7 - 2001

Правильный выбор программного обеспечения CAD/CAM

Александр Николаев, Вячеслав Савушкин

Наиболее важные функции CAM-систем

Мы продолжаем публиковать материалы, касающиеся возможностей и выбора программного обеспечения для автоматизации подготовки производства на станках с ЧПУ.

Наиболее важные функции CAM-систем

Обо всех свойствах и функциях CAM-систем невозможно подробно рассказав в одной журнальной статье. Поэтому мы остановимся лишь на некоторых основных моментах, на которые следует обратить внимание, прежде чем принять решение о покупке той или иной CAM. Обычно фрезерная обработка является самым важным видом обработки деталей на производстве. Расчет траектории инструмента и подготовка управляющей программы для фрезерной обработки — наиболее сложный и трудоемкий процесс по сравнению с другими видами механообработки на станках с ЧПУ. Вследствие этого особое внимание необходимо уделить функциональным возможностям CAM-системы именно в области фрезерной обработки.

Предотвращение возможных зарезов. Без этого вообще невозможно эффективное применение САМ-системы. При обработке фасонных деталей, представляющих собой модель из множества соединяющихся или сопрягающихся поверхностей, для трехкоординатных черновых и чистовых фрезерных операций необходимо выполнять анализ и расчет в целях обеспечения отсутствия зарезов смежных близлежащих поверхностей. Следовательно, для создания полной траектории инструмента CAM-система должна учитывать геометрию обрабатываемой детали, тип фрезы, диаметр и радиус закругления фрезы, расположение прижимных приспособлений. По утверждению разработчиков, многие CAM-системы способны создавать траектории фрезерной обработки без возможных зарезов, но на практике при обработке деталей сложных геометрических форм могут возникать проблемы и появляться зарезы. В связи с этим для проверки указанных возможностей CAM-системы необходимо проводить тестирование на наиболее сложных фасонных деталях.

Поддерживаемые типы инструментов. Современные CAM-системы должны поддерживать разнообразные типы инструментов, наиболее важными из которых являются инструменты для фрезерной обработки. Обязательно должны поддерживаться стандартные концевые, сферические и концевые фрезы с радиусом закругления, и для всех этих типов инструмента следует выполнить полный расчет, чтобы предотвратить возможные зарезы. Поскольку в разных ситуациях и при разных операциях обработки у каждого типа инструмента имеются свои преимущества, то лучшие CAM-системы не ограничивают технолога в выборе инструментов для выполнения определенной операции обработки. Часто для чернового фрезерования оптимальные результаты по скорости может дать применение фрез с радиусом закругления. В зависимости от конкретной ситуации такой инструмент может быть также весьма эффективен для чистового фрезерования.

Обработка щелей и зазоров в несовершенных моделях. Различные CAM-системы по-разному обрабатывают зазоры, щели или промежутки между отдельными поверхностями, составляющими модель обрабатываемой детали. Некоторые CAM добавляют перемещение по прямой линии в месте зазора между поверхностями, однако этот метод может вызвать зарезы и привести к браку. В системе SURFCAM применяется более надежный метод — «защита края», при котором распознаются края каждой отдельной поверхности и инструмент может соответственно смещаться в заданном направлении и на заданную высоту.

Перемещения между строками. Это очень распространенный метод фрезерной обработки для объемных трехмерных деталей: траектория инструмента создается в виде последовательных перемещений по поверхности детали вдоль заданной плоскости. Когда инструмент приходит в конец одной строки, то система решает, как переместить инструмент в начало следующей строки. Некоторые CAM используют простой алгоритм типа «подъем — перемещение — опускание», но такой примитивный подход обычно вызывает совершенно ненужное перемещение отвода на скорости быстрого позиционирования и обратное перемещение подвода и врезания в заготовку. В результате увеличивается время выполнения операции и повышается вероятность возникновения зарезов и, следовательно, брака обрабатываемой детали.

Здесь следует отметить еще один важный момент. В качестве плоскости, вдоль которой создается траектория инструмента в виде строк, нередко используются основные координатные плоскости ZX или YZ. Это позволяет производить фрезерную обработку объемных деталей на станках с ЧПУ, способных выполнять одновременное перемещение только по двум осям координат в одном кадре управляющей программы. Такие станки иногда называют 2,5-координатными. Системы ЧПУ этих станков обычно имеют ограничения и относительно размера управляющей программы (он может быть очень большим при объемной фрезерной обработке). В подобных случаях крайне важно, чтобы в CAM имелись специальные средства и возможности для сокращения размера управляющей программы. В SURFCAM предусмотрены возможности для выполнения аппроксимации траектории инструмента дугами окружностей — как в основных координатных плоскостях XY, YZ, ZX, так и в произвольных плоскостях (для тех станков с ЧПУ, которые поддерживают такой тип круговой интерполяции), вследствие чего размер управляющей программы для объемного фрезерования сокращается в десятки раз.

Допуск оребрения, или «высота гребешка». Обычно этот параметр отвечает за обеспечение заданного качества обработанной поверхности. CAM-система должна рассчитывать и корректировать каждый шаг смещения между соседними проходами или строками таким образом, чтобы обеспечить заданную высоту гребешка на протяжении всей обрабатываемой поверхности детали. Алгоритмы расчетов и их реализация могут значительно различаться в разных CAM. Однако все это неплохо работает на простых деталях, пока заданные параметры точности обработки и требуемой «высоты гребешка» достаточно низкие. Но управляющие программы, особенно для окончательного чистового фрезерования реальных сложных фасонных деталей, состоящих из большого количества поверхностей, требуют расчета с высокой точностью — от 0,01 до 0,001 мм. При этом также необходимо обеспечить отсутствие зарезов на обрабатываемой детали, то есть следует анализировать геометрию детали и инструмента, что еще более усложняет задачу. Обычно при повышении точности обработки время расчета растет нелинейно. В некоторых CAM-системах, несмотря на применение самых современных персональных компьютеров, расчет сложной управляющей программы может занимать слишком много времени.

По скорости расчета и генерации управляющих программ SURFCAM считается одной из лучших CAM-систем для персональных компьютеров, что неоднократно отмечалось многими пользователями и экспертами. В частности, CIMdata, Inc. — независимая исследовательская и консалтинговая компания в области автоматизации на протяжении нескольких последних лет признает за SURFCAM первенство по этому показателю. В целом ряде испытаний на эталонных примерах пользователей система SURFCAM превзошла по быстродействию конкурирующие программы. При повышении точности обработки производительность SURFCAM остается высокой, в то время как производительность многих других программ заметно снижается. Высокая скорость расчета позволяет быстро получить несколько вариантов обработки при различных параметрах, инструментах и стратегиях, а затем выбрать лучший.

В наши дни почти все программное обеспечение для персональных компьютеров работает на платформе Windows. Одним из важнейших свойств ОС Windows является многозадачность. Но здесь следует быть внимательным. Некоторые CAM-системы, выполняя сложную и длительную операцию, захватывают весь процессор компьютера и не позволяют работать другим приложениям. Система SURFCAM изначально была разработана как 32-разрядное Windows-приложение и полностью использует возможности современных операционных систем Windows NT/2000, в том числе и многозадачность. Например, можно одновременно запустить несколько сеансов SURFCAM и параллельно выполнять расчет и генерацию траектории инструмента для нескольких операций обработки и для разных деталей.

Высокое качество обрабатываемой поверхности фасонных деталей гладких форм на современных фрезерных станках с ЧПУ достигается с помощью специальных средств, таких как сплайновая интерполяция. Поэтому CAM-система должна поддерживать и обеспечивать эту возможность. SURFCAM позволяет выполнять аппроксимацию траектории инструмента сплайнами и создавать управляющие программы со сплайновой интерполяцией для тех станков с ЧПУ, которые это поддерживают.

Перемещения подвода/отвода и врезания. При выборе САМ-системы следует помнить о наличии разных типов перемещений подвода инструмента в зону обработки и отвода его после окончания обработки. Особенно важны возможности плавного подвода и отвода по касательной дуге или линии к обрабатываемой детали, в целях обеспечения отсутствия рисок и уступов в местах начала и завершения обработки. Такие возможности необходимы и при подготовке управляющих программ для технологии высокоскоростного фрезерования. Чтобы выполнялась коррекция на радиус инструмента, необходимо наличие подхода и отхода по нормали к обрабатываемому контуру детали. Убедитесь, что CAM содержит достаточный набор различных типов и параметров для указанной функции.

Доработка остатков материала меньшим инструментом. Эта возможность говорит об «интеллектуальных» способностях CAM-системы, которые позволяют ей распознавать необработанные участки на детали, оставшиеся после предыдущих операций обработки. Данное свойство значительно ускоряет общий процесс обработки, особенно получистовой, выполняемой после начальной черновой обработки.

Оптимизация обработки крутых/пологих участков детали. Не все методы и стратегии обработки одинаково эффективны при обработке деталей различных геометрических форм. Например, послойная фрезерная обработка дает наилучшие результаты при обработке крутых, почти вертикальных участков детали. Для пологих же, близких к плоским участков детали данный тип обработки практически неприменим. Некоторые CAM-системы позволяют выполнять анализ геометрических форм сложной фасонной детали, определять пологие и вертикальные участки и использовать на этих участках детали оптимальные методы фрезерной обработки. Такая возможность позволяет создавать наиболее эффективные операции объемной фрезерной обработки, как по времени выполнения, так и по качеству получаемой поверхности детали. Дополнительно могут выполняться сортировка и минимизация вспомогательных перемещений на скорости быстрого позиционирования.

Постпроцессоры. Постпроцессор выполняет преобразование траектории инструмента из внутреннего формата CLDATA в формат команд системы ЧПУ станка. Обязательно должна существовать возможность представления управляющей программы в стандартном формате APT, что позволяет использовать постпроцессоры сторонних фирм — разработчиков или поставщиков оборудования. Многие САМ-системы включают в свой состав специальные средства для создания и настройки постпроцессоров. Это средство должно быть достаточно простым и в то же время обеспечивать полную настройку на систему команд ЧПУ различных станков. Для некоторых станков с ЧПУ, особенно для многокоординатных, разработка постпроцессора может быть довольно сложной задачей и требовать отдельных затрат.

В SURFCAM на бесплатной основе входят библиотека готовых постпроцессоров для основных систем ЧПУ и специальное инструментальное средство с графическим интерфейсом и встроенным языком программирования для разработки новых постпроцессоров. В отличие от распространенных инвариантных постпроцессоров, которые не всегда могут обеспечить полную настройку и учесть все особенности разных систем ЧПУ, постпроцессор SURFCAM действительно может быть настроен на любую систему ЧПУ. Встроенный язык программирования постпроцессора SURFCAM содержит широкий набор функций для математических расчетов и аналитической геометрии на плоскости и в пространстве над точками, окружностями, векторами, а также логические операции разных типов (условные операторы, переходы и циклы). Эти возможности позволяют учитывать и реализовывать специальные особенности систем ЧПУ (например, сложные режимы и схемы коррекции, постоянные циклы), а также такие важные моменты, как выполнение торможения или точного позиционирования в местах излома траектории инструмента.

Дополнительные сервисные средства. Современная CAM-система должна содержать довольно широкий набор дополнительных средств, среди которых следует отметить средства преобразования траекторий инструмента, позволяющие создавать новые траектории путем копирования, зеркального отображения, перемещения или вращения уже существующих. Эти средства позволяют быстро получать траектории для обработки зеркально-симметричных деталей, а также деталей, содержащих множество повторяющихся элементов. Обязательно должны наличествовать возможности сортировки, объединения и разделения траекторий отдельных операций. В тех случаях, когда различные операции обработки детали выполняются разными инструментами, должны автоматически вставляться команды на смену инструмента. CAM-система может содержать специализированный текстовый редактор, который обычно имеет набор функций для редактирования и форматирования управляющих программ в кодах ЧПУ и предназначен для внесения окончательных изменений перед передачей управляющей программы на станок с ЧПУ.

SURFCAM включает необходимый набор сервисных средств, в частности 32-разрядный текстовый редактор под Windows, специально разработанный для редактирования файлов управляющих программ неограниченного размера. Этот редактор содержит набор специальных функций, таких как нумерация кадров, добавление и удаление пробелов, добавление символов конца кадра, изменение формата чисел и возможность быстрого графического отображения управляющей программы.

Средства проверки и имитации обработки. Возможность динамического отображения процесса удаления материала с заготовки, имеющаяся в большинстве современных CAM-систем, очень важна для того, чтобы технолог-программист мог быстро оценить и проверить созданную операцию обработки на экране. Хорошее средство проверки управляющих программ практически устраняет процессы отладки и пробные прогоны управляющей программы на станке, отнимающие много времени и средств. Базовое программное обеспечение обычно включает в себя облегченный вариант средства проверки для 2- и 3-координатной обработки. Полная версия средства проверки с дополнительными функциями обычно стоит несколько дороже; возможно также перейти на более функциональную версию, которая поддерживает 4- и 5-координатную обработку. Но эта тема заслуживает отдельной статьи.

***

Возможно, нам удалось осветить не все вопросы, касающиеся программного обеспечения при подготовке производства на станках с ЧПУ. Но прежде всего нужно руководствоваться здравым смыслом, и при этом не всегда целиком и полностью ориентироваться на специально подготовленные демонстрационные примеры. Сначала нужно убедиться, будет ли все это так же успешно работать при выполнении ваших реальных производственных задач.

Конечно, наше мнение может быть в чем-то субъективным, так как мы продвигаем на рынке CAM-систему SURFCAM.

Но мы надеемся, что внимательное изучение вопросов, затронутых в этой статье, поможет вам при выборе САМ-системы.

«САПР и графика» 7'2001