Еще раз о материализации виртуальной реальности

Андрей Быков, Олег Чекалин

CAD/CAM-системы, к которым относится ADEM, предназначены для проектирования, моделирования изделий и подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Сегодня большинство компаний рекламирует свои продукты как CAD/CAM. Однако очень немногие из систем действительно являются таковыми и позволяют не только создавать математические модели, но и материализовывать их в металле.

Современные технические требования изделий все чаще определяют очень сложные формы деталей и высокую точность изготовления. В связи с этим появляются станки и инструмент с новыми функциональными возможностями. Соответственно, и программное обеспечение, управляющее технологическими процессами, должно становиться более интеллектуальным.

Чтобы удовлетворить потребности взыскательного пользователя, CAD/CAM-системы должны постоянно наращивать свой интеллект, уметь управлять все большим числом параметров. Это касается не только геометрических, но и математических и физических параметров .

Разнообразие способов механообработки связано в первую очередь с желанием сократить затраты на изготовление детали заданной формы и качества. Теоретически любую деталь можно получить с помощью напильника. Но в очень редких случаях это экономически целесообразно. Современная терминология определяет следующие разновидности фрезерных работ в зависимости от количества управляемых осей станка:

• 2 координаты (плоская) — обработка производится в одной плоскости;
• 2,5 координаты (плоская) — обработка производится в параллельных плоскостях;
• 3 координаты (объемная) — обработка производится в трехмерном пространстве при постоянном направлении оси инструмента по отношению к плоскости стола;
• 5 координат (пространственная) — обработка производится в трехмерном пространстве с переменным направлением оси инструмента по отношению к плоскости стола.

Независимо от количества управляемых координат может быть применен один из методов (стратегий) формирования траектории движения инструмента либо их комбинация. Так как не существует интеллектуальных программ, которые бы автоматически выбирали комбинацию стратегий для той или иной детали1, выбор оставлен за пользователем.

Расшифруем лишь некоторые стратегии фрезерования из обширного списка, который предлагает ADEM.

Эквидистанта — траектория движения режущего инструмента строится эквидистантно границам обрабатываемой поверхности в направлении от центра к границам . Метод применяется для обработки колодцев, в том числе и с криволинейными стенками и неплоским дном. Обратная эквидистанта — траектория та же, но направление — к центру от границ. Обычно применяется для обработки плоскостей. Петля эквидистантная — траектория движения строится по ленточной спирали с сохранением выбранного направления фрезерования (попутное/встречное). Основное назначение — обработка уступов.

Спираль — инструмент движется по спирали. Применим для колодцев и некоторых поверхностей.

Зигзаг — движение во взаимопараллельных плоскостях с чередованием встречного и попутного направлений . Один из основных методов чистовой обработки поверхностей.

Петля контурная — траектория определена двумя контурами, длина перемещения вдоль контуров не превышает глубины резания. Эффективное средство обработки нелинейных пазов.

Применяя к детали те или иные стратегии формирования траектории, можно получать различные управляющие программы. Самое важное, что время обработки и качество получаемой поверхности будут также отличаться. Вывод — применение правильной стратегии механообработки приводит к снижению затрат на производство. Так, например, на РКЗ ГКНПЦ им. М.В.Хруничева стало возможным исключить операцию шлифования при изготовлении пресс-форм.

Появление нового оборудования — быстрорежущих станков и сверхтвердого инструмента — внесло ряд корректив в методы формирования траекторий движения. На первый план вышли проблемы вибропрочности дорогостоящего режущего инструмента. Основной причиной вибрации при быстром резании является негладкость траектории. Вторым важным фактором является изменение направления усилия резания, которое определяется не только кривой перемещения, но и положением материала относительно инструмента.

ADEM v 6.0 довольно успешно справляется с данной задачей, используя спиралевидные траектории и нелинейные врезания в материал заготовки.

Несколько слов о зонной обработке. Это способ изготовления деталей с дискретной сменой ориентации детали в пространстве. Самый простой пример — фрезерование шести граней куба на 2-координатном станке за шесть установов. Реальные детали значительно сложнее, и зоны обработки (плоскости обработки) могут иметь произвольную пространственную ориентацию. ADEM позволяет производить подобную обработку практически на всех видах оборудования .

Так, например, НИКИЭТ использует отечественные 2,5-координатные станки для обработки пространственно расположенных фасонных колодцев.

Электромеханический завод в Ижевске (ИЭМЗ) применяет зонную обработку для изготовления корпусов приборов.

Немецкая компания PreciTech на обрабатывающем центре C800U выполняет зонную трехкоординатную обработку . Этот станок интересен тем, что его поворотный стол имеет привод для устанавливаемого на нем токарного шпинделя, что позволяет производить токарные и фрезерные работы без переустанова детали.

Так как зонная обработка в первую очередь обеспечивает оптимальный доступ к различным элементам детали, то нередко возникает вопрос о рациональном распределении элементов по зонам. Если на многих корпусных деталях технолог не встречает трудностей в решении этой задачи, то на сложных обводообразующих изделиях ему необходима помощь со стороны CAD/CAM-системы. Одним из эффективных и самых простых способов распределения по зонам в ADEM является задание диапазонов углов обработки. При этом обрабатывается лишь та часть поверхности, где угол между поверхностью и осью инструмента лежит в заданном диапазоне. Соответственно, при изменении ориентации детали обработке будут подлежать другие области.

Следует напомнить, что ADEM — это интегрированная CAD/CAM-система и пользователь имеет возможность управлять не только технологическими параметрами, но и геометрией и топологией модели. Этот фактор имеет иногда решающее значение. Представьте, например, что необходимо произвести обработку с переменным остаточным припуском. CAM позволяет задать только постоянный припуск, но, используя CAD, можно модифицировать поверхности, получив желаемую геометрию детали с припуском, что решит данную задачу . Аналогичная ситуация и с прижимами, и с другими крепежными механизмами. Их достаточно добавить в модель и объявить поверхностями контроля, чтобы ADEM обошел их, не задев инструментом.

Одним из важнейших свойств CAD/CAM-системы является адаптация к станочному парку. Модуль генерации постпроцессоров системы ADEM (ADEM GPP) успешно применяется в России на многих машиностроительных предприятиях. За 10 лет эксплуатации этого модуля не было случаев, чтобы созданный постпроцессор оказался нерабочим. Область применения ADEM GPP — оборудование с ЧПУ, использующее контурную обработку (а это практически все металлообрабатывающие станки: фрезерные, токарные, сверлильные, газорезательные, вырубные штампы и т.п.). Перечень отечественных и зарубежных стоек ЧПУ, для которых написаны постпроцессоры, занял бы очень много места. Отметим только, что среди очень распространенных Н22, Н33, 2С42 и пр. попадались довольно сложные стойки, например AGIEMATIC. Разработчики модуля GPP отмечают, что адаптация зарубежных стоек с ЧПУ зачастую более простая, чем отечественного оборудования в силу более широкого применения общепринятых стандартных типов программирования (примеров много: стойки BOSCH, SINUMERIC, CNC, HNC, SODICK и пр.).

Представитель фирмы ADEM Technologies GmbH (немецкого отделения «Омега Технолоджиз») Кристиан Вальтер (Christian Walter) на вопрос об освоении модуля ADEM GPP немецкими пользователями ответил, что за последние два года написаны и запущены в работу постпроцессоры на следующее оборудование: TRUMPF, GILDEMEISTER, BREMSTROMMEL, DIEDESHEIM, OERLIHON, TNV40, станки с различными модификациями стойки FANUC. В настоящее время закончена отработка постпроцессора на широко распространенный обрабатывающий центр C800U (и C600U) фирмы HERMLE со стойками TNC 426, TNC 430. Данный постпроцессор, по мнению г-на Вальтера, будет пользоваться популярностью не только в Европе, но и в России, поскольку эти пятикоординатные жесткие станки начинают поставляться в страны СНГ.

В заключение имеет смысл привести заявление одного из пользователей системы. «Одно рабочее место ADEM сэкономило за год сумму в 350 000 EURO, что в десятки раз превышает стоимость системы». Не правда ли — материализация виртуальной реальности!

«САПР и графика» 1'2000