не всегда можно обойтись. В этом случае используются стратегии непрерывной пятиосевой обработки FeatureCAM, которые позволяют успешно справиться с поставленной задачей.

Процесс контроля корректности обработки осуществлялся с помощью специальной функции «Сравнение детали», которая позволяет прямо в проекте FeatureCAM проверить, в пределах каких допусков будут обработаны поверхности относительно первоначально загруженной твердотельной 3D­модели. Зеленый цвет показывает пользователю, что все поверхности будут обработаны в заданном допуске (рис. 5), нет ни красного цвета — зарезов в тело детали, ни синего — лишнего припуска. Готовое изделие «Элемент шарошечного долота» показано на рис. 6.

К сожалению, в рамках журнальной статьи мы не можем описать номенклатуру выпускаемых изделий, а также методы их обработки. В данной статье мы затронули лишь несколько аспектов разработки управляющих программ в CAM­системе FeatureCAM. Как показывает практика, исключительно высокая степень автоматизации разработки УП в FeatureCAM востребована тысячами предприятий по всему миру.

САПР и графика 7`2013