Прямое 3Dредактирование
Ценность технологии прямого редактирования цифровых моделей состоит в том, что она позволяет вносить изменения независимо от того, какие средства применялись и какие возможности по редактированию были заложены при создании модели.
Конструкторские модели (КМ) и конструкторская документация (КД) являются отправной точкой для технологических моделей (ТМ) и документов, без которых производство не работает. Причем объем производной технологической документации и технологических моделей может в десятки раз превосходить объем исходных КД и КМ.
Единственный способ внесения изменений в исходные КМ, в отсутствие прямого редактирования, — иметь на производстве всё разнообразие CADсистем, которыми пользуются заказчики. Однако это само по себе очень затратно, а особенно с учетом расходов на поддержку и обновление ПО, а также на обучение персонала.
Но даже наличие одинаковых CADсистем на конструкторских и технологических рабочих местах не гарантирует превращение КМ в ТМ, так как возможности редактирования, заложенные конструктором в модель, могут не соответствовать задачам технолога.
Поэтому на практике данная ситуация решается в технологических подразделениях, как правило — построением моделей заново. При этом нарушается принцип сквозного проектирования, а следовательно, резко снижается эффективность подготовки производства.
Мы уже рассказывали о методах прямого редактирования в ADEM. Продолжим эту тему, тем более что аппарат прямого редактирования в системе постоянно совершенствуется. Этому способствует большой практический опыт работы Группы компаний ADEM со многими отраслями промышленности в России и за рубежом.
Несколько слов о самой задаче. В принципе любая CADсистема позволяет вносить изменения в импортированный объект. Например, можно сделать скругление на ребре, можно просверлить отверстие, можно добавить материал и т.п.
Сложность возникает, когда нужно изменить радиус уже существующего скругления, убрать, передвинуть или изменить диаметр отверстия и т.д. Вот с такого рода задачами дело обстоит куда сложнее. С точки зрения истории построения модели данное редактирование относится не к добавлению новых этапов в дереве построений, а к изменению тех, что уже в нем есть. И это нужно решать при отсутствии самого дерева!
С позиции пользователя прямое редактирование в ADEM подразделяется на два вида: работа с группами вершин и работа с группами поверхностей модели.
Для справки: в упрощенном виде твердотельная модель имеет такую иерархию (сверху вниз): тело — грани — ребра — вершины. Некоторые манипуляции с ними могут совершать практически все современные CADсистемы. Например, построить гладкое сопряжение в вершине, на ребре или между гранями.
В ADEM спектр возможностей гораздо шире.
Работа с группой вершин применяется в тех случаях, когда возможно изменение геометрии детали без нарушения топологии твердого тела. Проще говоря, этот способ хорош там, где не меняются число объектов и взаимосвязи между объектами детали (рис. 1). В ADEM это в основном изменение различными способами положения вершин и безразрывные деформации модели в соответствии с новым положением.
Рис. 1. Прямое редактирование группы вершин: смещение
Работа с группой граней дает возможность менять не только геометрию, но и топологию детали, позволяя удалять, заменять, добавлять объекты (рис. 2).
Рис. 2. Прямое редактирование группы граней: удаление и добавление фрагментов
В стандартный перечень функций прямого редактирования группы поверхностей в ADEM входят: удаление, смещение, копирование, зеркальное отражение группы поверхностей с автоматическим исключением и добавлением в твердое тело детали. С точки зрения пользователя это похоже на работу с группами тел в сборке.
Возьмем, например, копирование фрагмента в твердом теле (рис. 3): достаточно выбрать грани, входящие во фрагмент, и применить стандартную процедуру копирования. Фрагмент будет целиком вмонтрирован в тело с учетом всех добавлений и вычитаний материала детали.
Рис. 3. Прямое редактирование группы поверхностей: копирование фрагмента в твердом теле (показано в разрезе)
К новым возможностям прямого редактирования группы поверхностей в системе ADEM можно отнести функцию безразрывного эквидистантного смещения (рис. 4). В простейшем случае это эквидистантное изменение объекта в твердом теле. Например, изменение диаметра отверстия или радиуса гладких сопряжений, расширение и сжатие выбранной части и т.п.
Рис. 4. Прямое эквидистантное редактирование
Очень интересное и востребованное применение эквидистантного прямого редактирования — изменение модели с учетом полей допусков. Для конструктора вполне естественно построение модели в номинале размеров. Для изготовления же важна модель, построенная по центрам полей допусков. Эквидистантное прямое редактирование позволяет решить эту задачу.
Отметим, что оба метода (на основе вершин и на основе граней) в системе ADEM развиваются практически с самого начала разработки, так как задача редактирования «чужих» моделей была поставлена как один из наивысших приоритетов для CAD/CAM/CAPPсистемы конструкторского, технологического и производственного сектора.
Несколько слов о выборе объектов редактирования.
Если выбор в группу вершин носит довольно простой характер, то с группой поверхностей есть свои сложности (рис. 5). Чтобы стало проще выбрать такой фрагмент для редактирования, были разработаны специальные способы фильтрации и распознавания. Среди них: выбор валов, отверстий, скруглений, поверхностей заданной кривизны, закрытых полостей, «аномалий» и пр. Заметим, что часть алгоритмов была заимствована из модуля ADEM CAM Expert, предназначенного для распознавания технологических конструктивных элементов.
Рис. 5. Выбор закрытых полостей для прямого редактирования
Ряд операций прямого редактирования объединен в комплексные процедуры и составляет функционал нового модуля — ADEM CAD Expert. В частности, к ним относится комплексное удаление отверстий для получения исходной модели заготовки (рис. 6). Для достижения результата достаточно задать диапазон диаметров отверстий, которые нужно удалить.
Рис. 6. Комплексное прямое редактирование: удаление отверстий
Приведем еще ряд полезных комплексных операций CAD Expert. Аналитическое описание поверхностей, входящих в тело, позволяет с заданной погрешностью упростить модель детали для дальнейшей конструкторской или технологической проработки. Объединение цилиндров также упрощает работу с моделями, где цилиндрические поверхности представлены сегментами (некоторые системы имеют такое не совсем рациональное представление). Модификация модели с учетом механообработки помогает понять различие между исходной моделью и результатом изготовления и заранее оценить добавку к теоретической массе детали.
Возможности системы ADEM в части прямого редактирования на этом не заканчиваются. Большой круг задач может решаться в рамках работы с методами поверхностного моделирования. К ним относятся удаление поверхности, зашивка, слияние, затяжка и другие процедуры построения поверхностей с учетом граничных условий.
Даже если не удается решить задачу на уровне комплексных процедур или с помощью группы граней или вершин, то всегда можно заняться ею на самом низком уровне локального редактирования. Присутствие в системе такого широкого спектра функций позволяет решать задачи прямого редактирования цифровых моделей практически любой сложности.
Интересно, что операции прямого редактирования в системе ADEM заносятся в дерево истории и могут впоследствии подвергаться параметрическому редактированию.
Напомним, что именно в системе ADEM функционал прямого редактирования приобретает особую прикладную значимость потому, что ADEM — это интегрированная CAD/CAM/CAPPсистема для конструкторскотехнологической подготовки производств, которые могут иметь широкий круг заказчиков, оснащенных разнообразными САПР.
Автоматическая разработка технологии
Основное назначение модуля — автоматическое представление детали системой технологических объектов и создание технологических маршрутов и управляющих программ механообработки.
Модуль ADEM CAM Expert довольно бурно развивается и за последнее время претерпел существенные изменения и дополнения.
Изначально он был разработан для плоской (2,5x) фрезерной механообработки. На втором этапе он уже включал электроэрозионную и лазерную обработки, а также сверлильнорасточные технологии. Чуть позже появилась токарная обработка.
Сегодня реализованы многопозиционная фрезерная и токарнофрезерная обработки.
Чем же отличается работа технологапрограммиста при традиционном проектировании и при работе с CAM Expert?
При обычном программировании технологических операций и переходов технолог должен указывать все обрабатываемые контуры и поверхности, а также все контрольные контуры и поверхности. При работе с моделями, состоящими из сотен и тысяч поверхностей, подобный процесс становится сверхтрудоемким.
Более того, требуется вводить большой объем числовых данных для каждого технологического перехода: режимы резания, параметры инструмента и т.д.
Модуль CAM Expert значительный объем «рутинной» работы берет на себя, снижая при этом фактор риска внесения ошибок.
В основе модуля лежит методика распознавания технологических объектов и их параметров по трехмерным моделям деталей.
Так как наши пользователи работают не только с моделями, созданными в ADEM, но и с проектами из других CADсистем, то указанная методика обладает свойством инвариантности к способам и истории построения 3Dмоделей. Здесь уместно также напомнить, что ADEM — это интегрированный CAD/CAM, который обладает уникальной возможностью независимого от истории прямого редактирования моделей из других систем.
Начнем описание работы CAM Expert с примера многопозиционной фрезерной обработки.
Как правило, под эту технологию подходят конструкции, описываемые стандартными технологическими элементами типа «уступ», «паз», «стенка», «колодец», «окно», «отверстие», «поверхность». Но, в отличие от обычных объектов для фрезерования, располагаются эти конструктивные элементы по отношению к направлению шпинделя станка под разными углами.
Во времена, когда еще не было поворотных столов и шпинделей, для обработки каждой зоны (направления) требовалась переустановка детали на станке. Сегодня этот процесс автоматизирован.
На рис. 7 приведена простейшая модель детали для многопозиционной фрезерной и сверлильной обработки.
Рис. 7. Деталь для многопозиционной обработки
Если пользователь включит опцию Зона, которая инициирует многопозиционный способ, то первое, что сделает CAM Expert, — предложит список рекомендуемых для обработки зон. Список можно просмотреть совместно с автоматической визуализацией положения детали в пространстве. Можно удалить лишние зоны, добавить новые, указывая курсором на плоские и криволинейные грани модели.
Следующее действие — запуск распознавания. Есть возможность настройки параметров распознавания, но не будем на этом останавливаться. Перейдем сразу к результатам.
Рис. 8. Предварительный просмотр результатов распознавания
Предварительный просмотр позволяет увидеть комбинацию конструктивных технологических элементов, которыми CAM Expert представил деталь (рис. 8). Если пользователь не согласен с результатом (а мы с вами знаем, что сколько технологов, столько и будет вариантов техпроцесса изготовления), то можно совершить следующие действия:
- изменить таблицу зон;
- изменить параметры распознавания;
- удалить ненужные технологические объекты.
При получении требуемого результата можно перейти к следующей стадии — автоматического получения маршрута изготовления. На этом этапе тоже возможно внесение изменений в предполагаемый результат. Например, технолог может переопределить инструменты, которые модуль CAM Expert подобрал по результатам распознавания, а также может дополнить базу данных инструментов, из которой происходит выбор инструмента. Если модуль не обнаружил подходящий инструмент в базе инструментов, то в списке найденных инструментов появится пометка такого инструмента, например: «New! Фреза D13R1».
Маршрут обработки формируется в виде дерева проекта технологических переходов с операциями, командами, инструментами и режимами. Дерево это доступно для ручного редактирования.
Перейдем теперь к получению траектории движения инструмента и управляющей программы (рис. 9). Эту процедуру выполняет CAMмодуль, используя один из лучших в мире математических аппаратов для решения подобных задач.
Рис. 9. Получение траектории движения инструмента и управляющей программы
Теперь самое время приступить к симуляции процесса механообработки. Это очень полезный этап, позволяющий произвести визуальный анализ взаимных перемещений заготовки и инструмента на всех этапах обработки (рис. 10). Более того, можно сравнить полученную модель с исходной.
Рис. 10. Симуляция процесса механообработки
Если пользователя всё устраивает, то процесс программирования ЧПУ, в общем, завершен!
А что делать, если возможности настроек и редактирования параметров в CAM Expert не позволяют удовлетворить искушенные потребности опытного пользователя? Ответ очень простой. Если пользователь настолько хорошо разбирается в технологии, что видит моменты, которые можно улучшить, то ему прямая дорога поработать с параметрами модуля ADEM CAM. Уж тамто он всегда сможет найти нужные ему «рычаги и кнопочки» для программирования нюансов ЧПУ.
При этом технологу не придется создавать весь маршрут заново. Он может пользоваться уже сгенерированным в CAM Expert проектом, лишь изменяя необходимые ветви.
Заметим, что CAM Expert может иметь дело не только с плоской многопозиционной обработкой. Возможно программирование и трех, и более координатного фрезерования. В качестве примера приведена модель на рис. 11.
Рис. 11. Трехкоординатная многопозиционная обработка
Теперь несколько слов о токарнофрезерной обработке. Понятно, что это комбинированная обработка: на одном и том же станке производится и точение детали, и за счет фрезерной головки делаются выборки колодцев, пазов, уступов и т.п.
Распознавание в модуле CAM Expert также происходит поэтапно: вначале — точение (рис. 12). При этом в схему включаются такие объекты, как «область», «канавка», «торец». Потом распознаются элементы фрезерной обработки (рис. 13).
Рис. 12. Распознавание токарной обработки
О взаимодействии CAM Expert с модулями CAD и CAM мы уже упомянули. Следует также отметить, что полученное дерево проекта механообработки полезно и для модуля CAPP, который предназначен для выпуска технологической документации. На его основе может быть сгенерирован комплект ТД, включая техпроцессы, карты, ведомости, эскизы и т.п. Ведь созданное дерево содержит практически всю необходимую для этого информацию.
Рис. 13. Распознавание фрезерной четыреxкоординатной обработки
Одним из направлений развития модуля CAMExpert является автоматическое формирование документации, в частности формирование технологического процесса в формате PDF (Portable Digital Format). После автоматического формирования CAMExpert операции в маршруте обработки запускается алгоритм формирования технологической документации в формате PDF (рис. 14).
Рис. 14. Формирование технологического процесса в формате PDF
Мы рассмотрели основные приемы работы с модулем ADEM CAM Expert на простейших примерах механообработки. Возможности этого интеллектуального программного продукта гораздо шире. Экспертная система постоянно развивается, охватывая всё больше стратегий и нюансов современных технологий. Но об этом в следующей статье.
