5 - 2003

ADEM: единое конструкторско-технологическое пространство

Алексей Кашуба

В предыдущей части статьи мы показали, что преимущество единого 2D/3D-пространства заключается в том, что в руках инженера появляется универсальный геометрический аппарат проектирования, что дает свободу в выборе средств и методов для решения задачи.

Теперь рассмотрим классическую схему традиционного производства. Вслед за конструкторской проработкой и выпуском рабочей документации основное действие переносится в технологические бюро. Здесь на первом месте стоит критерий возможности изготовления. Во многих случаях наличия одного чертежа, пусть даже в электронном виде, явно недостаточно для геометрического контроля — необходима трехмерная модель, которую надо построить. Если геометрической проверки не делать, то проблемы появятся в процессе изготовления, а это может обойтись очень дорого.

Несомненно, главная задача технолога — описать последовательность действий людей и машин, которая обеспечит материализацию конструкторских идей. Но решить эту задачу посредством одних лишь стандартных операций и оборудования невозможно. Для изготовления изделия необходимо еще сконструировать и изготовить специальную оснастку. Именно проектирование и производство оснастки и специального инструмента поглощает основное время и ресурсы конструкторско-технологической подготовки производства. Здесь для производства одной детали изделия иногда могут создаваться десятки и сотни деталей, комплектующих технологические приспособления.

Производство оснастки современных изделий немыслимо без станков с ЧПУ. Объем работ на станках с ЧПУ постоянно возрастает. Это связано как с повышением эффективности производства, так и с тем, что иными способами изготовить современное изделие не представляется возможным.

Последовательность действий станков с ЧПУ описывается в виде программы. Для простых изделий программу обработки можно написать вручную, используя данные с чертежа. Для деталей, описываемых более сложной геометрией, необходима автоматизация процесса создания программы.

Автоматизацией программирования ЧПУ занимаются CAM-системы. Входными данными для них является геометрическая модель. Отсюда следует, что для изготовления деталей изделия и технологической оснастки на станках с ЧПУ необходима трехмерная модель. И если такой модели нет, то ее приходится создавать.

Традиционный способ обмена данными между конструкторами и технологами на основе чертежной документации предполагает неоднократное создание геометрических моделей. Это не только удлиняет цепь подготовки производства и число итераций по исправлению ошибок, но и может являться источником ошибок.

Единое конструкторско-технологическое пространство системы ADEM открывает для технологов, конструкторов оснастки и программистов ЧПУ прямой доступ как к конструкторской документации, так и к модели изделия. В процессе работы они могут использовать всю геометрическую и предметную информацию, ее отдельные фрагменты и ссылки.

Рассмотрим возможности, которые предоставляет система в плане программирования станков с ЧПУ.

Модуль ADEM CAM работает в едином графическом пространстве с конструкторским модулем ADEM CAD и использует ту же самую геометрическую модель. Следует отметить, что терминология, применяемая при работе с модулем, не выходит за рамки технологических стандартов, например:

• маршрут обработки — последовательность технологических объектов, которая описывает, что, как и в каком порядке будет обрабатываться. Технологический объект содержит конструктивный элемент с определенным технологическим переходом или технологическую команду;

• конструктивный элемент — элемент детали, обрабатываемый за один технологический переход. В ADEM предлагается 13 типов конструктивных элементов, которыми можно представить геометрию детали, например «колодец», «паз», «резьба» и т.п.;

• технологический переход — набор технологических параметров, определяющих стратегию обработки одного конструктивного элемента. В модуле ADEM CAM охвачены все 14 технологических процессов, которыми характеризуется типичное машиностроительное производство;

• технологическая команда — технологический объект, не связанный с непосредственной обработкой (снятием металла). Кроме вспомогательных технологических команд, можно определить некоторые общие команды: начало цикла, плоскость холостых ходов и т.д.

Начнем с фрезерования. В модуле ADEM CAM предложена автоматизация следующих видов фрезерной обработки:

• 2,5-координатная — перемещения по трем координатам, однако одновременные перемещения — не более чем по двум осям;

• 3-координатная — одновременные перемещения по трем координатам с постоянным направлением оси шпинделя;

• 4-координатная — одновременные перемещения по трем координатам с возможностью поворота шпинделя или стола относительно одной оси;

• 5-координатная — одновременные перемещения по трем координатам с возможностью поворота шпинделя или стола по двум осям.

Для выполнения 2,5-координатной фрезерной, токарной, 2- и 4-осевой электроэрозионной обработки достаточно использовать только двумерную геометрию.

На первом этапе создания фрезерной обработки необходимо задать конструктивный элемент. Чаще всего используется конструктивный элемент «колодец» (он же «карман»), который позволяет выполнять обработку области, ограниченной контуром на заданную глубину. При этом все внутренние контуры воспринимаются как «острова», подлежащие обработке только снаружи. Глубину «колодца» можно задать несколькими способами, в зависимости от плоскости привязки, определенной пользователем.

При помощи диалога параметров конструктивного элемента можно задать: остаточный припуск на обработку дна, положение плоскости холостого хода, точку врезания, геометрию стенки конструктивного элемента, а также другие характеристики обрабатываемого объекта.

Для обработки «колодца» со сложной геометрией дна можно использовать объемную модель.

Кроме конструктивного элемента типа «колодец», система ADEM для плоской обработки предоставляет следующие конструктивные элементы: «уступ», «стенка», «окно», «паз» и «плоскость».

После задания параметров конструктивного элемента необходимо определиться с параметрами технологического перехода. Каждый технологический переход взаимодействует с определенными конструктивными элементами. Подробную информацию о связи конструктивных элементов и технологических переходов можно взять из таблицы совместимости.

Ввод параметров, как и в случае с конструктивными элементами, осуществляется посредством диалогов. Для простоты освоения системы диалоги унифицированы. Как правило, в них имеются закладки: «Параметры», «Дополнительные параметры», «Инструмент», «Врезание/Коррекция», «Подход/Отход» и «Параметры пользователя».

Для 2,5-осевого фрезерования в закладке «Параметры» задаются следующие параметры: подачи станка, направление вращения, обороты шпинделя, режимы резания и тип обработки. Режимы резания задаются двумя способами: можно ввести значение глубины резания в соответствующее поле либо задать параметры гребешка. В последнем случае система автоматически рассчитает глубину резания, позволяющую получить заданный гребешок.

Для всех технологических переходов устанавливается соответствующая стратегия обработки. Она определяет траекторию движения инструмента при обработке конструктивного элемента. Каждому технологическому переходу соответствует свой набор стратегий. Для 2,5-координатной фрезерной обработки предлагается выбор из девяти типов.

В закладке «Дополнительные параметры» задаются дополнительные параметры обработки. В диалогах 2,5-координатных фрезерных переходов это — параметры припуска, многопроходной обработки, скругления на углах, подбор необработанных зон и многое другое.

Параметры инструмента задаются в закладке «Инструмент», где вводятся данные, определяющие геометрию инструмента. Можно установить параметры инструмента вручную либо выбрать нужный инструмент из базы. При этом появляется изображение выбираемого инструмента. Кроме того, дополнительно можно учитывать номера корректоров, вылет инструмента и т.п.

Закладка «Врезание/Коррекция» позволяет задать параметры врезания и радиусной коррекции. Радиусная коррекция позволяет строить траектории с учетом либо без учета геометрии инструмента. Для фрезерной и токарной обработки с определенным типом инструмента необходимо выполнять врезание. Система ADEM позволяет делать врезание несколькими способами: по нормали, линейное и радиусное. Врезание выполняется под наклоном с заданным углом наклона, шагом и определенной длиной либо радиусом. Программа выполняет врезание как в прямом, так и в обратном направлении.

Параметры подхода и отхода задаются в одноименной закладке. Предлагаются следующие типы подходов: эквидистантный, линейный и радиусный. Аналогично задаются параметры отхода.

В закладке «Параметры пользователя» находятся параметры, которые пользователь может создавать и настраивать самостоятельно. Они настраиваются при помощи встроенного макроязыка системы.

Для 3- и 5-координатного фрезерования, обработки с постоянным Z-уровнем, а также для «колодцев» с нелинейной геометрией дна требуются объемные либо гибридные модели, содержащие трех- и двумерную информацию.

Основные параметры технологического перехода 3-координатного фрезерования задаются так же, как и при 2,5-осевой обработке. Различия возникают при работе с дополнительными параметрами. В данном диалоге задаются параметры диапазона углов обработки, припуска на контрольные и фрезеруемые поверхности, обкатки и многие другие.

Система ADEM может выполнять и 5-осевую обработку. В данном методе фрезерования инструмент выдерживает нормаль к поверхности. Для некоторых конструктивных элементов можно выполнять обработку боковой частью фрезы.

Обработка по Z-уровню последовательно снимает слой материала на каждом уровне заготовки. Данный тип обработки также можно использовать для обработки сложной поверхности на 2,5-координатных станках.

Для токарной обработки используются конструктивные элементы «торец», «область» и «резьба». Как и в случае фрезерования, задаются параметры врезания и геометрии конструктивного элемента. При выборе инструмента можно воспользоваться базой данных режущих пластин разной геометрии, угол поворота которых можно изменять.

Если этих возможностей недостаточно, то пользователь может средствами модуля ADEM CAD начертить режущую часть и державку резца любой конфигурации, а затем использовать этот контур в качестве инструмента при обработке.

После того как конструктивные элементы и технологические переходы заданы, можно получить траекторию движения инструмента и управляющую программу.

Траектория движения инструмента формируется автоматически по заданным параметрам и моделям, после чего отображается на экране. Вся последовательность команд заносится в файл CLDATA. Он содержит команды перемещения инструмента и команды, не связанные с перемещением инструмента (например, включение/выключение шпинделя, охлаждение), а также справочную информацию (название УП, модель станка и т.п.).

Управляющие программы создаются перекодировкой формата CLDATA при помощи постпроцессора. В штатной поставке системы ADEM содержится более 200 постпроцессоров, созданных разработчиками системы и ее пользователями. В случае если к оборудованию не подходит ни один библиотечный постпроцессор либо этот постпроцессор требует доработки, то его создание или редактирование может быть произведено в модуле ADEM GPP.

Предварительный контроль до выхода на станок осуществляется с помощью ADEM NC Verify. Этот модуль позволяет визуально и количественно оценить результаты и процесс обработки и избежать множества ошибок.

Итак, на базе плоских и объемных моделей можно получить управляющие программы для станков с ЧПУ. При переключении из конструкторского модуля в технологический потери геометрии полностью исключены. Нет также никакой необходимости в конвертировании данных. В случае возникновения топологических конфликтов всегда можно произвести требуемые доработки геометрии. И, что самое главное, не надо заново задавать технологические переходы и параметры при изменении модели. Геометрия и технология ассоциативно связаны, и система сама пересчитает и изменит CLDATA и управляющую программу в соответствии с новой моделью, если того захочет пользователь. Другими словами, путь, пройденный единожды, повторять не надо. Всю рутинную работу по внесению изменений в программы ЧПУ берет на себя единое конструкторско-технологическое пространство системы ADEM.

Свойство интегрированных CAD/CAM-систем автоматически обновлять данные для ЧПУ определяет их перспективную роль в сокращении времени и затрат на подготовку производства.

А как быть с моделями, созданными в других САПР? Отметим, что система ADEM позволяет экспортировать и импортировать чертежи и модели. Для работы с двумерной геометрией система предлагает форматы DXF и DWG.

Для импорта объемных моделей система ADEM поддерживает несколько форматов обмена данными. В связи с тем, что в качестве главного геометрического ядра системы используется стандартное математическое ядро ACIS, наиболее полный обмен данными происходит через формат SAT. Не менее эффективны форматы обмена IGES и STEP. Самое главное, что импортированная информация получает в системе вторую жизнь, приобретая новые геометрические и технологические свойства.

Как известно, для работы производства недостаточно одних чертежей, моделей и программ ЧПУ. Нужна еще и другая документация: спецификации, технологические карты, ведомости материалов и инструмента и т.п.

Решением задачи автоматизированного создания комплектов конструкторско-технологической документации в системе ADEM управляет модуль TDM. Он, как и другие, работает в едином пространстве с модулями CAD и CAM. Система поставляется со стандартными настройками, соответствующими ЕСКД и ЕСТД, которые позволяют создавать карты техпроцесса, спецификацию, оформлять чертежи и управляющие программы.

Если предприятие имеет собственные стандарты, то пользователь может настроить модуль в соответствии со стандартами конкретного предприятия при помощи встроенного макроязыка.

В модуле TDM информация отображается в виде дерева маршрута, которое имеет несколько уровней. На первом уровне хранятся, например, общие данные о детали. На втором — параметры операций и технические требования. Третий уровень содержит информацию о переходах, принадлежащих соответствующим операциям. На четвертом уровне — вспомогательный, режущий и мерительный инструмент, оснастка и пр.

Как и все модули системы, TDM работает с базами данных. Предусмотрена возможность подключения баз посредством драйверов управления операционной системы.

Благодаря настройке имеется возможность пополнять базы данных новыми операциями и переходами, вводить технические требования, заносить в базу списки персонала, а также переопределять формат полученных документов.

При работе с модулем TDM можно использовать любые данные, созданные в конструкторском и технологическом модулях. Например, к веткам дерева можно прикрепить эскизы, которые при формировании документации будут автоматически размещаться в соответствующих бланках. Кроме того, можно присоединить управляющую программу с геометрией и параметрами обработки.

После описания дерева и назначения соответствий достаточно дать команду на формирование комплекта документации, а система по заданному сценарию создаст необходимые документы и разместит в них графическую и текстовую информацию из единой конструкторско-технологической базы данных.

В заключение нужно отметить, что использование единого конструкторско-технологического пространства позволяет:

• применять концепцию сквозного проектирования на крупных и мелких предприятиях;

• решать широкий спектр задач, минимизируя время и затраты на подготовку производства;

• контролировать процесс производства и учитывать его особенности на начальных стадиях проектирования.

В начало В начало

«САПР и графика» 5'2003