1 - 2005

Откровения технолога

Григорий Иванец

Автор данной статьи имеет многолетний опыт разработки управляющих программ для обработки штампов для изготовления поковок деталей различной формы (рис. 1). Поскольку работы проводились в разные годы в рамках трудовых соглашений с Минским заводом шестерен в процессе тестирования различных версий системы ГеММа-3D, то главной задачей было выполнить полный цикл (построение модели, проектирование технологических проходов и их постпроцессирование в коды станка) в рамках одного пакета — системы ГеММа-3D. Опыт показал, что за все это время не было ни одной детали, для которой нельзя было в приемлемые сроки с помощью системы ГеММа-3D создать геометрическую модель поковки, а также перейти от нее к моделям нижнего и верхнего ручья штампа.

Но, к сожалению, в 7-й и 8-й версиях системы разработка управляющих программ была очень трудоемкой — практически 80% всей трудоемкости заказа. Это объясняется тем, что в указанных версиях автор в основном мог применять лишь обработку по отдельным поверхностям. Из обработки по оболочкам использовалась только черновая обработка концевой фрезой с плоским торцом с обязательным ручным засверливанием. Отдельные виды получистовой обработки, такие как штриховка (обработка в параллельных вертикальных плоскостях) и обработка по закону двух ограничивающих кривых, применялись в незначительной степени. Объясняется это прежде всего тем, что в данных версиях был недостаточно развит аппарат для определения границ зон обработки по оболочке для различных инструментов. Так, в версии 7 было сложно построить границы обрезанной поверхности в виде отдельных кривых, чтобы использовать их в дальнейшем для построения направляющих кривых для обработки. При любых дополнительных технологических построениях постоянно приходилось осуществлять переход между каркасным и тоновым изображением. Затруднен был и контроль качества обработки для типов обработки по оболочкам. В то же время обработка по отдельным поверхностям зарекомендовала себя на многих предприятиях Белоруссии (БелОМО, Авиаремонтный завод, Инструментальный цех БелАЗа, БСЗ ЗАО «Атлант», Могилевский завод «Техноприбор») как способ обработки, гарантирующий точность и высоту гребешка в пределах параметров, заданных пользователем.

Единственным недостатком этой стратегии обработки (в ГеММа-3D она называется «UV-Изопарам.») является необходимость построения кривых ограничения на поверхности обработки. Для их построения в ГеММа-3D имеется специальная опция в меню «Обработка», но при наличии большого количества поверхностей, из которых состоит оболочка, процесс построения этих кривых становится рутинным, скучным и засоряет общую модель обработки. Иногда, когда так называемое узкое горло создано несколькими поверхностями, трудно выбрать главную кривую из нескольких ограничивающих.

Вышеперечисленных недостатков удалось избежать в версии 9, особенно в последней сборке — 10, которая была предоставлена автору статьи для тестирования.

В ГеММа-3D (сборка 10) прежде всего радует возможность в тоновом режиме (когда обрабатываемая оболочка изображается в виде твердого тела) задавать любые действия по моделированию и разработке проходов обработки. При работе с ГеММа-3D часто приходится строить различные линии и кривые на поверхностях для их использования в качестве опорных кривых при моделировании или кривых, задающих зоны обработки. Теперь в новой версии ГеММа-3D при привязке построений по существующей точке высвечивается специальный знак объекта, к которому осуществляется привязка (узловая точка видимой сетки UV-кривых — знак «поверхность», крайняя точка кривой — знак «кривая», примитив «точка» — знак «точка»). Эти же знаки появляются во всех командах, осуществляющих выбор объектов, что значительно ускоряет работу со сложными деталями, позволяя уменьшить использование различных цветовых и уровневых фильтров.

Улучшает восприятие модели и возможность видеть тонированное изображение с нанесенной каркасной сеткой (рис. 2), особенно если нужно продумывать построение кривой, лежащей на поверхности.

По мнению автора статьи, очень оригинальным и полезным является введение в команды 3D-редактора термина «абрис оболочки». В одном из возможных вариантов это проекция границы оболочки на плоскость (рис. 3). Казалось бы, обычная граничная кривая, но ее достоинство состоит в том, что если ее перенести в редактор 2D с помощью команды «3D->плоск.», то в плоскости построений создается не непрерывный сплайн, который обычно сложно точно разбить на элементарные составляющие (для подобного разбиения в ГеММа-3D существует даже специальная команда «-> контур из дуг»), а сразу контур, уже разделенный на элементарные составляющие. Эти элементарные примитивы можно легко получить командой «Контур-Распустить». Данный прием удобен при построении зон обработки, например в стратегии «Штриховка». Цельный контур абриса оболочки применяется при черновой обработке.

В новой сборке удобно создавать границы обрезанных поверхностей. Если в версии 7 можно было получить в виде кривой только границу исходной поверхности, то в версии 9 команда «Граница поверхности» создает границы любой поверхности независимо от способа построения в удобном для использования в последующем моделировании виде. А это немаловажно, так как ГеММа-3D является все-таки системой поверхностного, а не твердотельного моделирования. Нынешний вариант работы команд «Граница поверхности» и «Кривая на поверхности» значительно ускорил процесс моделирования.

Также ускоряет процесс моделирования и возможность построения поверхностей сопряжений с автоматической обрезкой исходных оболочек и удлинением строящихся сопрягающих поверхностей до границ оболочек. Правда, пока этот автоматический режим не всегда правильно работает при сопряжении сложных оболочек. Поэтому в команде 3D-редактора «Сопряжение R» предусмотрена возможность отказаться от каких-то элементов автоматизации (рис. 4).

В версии 9 появилась возможность контроля с помощью модуля G-mill любого технологического прохода без предварительного построения АРТ-программы. Этот режим особенно целесообразен для задания расстояния между строками в стратегиях обработки оболочек с целью визуальной оценки получаемой шероховатости обработки.

Рассказывая о преимуществах разработки технологических переходов в версии 9, хотелось бы отметить следующее. Во-первых, для правильного расчета автоматической черновой обработки не нужно больше проводить анализ стороны обработки в поверхностях, входящих в оболочку. Во-вторых, при обработке по вертикальным параллельным плоскостям (опция «Штриховка») появился режим выполнения доработки после обработки инструментом большего диаметра. В-третьих, все преимущества обработки по поверхностям перенесены на опцию «UV-оболочка». Команда позволяет выполнить обработку сразу нескольких поверхностей с заданными точностью, высотой гребешка, направлением строк, общим направлением обработки отдельных поверхностей. При этом полностью исчезла необходимость построения ограничивающих кривых для исключения подрезов. Последнее требование обеспечивается путем выбора секущей рамкой («окном») набора поверхностей и оболочек, которые должны участвовать в анализе траектории на отсутствие подрезов. Для несложных деталей можно выбрать пункт «Все» и ни о чем не думать.

Автор статьи обленился до того, что если ему нужно было обработать отдельную поверхность, то он объявлял ее оболочкой и обрабатывал не командой «UV-Изопарам.», а командой «UV-оболочка», зная, что конечный результат окажется тем же, но получен будет с меньшими трудозатратами. Это так увлекает, что автор, например, не заметил, как выполнил обработку ручья штампа под валик с кулачками (рис. 5) со сравнительно небольшой глубиной обработки (до пяти диаметров инструмента) по методу обработки отдельных поверхностей. Но когда взглянул на количество технологических проходов, из которых компонуется АРТ-программа, то схватился за голову. Во-первых, при работе с конкретным заказчиком было поставлено условие: объем программ не должен превышать объема сменного модуля памяти (когда у станочника имеется всего несколько модулей, а расстояние между устройством записи и устройством считывания превышает 500 м , то это условие является главным). Во-вторых, недостатком метода обработки по команде «UV-оболочка» остается еще сравнительно большое количество кадров, связанных с объединением обработки отдельных поверхностей в единый технологический проход. Этого недостатка лишены такие методы обработки, как «Штриховка», «Эквидистанта» и «2 границы…». Анализ последних методов показал, что для встретившегося класса оболочек удобно использовать метод «Штриховка», дополнив обработку методом «2 границы вдоль». Окончательную доработку углов можно выполнять методом «Проход по контуру», используя в качестве контура границу поверхности дна.

Рассмотрим более подробно реализацию предложенной технологии в 9-й версии системы ГеММа-3D.

Для уменьшения силовых нагрузок на инструмент рекомендуется начать обработку с метода «Черновая». При этом возможны два варианта: в первом случае можно использовать режим врезания с опусканием в предварительно засверленные отверстия (как и в версии 7); во втором случае (только в версии 9 сборки 10) можно, имея фрезу с центральным зубом, выполнить врезание по винтовой линии (рис. 6).

После выполнения черновой обработки концевой фрезой диаметром 10 мм сразу переходим к чистовой обработке. Сначала фрезеруем шаровой фрезой диаметром 16 мм зоны, расположенные влево и вправо от плоскости, условно являющейся плоскостью симметрии кулачка (рис. 7). Затем выполняем обработку шеек валика по методу «UV-оболочка» этой же фрезой. Поскольку ширина кулачков почти не превышает диаметра первой фрезы, то обязательно нужно выполнить обработку оболочек днищ выемок под кулачки. Для этих оболочек идеально подходит метод «UV-оболочка» с диаметром шаровой фрезы 10 мм (рис. 8).

На следующем этапе нужно выполнить доработку коротких шеек и галтелей перехода шеек на кулачки. Эта обработка выполняется по методу «Штриховка» в режиме «Доработка» с автоматическим расчетом недоработанных зон после предыдущей фрезы. Сначала выполняем доработку шаровой фрезой диаметром 10 мм , а затем фрезой диаметром 6 мм (рис. 9). Следует иметь в виду, что при обработке по методу «Штриховка» расстояние между строками не зависит от наклона поверхности, поэтому параметр «Шаг штриховки» приходится задавать, исходя из усредненного значения. Качество обработки после доработки упомянутых зон методом «Штриховка» следует проверить в модуле G-mill после формирования АРТ-программы (рис. 10). Кстати, автор статьи параллельно разработке новых технологических проходов в редакторе ГеММа-3D обычно запускает еще и модуль G-mill, строящий модель согласно созданной АРТ-программе, в которую включены все ранее сгенерированные проходы. Такая методика работы позволяет всегда иметь под рукой обработанную деталь в реальном состоянии, тем более что в G-mill для этого имеется специальная команда — «Обновить АРТ-программу».

На заключительном этапе нужно выполнить подчистку мест с неудовлетворительной шероховатостью. Это можно сделать с помощью метода обработки «2 границы вдоль», при котором шероховатость определяется по усредненному значению, но, в отличие от «Штриховки», шаг между строками измеряется непосредственно на поверхности, что и позволяет выполнить равномерную обработку по шероховатости на оболочке с различным углом наклона отдельных поверхностей. На рис. 11 слева показана траектория фрезы, созданная по методу «2 границы вдоль», а справа — результат визуализации в модуле G-mill программы, в которую включен проход с этой траекторией. Модуль G-mill позволяет заданными цветами отражать обработку для разных инструментов. На рис. 11 черный цвет обработки соответствует фрезе диаметром 6 мм .

В рассматриваемой детали углы имеют радиус 2 мм . Для доработки углов на днищах выемок под кулачки по методу карандашной обработки в системе ГеММа-3D можно построить граничные кривые поверхностей. Для красивого движения фрезы (чтобы получить непрерывную обработку внутреннего угла) можно объединить все граничные кривые в один контур границы угла. Тогда обработка угла будет производиться методом «Контур на оболочку». При задании такой обработки достаточно указать контур, контрольные поверхности и выбрать опцию «Точкой касания» (рис. 12). Для обработки симметричных углов можно выполнять преобразования проходов типа «Отражение», «Перенос», «Поворот» и т.д. Кстати, метод переноса проходов вполне можно использовать для доработки зон на поверхностях выдавливания, например в кулачках при переходе от фрезы диаметром 6 мм к фрезе диаметром 4 мм (естественно, с конусной рабочей частью).

* * *

В данной статье рассмотрены только основные возможности системы ГеММа-3D. Надеемся, что этот материал будет полезен при выборе CAM-системы для механообработки.

В начало В начало

«САПР и графика» 1'2005