Как правильно выбрать CAM-систему

Евгений Агафонов, специалист по CAD/CAM-системам,
НИП-Информатика

Владимир Спиридонов, специалист по CAD/CAM-системам,
НИП-Информатика

За последние годы компания Autodesk выпустила большой спектр систем автоматизированного проектирования, включающих функции CAM-систем, в том числе коллекции Autodesk и Fusion 360, а также высокопроизводительные CAM-системы, такие как FeatureCAM и PowerMill.

В данной статье мы попытаемся проанализировать и осветить следующие вопросы:

• какие задачи решает каждая из этих CAM;
• что у них общего;
• для каких задач эффективно применение той или иной системы;
• какая система наиболее эффективна для вашего высокопроизводительного обрабатывающего центра.

Кроме того, приведем примеры решения задач, для которых целесообразно применить комбинацию этих систем.

Рассмотрим каждую из этих систем на примерах.

Коллекция Autodesk

Данная коллекция, которую по праву можно считать программным комплексом, называется Product Design & Manufacturing Collection или Машиностроительная коллекция Autodesk. Этот комплекс по своему функциональному составу представляет собой полноценную CAD/CAM/CAE­систему, которая обеспечивает решение большого спектра задач, включая конструирование, проверку на прочность и проектирование обработки на станках с числовым программным управлением.

Для создания 3D­моделей и выпуска конструкторской документации по ЕСКД используется Inventor Professional, анализа прочности — Inventor Nastran, а для проектирования обработки — Inventor CAM.

Inventor CAM работает как функциональное расширение Inventor. Программист ЧПУ может проектировать обработку детали в Inventor, пользуясь функциями Inventor и Inventor CAM. Так как конструирование и обработка выполняются в одной программе, то любые несоответствия или потеря информации при передаче модели из CAD­ в CAM­систему исключены. Программа обработки автоматически перестраивается при изменении 3D­модели детали, то есть технология и конструкция связаны ассоциативно. Тем не менее если 3D­модель создана в сторонней CAD­системе, то с ней можно работать, как с созданной в «родной» среде.

В том случае если технологам передана не 3D­модель, а двумерные чертежи, то с помощью специальных средств Inventor они смогут построить эту 3D­модель для обработки.

Предположим, что необходимо спроектировать программу для фрезерной обработки детали «крышка». На рис. 1 можно увидеть обычный интерфейс Inventor: слева дерево технологических операций, а вверху ленточное меню для обработки. В рабочей зоне демонстрируется визуализация контурной обработки.

Рис. 1. Контурная обработка

На рис. 2 приведена настройка адаптивной выборки. Настраиваются радиус резки, шаг, припуски, допуски и другие необходимые параметры. При адаптивной выборке обработка производится специальными твердосплавными фрезами на высоких подачах.

Рис. 2. Настройка адаптивной выборки

На рис. 3 показано задание параметров инструмента и фрезерование торца. Для инструмента указываются следующие необходимые параметры: длина, радиус, параметры режущей части, держателя, хвостовика и др.

Рис. 3. Фрезерование торца и задание параметров инструмента

Inventor CAM предоставляет высокоэффективные методы непрерывной обработки, включая обработку боковой поверхностью инструмента, для производства деталей со сложной геометрией (инструмент и оснастка, аэрокосмические детали, головки цилиндров, лопасти турбин и пропеллеров). Программа обеспечивает реалистичную имитацию процесса обработки для контроля траектории движения инструмента и перемещения узлов станка с целью предотвращения возможных коллизий.

Кроме фрезерной, токарной и токарно­фрезерной обработок, Inventor CAM позволяет создавать управляющие программы для машин лазерной, плазменной и гидроабразивной резки.

Обширный список постпроцессоров для Inventor CAM, Fusion 360 и HSMWorks имеется в открытом доступе в Интернете на ресурсе Autodesk Post Processor Library.

В состав коллекции также включены программы Fusion 360 и HSMWorks для проектирования обработки в среде SOLIDWORKS.

Fusion 360

Fusion 360 — это облачная CAD/CAM/CAE­система для конструирования, расчетов в области прочности и генеративного дизайна, электроники, проектирования обработки. Дружественный и интуитивный интерфейс способствует быстрому освоению Fusion пользователями.

Предположим, нужно выполнить заказ на изготовление детали по чертежам. Используя Fusion, можно максимально быстро создать 3D­модель. На рис. 4 (слева вверху) приведена Fusion в режиме DESIGN/Конструирование. В рабочей зоне показана созданная 3D­модель детали, заготовка и тиски. Изображенные на рисунке чертежи сгенерированы Fusion по 3D­модели и предназначены для проверки. Вспомогательная 3D­модель тисков нужна программисту ЧПУ для того, чтобы лучше представить реальную обработку в условиях цеха и избежать поломки оборудования из­за столкновения инструмента с крепежной оснасткой.

Рис. 4. 3D-модель обрабатываемой детали с тисками и заготовкой

Посмотрим, как проектируются траектории обработки с помощью Fusion. На рис. 5 можно увидеть Fusion в режиме MANUFACTURE/Обработка (слева вверху) и деталь, обрабатываемую с помощью стандартных стратегий, настроенных для позиционной обработки.

Рис. 5. 3D-симуляция позиционной обработки

Современные технологии фрезерования, реализованные в программе Fusion, — такие как адаптивная высокоскоростная обработка, обработка с учетом оставшегося материала, использование заготовок нестандартных форм и измерительных головок, функции по предотвращению коллизий, дают возможность наиболее эффективно задействовать все возможности станка и режущего инструмента.

Применение шаблонов обработки, операций, наследующих параметры и геометрию от предыдущих операций, а также предустановленных параметров значительно ускоряет процесс программирования и защищает пользователя от ошибок, возникающих из­за невнимательности.

Кроме фрезерной, токарной и токарно­фрезерной обработок, Fusion 360 позволяет разрабатывать управляющие программы для машин лазерной, плазменной и гидроабразивной резки.

Технологические возможности Fusion 360 могут быть расширены с помощью функций Manufacturing Extension для Fusion 360: автоматическое распознавание отверстий, измерения для коррекции траекторий, дополнительные стратегии фрезерной обработки, функционал для аддитивного производства и т.д.

Список постпроцессоров для Fusion 360 находится в открытом доступе в Интернете на ресурсе Autodesk Post Processor Library.

Fusion 360 поставляется как отдельно, так и в составе Машиностроительной коллекции Autodesk, FeatureCAM и PowerMill.

FeatureCAM

С помощью FeatureCAM можно создать эффективные управляющие программы для сложной токарной, фрезерной и токарно­фрезерной обработок. Функция автоматического распознавания элементов (АРЭ) является для FeatureCAM ключевой. Благодаря АРЭ, FeatureCAM автоматически подбирает режущий инструмент и создает траектории с оптимальными режимами резания. Использование АРЭ обеспечивает сокращение времени на разработку управляющих программ в несколько раз, что особенно актуально в тех случаях, когда необходимо разработать большое количество управляющих программ.

В качестве примера рассмотрим проектирование обработки для детали типа «тело вращения с пазом на торце». Модель детали импортирована из сторонней CAD­системы, к которой применена функция АРЭ. FeatureCAM автоматически сгенерировал токарно­фрезерную обработку для данной детали. Симуляция обработки демонстрируется на рис. 6.

Рис. 6. Симуляция токарно-фрезерной обработки во FeatureCAM

Рис. 7. Параметры для точения

Программист ЧПУ контролирует автоматически созданную обработку и может улучшить ее. На рис. 7 представлены предлагаемые общие параметры для точения.

Параметры стратегии точения представлены на рис. 8.

Рис. 8. Параметры стратегии точения

На рис. 9 представлены параметры инструмента, выбранного для точения (резца).

Рис. 9. Параметры резца

FeatureCAM предоставляет большие возможности для токарной и токарно­фрезерной обработки. Программа обеспечивает проектирование обработки для станков с несколькими револьверными головками, с перехватом между шпинделями, для станков швейцарского типа. Также FeatureCAM обеспечивает проектирование двух­ и четырехосевой обработки для проволочных электроэрозионных станков.

Для проверки управляющих программ на коллизии во FeatureCAM реализованы функции симуляции программы с учетом модели станка, аналогичные возможностям PowerMill.

В поставку FeatureCAM входит Fusion 360.

PowerMill

PowerMill предназначен для фрезерной обработки неограниченной сложности и решения дополнительных задач, о которых будет упомянуто ниже.

В PowerMill можно импортировать 3D­модели из всех популярных САПР.

Широкий выбор черновых и чистовых стратегий является как раз тем свойством, за которое многие пользователи ценят эту систему. Обширная комбинация настроек для всех операций обработки позволяет получить именно ту траекторию, которая необходима пользователю.

Стратегии черновой выборки очень важны при программировании, так как они, как правило, занимают основную часть времени обработки. PowerMill предоставляет доступ к четырем различным черновым стилям выборки, что позволяет максимально эффективно удалять большое количество материала с заготовки.

В качестве примера на рис. 10 демонстрируется создание черновой выборки изделия с использованием Vortex­фрезерования. Это известная стратегия, применение которой может сократить время обработки в несколько раз.

Рис. 10. Создание черновой выборки с использованием Vortex-фрезерования

Немаловажным фактором при производстве сложных изделий является качество полученной поверхности. Благодаря выбору более чем из 20 различных чистовых операций обеспечивается возможность с легкостью добиваться необходимых параметров обрабатываемой поверхности. Помимо прочего большинство этих траекторий могут быть легко преобразованы в непрерывные многоосевые траектории посредством выбора соответствующей ориентации вектора инструмента.

При отработке программы на станке симуляция с учетом его модели позволяет избежать таких нежелательных проблем, как столкновение частей станка друг с другом, с деталью или с крепежными приспособлениями. В качестве исходной информации для симуляции используется CL Data, а не G­код. При корректном и технологически обоснованном подходе симуляции такого типа достаточно, чтобы избежать столкновений и не использовать дополнительных программ верификации управляющей программы. Применение данной симуляции позволяет сэкономить станочное время для проверки корректности работы программы на станке и свести к минимуму риски брака или порчи оборудования. Фрагмент процесса симуляции показан на рис. 11.

Рис. 11. Симуляция пятиосевой обработки с учетом модели станка

PowerMill содержит большой выбор узкоспециализированных стратегий, предназначенных для обработки турбинных лопаток, моноколес и узких каналов.

Также PowerMill обеспечивает проектирование обработки на электроэрозионных копировально­прошивных станках, поддерживает измерения при помощи щупа, проектирование обработки для промышленных роботов (для фрезерования, раскроя и других применений) и программирование оборудования, использующего аддитивные технологии.

В части аддитивных технологий PowerMill включает специализированный набор инструментов для создания стратегий наплавки и послойного «выращивания» целых деталей или их отдельных элементов, а также для усовершенствования существующих деталей с помощью нанесения покрытий.

Возможности PowerMill в области аддитивных технологий могут быть расширены с помощью Autodesk Netfabb, программного обеспечения для проектирования и подготовки изделий, изготавливаемых посредством технологий аддитивного производства.

В поставку PowerMill входит Fusion 360.

Заключение

Любая из описанных нами программ позволяет проектировать 2,5­ и трехосевую обработку, позиционную (3+2) обработку, четырех­ и пятиосевую непрерывную обработку, токарную обработку и токарно­фрезерную обработку.

Используйте Машиностроительную коллекцию Autodesk или Fusion 360 для решения большинства задач по проектированию трех­, четырех­, пятиосевой фрезерной обработки и токарных операций. Постпроцессор для вашего оборудования можно найти в открытом доступе на Autodesk Post Processor Library. Коллекция Autodesk поможет вашим конструкторам проектировать изделия в Inventor или в AutoCAD.

Применяйте FeatureCAM, если на вашем предприятии много токарного и сложного высокопроизводительного токарно­фрезерного оборудования, особенно если эти станки оснащены несколькими револьверными головками и нужно управлять перехватом между шпинделями. Кроме того, FeatureCAM можно использовать для многоканальных токарно­фрезерных машин и станков швейцарского типа. FeatureCAM также обеспечит проектирование двух­ и четырехосевой обработки для проволочных электроэрозионных станков.

PowerMill поможет решить наиболее сложные и ответственные задачи фрезерной обработки, такие как обработка турбинных лопаток, моноколес, узких каналов, пресс­форм, а также изделий, требующих сложного подхода к управлению осью инструмента. Посредством PowerMill можно создавать эффективные и надежные программы для промышленных роботов и программы для оборудования, использующего аддитивные технологии.

FeatureCAM и PowerMill позволят изготавливать машиностроительную продукцию на сложном современном оборудовании с высокой точностью и производительностью.

При любом выборе у вас под рукой всегда будет Fusion 360, так как он не только поставляется отдельно, но и входит в поставку Машиностроительной коллекции Autodesk, FeatureCAM и PowerMill. Программа Fusion 360 не только поможет быстро создать 3D­модель по чертежам, но и возьмет на себя проектирование обработки для большинства деталей, благодаря чему ресурсы FeatureCAM и PowerMill будут высвобождены для решения сложных задач.