Опыт применения САПР ADEM в производстве ракетно-космической техники

Сергей Шачнев, Георгий Рожанович, Михаил Ремизов, Сергей Евсеев

Разработка управляющих программ

Визуализация обработки и верификация математических моделей

Разработка постпроцессоров в модуле ADEM GPP

Создание комплектов документов на технологический процесс

Работа с базами данных

Оценка соответствия системы ADEM требованиям, предъявляемым к CAD/CAM/TDM-системам, используемым на машиностроительных предприятиях

Преимущества системы ADEM

Выводы

Разработка управляющих программ

Основной задачей технолога-программиста является создание и отладка управляющей программы для станка с ЧПУ. Он должен грамотно проработать маршрут обработки и сформировать оптимальную в плане условий обработки траекторию движения инструмента, для чего очень важны гибкая система настроек параметров обработки и возможность удобного редактирования созданной программы.

Для подготовки управляющих программ механической обработки предназначен модуль ADEM CAM. Он позволяет на основе плоских контуров (рис. 1) или объемной модели (рис. 2) формировать 2-, 2,5-, 3- и 5-координатную фрезерную, токарную и 2- и 4- координатную электроэрозионную обработку.

Создание программы обработки основано на выборе конструктивного элемента (колодец, уступ, отверстие, торец и т.д.) и соответствующего ему перехода. Модуль реализует несколько различных стратегий обработки: зигзаг, петля, эквидистанта, спираль и пр., выбираемых технологом в соответствии с условиями обработки. Наличие ряда дополнительных параметров (направление обработки, высота гребешка, подход-отход, управление коррекцией и др.) позволяет формировать различные варианты движения инструмента. Система рассчитывает траекторию с учетом геометрии заготовки, режущей пластинки, резцедержателя, патрона, а также прижимов и различных приспособлений.

Для предварительной проверки управляющей программы в ADEM CAM предусмотрена возможность динамического моделирования с имитацией неснимаемого припуска (рис. 3).

После создания процесса обработки происходит адаптация программы под соответствующее оборудование. Выбор постпроцессора на станок осуществляется из ряда, сформированного в модуле ADEM GPP. Когда оборудование будет выбрано, адаптер формирует программу в нужном машинном коде, а также программу CLDATA с возможностью по­следующего редактирования.

Кроме вышеописанных возможностей, в ADEM CAM можно выполнять гравировку поверхностей. На рис. 4 показан пример выполнения гравировки герба России на пробной заготовке. Герб был вставлен в виде растрового рисунка и преобразован в чертежный вид. После указания рисунка как набора контуров система автоматически сформировала процесс обработки исходя из оптимальной последовательности ее этапов.

Среди изделий, применяемых на ЗЭМ, есть детали, обработку которых невозможно произвести в среде используемых сегодня на предприятии систем автоматического программирования. Одной из таких деталей оказалась крышка. Криволинейную поверхность фаски, идущей вдоль контура прямоугольного выреза конической поверхности, нельзя было описать посредством имевшихся средств программирования. Поэтому программы для обработки этой детали были созданы в системе ADEM. На рис. 5 представлена траектория 3D-обработки поверхности фаски сферической фрезой.

Визуализация обработки и верификация математических моделей

После написания управляющей программы перед технологом-программистом стоит задача проверки правильности произведенной обработки. Чтобы дать качественную оценку созданной программы обработки, нужна отладка программы с возможностью корректировки параметров инструмента, режимов механической обработки и др.

Для динамической визуализации и отладки управляющей программы обработки изделия предназначен модуль ADEM NC VERIFY. Он позволяет симулировать 2-, 2,5-, 3- и 5-координатную обработку на токарном, фрезерном и электроэрозионном оборудовании, предлагая ряд удобных функций: динамическое вращение и перемещение модели обработки, масштабирование, контроль технологических размеров и многое другое). Работа модуля рассчитана на два основных режима, используемых на разных стадиях проектирования: контроль правильности CLDATA и контроль управляющей программы (рис. 6).

При работе с типовыми деталями, используемыми на ЗЭМ, применение NC VERIFY было тесно связано с разработкой управляющих программ в модуле CAM. Наличие необходимых функций для работы с моделью и сравнительная простота использования сделали NC VERIFY удобным инструментом для визуализации процесса обработки и контроля управляющей программы.

В качестве заготовки для обработки изделия может использоваться как стандартный сортамент, формирование размеров которого редактируется в модуле NC VERIFY, так и любая твердотельная модель, предварительно созданная в модуле CAD ADEM или импортированная из других систем. Кроме того, имеется возможность создания промежуточных моделей обработки между переходами, часто применяемая при обработке деталей за несколько установов. Модель заготовки после произведенной обработки сохраняется и может быть вставлена в качестве заготовки в нужную технологическую операцию. В этом случае оценка обработки проводится с учетом снятого на предыдущих операциях припуска, что соответствует реальному процессу механической обработки. В качестве примера можно рассмотреть одну из деталей, обработка которой была полностью сформирована в системе ADEM, — крестовина, взятая у конструкторов РКК «Энергия» в виде модели Pro/ Engineer и импортированная в систему ADEM.

После фрезерной обработки за первый установ полученная модель сохраняется (рис. 7), а затем в виде заготовки вставляется в следующий технологический переход (рис. 8), в результате чего формируется необходимый технологический цикл обработки изделия.

На этой же детали производится токарная обработка. Посредством ряда фрезерных и токарных операций, с использованием метода промежуточного моделирования, заготовка к последнему токарному переходу постепенно приобретает форму готового изделия (рис. 9, 10, 11).

Модуль NC VERIFY незаменим в случае необходимости качественной оценки работы программы в тех ситуациях, когда модуль CAM не дает полного представления обработки. Ниже приводится пример механической обработки консоли (рис. 12), где прослеживается сопряжение обрабатываемой поверхности и плоскости ребра. Абсолютное выглаживание в этом случае было достигнуто корректировкой координат при визуализации.

Также в модуле NC VERIFY предусмотрена визуализация обрабатываемой модели по сечениям. Эта функция часто применяется при обработке деталей со сложной и неудобной для просмотра геометрией, а также для пошагового анализа характеристик получаемых сечений.

Одним из преимуществ модуля ADEM NC VERIFY является возможность верификации математических моделей. Верификация позволяет оценить, насколько изготовленная модель соответствует заданной модели изделия. При непосредственном наложении моделей система показывает недоработки и зарезы в виде зон синего и красного цвета. Данная проверка очень удобна, так как дает наглядное представление о результатах произведенной обработки.

В качестве примера рассмотрим контроль обработки крестовины. Исходная модель была импортирована из системы Pro/ Engeneer в ADEM и явилась базовой моделью для проверки. На основе этой модели была создана программная обработка, после чего в NC VERIFY проводилось сравнение изготовленной модели с исходной. На рис. 13 приведена проверка моделей при умышленном изменении областей обработки. Видно, что торец детали и радиусы переходов не доработаны, в то время как поверхность в центре штуцера зарезана.

Если процесс разработки программы не был ошибочным и все поверхности были получены в точном соответствии с поверхностями исходной модели, то верификация показывает полное совпадение сравниваемых деталей (рис. 14).

С помощью специальных инструментов NC VERIFY величины недоработок легко измерить. Используя процедуры приближения-удаления и позиционирования моделей на экране, можно напрямую вести контроль зон несоответствия, корректируя несовпадающие размеры (рис. 15).

Разработка постпроцессоров в модуле ADEM GPP

Все системы автопрограммирования старого типа, применяемые в ЗАО ЗЭМ РКК «Энергия», такие как САПР «НЦ-4», САП «Искра», «ТИГРАС», PEPS, а также любые новые системы сквозного проектирования, например ADEM, в процессе разработки управляющих программ для станков с ЧПУ проходят процесс подготовки последовательности команд в универсальном виде, так называемой CLDATA.

Формат CLDATA в модуле ADEM САМ содержит промежуточную информацию о траектории движения инструмента, технологических параметрах обработки. Преобразование команд CLDATA в кадры управляющей программы соответствующей стойки ЧПУ производится с помощью специальной системной программы-адаптера, постпроцессора, содержащего всю необходимую информацию о станке с системой управления и системного перекодировщика.

Процесс написания постпроцессора — это высокоинтеллектуальный труд, требующий умения ручного программирования на соответствующую стойку ЧПУ и знания параметров оборудования в полном объеме. По состоянию на 15.10.04 в системе ADEM было разработано пять постпроцессоров на станки с ЧПУ с наиболее широко представленными на предприятии системами управления Н33, БОШ MICRO 8, 2С42-65 в различных модификациях. Если рассматривать весь существующий на заводе парк оборудования с ЧПУ, то созданными постпроцессорами охвачено 31,5% оборудования, на которое, при дальнейшем внедрении системы ADEM, могут эффективно разрабатываться управляющие программы.

Создание комплектов документов на технологический процесс

После расчета и отладки управляющей программы технолог должен выпустить комплект технологической документации на тех­процесс. Создание и оформление комплекта документов является для технолога одной из важнейших задач на этапе формирования технологического проекта обработки детали.

В настоящий момент написание технологии выполняется в различных системах: в системе распечатки техпроцессов СМРТП, в которой для ввода информации используется кодировка Word, где набивка документации осуществляется вручную, и в системе «ТехноПро». Кроме того, применяется формирование техпроцессов в Excel при помощи языка VisualBasic.

Для проектирования маршрутных, маршрутно-операционных и операционных технологических процессов в среде ADEM предназначен модуль ADEM CAPP, работа которого основана на использовании баз данных технологического оснащения в диалоговом режиме. ADEM CAPP позволяет создавать технологическую документацию на различные виды производства, в том числе на механообработку, и дает возможность формировать как полный маршрут обработки, так и отдельные документы, например дополняющие техпроцесс: спецификации, ведомости, комплектовочные карты и т.д.

Как и все другие компоненты ADEM, CAPP тесно взаимодействует со всеми модулями системы. Это позволяет вести сквозное проектирование технологической документации на различных уровнях создания проекта. При формировании операционных эскизов система автоматически переходит в CAD-модуль, где создаются эскизы, по завершении которых осуществляется переход обратно в CAPP (рис. 16).

При использовании в маршруте операций с ЧПУ есть возможность создавать при помощи модуля ADEM CAM управляющие программы на различные виды оборудования непосредственно из модуля CAPP. Данные ADEM САМ также могут использоваться для оформления карт наладок техпроцесса.

Технологический маршрут строится в виде дерева технологического процесса, что обеспечивает простое управление последовательностью операций и переходов. Изменение положения элементов дерева производится простым перетаскиванием мышью, поэтому маршрут может быстро перестраиваться в зависимости от требований технолога (рис. 17).

В состав модуля ADEM CAPP включен блок расчета режимов резания и времени обработки, выполненный в соответствии с общими нормативами; есть возможность изменения и дополнения расчетных параметров.

Одной из особенностей модуля ADEM CAPP является его легкая адаптируемость к условиям конкретного предприятия. Так, помимо формирования баз данных по оборудованию и технологическому оснащению, технолог имеет возможность редактировать бланки техпроцесса, параметры текста, размеров, линий, а также вносить при просмотре созданной документации изменения в заполненные бланки независимо от маршрута построения. Если требования к процессу проектирования значительно отличаются от требований ЕСТД, возможно проведение более глубокой адаптации — перенастраивание интерфейсной части системы и логики проектирования, а также подключение нормативно-справочных баз предприятия.

За время эксплуатации системы ADEM специалистами был выполнены следующие доработки под производство ЗЭМ с учетом особенностей проектирования технологической документации:

• создание форм бланков технологического процесса (титульного листа, операционных карт, операционных эскизов, ведомости оснастки и др.);

• создание заполненных форм инструкций и технических требований и их инициализация для автоматического формирования в маршруте обработки;

• дополнение карты контроля и ведомости оснастки необходимыми параметрами в соответствии с формами, применяемыми на ЗЭМ;

• включение в некоторые диалоговые меню выбора действий дополнительных пунктов («технические требования», «№ корректора» и др.);

• расширение рабочего поля набивки текста в меню (до доработки имелись ограничения);

• формирование в комплекте документов основной и дополнительной информации (номер программы, машинное время, номер цеха и др.) в соответствии с существующим на ЗЭМ проектированием.

На основе проведенных изменений было спроектировано два технологических процесса на детали (рис. 18).

Работа с базами данных

Для обеспечения быстрой и удобной работы с комплектами документов необходимо использовать библиотеки наработок, применяемых при создании типовой технологической документации, а именно — базы данных инструмента, оборудования, оснастки и пр. Кроме того, технологу нужна возможность ведения архивов используемых материалов, дополняемых и изменяемых по мере формирования технологических процессов.

Разработка технологической документации в модуле ADEM CAPP формируется на основе баз данных материала, режущего, мерительного и вспомогательного инструмента, оборудования, технологических переходов и др. Диалоговые окна баз данных выполнены в табличной форме, куда заносятся необходимые параметры. В любой момент база данных может быть изменена или дополнена нужной информацией.

Выбор типоразмера режущего и мерительного инструмента, оборудования и оснастки сопровождается выводом эскиза, который может быть создан в модуле CAD или импортирован из AutoCAD. Кроме того, эскиз может быть растровым рисунком, например фотографией, или содержать другую графическую информацию.

За время эксплуатации системы ADEM были полностью сформированы основные базы данных, предназначенные для разработки технологической документации.

Оценка соответствия системы ADEM требованиям, предъявляемым к CAD/CAM/TDM-системам, используемым на машиностроительных предприятиях

Отдел механической обработки службы Главного технолога — ведущее подразделение по внедрению оборудования с ЧПУ и подготовке управляющих программ на ЗЭМ РКК «Энергия» — более трех лет занимался вопросами изучения рынка и выбора наиболее подходящей для предприятия CAD/CAM-системы.

За без малого сорокалетний срок эксплуатации оборудования с ЧПУ (группа технологов-программистов, лаборатория программного оборудования при отделе пер­спективной технологии, отдел автоматизации, отдел механической обработки) мы прошли путь от ручного программирования станков до применения современных компьютеров, от простейших приспособлений до компьютерного управления группами станков, поэтому при выборе CAD/CAM-системы основными принципами для нас стали следующие:

• система должна обеспечивать удобное проектирование деталей и т.д., а также работу с моделями, спроектированными другими системами;

• система должна быть хорошо проработана по вопросам подготовки управляющих программ для 2,5-обработки, что составляет примерно 90-95% всей номенклатуры деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ на нашем предприятии;

• система должна обеспечивать подготовку программ для 3-, 4- и 5-обработки;

• система должна иметь мощный блок постпроцессирования, то есть механизм, влияющий на качество управляющих программ и безболезненную замену одного оборудования на другое;

• система должна обеспечивать возможность разработки комплекта документов на технологические процессы механической и других видов обработки;

• система должна иметь русскоязычный интерфейс, поддерживать ЕСТД и настраиваться на поддержку СТП и других руководящих документов нашего предприятия.

За три с лишним года нами было произведено тестирование с рабочим ключом (от одного до почти четырех месяцев), либо ознакомление с демо-версиями порядка десяти CAD/CAM-систем, таких как: ГеММа-3D, T- Flex , SolidWorks, Pro/ Engineer , SurfCAM, ADEM, EdgeCAM, Компас , СПРУТ CAM и др. В результате проделанной работы предпочтение авторов данной статьи было отдано полностью интегрированной системе CAD/CAM/CAPP ADEM фирмы ADEM Technologies. Подтверждение правильности этого вывода приведено в таблице.

Система ADEM предназначена для автоматизации проектно-конструкторских и технологических задач в области машиностроения. Главными функциями системы являются:

• двумерное конструирование, выпуск чертежной конструкторской документации;

• выпуск технологической документации;

• трехмерное моделирование;

• плоская и зонная механообработка;

• объемная механообработка;

• хранение и управление конструкторско-технологическими документами и данными.

Об остальных из вышеперечисленных систем можно сказать, что они достойно решают многие проблемы, но либо некоторые их разделы уступают уровню системы в целом, либо они не решают определенного спектра задач, так что их необходимо использовать в комбинации друг с другом или с зарубежными системами. В системе ADEM уделено равноценное внимание всем трем компонентам: CAD, CAM и CAPP. И последний немаловажный факт — система ADEM признана лучшей системой для механообработки в номинации «Элита САПР» ежегодной выставки SofTool'2002 и награждена золотой медалью на выставке «Екатеринбург 2002».

Соответствие возможностей системы ADEM требованиям, предъявляемым к САПР механической обработки

Преимущества системы ADEM

• Хорошая проработка всех разделов системы, а не отдельных.

• Импортированные модели, разработанные в других системах, в частности Pro/ Engineer и SolidWorks, воспринимаются без искажений.

• Простота в сочетании с большими возможностями CAD как в поверхностном, так и в твердотельном моделировании.

• Возможность одновременно работать с несколькими моделями, позволяющая совмещать деталь и заготовку, деталь и оснастку, детали между собой и рассматривать эти процессы в динамике, что повышает качество разработок (подтверждено на изделии).

• Возможность создания операционных эскизов с использованием объемной модели.

• Создание чертежей на основе объемной модели.

• Работа с допусками по аналогии с Pro/ Engineer .

• Работа с GPP — модулем разработки постпроцессоров, удобным для пользователей.

• Возможность доведения работы модуля CAPP (TDM) до получения итоговых результатов на уровне современных требований.

• Хранение всей информации о детали и разработках по ее изготовлению в одном файле.

Выводы

1. Система ADEM может служить основой автоматизации технологической подготовки производства в рамках сквозного цикла создания изделия, проектируемого в Pro/ Engineer.

2. САПР ADEM автоматизирует процесс принятия технологического решения, в то время как другие рассмотренные нами САПР — процесс оформления технологической документации и средств передачи данных.

3. Большой набор технологических функций, задействованных в ADEM, с одной стороны, и широкий спектр возрастов и квалификаций специалистов, освоивших систему, с другой, доказывают реальность полномасштабного внедрения системы на ЗЭМ.

«САПР и графика» 2'2005