4 - 2003

Vericut — производственный комплекс на рабочем столе

Игорь Волков

Год от года металлообрабатывающее оборудование усложняется, станки приобретают все большую универсальность, стойки ЧПУ оснащаются новыми функциями и вместе с тем усложняется и технология обработки на этом оборудовании. К тому же на больших предприятиях путь данных от КБ до воплощения в металле может пролегать через различные CAD/CAM-системы и с участием различных специалистов — от конструктора до наладчика станка с ЧПУ. На этом пути данные (геометрия детали, траектория инструмента и т.п.) подвергаются различным преобразованиям трансляторами и постпроцессорами. Если за простые детали при обработке на 2,5-3-координатных станках волноваться не приходится, то при обработке деталей на современных многокоординатных станках, где нередко за один установ обрабатываются сложнейшие поверхности и комбинируются токарные, фрезерные и сверлильные операции, ситуация совсем другая. Прежде чем со станка сойдет первая деталь, управляющая программа (УП) несколько раз прогоняется по воздуху или на имитаторе (заготовка из более мягкого и дешевого материала), а во время отладки новой УП наладчик буквально привязан к станку, постоянно держа руку на кнопке аварийной остановки — знакомая ситуация, не правда ли?

Цена ошибки при обработке деталей на современном производстве возрастает многократно, грозя порчей заготовок, выходом из строя инструмента и узлов станка, длительным простоем оборудования. Как избежать ошибок и убедиться в том, что деталь будет изготовлена по всем требованиям конструкторской документации, еще на этапе проектирования обработки, не дожидаясь контроля ОТК первой изготовленной детали или появления первых проблем на станке? Для решения этих вопросов существуют специальные средства контроля УП, одно из них — система контроля и оптимизации УП Vericut (разработка компании CGTech, США).

От руководителей производств нередко можно услышать: «Зачем нам еще один симулятор, если в составе нашей CAM-системы есть такой модуль и программисты не жалуются?» Действительно, в каждую CAM-систему сегодня входит модуль симуляции движения режущего инструмента, но всегда ли он отвечает всем требованиям? Встроенные системы ограничены использованием собственного формата УП, которая затем транслируется (возможно, даже не один раз) в формат стойки ЧПУ перед выходом на станок. Проверка траектории движения инструмента внутренним симулятором CAM-системы — это часть процесса программирования, которая не может устранить необходимость симуляции УП в кодах станка. Симуляция траектории инструмента в нейтральном формате (называемом CLDATA) может резко отличаться от того, что реально будет происходить на станке. Одной из причин ограничения функциональности внутренних симуляторов является также тот факт, что CAD/CAM-системы часто используют симуляторы от стороннего производителя, вследствие чего разработчики основной системы не могут в полной мере повлиять на разработку подсистемы-симулятора. Даже если разработка собственная, на развитие функций контроля затрачивается мало времени, поскольку основные ресурсы разработки сфокусированы на собственных проблемах CAD/CAM. Еще одним аргументом в пользу Vericut является возможность использовать одну систему для контроля траекторий, полученных в различных CAM-системах, а также программ в G-кодах, написанных вручную. На многих производствах уже давно существует практика организации отдельных рабочих мест для контроля всего потока УП, направляемых в цех. Это позволяет максимально использовать CAM-систему, основным предназначением которой является проектирование траектории движения инструмента. Даже если Vericut установлена на рабочем месте программиста, ее работа не блокирует CAM-систему. Во время проверки УП программист может создавать или редактировать траектории в CAM-системе, не боясь пропустить ошибку, поскольку Vericut по завершении работы выдаст полный отчет. Кроме того, эта система обладает рядом дополнительных функций, существенно расширяющих область ее применения.

Vericut представляет собой не просто визуализатор движения режущего инструмента, это целый производственный комплекс на рабочем столе. С помощью этой системы становится возможным осуществлять контроль и оптимизацию УП для любых типов станов с ЧПУ: фрезерных, сверлильных, токарных, токарно-фрезерных, шлифовальных, заточных, электроэрозионных, протяжных.

Vericut выполняет пять основных функций:

  • симуляция — обеспечивает визуализацию процесса съема материала с заготовки по готовым управляющим программам;
  • верификация — дает возможность контролировать процесс обработки, принимая во внимание движение и взаимное расположение рабочих органов станка, используемого технологического оборудования и инструмента;
  • анализ — позволяет оценивать качество обработки путем сравнения обработанной заготовки с моделью детали и проводить измерение геометрических параметров;
  • экспорт — помогает при отработке новой детали на предмет ее технологичности, замыкая цепь «конструктор — технолог-программист ЧПУ»; при этом 3D-модель обработанной детали из Vericut переносится в CAD-систему в формате IGES или STL;
  • оптимизация — осуществляет корректировку подач для ускорения обработки, повышения качества обработки и эффективности использования оборудования.

С помощью указанных функций контроль всего процесса обработки детали осуществляется легко и с высокой точностью. При этом можно использовать все функции системы независимо от формата УП — будь то нейтральный формат CLDATA или G-коды, однако действительно правильный результат, соответствующий реальной обработке детали в цехе, можно получить только при работе с программой в формате G-кодов станка.

Во время симуляции обработки текущее состояние заготовки постоянно обновляется во внутренней базе данных системы, поэтому пользователь может в любой момент остановить работу УП, переместить или повернуть модель заготовки для более наглядного представления либо выполнить другие действия по анализу, а затем возобновить обработку с текущего кадра. Не всякая система позволяет манипулировать моделью во время обработки, но в среде Vericut можно не только вращать модель детали и измерять расстояния и высоту гребешка, но и контролировать деталь на зарезы и недорезы (рис. 1). Таким образом, пользователь получает полное и своевременное представление о текущем состоянии заготовки. С помощью вышеупомянутой базы данных в Vericut решена проблема обработки детали за несколько установов. На любом этапе обработки модель заготовки можно сохранить, а затем использовать для последующих операций. Пользователь может управлять процессом симуляции как интерактивно, так и по заданным условиям. Например, обработка может продолжаться до ошибки, до смены инструмента, до заданного текста в УП, на определенное количество кадров и т.п. Во время симуляции на экран можно вывести любую информацию о ходе обработки. В самых важных или в подозрительных местах траектория инструмента может быть выведена на экран в виде линий с одновременным отображением текста УП и отчета о допущенных ошибках (рис. 2). Указав на экране обработанную область, система автоматически подсветит соответствующий кадр УП и выдаст сообщение об ошибке, если таковая имеется.

При обработке деталей на сложных многокоординатных станках направление оси инструмента постоянно меняется, вследствие чего риск столкновений различных узлов станка c обрабатываемой деталью или между собой повышается во много раз, а ведь такое столкновение при обработке может стоить тысячи долларов, привести к выходу из строя всего станка и к задержке выполнения производственного плана. Vericut предоставляет средства для построения виртуальных моделей станков и стоек ЧПУ (рис. 3), позволяющих имитировать движения рабочих органов станка при обработке и осуществлять непрерывный контроль столкновений. Модель станка может быть построена с любой степенью детализации, насколько позволяет вычислительная мощность компьютера. Система обнаруживает столкновения и опасные сближения между всеми органами станка. Эти средства, помимо контроля, полезны и в процессе обучения операторов станков с ЧПУ, ибо гораздо безопаснее и дешевле тренироваться на виртуальном станке не отрываясь от производственного процесса и без риска поломки настоящего станка. К тому же на виртуальном станке можно проверить все возможности и ограничения нового станка перед его приобретением.

В стандартную установку Vericut уже включена библиотека моделей станков и стоек ЧПУ различных производителей, в частности:

  • станки: Aerostar, Bohle, Charmilles, Cincinnati, Dixi, Fadal, HAAS, Ingersoll, Maho, Makino, Mazak, SNK;
  • стойки ЧПУ: Allen-Bradley, Bosch, Cincinnati Milacron, Fadal, Fanuc, General Electric, Mazatrol, NumeriPath, Okuma, Philips, Siemens, Yasnac.

Для определения формы узлов станка, заготовки и технологической оснастки Vericut поддерживает простейшие функции моделирования: построение цилиндров, конусов, блоков, тел вращения и вытяжки (путем задания плоского контура и оси). Для моделей более сложной формы существует возможность импорта из CAD-системы в формате IGES или STL. С целью точного позиционирования моделей относительно друг друга пользователю предоставляются средства переноса и вращения моделей в пространстве и задания систем координат.

Геометрические параметры режущего инструмента, применяемого в текущей УП, могут задаваться различными способами. Геометрия инструмента может быть задана в тексте самой программы стандартной командой CUTTER (как при отработке программ в формате CLDATA) или вызовом соответствующего инструмента из библиотеки по его уникальному номеру. С помощью менеджера инструмента в Vericut можно задать любую форму фрезы или резца. Для стандартного инструмента режущая часть задается введением значений параметров, для нестандартного — построением плоского контура поперечного сечения во встроенном эскизнике или импортом из формата DXF. В отношении каждого инструмента можно определить форму хвостовика и державки для контроля столкновений с заготовкой и органами станка. Vericut может контролировать работу фрез, для которых невозможно резание центром, например фрезы со сменными пластинами.

Знание системы о текущем состоянии заготовки позволяет осуществлять оптимизацию УП по режимам резания в целях ускорения процесса обработки, повышения эффективности использования оборудования и улучшения качества обрабатываемых поверхностей. В процессе симуляции УП траектория инструмента разделяется на элементарные участки с заданным шагом. Сравнивая объем материала, снимаемого на каждом участке, с заданными рекомендуемыми условиями резания, система назначает оптимальную подачу на каждом участке. Vericut учитывает такие факторы обработки, как производительность станка (мощность, тип шпинделя, скорость быстрого позиционирования и т.п.), тип режущего инструмента (форма, число зубьев, вылет, интенсивность износа и т.п.), глубина, ширина, угол резания (рис. 4). На выходе пользователь получает новую УП, траектория которой идентична исходной, но имеет оптимизированные величины подач. Хотя система и рассчитывает оптимальные значения подач автоматически, все-таки исходные параметры для определенных условий резания задает технолог-программист ЧПУ исходя из собственного опыта или по таблицам режимов резания, предоставляемым поставщиком режущего инструмента.

Немаловажным аспектом при выборе системы контроля является ее совместимость с CAM-системами, работающими на предприятии. Vericut обеспечивает прямой доступ из некоторых популярных CAD/CAM-систем: Pro/ENGINEER, Unigraphics, CATIA, WorkNC, Mastercam. Все необходимые данные для проверки УП: траектория для выбранной операции, описание параметров инструмента, расположение моделей заготовки и приспособлений — автоматически переносятся из CAM-среды в Vericut. Пока траектории проверяются в среде Vericut, пользователь может продолжать работу в CAD/CAM-системе.

Обладая большой функциональностью для широкого круга пользователей, Vericut имеет модульную структуру, что позволяет гибко настраивать систему под конкретного пользователя и его производственные задачи. Каждый модуль спроектирован так, чтобы обеспечить максимальное удобство и функциональность при работе на отдельном этапе производственного процесса, а независимость от CAM-систем позволяет использовать Vericut как единое средство контроля УП для всего парка станков, имеющихся на предприятии.

Компания «Би Питрон» (Санкт-Петербург), являясь официальным представителем компании CGTech, осуществляет распространение и техническую поддержку системы Vericut, а также обучение работе с системой в России и странах СНГ.

«САПР и графика» 4'2003