1 - 2003

QuickNC: программируй ЧПУ на 75% быстрее

Игорь Волков, Алексей Пелипенко

В апреле 2002 года в городе Осака (Япония) прошла 13-я международная выставка InterMold-2002, посвященная формообразующим и металлообрабатывающим технологиям, на которой ведущий разработчик CAD/CAM-систем для инструментального производства — компания Cimatron Ltd объявила о выпуске новой CAM-системы QuickNC, являющейся инновационным решением для программистов ЧПУ как со стороны организации разработки управляющих программ (УП), так и со стороны алгоритмов расчета траектории движения инструмента. QuickNC отражает дальнейшее развитие линейки QUICK-продуктов компании для проектирования и подготовки производства. Таким образом, наряду с известными системами Cimatron IT, Cimatron E, QuickConcept, Cimatron WireEDM, появился инструмент быстрой подготовки УП для трехкоординатных фрезерных станков.

Сегодня на рынке существует множество разнообразных CAM-систем от различных производителей, отличающихся друг от друга функциональностью, областью применения и стоимостью. Вместе с тем все известные системы предлагают принципиально общую организацию процесса разработки УП путем последовательного выполнения определенных этапов (рис. 1). Такими этапами являются: ввод параметров обработки, расчет траектории, проверка правильности заданных параметров с использованием средств визуализации и верификации (симуляция). При неудовлетворительном результате параметры обработки корректируются и цикл повторяется. Современные высокоразвитые CAM-системы являются очень сложными программными продуктами, позволяющими реализовать практически любую технологию обработки. Поэтому их освоение и использование связано с необходимостью оперировать огромным числом специфических параметров, что приводит к многочисленным итерациям и потерям времени при отработке траектории инструмента. Кроме того, в большинстве случаев при создании новой процедуры обработки (черновая, чистовая, доработка) специалисту необходимо прогонять на симуляторе все предыдущие процедуры, что еще больше увеличивает временные затраты. При этом ни специалист, ни компьютер не могут параллельно выполнять другие задачи.

QuickNC предлагает совершенно иную организацию процесса программирования: время каждого этапа работ сокращается, а сами этапы группируются по назначению, что позволяет освободить специалиста от постоянного контроля за компьютером. Это достигается благодаря использованию уникальной функции моментального предварительного просмотра состояния заготовки с учетом обработки по заданным параметрам. Задав параметры, специалист сразу же узнает, что он получит в металле, и на основе этого делает следующий шаг, не тратя время на визуализацию. А к окончательному расчету траектории переходит после задания всей технологии обработки. Дополнительная экономия времени достигается за счет того, что при расчете одного из переходов можно создавать или редактировать другой. Таким образом, QuickNC обеспечивает сокращение времени на разработку УП по сравнению с другими системами на 75% и более. Например, для получения модели заготовки после выполнения черновой обработки для детали, представленной на рис. 2 (пуансон для литья переднего обтекателя мотоцикла), средствами обычной CAM-системы может потребоваться около 20 минут (расчет плюс симуляция), а для получения того же результата в системе QuickNC — всего 15 секунд!

Что же лежит в основе столь высокой производительности? С одной стороны, это ноу-хау компании, отразившееся в интеллектуальных алгоритмах расчета оптимальной траектории инструмента, а с другой — колоссальный опыт, накопленный за долгие годы работы в области CAD/CAM-технологий. Пользователю предлагается задать минимальное количество (10-15) основных параметров обработки, а система, основываясь на знаниях, принимает остальные решения самостоятельно. В частности, пользователю не надо следить за тем, чтобы инструмент не врезался в материал вертикально, — система сама построит врезание по спирали с правильным радиусом и углом входа или со стороны открытого края заготовки, опираясь на параметры фрезы и геометрию заготовки. Для формирования данных с целью предварительного просмотра производится расчет только тех перемещений инструмента, которые влияют на конечную форму заготовки, хотя точность расчета при этом уменьшается.

При расчете траектории инструмента система учитывает форму заготовки. После выполнения каждого перемещения фрезы геометрия оставшейся заготовки пересчитывается автоматически. Таким образом, система в любой момент времени «знает» геометрию обрабатываемой заготовки, что позволяет проектировать оптимальную траекторию, сводя к минимуму холостые проходы, а также обеспечивает оптимизацию траектории с учетом постоянной нагрузки на инструмент путем адаптивного изменения подачи или создания дополнительных проходов.

QuickNC в полном объеме поддерживает и технологию высокоскоростной обработки (High Speed Machining, HSM), реализуемую современными обрабатывающими центрами. В соответствии с HSM, помимо обеспечения постоянства нагрузки на инструмент система предлагает специальные стратегии обработки, исключающие торможения в конце кадра УП при рабочих и холостых перемещениях, при подходах и врезаниях инструмента (например, врезание по спирали), а также NURBS-интерполяцию, трохоидальную обработку, исключающую торможения в конце кадра даже при обработке острых углов на детали (рис. 3), и другие современные технологии.

Таким образом, использование QuickNC, наряду с сокращением времени на разработку УП, обеспечивает:

  • сокращение времени обработки;
  • улучшение качества обработанных поверхностей;
  • увеличение срока службы режущего инструмента и узлов станка.

Текущая версия QuickNC ориентирована на трехкоординатное фрезерование и позволяет достичь максимальной производительности как при обработке формообразующих деталей штампов и пресс-форм, так и при изготовлении моделей-прототипов. Высокую эффективность QuickNC для решения указанных задач уже оценили такие известные во всем мире компании, как Toshiba Chemical, Honda Engineering, ARRK, Ford и т.д. Благодаря легкости в освоении (потребуется всего несколько часов) и использовании, QuickNC может применяться операторами станков как система цехового программирования и сократить затраты предприятия на подготовку специалистов. В следующей, четвертой версии системы планируется поддержка пятикоординатной обработки, а также реализация множества других возможностей.

А теперь перейдем непосредственно к технологии работы с системой. Исходной информацией для QuickNC является геометрия детали, которая импортируется из CAD-систем с использованием интерфейсов обмена данными IGES, STEP, VDA, SAT, а также напрямую из Cimatron IT, Cimatron E, Unigraphics и CATIA.

Для изучения импортированной модели детали предлагается стандартный набор средств: вращение, масштабирование, сдвиг, динамическое сечение, отображение детали в полутонах и каркасе, измерение расстояний и углов, простановка размеров и комментариев на модели и т.д. При анализе полученной геометрии могут возникать различные сложности. В частности, технолог может обнаружить, что у полученной формообразующей детали (матрицы или пуансона) есть поднутрения, о чем необходимо сообщить конструктору оснастки, которому, в свою очередь, могут понадобиться пояснения конструктора детали. Подобные вопросы QuickNC предлагает решать, не покидая рабочего места через Интернет в режиме online (аналогично тому, как это делается в системе QuickConcept). Один из пользователей (сервер) инициирует сессию и посылает уведомление своему коллеге по электронной почте (или просто позвонив по телефону) о начале совместной работы. Второй пользователь (клиент), зная адрес сервера, подключается к первому и может наблюдать за всеми действиями, которые тот производит с деталью. Сервер может передать управление сессией клиенту, а клиент может предложить открыть свой файл для совместного анализа. В процессе совместной работы доступны все функции анализа модели (вращение, сечения, внесение пометок и комментариев и др.). Совместная работа будет полезна и конструкторам детали, которые могут вносить изменения по требованию технолога на этапе разработки изделия, и технологам, которые могут начать предварительный проект оснастки до окончательного утверждения конструкции детали и тем самым улучшить технологичность детали, а также сметчикам и менеджерам, которые могут оценить сложность и трудоемкость изготовления детали без помощи инженеров.

После анализа геометрии можно приступать к обработке. Сначала задается заготовка — либо бруском прямоугольного сечения, либо набором поверхностей. Затем с помощью эскизника строится контур, ограничивающий зону обработки, указываются контрольные поверхности и области, запрещенные для обработки (например, места крепления прижимов), после чего создаются стратегии и параметры обработки.

QuickNC v.3.0 обеспечивает такие стратегии трехкоординатной фрезерной обработки, как черновая, получистовая, чистовая, подбор, карандаш. Рассмотрим их подробнее.

Черновая обработка обеспечивает удаление основного объема материала заготовки. Для выполнения обработки требуется задать следующие технологические параметры: стратегию обработки — параллельными проходами или по спирали, шаг в сторону, шаг между слоями по оси Z, припуск к обрабатываемым поверхностям, режущий инструмент и державка (в том числе из библиотеки); тип фрезерования — попутное, встречное или смешанное; рабочую подачу; скорость вращения шпинделя; вид охлаждения. Предварительный просмотр позволяет через несколько секунд увидеть на экране результат обработки (см. рис. 2). По такой модели можно получить сечения, провести измерения, при необходимости внести изменения в технологические параметры и незамедлительно получить новый результат без запуска симулятора (хотя возможен и такой вариант).

Получистовая обработка предполагает послойное фрезерование с заданным значением шага для обеспечения равномерного припуска под чистовую обработку. При этом учитываются текущая форма заготовки после черновых проходов, траектория инструмента и величины подач оптимизируются. Через несколько секунд на экране отображается модель оставшегося материала.

Чистовая обработка поверхностей реализует несколько методов: параллельными проходами, спиральными проходами и по «ватерлиниям» (с постоянным значением координаты Z). Стратегия обработки различных участков одной и той же поверхности адаптивно изменяется в зависимости от угла наклона, обеспечивая наилучшее качество обработки. Результатом функции предварительного просмотра является приближенная траектория движения фрезы (рис. 4).

Подбор выявляет и рассчитывает траекторию обработки тех зон, которые не были доступны при обработке предыдущим инструментом. Функция работает в три этапа. На первом этапе происходит съем остатка материала из глубоких пазов (куда не добрался предыдущий инструмент большего диаметра) по технологии получистовой обработки. На втором этапе обрабатываются вертикальные зоны (углы и скругления) по технологии чистовой обработки. После этого дорабатываются горизонтальные зоны проходами вдоль контура с заданным шагом. На экране отображаются обрабатываемые зоны (рис. 5).

Карандаш обеспечивает построение одиночных проходов для подбора материала во внутренних углах детали, а также в таких местах, где радиус кривизны обрабатываемой поверхности меньше радиуса инструмента. Результатом выполнения операции являются чистые и гладкие внутренние углы.

После окончательного расчета можно подробно просмотреть полученную траекторию. На экран выводятся узловые точки, информация о величине подач и траектории холостых перемещений. Можно использовать функцию визуализации и построения цветовой карты оставшихся припусков. Удостоверившись в правильности расчета, следует запустить постпроцессор для вывода УП в кодах станка. QuickNC поддерживает постпроцессоры, созданные с использованием модуля Cimatron GPP или в универсальном генераторе постпроцессоров IMSpost.

Если вы захотите оценить преимущества QuickNC на своем предприятии, то можно запросить в компании «Би Питрон» локализованную демо-версию системы либо любую дополнительную информацию, в том числе и о других продуктах, упомянутых в этой статье. Для пользователей систем Cimatron IT и Cimatron E действует специальное предложение.

«САПР и графика» 1'2003