Работа с оборудованием с ЧПУ: опыт компании InterCAD

Игорь Шептунов
Начальник отдела САПР в машиностроении и судостроении компании InterCAD

Этой статьей мы начинаем новую серию публикаций компании InterCAD, посвященную актуальной и востребованной, на наш взгляд, тематике автоматизации производственной деятельности. Речь пойдет об оборудовании с ЧПУ. В серии будет уделено внимание как аппаратному, так и программному обеспечению. Кроме того, мы остановимся на некоторых технологических аспектах и расскажем об опыте успешных внедрений на предприятиях. Текущая публикация посвящена важнейшей проблеме — подготовке управляющих программ для оборудования с ЧПУ: фрезерного, токарного, токарно­фрезерного, для гибки, вырубки и другого назначения.

Рис. 1. Станок с числовым программным управлением (ЧПУ) производства компании Tongtai

К нам в компанию InterCAD с вопросами об оборудовании с ЧПУ обращаются представители производственных предприятий, готовящихся к модернизации производства. Большое количество вопросов вызывает само оборудование. При этом общеизвестно, что все технические характеристики и описание возможностей оборудования, как правило, находятся в открытом доступе. На наш взгляд, не меньший (а порой и больший) интерес вызывает практическое применение оборудования с ЧПУ, важнейшей составляющей которого является подготовка управляющих программ.

Безусловно, большинству читателей известно, что оборудование с ЧПУ — это станки, оснащенные числовым программным управлением. Управление происходит с помощью специальных команд, представляющих собой текстовый файл, который содержит понятные конкретному станку наборы команд. Эти наборы команд («программы») могут формироваться как в соответствующих программах­редакторах, так и непосредственно «со стойки».

Рис. 2. Специалисты InterCAD разрабатывают законченные технологические решения — начиная с выбора модели станка и среды проектирования и заканчивая самой обработкой

С развитием средств трехмерного проектирования появились технологии, позволяющие в качестве «исходных данных» для программы, управляющей оборудованием с ЧПУ, использовать трехмерную модель. Сегодня можно выделить два основных подхода в реализации средств, обеспечивающих возможность применения трехмерной модели при разработке управляющих программ:

• разработка программы в среде специализированного программного пакета (модель импортируется из САПР);
• разработка программы с использованием дополнительных средств, «работающих» в среде САПР, — работа с интегрированными решениями.

Рис. 3. 5-осевая обработка модели на виртуальном станке
в Autodesk Inventor

Оба подхода имеют ряд преимуществ, которые изучались специалистами компании InterCAD. Опыт компании показал, что для решения большинства стоящих перед современным производством задач целесообразен второй подход, имеющий следующие преимущества:

• разработка программ для оборудования с ЧПУ производится в единой среде;
• в силу отсутствия процедур импорта моделей в «неродную» для САПР среду невозможны «потери и искажения», которые встречаются при первом подходе (наличие отдельного специализированного приложения);
• процесс внесения изменений в программу для оборудования с ЧПУ в единой среде упрощается, поскольку не связан с повторным импортом во внешнее приложение после изменения трехмерной модели. В единой среде после внесения изменений производится синхронизация измененной модели и управляющей программы. При использовании же отдельного приложения после изменений модели в САПР такой импорт неизбежен и вероятность потерь и искажений (см. предыдущий пункт) увеличивается. Интегрированная среда в проектировании и разработке управляющей программы особенно актуальна при работе с большими моделями сложной геометрической формы, имеющими гнутые поверхности;
• финансовые затраты, обусловленные стоимостью отдельных специализированных приложений (зачастую при избыточности их функционала), далеко не всегда оправданны.

По названным выше причинам, а также в связи с наличием партнерских отношений с компанией Autodesk, компания InterCAD поставляет и внедряет программное обеспечение InvertorCAM, функционирующее в среде САПР Autodesk Inventor и показавшее отличные практические результаты при решении задач подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.

InventorCAM работает с моделью, созданной в Autodesk Inventor. Специальный инструментарий позволяет:

• путем задания габаритных граней выбирать в модели то место, которое будет обрабатываться. Существует возможность расширить зону обработки. Для этого можно создать дополнительные элементы, не содержащиеся изначально в 3D­модели;
• добавить или, наоборот, убрать части модели, не участвующие в обработке, или необходимые приливы для правильного технологического перехода;
• выбрать и использовать допуски в 3D­модели, среднее, верхнее или нижнее отклонение;
• создавать в Autodesk Inventor сложную/габаритную технологическую оснастку и использовать ее при разработке управляющих программ (УП) в качестве граничных условий. Возможны моделирование пространственной 3D­траектории подхода инструмента и его отвод с учетом габаритов оснастки;
• выбирать инструмент, в том числе фасонный;
• указывать разные технологические подходы;
• генерировать управляющую программу для ЧПУ.

Кстати, хотим предостеречь читателей от ложного представления о том, что «для достижения успеха достаточно лишь выполнить приведенные выше пункты».

Не стоит игнорировать следующий объективный фактор: оборудование с ЧПУ, предлагаемое разными производителями, имеет различные возможности и подпрограммы. Для того чтобы сгенерированная программа для оборудования с ЧПУ была не только «понятна», но и оптимальна, необходимо создание так называемых постпроцессоров, представляющих собой программные генераторы — преобразователи внутренних настроек InventorCAM в текст программы для конкретного оборудования с ЧПУ. InventorCAM имеет все необходимые механизмы, а специалисты InterCAD — опыт разработки постпроцессоров для станков Cielle, TONGTAI Topper, Fraer, Biglia, Rapid, Haas, CHIRON, DMU 50 evo и многих других.

Рис. 4. Модель корпуса, созданная в среде Autodesk Inventor для обработки на станке с ЧПУ

Не будем «забывать и замалчивать» еще одну составляющую — технологическую. Например, в процессе доработки сложных и тонких деталей возможно возникновение деформации, влияющей на качество обработки поверхности. Несомненно, технологический подход для устранения этих факторов также разрабатывается в InventorCAM, для чего имеются все необходимые инструменты. При этом не будем скрывать, что те или иные решения принимаются исходя из практического опыта.

Существенное отличие подхода, которого придерживаются специалисты InterCAD, состоит в том, что наши услуги не ограничиваются формальным обучением и консультацией. Приступая к проекту, мы ориентируемся на конкретные задачи, которые стоят перед заказчиком, и адаптируем технологию к конкретному производственному процессу. Опыт показывает, что при реализации такого ориентированного на результат подхода приходится решать ряд задач, связанных с особенностями имеющегося оборудования, спецификой изготавливаемого продукта, технологическими возможностями и ограничениями. Но без такого глубокого проникновения в суть задачи невозможно получить технологическую основу, базу для дальнейшего самостоятельного производства. Наши клиенты в итоге получают не только технологию обработки изделий на станках с ЧПУ, но и готовый алгоритм обработки, который может быть дополнен или изменен в соответствии с новыми задачами.

Рис. 5. Модель корпуса, созданная в среде Autodesk Inventor для обработки на станке с ЧПУ

В InventorCAM существует ряд инструментов, позволяющих, например, выбрать различные параметры обработки — глубину резания, шаг, с которым оно пойдет, направление, встречное направление, количество проходов, угол, под которым нужно сделать проход. Здесь сложно переоценить опыт консультанта­технолога, который принимает подобные решения. Формально управляющая программа предназначена для реализации воли специалиста, который проводит обработку изделия, но на практике встреча оснастки и изделия не всегда проходит по запланированному сценарию: возможны вибрации, деформации изделия, да и просто непредсказуемое поведение станка. Эффективно предотвратить и предупредить такие отклонения может только опытный технолог, организующий процесс.

В то же время, специальный модуль InventorCAM обеспечивает виртуальную визуализацию «поведения» изделия, станка и обрабатывающего инструмента. Так называемая виртуальная модель станка позволяет смоделировать процесс обработки изделия и увидеть его на экране без реального использования оборудования, заготовки, инструмента, его оправки и технологической оснастки. Это дает возможность внести необходимые корректировки в технологию обработки, например изменить угол наклона, направление и т.д. В итоге скорость принятия решений по внесению изменений в модель вырастает в разы.

Рис. 6. Обработка винта (импеллера) на виртуальной модели станка

InterCAD является не только поставщиком ПО — компания разрабатывает законченные технологические решения, и в этом плане этап контроля качества продукции не менее важен, чем предыдущие. Эффективным средством здесь служит трехмерное лазерное сканирование готового изделия, которое можно произвести прямо на станке при убранном инструменте. Полученную трехмерную модель реального изделия (облако точек) можно загрузить в InventorCAM и визуально оценить сходство с математической моделью детали. Более того, программный продукт Geomagic имеет инструментарий для числового измерения несоответствия и последовательного сравнения двух трехмерных моделей — реальной и математической. Представьте, насколько быстро, имея такие сведения, можно внести изменения в управляющую программу, при том, что обрабатываемое изделие все еще закреплено на станке и его сразу же можно доработать.

В целом разработка управляющих программ для оборудования с ЧПУ с применением интегрированной связки Autodesk Invertor — InvertorCAM позволяет добиться высокой скорости и точности при обработке изделия. Единая среда, в которой существует модель, предотвращает возможность искажения при переносе и обеспечивает синхронизацию вносимых в модель изменений. Исчерпывающий инструментарий InvertorCAM обеспечивает эффективную обработку изделия, а функция виртуального моделирования экономит время и заготовки. Однако при всей инновационной технологической составляющей опыт конкретного специалиста, настраивающего оборудования и готовящего постпроцессоры, все равно остается решающим фактором для достижения качественного результата. Все эти составляющие компания InterCAD готова предложить своим заказчикам.

Таким образом, внедрение оборудования с ЧПУ — перспективное направление развития современного производства. Средства создания управляющих программ позволяют использовать в качестве «исходного материала» трехмерные модели изделий, получаемые в САПР. Такой подход позволяет оптимизировать производство, повысить качество продукции. При этом важнейшими аспектами процесса разработки и внедрения технологии, кроме «самой возможности получения» программ для оборудования с ЧПУ, являются:

• разработка постпроцессоров, учитывающих особенности того или иного оборудования;
• разработка технологических подходов в производстве сложных изделий;
• использование «виртуальных станков» (моделирование работы на экране без задействования конкретного оборудования и материалов);
• возможность контроля качества произведенных изделий путем сравнения результатов их трехмерного сканирования и исходной математической модели.

САПР и графика 3`2014