1 - 2001

Геометрические модели для программирования обработки на станках с ЧПУ

Владимир Вермель, Прокопий Николаев

В современных условиях расширения сферы распространения CAD-систем, ориентированных на построение твердотельных параметрических моделей объектов, все большее количество подобных моделей предлагается к изготовлению. В состав завершенной в настоящее время версии 7.1 системы ГеММа-3D включен специализированный модуль, обеспечивающий работу с соответствующими моделями и программирование их обработки. На рис. 1 приведено изображение твердотельной модели детали телефонной трубки и программы ее получистовой обработки.

В системе ГеММа-3D построение программ обработки выполняется для моделей любого качества, включая мелкие (в пределах точности построения) щели — нестыковки в исходных данных и другие незначительные дефекты.

Подобная обработка реализована в целом ряде CAM-систем, работающих с деталями, определенными в виде твердого тела. Очевидно, что программирование обработки на твердом теле бывает рационально для черновой и получистовой обработки. Однако данные виды обработки, в особенности чистовая обработка, могут быть выполнены намного эффективнее, если существует возможность рассмотреть обрабатываемую поверхность тела как совокупность элементов, отражающих структуру ее построения.

Общий вид поверхности детали телефонной трубки, показывающий ее элементы, представлен на рис. 2. Здесь продемонстрированы возможности системы ГеММа-3D рассматривать представленную твердотельную модель в виде оболочки — совокупности ряда поверхностей, обрезанных и состыкованных между собой с точностью, принятой при построении исходной модели.

Таким образом, представление твердого тела в виде оболочки из поверхностей существенно расширяет технологические возможности организации обработки на станках с ЧПУ. В качестве примера на рис. 2 показаны две возможные траектории чистовой обработки: фрезой большого диаметра — средней части детали, меньшей фрезой — подборка сопряжения между средней частью (ручкой) и корпусом динамика.

Для современного дизайна технических изделий характерно усложнение их поверхностей. Поэтому в CAD/CAM-системах высокого уровня наряду с возможностью твердотельного параметрического конструирования постоянно расширяется аппарат поверхностного моделирования. Наличие возможности поверхностного моделирования также чрезвычайно важно для технологических систем. С одной стороны, в них должно обеспечиваться восприятие без погрешностей всех возможных типов геометрических объектов, включая объекты сложной формы, построенные в известных CAD-системах. С другой — возможности построения сложных поверхностей для отработки твердотельных моделей, полученных из CAD-систем, а также построения их по начальной информации, полученной из конструкторских или дизайнерских систем. Кроме того, исходные данные для поверхностного моделирования могут быть получены по результатам измерений моделей или макетов на измерительных машинах. Важнейшими требованиями при этом становятся надежность и максимально низкая трудоемкость моделирования.

В наибольшей степени последнее утверждение относится к построению поверхностей на перекрестном каркасе опорных линий. Данная операция характеризуется как наибольшей гибкостью математического описания поверхности, так и наибольшей трудоемкостью при повышенных требованиях к квалификации проектировщика. Одной из самых значительных трудностей в построении поверхности является отработка линий опорного каркаса и их согласование между собой.

В системе ГеММа-3D имеются средства, позволяющие осуществить контроль гладкости и модификацию линий опорного каркаса, а также проводить с минимальными трудозатратами их геометрическое и топологическое согласование между собой. Проиллюстрируем последнее на примере построения поверхности пилона, соединяющего поверхность крыла с мотогондолой в компоновке самолета. На рис. 3а показан опорный каркас поверхности, подготовленный аэродинамиком. При непосредственном построении поверхности по каркасу видны волны, не характерные для конструируемой детали (рис. 3б). Увеличение числа опорных линий ситуацию не улучшает (рис. 3в). Простое указание соответствующих точек опорных сечений позволяет провести требуемые построения (рис. 3г).

Более сложная деталь, построенная непосредственно в системе ГеММа-3D по первоначальным опорным кривым, заданным в системе AutoCAD, — передняя часть корпуса малогабаритного телевизора — показана на рис. 4.

Другой проблемой при построении каркасных поверхностей является существенная разреженность каркасных линий, а также вырождение отдельных линий. Данные особенности характерны для исходного каркаса, представленного на рис. 5, — эндопротеза груди.

В системе ГеММа-3D имеется возможность построения поверхностей не по сегментам сетки, как это принято выполнять по широко распространенному в САПР методу Кунса, а с опорой на все каркасные линии, чтобы устранить неопределенности в перекошенных ячейках сети и вырожденных границах.

Примером построения поверхности, характеризующейся существенно разреженным каркасом, является крышка многофункционального пульта дистанционного управления. Для данного изделия шесть базовых поперечных и две продольные каркасные линии были подготовлены в конструкторской системе. В системе ГеММа-3D для заданного опорного каркаса технолог-программист устранил рассогласование в каркасе линий, восстановил топологическую структуру поверхности, построил поверхность для программирования обработки пуансона и матрицы (рис. 6).

Для конструирования технологической оснастки построенная оболочка может быть передана в конструкторские системы, где переданная информация может быть представлена в виде твердого тела для последующего конструирования.

«САПР и графика» 1'2001