Работа с ЧПУ-оборудованием в Pro/ENGINEER — на переднем крае технологии

Виктор Полещук

Expert Machinist — новая идеология в механообработке

Пятиосевое фрезерование

Высокоскоростное фрезерование

Оптимизация обработки

Визуализация процесса обработки

Обработка деталей из листового материала

Некоторые расширенные функции обработки в Pro/ENGINEER

RAND Worldwide. Портрет компании

Рейтинг ведущих производителей CAM-систем

Современное механообрабатывающее производство, как правило, предполагает наличие и эффективное использование различного оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ). Это могут быть самые разнообразные фрезерные, токарные, электроэрозионные как проволочные, так и прошивочные станки, фрезерные и токарные обрабатывающие центры, прессы для листовой штамповки, лазерное оборудование, координатно-измерительные машины и т.п. Для эффективного использования всего спектра оборудования необходима современная компьютерная система разработки управляющих программ — система CAM (Computer Aided Manufacturing).

Какими же возможностями обладает Pro/ENGINEER в области CAM?

Алан Кристман (Alan Christman), вице-президент CIMdata, утверждает, что по спектру своих приложений, функциональным возможностям и свойствам Pro/NC (обобщенное название продуктов Pro/ENGINEER для производства — Прим. ред.) равен или превосходит любую другую NC-систему на рынке.

Решения, предлагаемые Pro/ENGINEER для механообрабатывающего производства (продукты группы Pro/NC в Pro/ENGINEER), позволяют вести эффективную разработку управляющих программ для всех вышеперечисленных типов ЧПУ-оборудования.

Остановимся на основных моментах, характеризующих возможности этих решений.

Expert Machinist — новая идеология в механообработке

Expert Machinist — новое решение для механообработки в составе Pro/ENGINEER, максимально приближенное к конечному пользователю, то есть технологу-программисту станков с ЧПУ. Интерфейс Expert Machinist оптимален как для быстрого освоения программы, так и для собственно разработки управляющих программ.

Обычно при разработке технологического процесса и управляющих программ для станков с ЧПУ выполняется ряд установившихся и повторяющихся действий, таких, например, как выбор оборудования, инструмента, назначение режимов резания и т.д. Конечным при разработке управляющих программ является определение обрабатываемой геометрии и стратегии ее обработки.

Любая деталь, предназначенная для механообработки, — это всегда одна или несколько локальных зон для обработки. Формы зон могут варьироваться, но в конечном счете их набор достаточно ограничен. В Expert Machinist включено несколько таких типовых зон и за каждой из них закреплена иконка с соответствующим изображением в меню. Например: Face — плоскость; Slab — выступ; Pocket — карман; Profile — профиль; Hole Pattern — отверстие; Free Form — свободная форма и т.д.

Стратегии обработки в Expert Machinist реализованы в виде набора так называемых шаблонов (Templates). Создаются они с помощью менеджера шаблонов (Template Manager). Обычно одну и ту же геометрию можно обработать несколькими способами или стратегиями. Например, один и тот же карман можно обработать:

• просто несколькими прямыми проходами;
• по спирали;
• с предварительной выборкой основного материала и окончательными чистовыми проходами и т.д.

Expert Machinist позволяет создавать шаблоны-стратегии и для простейших стратегий обработки, и для комбинированных, включающих в себя, например:

• предварительную обработку с припуском по дну и профилю;
• чистовые проходы по профилю и дну;
• чистовые проходы с включением коррекции или без нее;
• с врезанием под углом, по спирали, по нормали, тангенциально и т.д.

Кроме того, в шаблоны-стратегии можно включать математические зависимости (Relations) между параметрами обработки, например установить ширину фрезерования на один проход не более половины диаметра фрезы.

Созданные шаблоны-стратегии можно сохранить в базе данных под любым именем. Таким образом, однажды созданная стратегия хранится в базе данных и в любой момент может быть использована при обработке любой детали.

Типовой процесс создания управляющей программы в Expert Machinist выглядит следующим образом:

• выбирается деталь для механообработки;
• для нее автоматически создается заготовка;
• в базе оборудования выбирается станок и определяется система координат;
• в базе выбирается режущий инструмент;
• выбирается иконка с типовой геометрией (например, Pocket) и указывается дно;
• в базе стратегий выбирается необходимая геометрия, которая отождествляется с выбранной.

И это все!

В соответствии с выбранной стратегией будет сгенерирована управляющая программа для вашего станка. Причем управляющая программа будет создана с учетом особенностей применяемой на вашем предприятии технологии, с тем чтобы получить наилучшие результаты.

Пятиосевое фрезерование

Pro/ENGINEER поддерживает разработку управляющих программ для фрезерного оборудования с количеством осей до 5.

Причем кинематические схемы 5-осевого оборудования могут быть самыми различными. Поворотным может быть стол вокруг 3-линейных осей, либо инструментальная головка, либо любая их комбинация.

Наличие широкого набора стратегий 5-осевой обработки позволяет пользователю выбирать такие стратегии, которые оптимально подходят для конкретной детали. Обработка может вестись торцовой, шаровой или боковой поверхностью режущего инструмента. Для обеспечения оптимального режима резания вы можете определять угол контакта шаровой поверхности фрезы с обрабатываемой поверхностью. Существует несколько вариантов управления ориентацией оси инструмента. Ориентация возможна вокруг определенной оси, созданной пользователем, а также может управляться любой созданной пространственной кривой.

Высокоскоростное фрезерование

В настоящее время все большую популярность завоевывает оборудование, позволяющее вести высокоскоростную обработку. Для оптимального использования преимуществ этого оборудования необходимо соответствующее программное обеспечение, позволяющее в полной мере реализовать его возможности.

Траектория управляющей программы для высокоскоростной обработки должна соответствовать следующим условиям:

• постоянная загрузка режущего инструмента;
• подход снаружи материала;
• минимизация изменений направления движения инструмента;
• использование минимального радиуса, определенного пользователем, для обхода углов;
• вход-выход по дуге или спирали и т.д.

Причем для черновой и чистовой обработки эти условия различаются.

Pro/ENGINEER включает в себя поддержку высокоскоростной обработки. Пользователь просто выбирает стратегию для такого метода обработки из блока параметров. Остальное рассчитывает Pro/ENGINEER. Наличие широкого выбора способов врезаний позволяет пользователю использовать оптимальные из них, обеспечивающие получение обрабатываемой поверхности высокого качества.

Необходимо также учесть, что при использовании только линейной интерполяции получить хорошее качество обработки на таком оборудовании практически невозможно. Поэтому подобное оборудование обычно комплектуют системами ЧПУ, поддерживающими способы формирования траектории обработки с использованием полиномов или сплайнов различных видов.

Такими возможностями обладают, например, следующие системы:

• Bezier (Heidenhain);
• NURBS (Fanuc);
• Polynomial (Philips, Siemens);
• B-Spline (Siemens, NUM, Mikron).

Соответственно CAM-система должна также обладать возможностями по формированию управляющей программы, поддерживающей вышеназванные форматы. Такие возможности присущи Pro/ENGINEER. Ниже представлены фрагменты управляющих программ, поддерживающих эти особенности для различных систем ЧПУ.

Для Siemens 840D

N6G1X11.9195Y-.2367Z-5.25F1.

N7POLY PO[Y]=(.1723,.4208,-.0119)PO[Z]=(-3.222,-.0008,-.0536)

N8PO[Y]=(.9761,.2143,-.0117)PO[Z]=(-1.8997,-.09,-.0198)

N9PO[Y]=(2.8101,.403,-.0609)PO[Z]=(-.4939,-.3364,-.0467)

N10PO[Y]=(4.2958,.0978,-.0222)PO[Z]=(-.0612,-.2118,-.0061)

Для FANUC

N6G1X.125Y.125Z-.9526F150.

N7G5P10000

N8G6.2P4X.125Y.125Z-.9526K0.

N9X.39Z-1.0285K0.

N10X1.2507Z-1.0859K0.

N11X2.0944Z-.9152K0.

N12X2.6615Z-.7996K.3226

N13K1.

N14K1.

N15K1.

N16K1.

N17G5P0

N18G1X3.2207Y.125Z-.6843F150.

N19G5P10000

N20G6.2P4X3.2207Y.125Z-.6843K0.

N21X3.6411Z-.5984K0.

Следует также отметить способность Pro/ENGINEER использовать ранее созданную модель обработки определенной детали для создания модели обработки новой детали того же семейства. При этом форма таких деталей может существенно различаться.

Выглядит это следующим образом. Вы разрабатываете полную обработку основной детали с выбором оборудования, инструментов, режимов резания в стандартном режиме. Для того чтобы сделать обработку следующей детали, необходимо всего лишь выбрать один пункт из меню Pro/ENGINEER — и система сформирует обработку для новой детали автоматически. При этом будут выдержаны все технологические особенности, заложенные при обработке основной детали.

Оптимизация обработки

Во время обработки материала, особенно при черновой обработке, режущий инструмент испытывает переменную нагрузку. Причем нагрузки на инструмент могут меняться многократно. Соответственно, происходит интенсивный износ как режущего инструмента, так и станка. Причина этого — заложенная в управляющей программе обработки постоянная скорость резания.

Оптимизация в Pro/ENGINEER реализована таким образом, что в процессе обработки постоянно анализируется площадь контакта режущего инструмента и обрабатываемого материала. На основе анализа объема снимаемого материала и идет оптимизация скорости резания в конкретной точке обработки. Кроме того, предусмотрена возможность оптимизации числа оборотов шпинделя станка в зависимости от положения точки контакта режущего инструмента с обрабатываемой поверхностью.

Вы можете оптимизировать как промежуточные CL-файлы, так и уже созданные файлы управляющих программ для конкретного станка.

Визуализация процесса обработки

Процесс визуализации обработки в Pro/ENGINEER практически не отличается от реального съема материала на станке.

Процесс визуализации достаточно реалистичен. Вы можете использовать несколько уровней реалистичности и детализации. Например, можно отображать только режущий инструмент или деталь и заготовку либо использовать для визуализации и контроля приспособления, оправки любой формы и т.д. Есть также возможность конструирования вашего станка и моделирования реальных перемещений компонентов, участвующих в процессе обработки. В этом случае вы контролируете возможность столкновения различных компонентов в процессе обработки детали по конкретной программе.

Вы можете контролировать не только промежуточные CL-файлы, но и файлы управляющих программ для конкретного станка.

Обработка деталей из листового материала

Pro/ENGINEER поддерживает практически весь спектр оборудования для обработки деталей из листового материала. Сюда входят самые разнообразные прессы для листовой штамповки, лазерное оборудование, установки плазменной резки, а также комбинированные установки, позволяющие производить листовую штамповку и лазерную или плазменную обработку.

Помимо ручной раскладки методом простого размещения деталей на листе существует возможность автоматической раскладки. Вы можете оптимизировать раскладку одной детали на листе или несколько различных по форме деталей. Если в деталях имеются внутренние зоны, то раскладку можно оптимизировать с учетом возможности расположения в этих зонах более мелких деталей. Также возможна установка определенной ориентации расположения на листе для выбранных деталей.

Имеется библиотека стандартных инструментов типа «круг», «квадрат», «банан» и т.д. Кроме того, вы можете создавать собственные инструменты любой формы, в том числе и автоматически, используя профиль обрабатываемой детали.

Для формирования траектории можно использовать как ручной, так и автоматический режим, когда траектория обработки будет формироваться исходя из выбранного инструмента. К сформированной траектории обработки вы можете применить различные способы оптимизации: минимизацию перемещений, минимизацию числа смен инструмента и т.д.

Некоторые расширенные функции обработки в Pro/ENGINEER

Auto Drilling — позволяет автоматически выбрать все отверстия на обрабатываемой детали и создать их обработку по заложенному вами алгоритму: центровать, сверлить, зенкеровать, нарезать резьбу.

Machinable Area — позволяет автоматически создать поверхность для последующей доработки инструментом меньшего размера. В Pro/ENGINEER существует возможность автоматической доработки оставшегося материала. Преимущество этой функции — в возможности применения к обработке созданной поверхности любой из стратегий обработки.

Sloped — автоматически разбивает выбранные поверхности обработки на зоны для оптимальной обработки их разными стратегиями. В результате вы получаете более качественную обработку и тратите на это меньше времени.

Replace — позволяет автоматически перенести всю обработку определенной детали на другую деталь, то есть для создания обработки новой детали вам практически ничего не нужно делать.

«САПР и графика» 9'2001