Визуализация трехосевой фрезерной обработки в системе ГеММа-3D

Алексей Гуревич

Для современного процесса комплексного проектирования и изготовления экспериментальных моделей и макетов на оборудовании с ЧПУ, а также сложной формообразующей технологической оснастки (пресс-формы, штампы, литейные формы) характерно значительное повышение сложности и размера управляющих программ. Увеличение продолжительности и стоимости фрезерной обработки изделия требуют быстрых и эффективных методов контроля качества управляющих программ.

В связи с существенным снижением стоимости, расширением функциональных возможностей и ростом быстродействия аппаратного обеспечения для компьютерной визуализации в последнее время наметилась тенденция к использованию программных средств контроля качества управляющих программ (УП) — как к более быстрой и эффективной альтернативе предварительного изготовления образцов из мягких материалов (например, пенопласта или дерева). Не секрет, что процесс отладки и проверки УП на станках с ЧПУ часто приводит к порче инструмента, заготовки и прижимных приспособлений и, как следствие, к большим потерям времени и средств.

Как показывает практика, самыми эффективными программными средствами, применяемыми в области подготовки производства на станках ЧПУ, на сегодняшний день являются программы имитации процесса обработки. Такое программное обеспечение, используя управляющую программу, представленную в кодах конкретного оборудования с ЧПУ или в одном из стандартных универсальных форматов (например, в инвариантном APT-формате), обеспечивает динамическую визуализацию процесса обработки изделия на экране монитора компьютера. Никакие другие программные средства не дают такого сокращения расходов, повышения качества и увеличения производительности на производстве, где применяются станки с ЧПУ.

Кратко рассмотрим программный модуль контроля качества управляющих программ трехосевой фрезерной обработки, входящий в состав системы геометрического моделирования и программирования для станков с ЧПУ ГеММа-3D.

Основными режимами функционирования программы являются:

• манипуляция линейными и угловыми относительными положениями системы «наблюдатель – источник освещения — модель» (в том числе во время и по завершении имитации процесса обработки);
• построение и визуальное отображение траекторий перемещения инструмента;
• расчет статистики управляющей программы — объема удаляемого материала, общее и текущее станочное время исполнения, длины траекторий, количество и продолжительность отдельных операций (быстрые перемещения, фрезерование линейными перемещениями, дугами и винтами с разделением статистики по отдельным плоскостям и направлениям, смена инструмента);
• фрезерование с динамической визуализацией процесса;
• быстрое построение поверхности модели и отображение результата;
• редактирование управляющей программы и ее проверка на синтаксические ошибки, врезание в заготовку на скорости быстрого позиционирования, вертикальное врезание, превышение ограничений рабочего хода станка;
• определение зон дефектов и недоработки (в качестве оригинала используется импортируемая STL-модель спроектированной детали); сохранение и загрузка проекта и др.

В качестве программного интерфейса для графических устройств был выбран графический стандарт OpenGL, разработанный и утвержденный в 1992 году девятью ведущими фирмами, среди которых Hewlett-Packard, IBM, Intel, Intergraph, Silicon Graphics, Sun Microsystems, Microsoft. В основу стандарта была положена библиотека IRIS GL, разработанная Silicon Graphics. Эта графическая система поддерживает простейшую модель программирования, предоставляя при этом широкие возможности. Среди основных ее достоинств следует отметить стабильность, надежность, переносимость, простоту использования, а также возможность создавать высококачественные образы.

Для достижения максимального визуального качества моделей в программном модуле контроля управляющих программ элементы процедурного интерфейса OpenGL обеспечивают:

• отображение в ортогональной или перспективной проекции элементов визуализируемой сцены;
• установку ассоциированных с каждым объектом свойств материала поверхности из предварительно заданного набора или произвольно;
• динамическое изменение локальных свойств материала поверхности основной модели (окраска текущим инструментом, закрашивание при фрезеровании с подачами быстрых перемещений или предварительная окраска) (рис. 1);
• поддержку текстурированных моделей. Пользователь может загружать произвольные текстуры в распространенном Win32 BMP-формате (рис. 2);
• поддержку нескольких источников освещения;
• установку атрибутов источников освещения (интенсивность, цвет, затухание, позиционирование, показатель степени индикатрисы излучения, вектор направления излучения и др.);
• поддержку различных видов дымки (в том числе, наряду с перспективной проекцией, для эффективного отображения элементов каркасных моделей);
• поддержку цветового сглаживания, устранения ступенчатости изображения и пр.

Приведенные выше возможности программного модуля способствуют его успешному применению в составе комплексной автоматизированной системы разработки и изготовления деталей на оборудовании с ЧПУ и, таким образом, более быстрому и эффективному созданию управляющих программ.

Для демонстрации качества получаемых образов на рис. 3, 4, 5 представлены фрагменты результатов визуализации описания программным модулем реальных управляющих программ (использованное аппаратное обеспечение: процессор Celeron 433 MГц, SDRAM 128 Mбайт, Riva TNT). Траектории движения инструмента были подготовлены в системе геометрического моделирования и программирования обработки для станков с ЧПУ ГеММа-3D.

Демонстрационную версию описанного модуля можно получить на сайте компании «НТЦ ГеММа».

«САПР и графика» 1'2002