9 - 2003

ГеММа 3D для механообработки

Михаил Рытов, Алексей Яковлев

В настоящее время на многих предприятиях России широко развернулся процесс внедрения различных систем автоматизированного проектирования, позволяющих оптимизировать весь цикл от разработки изделий до проектирования технологии их изготовления.

Практика использования этих систем в нашей стране имеет специфические особенности. Так, САМ-системы, разработанные в России и странах СНГ, обеспечивают возможность разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, но функциональность и мощность их модулей может уступать зарубежным системам, например Cimatron, Unigraphics, Pro/ENGINEER, CATIA. Однако зарубежные системы дороги и ориентированы на проектирование и подготовку управляющих программ (УП) для оборудования, не адаптированного для российских предприятий. К преимуществам отечественных систем можно отнести русскоязычный интерфейс, наличие русскоязычной технической поддержки, возможность адаптации имеющегося оборудования с ЧПУ к работе с системами разработки управляющих программ.

Обычно результат работы одной системы автоматизированного проектирования не может быть в чистом виде использован для полного цикла автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства, поэтому при создании САПР предприятия особое внимание необходимо уделять интеграции программ и систем, включаемых в ее состав. Оптимальным вариантом для многих предприятий нашей страны является создание интегрированных многоуровневых САПР, которые представляют собой объединение CAD- и CAM-модулей различных разработчиков. Существует целый ряд российских CAM-систем для разработки УП для станков с ЧПУ.

Очень актуальной является задача исследования возможностей системы ГеMMа 3D для получения управляющих программ для станков с числовым программным управлением. В результате проведенных нами исследований функциональных возможностей отечественных САМ-систем ГеММа 3D была признана лучшей.

Исследования проводились на примере детали «колесо компрессора» судовых дизелей, выпускаемых на Брянском машиностроительном заводе. Турбокомпрессор — это компрессор, или воздушный насос, который приводится в действие от турбины. Деталь «колесо компрессора» судового дизеля предназначена для создания турбонаддува судового дизеля марки ДБ-44. Для обработки деталей такого класса необходимо специальное оборудование. Металлорежущий станок должен иметь возможность работать по 5 координатам одновременно (рис. 1).

Деталь «колесо компрессора» содержит лопатки, образованные сложными пространственными поверхностями. Деталь построена в системе КОМПАС 3D компании АСКОН. Лопатка колеса компрессора представляет собой деталь сложной пространственной формы, ограниченной с боковых сторон линейчатыми поверхностями и имеющей у основания поверхность вращения. Две соседние лопатки совместно образуют канал, который необходимо обработать.

Рассмотрим разработанную методику получения управляющих программ для станков с ЧПУ применительно к детали «колесо компрессора».

Система ГеММа 3D обладает широкими возможностями по импорту и экспорту пространственных моделей из других систем трехмерного моделирования. Средствами экспорта пространственная модель передается в CAM-систему. В качестве формата экспорта применен формат передачи данных IGES.

Деталь, загруженная в систему, отображается каркасно-поверхностной моделью (рис. 2). Непосредственно твердотельного моделирования в системе ГеММа 3D не предусмотрено. Для отображения поверхностей существует возможность активировать тоновую визуализацию.

Моделирование механической обработки в системе ГеММа 3D происходит путем указания поверхностей, подлежащих обработке, а также ограничивающих контуров. Особенность механической обработки лопаток детали «колесо компрессора» заключается в том, что обработка строится путем получения рабочих проходов на пространство, ограниченное поверхностями двух соседних лопаток, последующими поворотами планшайбы на угол 360/17 (17 лопаток) и повтором обработки пространства между лопатками. Для исследования необходимо построить проходы для обработки пространства между лопатками и получить фрагмент управляющей программы.

В соответствии с нормативами, принятыми в машиностроении и станкостроении, ось инструмента в системе координат станка всегда направлена вдоль оси Z. Модель должна быть расположена обрабатываемой поверхностью перпендикулярно инструменту, то есть оси Z. В противном случае модель необходимо повернуть.

Перед тем как начать указывать поверхности, подлежащие обработке, необходимо построить ограничивающие контуры, за которые не должен выходить инструмент при обработке, например боковые поверхности, граничащие с обрабатываемой.

Ограничивающие контуры могут быть получены как контуры, ограничивающие набор поверхностей, подлежащих обработке. Для этого можно воспользоваться существующей возможностью получения границ поверхности. Однако следует иметь в виду, что полученные линии не всегда образуют сплошной контур. Чтобы проверить, получен ли контур, необходимо применить функцию получения информации. Функция «Инфо» отображает информацию об объектах.

Как известно из технологии машиностроения, механическая обработка детали состоит из трех основных этапов: черновая, получистовая и чистовая. 5-координатная обработка, необходимая для получения проходов по обработке каналов между лопатками колеса компрессора, рассчитывается средствами получения UV-обработки.

Рассмотрим построение черновой обработки. В параметрах черновой обработки есть возможность указать тип снятия слоя, например эквидистантный, назначить припуск на последующую обработку, тип врезания, установить диаметр фрезы, радиус скругления и некоторые другие параметры обработки. Далее требуется указать все поверхности, подлежащие обработке.

После этого система запрашивает отрезок, определяющий параметры заготовки. Габариты заготовки можно задать вручную. По умолчанию параметры заготовки принимаются в соответствии с получаемой зоной обработки, однако их необходимо отредактировать. При вводе параметров существует возможность предварительно посмотреть контуры заготовки относительно детали и изменить размеры заготовки. Далее вводятся высоты обработки и толщина срезаемого слоя. После ввода высот обработки система начинает моделировать проходы. Затем на экране отображается готовый проход, а также появляется предложение сохранить проход и ввести комментарий. После получения готовых проходов их можно просмотреть динамически или подробно.

При чистовой обработке строится один проход, поэтому, в отличие от черновой обработки, после указания поверхности здесь запрашивается не толщина съема слоя, а ограничивающие контуры; кроме того, существует возможность задать параметры заготовки.

Для обработки поверхностей лопаток колеса компрессора необходимо использовать 5-координатную обработку. Такая обработка в системе ГеММа 3D реализуется только посредством чистовой UV-обработки (она также называется изопараметрической). Необходимо получить и черновые проходы обработки пространства между лопатками. Возможность непосредственно черновой 5-координатной обработки не предусмотрена. Для получения черновых проходов создадим специальную модель (рис. 3). С целью упрощения прорисовки каркаса модели нужно упростить нижнюю часть модели, а также оставить только две лопатки. Кроме того, для создания чернового прохода следует создать дополнительную грань внутри пространства между лопатками.

Существует возможность контролировать параметр «высота гребешка», определяющий высоту неснятого материала между двумя соседними строками траектории. Высота гребешка влияет на чистоту обработки, на количество строк в проходе и, как следствие, на размер управляющей программы.

После указания поверхности вводятся параметры границ зоны обработки. Затем появляется сообщение, в котором указано число строк траектории, автоматически рассчитанное исходя из заданной высоты гребешка, геометрии инструмента, а также кривизны обрабатываемой поверхности. Пользователь имеет возможность изменить количество строк, редактируя его значение в запросе. Далее необходимо указать ограничивающие контуры (если таковые имеются).

По завершении указания ограничений на поверхности задается точка начала обработки. Обработку поверхности можно начинать с любой точки, лежащей на ограничивающем контуре или на границе поверхности. Выполняется построение прохода с указанными ограничениями, а по окончании расчета необходимо подтвердить сохранение прохода и сопроводить проход комментарием.

При построении прохода нужно следить, чтобы инструмент при движении не зацепил соседние поверхности. Для этого необходимо проконтролировать каждый проход, просмотрев его динамически (существует возможность менять текущий вид объекта во время просмотра процесса обработки).

Результатом работы являются исходная программа и программа в инвариантном формате — АРТ-программа, которая генерируется на основании исходной программы автоматически. Для исполнения этой программы устройством управления (УЧПУ) станка ее следует преобразовать в коды устройства постпроцессором, предназначенным для этого УЧПУ. Исходная программа определяется последовательностью единиц обработки — блоков и свободных перемещений между блоками (например, смены инструмента, технологических параметров — рис. 4).

На последнем этапе происходит генерация АРТ-программы и машинной программы, а также предварительно выбирается интересующий постпроцессор. Рабочая программа для системы ЧПУ-станка записывается в файл, после чего ее можно просмотреть и отредактировать по кадрам.

В ходе проведения исследования было установлено, что САМ-система ГеММа 3D позволяет получать управляющие программы для обработки сложных пространственных поверхностей. Были разработаны методика работы с импортируемыми пространственными моделями и принципы работы с моделями для получения рабочих проходов при моделировании механической обработки на станках с числовым программным управлением.

Использование системы

ГеММа 3D в составе интегрированной САПР коренным образом изменяет концепцию проектирования и производства. В основе нового подхода лежат создание электронной модели изделия (или математической модели) и принципы совместной работы коллектива разработчиков в единой интегрированной среде.

В начало В начало

«САПР и графика» 9'2003