CAD/CAM Cimatron в подготовке промышленного производства

Виктор Молочник, Алексей Пелипенко, Евгений Яблочников

Интерфейсы

Моделирование

Черчение

Проектирование формообразующей оснастки

Обработка на станках с ЧПУ (NC-обработка)

Обработка результатов обмера прототипов на координатно-измерительном оборудовании

Создание пользовательских приложений

Ведение проектов, технический документооборот и проектирование технологических процессов

Общеизвестно, что уровень подготовки производства в значительной мере определяет принципиальную возможность, качество и сроки практической реализации замысла разработчиков — конструкторов и дизайнеров. При этом на конкурентоспособность предприятия и выпускаемых им изделий существенное влияние оказывает использование современных компьютерных методов и технологий, которые обеспечивают информационную интеграцию специалистов, участвующих в проектно-конструкторских и технологических работах, на основе объемных геометрических моделей изделий. Это в равной мере касается крупных, средних и малых предприятий во всех отраслях промышленного производства.

Одной из ведущих CAD/CAM-систем для решения задач подготовки производства является Cimatron, широко используемая в мире и на территории бывшего СССР для решения различных задач — от дизайнерских проработок проектов до разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Разработчик системы — фирма Cimatron Ltd на протяжении многих лет последовательно проводит концепцию «интегрированных технологий», предоставляя эффективные средства не только для решения проектно-конструкторских задач, но и для гарантированной качественной реализации задач технической подготовки производства. Трехмерная модель изделия, единая база данных, единый интерфейс для конструкторов и технологов являются важными составляющими для эффективной интеграции и взаимопонимания специалистов (рис. 1).

В 1999 году фирма Cimatron Ltd. предложила в рамках своих интегрированных технологий концепцию From Data to Steel («От данных до металла»), которая вызвала большой интерес в мире и в нашей стране у специалистов, занимающихся подготовкой производства. Стержень концепции — точно и без потерь принять проект в электронном виде и быстро развернуть подготовку производства, основываясь на интегрированных технологиях.

Как известно, технологическая подготовка производства включает:

• проектирование технологических процессов;
• проектирование и изготовление средств технологического оснащения:
  • специального оборудования и приспособлений,
  • режущего, вспомогательного и мерительного инструмента,
  • формообразующей оснастки: прессовые, литейные формы, штампы и пр.,
  • инструмента второго и более порядка, например, электроды;
• разработку управляющих программ для обработки изделия, технологической оснастки и инструмента на станках с ЧПУ.

Для высокопроизводительного решения указанных задач Cimatron предлагает уникальную комбинацию следующих специализированных средств:

• развитые средства для проектирования деталей сложных форм и сборочных единиц методами гибридного параметрического и поверхностного моделирования;
• аппарат ассоциативного автоматического формирования чертежно-графической конструкторской и технологической документации на основе геометрических моделей с возможностью редактирования «вручную» ;
• средства автоматического формирования моделей формообразующих деталей технологической оснастки;
• средства автоматического и интерактивного проектирования пресс-форм для литья пластмассовых, металлических и резинотехнических изделий на основе любых мировых баз данных с формированием полного комплекта рабочей документации или спецификаций для заказа нормализованных деталей и изделий;
• средства автоматического проектирования моделей электродов для прошивных электроэрозионных станков;
• аппарат для эффективной разработки и проверки управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ как в сфере оcновного, так и в сфере и вспомогательного производства для фрезерной и гравировальной (от 2,5 до 5 координат), электроэрозионной (от 2 до 4 координат), токарной и листопробивной обработки;
• средства для восстановления геометрических моделей по результатам обмера модели-прототипа изделия с использованием различных методик обмера и измерительного оборудования;
• спектр стандартных и прямых интерфейсов для обмена данными об изделиях с другими CAD/CAM-системами;
• спектр интерфейсов для интеграции со специализированными системами, используемыми в подготовке производства;
• развитые средства для адаптации к имеющемуся на предприятии парку технологического оборудования с ЧПУ и передачи данных в установки быстрого прототипирования;
• средства интеграции с PDM-системой, реализующей электронный документооборот технической подготовки производства предприятия.

Интерфейсы

Cimatron поддерживает все основные типы форматов, передающих данные непосредственно из CATIA, Pro/Engineer и AutoCAD (DWG), и имеет стандартные интерфейсы IGES, DXF, VDA, SAT, STEP и STL. Это дает возможность пользователю легко передавать файлы с данными из других систем прямо в Cimatron, а общая унифицированная база данных гарантирует интеграцию со всеми приложениями Cimatron. Концепция «Data-to-Steel» является сильной стороной Cimatron благодаря большому вниманию, которое уделено в Cimatron приему в прямом виде данных от других наиболее широко применяемых CAD/CAM-систем.

Одним из приложений для прямого интерфейса является Read/Write-CATIA. Это независимая программа, которая не требует лицензии CATIA. Интеллектуальное преобразование данных, контроль ошибок и специальные алгоритмы для решения возможных проблем при преобразовании оптимизируют передачу и гарантируют стопроцентное качество. Используемые методы увеличивают скорость передачи и точность, параллельно обеспечивая пользователя оптимальным контролем над процессом.

Моделирование

Объемное (3D) моделирование изделия выполняется несколькими способами — модель может быть создана с помощью гибридного либо при помощи широко применяемых твердотельного и каркасно-поверхностного методов моделирования.

Возможности гибридного и твердотельного моделирования Cimatron предоставляют мощные инструменты для проектирования деталей и сборочных единиц как «снизу вверх», так и «сверху вниз» с сохранением всех ассоциативных связей между моделями. Начальным этапом при моделировании является разработка эскиза. Инструменты для построения эскизов позволяют создавать различные контуры, задавать параметры — размеры и схемы образмеривания, которые можно изменять на любой стадии разработки.

Каркасно-поверхностное моделирование предлагает полный набор геометрических элементов от точек и линий до сложных 2D- и 3D-кривых, кубических сплайнов, NURBS- и Безье-поверхностей, инструменты для их динамического редактирования и сглаживания и обеспечивает исключительную гибкость в приемах работы. Интеллектуальные инструменты для проектирования сложных рельефных поверхностей легко задают сложные геометрические формы, которые тут же можно корректировать и анализировать.

Модель в Cimatron не обязательно должна быть какого-то определенного типа для применения к ней технологий проектирования оснастки или УП для станков с ЧПУ. Модели, созданные, например, для автомобильной или судостроительной промышленности, могут быть твердотельными, поверхностными или гибридными. Технология Cimatron для решения различных задач подготовки производства может быть применена к любым геометрическим данным.

Возможность фотореалистически визуализировать и интегрировать виртуальную 3D-модель с различными подсистемами и модулями Cimatron дает возможность пользователям создавать проекты намного быстрее и качественнее, чем при применении традиционных методов.

При проектировании вспомогательного оборудования и оснастки ключевое значение имеют возможности наследования геометрии деталей основного производства с сохранением ассоциативных связей, что обеспечивает автоматическое отслеживание изменений, внесенных на этапе проектно-конструкторских работ.

Черчение

Подсистема черчения Cimatron обеспечивает ассоциативную разработку конструкторской и технологической документации в полном соответствии с требованиями ЕСКД и ЕСТД и имеет возможности интуитивного создания набросков, минимизирует повторяющиеся действия и ускоряет ряд этапов процесса создания графического документа. Программное обеспечение полностью интегрировано с базой данных модели и предлагает интеллектуальные, быстрые и удобные инструменты черчения.

Черчение Cimatron, основывающееся на свойствах ассоциативности документа и модели, обеспечивает высокую точность и скорость внесения изменений в соответствии с принятыми в нашей стране правилами. Система позволяет автоматически генерировать трехмерные сечения объемной модели, проставлять условные обозначения резьбы, оси симметрии и выполнять множество других вспомогательных операций.

Проекционные виды и местные виды формируются автоматически из 2D- и 3D-моделей под любым углом. Все размеры, геометрические допуски, выноски, штриховки полностью ассоциативны с геометрическими изменениями и отражаются на всех чертежных объектах.

Проектирование формообразующей оснастки

Формообразующие элементы штампов и пресс-форм могут быть получены непосредственно на основании геометрии модели детали изделия. Модель детали с учетом усадки или модель отливки помещается «внутрь» модели произвольной формы заготовки формообразующего блока. Далее в соответствии с определяемыми направлениями разъема автоматически строятся линии и поверхности разъема, учитывающие наружные и внутренние «петли», заданные угол наклона и радиусы в точках излома. При необходимости существует возможность вмешаться в процесс проектирования или внести изменения на любом его этапе. После этого также автоматически формируются формообразующие детали: модель детали или отливки вычитается из модели заготовки формообразующего блока, который после этого разделяется по поверхностям разъема на составляющие детали. При разработке формообразующих деталей исходными данными в Cimatron могут быть модели любого типа. Мощные инструменты динамической визуализации, анимации и анализа являются в настоящее время уникальными средствами и обеспечивают исключительную производительность работы конструктора. Данная технология реализована в специализированных модулях системы, которые называются MoldExpert и Q-Split (рис. 2).

MoldBase 3D — интеллектуальная, интегрированная подсистема, которая предоставляет пользователю специальные средства по автоматизированному трехмерному параметрическому проектированию пресс-форм на основе любых мировых каталогов (DME, HASCO, EOC, STRACK, FUTABA и т.д.) нормализованных деталей (плит, втулок, колонок, толкателей и др. компонентов) (рис. 3). Эта подсистема позволяет включать в базу данных спроектированные пользователем детали и в результате сформировать полный комплект конструкторской документации для заказа деталей на специализированных предприятиях или самостоятельного изготовления пресс-формы. При этом автоматически проставляются номера позиций деталей на сборочном чертеже, на чертежах деталей — все размеры, обозначения отверстий и создаются таблицы сверления отверстий.

В целом MoldBase 3D значительно сокращает (до 90%) сроки проектирования конструкции и чертежей пакета формы, генерирует таблицы, включающие компоненты, номера составляющих частей, размеры и дополнительную информацию. Поскольку приложение поддерживает динамические связи, то в него нетрудно включать изменения схемы проектирования.

На любом из этапов проектирования конструктор пресс-формы может выполнить компьютерный анализ процесса литья изделия в различных САЕ-системах, например Moldflow, C-Mold и др.

Обработка на станках с ЧПУ (NC-обработка)

Передовая технология разработки УП для станков с ЧПУ Cimatron основана на практических знаниях специалистов-инструментальщиков и предлагает стратегии для обработки деталей любой сложности. Эта технология может быть автоматически применена к геометрии любого типа, с учетом безопасности производства, снижения брака и получения поверхностей высокого качества.

Подсистема разработки УП Cimatron (модуль NC) оптимизирует процесс как создания траектории движения инструмента, так и работы со спроектированной моделью. Полная интеграция процесса обработки с ассоциативными приложениями моделирования гарантирует, что спроектированные детали производятся согласно спецификациям и допускам. Работая непосредственно с разработанными моделями детали и заготовки, включая гибридные, твердотельные и поверхностно-каркасные модели, модуль NC генерирует любую точную траекторию инструмента для станка с ЧПУ. Особенностью процесса производства является то, что изменения могут произойти на любой его стадии. Модуль NC Cimatron быстро отслеживает изменения в геометрии моделей и адаптирует траекторию инструмента к любым только что произведенным модификациям.

Особое значение для повышения производительности разработки УП имеют средства оптимизации траектории инструмента по различным критериям, например учет геометрии заготовки сложной формы (отливки, поковки, заготовки после предварительной обработки резанием и т.п.), неравномерности припусков, ступеней после черновой послойной обработки и др.

Cimatron предлагает средства графического контроля (визуализатор и верификатор), которые увеличивают эффективность процесса производства, помогают исключить ошибки и повторяющиеся действия (рис. 4). Возможность проанализировать реальное значение остающихся припусков обеспечивает оптимальное определение точности расчета траектории инструмента с точки зрения сокращения машинного времени. А средства считывания УП, разработанных в других CAD/CAM-системах или вручную, позволяют и для этих программ использовать все многообразие возможностей визуализации и проверки обработки системы Cimatron. Система также имеет средства для разработки постпроцессоров для любых видов станков с ЧПУ. Генерируемые файлы УП обеспечивают высокую эффективность благодаря использованию стандартных циклов и подпрограмм систем ЧПУ.

Cimatron поддерживает стремительно распространяющуюся в мире технологию высокоскоростной обработки. Высокая скорость вращения шпинделя и подачи увеличивают производительность и улучшают качество обработки поверхности, уменьшая затраты времени на шлифование.

Такой инструмент Cimatron, как «Интеллектуальное NC», может использовать ранее сохраненную технологию обработки как типовую процедуру обработки для автоматического создания новых траекторий инструмента, адаптировать траекторию к новой геометрии и оптимизировать ее для новых условий резания.

Обработка результатов обмера прототипов на координатно-измерительном оборудовании

Модуль обратного инженерного проектирования Re-Enge передает контуры и формы физических объектов в среду CAD/CAM Cimatron. Данные о точках могут быть получены из нескольких источников, включая контактные координатно-измерительные машины, лазерные дигитайзеры, станочные измерительные головки, в различных форматах — в виде ASCII-файлов, УП и др. С помощью Re-Enge могут быть импортированы произвольно большие множества точек, что не повлияет на скорость, точность и легкость работы и поможет пользователю точно выполнить и вовремя завершить работу. Имеются мощные инструменты преобразования объемных данных по точкам в сглаженные, точные CAD-поверхности и сплайны.

Данные инструменты Cimatron могут быть использованы для внесения изменений в проект заимствования геометрии прототипов и в ряде других случаев.

Создание пользовательских приложений

CimaDEK — прикладной программный интерфейс, который позволяет пользователю создавать специализированные настраиваемые приложения и функции для всех разделов Cimatron, включая твердотельное и поверхностное моделирование, черчение, разработку УП для станков с ЧПУ и др. Специализированные подсистемы, разработанные с использованием средств CimaDEK, нашли применение в нашей стране в авиационной и судостроительной промышленности, модельных производствах, шинной и обувной промышленности, машино- и приборостроении.

Ведение проектов, технический документооборот и проектирование технологических процессов

Система Cimatron интегрирована с PDM-системой SmarTeam, которая обеспечивает сохранность и актуальность информации, ускоряет движение и обеспечивает контроль за движением информации (рис. 5). Она предназначена для организации электронного документооборота технической подготовки производства, ведения информации конструкторских и технологических проектов от зарождения до «электронных» архивов, создания и ведения баз данных конструкторского и технологического назначения, проектирования технологических процессов, управления процессами разработки конструкторских, технологических и сопутствующих проектов. SmarTeam поддерживает технологии параллельного проектирования и маршрутизации документов, работу через Internet и Intranet. Пользователь получает возможность просматривать дерево проекта, легко выполнять такие задачи, как перенос и удаление, преобразование и сохранение объектов и связей между ними. Приложение также позволяет просматривать различные файлы и внешнюю информацию, включающую чертежи, растровые и векторные файлы, установки и траектории инструмента для NC-обработки, формировать спецификации, технологические и другие документы.

За последние 10 лет CAD/CAM-решения Cimatron стали неотъемлемым инструментом в промышленности всего мира — от небольших инструментальных производств до больших компаний. Cimatron является открытой компанией, акции которой котируются на американской бирже NASDAQ. Быстрорастущий список пользователей Cimatron возглавляют ведущие организации из различных отраслей промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, компьютерную, электронную, медицинскую, оборонную, телекоммуникационную, оптику, товары народного потребления и игрушки и другие отрасли. На 30 ноября 1999 года лицензиями программного обеспечения Cimatron обладали более 6000 предприятий мира, среди которых такие широко известные компании, как Mattel, Hewlett-Packard, Motorola, Ferrari, Dover, Venture, Volkswagen, KTM, Umarex, General Motors, Zanussi Plastal CP, Reebok, Dolomite, Elida Gibbs, Toshiba Chemical, AGFA и другие.

В России Cimatron сегодня успешно эксплуатируют более 100 промышленных предприятий и организаций, в том числе АО «ГАЗ», АО НПО «Энергомаш», ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», АО «Ижорские заводы», ГУП ПО «Квант» и др. Как и во всем мире, система широко используется в сфере проектно-конструкторских работ и технологической подготовке производства. Обучение специалистов, поставку системы, ее адаптацию к условиям промышленного производства, внедрение и сопровождение осуществляет фирма «Би Питрон» через сеть своих региональных центров.

«САПР и графика» 3'2000