11 - 2003

SolidWorks: от идеи до производства один шаг

Артем Аведьян, Валерий Левов

SolidWorks — это не только CAD-, но и CAM-система

CAMWorks

Mastercam

Постпроцессирование

Заключение

ФГУП «Российский институт радионавигации и времени»

ОАО «Электроаппарат»

ОАО «Владимирский завод “Электроприбор”»

Все знают, что проектирование и производство неразрывно связаны между собой. Конструктор разрабатывает геометрию изделия, устанавливает технические требования и оформляет конструкторскую документацию. Технолог обеспечивает изготовление изделия с учетом специфики производства, техпроцессов, оборудования. Ошибки или незапланированные изменения в конструкции изделия влекут за собой дополнительные финансовые затраты, которые приводят к удорожанию производимой продукции и таким образом снижают ее конкурентоспособность. Из вышесказанного следует, что можно сократить затраты на производство, лишь применяя современные средства информационной поддержки жизненного цикла изделия на всех этапах проектирования и технологической подготовки производства. Помочь в реализации этой задачи должны комплексные программные решения SolidWorks, обеспечивающие сквозное проектирование и выход на станки с ЧПУ. О модулях SolidWorks для подготовки управляющих программ, а также об их практическом применении на отечественных предприятиях и пойдет речь в этой статье.

SolidWorks — это не только CAD-, но и CAM-система

Как уже не раз отмечалось в наших предыдущих публикациях, SolidWorks — это мощное средство проектирования, ядро интегрированного комплекса автоматизации предприятия, которое позволяет осуществлять поддержку изделия на всех этапах его жизненного цикла в полном соответствии с концепцией CALS-технологий. Основное назначение SolidWorks — обеспечение сквозного процесса проектирования и подготовки производства изделий любой сложности и назначения (рис. 1).

Комплексные решения SolidWorks базируются на передовых технологиях гибридного параметрического моделирования, интегрированных средствах электронного документооборота, а также на широком спектре специализированных модулей, среди которых важное место занимают программы для виртуального моделирования процессов механической и электроэрозионной обработки с выходом на ЧПУ. Многолетнее сотрудничество корпорации SolidWorks Corp с ведущими производителями программного обеспечения для технологической подготовки производства привело к тому, что в настоящее время специально для SolidWorks разработано и сертифицировано 26 CAM-модулей, шесть из которых имеют статус Certified CAM Product (сертифицированный CAM-продукт) и два — Certified Gold Product (сертифицированный «золотой» продукт, который обеспечивает высшую степень интеграции с SolidWorks: работу в одном окне, единую ассоциативную геометрическую модель). В России, СНГ и странах Балтии наибольшее распространение получили CAM-приложения CAMWorks и Mastercam — они предоставляют пользователям независимый и интегрированный режимы работы с SolidWorks (рис. 2). Рассмотрим основные задачи, решаемые в этих двух CAM-приложениях, и остановимся более подробно на технологии разработки постпроцессоров.

В начало В начало

CAMWorks

CAMWorks — одна из самых совершенных и интеллектуальных систем для создания управляющих программ для станков с ЧПУ. Поддерживаются операции 2- и 4-осевого точения, 3-осевого фрезерования и электроэрозионной обработки. Этот модуль интегрирован в пользовательский интерфейс SolidWorks (рис. 3), и в нем реализована полная ассоциативность со всеми изменениями геометрической модели:

• дерево механообработки CAMWorks доступно по нажатии клавиши мыши из среды SolidWorks. Генерация траектории инструмента осуществляется в среде SolidWorks;

• для генерации траектории CAMWorks использует геометрию модели, созданную в SolidWorks. Таким образом, пользователь может быть уверен, что обрабатывает ту же самую деталь, которая была смоделирована;

• исключены потери времени и точности при применении стандартных трансляторов, таких как IGES или SAT.

В CAMWorks включена технологическая база данных, позволяющая анализировать и сохранять параметры различных методов обработки. Сохраненные данные могут использоваться для облегчения и ускорения процесса генерации траекторий движения инструмента и передачи их на станки с ЧПУ в виде машинных кодов. Возможность ручной коррекции автоматических функций означает, что пользователь всегда может контролировать корректность процесса создания управляющей программы. Кроме того, CAMWorks автоматически генерирует технологические операции и геометрию заготовки (рис. 4).

CAMWorks является элементно-ориентированной системой обработки, то есть имеет встроенную функцию автоматического распознавания обрабатываемых элементов и интерактивный мастер контуров. Помимо вышеперечисленных инструментов CAMWorks предлагает пользователям целый ряд специализированных инструментов и визуальных средств, повышающих удобство работы с системой, а именно:

• изменение последовательности операций до и после генерации траектории с использованием технологии drag-and-drop;

• графическое отображение траектории инструмента;

• имитация удаления материала заготовки;

• пошаговое отображение траектории инструмента;

• встроенная библиотека постпроцессоров для большинства существующих станков;

• универсальный генератор постпроцессоров, который может быть применен для создания постпроцессора для любой управляющей стойки.

В начало В начало

Mastercam

Семейство продуктов Mastercam предоставляет возможность 2-5-осевой фрезерной, токарной и электроэрозионной обработки (рис. 5). Передача геометрических моделей в SolidWorks осуществляется в форматах IGES, Parasolid, SAT (ACIS), DXF, STL, VDA. Семейство Mastercam включает следующие основные модули:

Mastercam Mill Level 1 — решение для 2,5-осевой обработки:

- обработка контуров, карманов и сверление,

- автоматический подбор материала за инструментом большего диаметра и обработка островов поверху,

- оптимизация подач,

- визуализация процесса фрезерования;

Mastercam Mill Level 2 — решение для 3-осевой обработки, включающее возможности Mill Level 1 и дополнительно:

- черновую обработку отдельной поверхности,

- чистовую обработку одной поверхности с контролем нескольких поверхностей от зарезания,

- проецирование обработки на группу поверхностей;

Mastercam Mill Level 3 — решение для 2-5-осевой обработки, включающее возможности Mill Level 1 и 2 плюс к этому:

- черновую и чистовую мультиповерхностную обработку,

- 4-5-осевую обработку поверхностей,

- поддержку функций высокоскоростной обработки (HSM),

- обработку любых комбинаций поверхностей, тел и кривых;

Mastercam Lathe — решение для токарной обработки:

- черновая и чистовая обработка, нарезание резьбы, сверление, точение канавок и отрезание,

- редактируемые библиотеки материалов, инструмента и операций,

- компенсация инструмента,

- визуализация обработки,

- многоосевая обработка (токарно-фрезерная) в комбинации с модулем Mill Mastercam Wire;

Mill Mastercam Wire — решение для электроэрозионной обработки:

- введение наклона проволоки для 2-4-осевой обработки,

- различные способы синхронизации,

- средства редактирования и визуализации,

- автоматические скругления углов и чистовая обработка,

- создание перемычек.

В начало В начало

Постпроцессирование

При разработке управляющих программ с использованием САМ-систем очень важным этапом является так называемое постпроцессирование. Оно заключается в преобразовании выходных данных САМ-системы в формат применяемой системы ЧПУ. Именно от корректности написания постпроцессора зависит безошибочная работа станков, поэтому и CAMWorks, и Mastercam имеют встроенные библиотеки постпроцессоров для различных управляющих стоек, а также обладают возможностью разработки пользовательских постпроцессоров, на чем мы остановимся более подробно.

Единства использования функций G-Code сегодня в постпроцессорах не существует. Принятые национальные и международные стандарты регламентируют применение некоторого числа основных команд, остальные задействуются производителями систем ЧПУ по их усмотрению. К тому же помимо формата G-Code существуют радикально отличающаяся система программирования Heidenhain и большая масса систем ЧПУ ранних поколений, предъявляющих особые требования не только к используемым функциям и формату их записи, но и к расчету динамики станка.

Реализовать такое многообразие форматов управляющих программ (УП) можно с помощью настраиваемого постпроцессора. Сегодня все производители САМ-систем снабжают свои продукты именно такими постпроцессорами (универсальный генератор постпроцессоров системы CAMWorks) или предоставляют инструментальные средства для их разработки сторонними фирмами (файл *.pst или технология C-Hook системы Mastercam).

Обычно настраиваемый постпроцессор состоит из ядра и файла настройки. Ядро — сердце постпроцессора, выполняющее математические операции, осуществляющие ввод-вывод и содержащее интерпретатор файла настройки. Как правило, ядро неизменно и является своего рода черным ящиком для технолога. В зависимости от степени интеграции ядра с САМ-системой различают встроенные (интегрированные) и внешние постпроцессоры. Встроенные постпроцессоры получают информацию для обработки напрямую, минуя промежуточный файл в формате CLData или APT. Их использование предпочтительнее, так как они оперируют категориями не только низкого уровня (координатами положения инструмента и так называемыми командами постпроцессора), но и высокого (подвод, отвод, врезание и т.п.), тем самым позволяя точнее управлять формированием УП.

В отличие от ядра, файл настройки доступен для изменения. Когда речь заходит о написании постпроцессора, под этим обычно подразумевается разработка именно такого файла. Его структура может варьироваться от простейшего хранения используемых команд ЧПУ и других статических параметров (так называемый табличный) до фрагментов или целых процедур, расширяющих функциональность ядра или описывающих правила формирования УП, написанных на специализированном языке программирования (языковой). Каждый из постпроцессоров имеет свои преимущества и недостатки (см. таблицу).

Практически лишена недостатков комбинация обоих вариантов, реализованная в универсальном генераторе постпроцессоров (UPG) системы CAMWorks. Благодаря используемому диалоговому режиму можно оперативно назначить правила форматирования адресов, а также кадров УП (рис. 6).

Помимо формирования УП постпроцессор создает сопроводительный файл, содержащий информацию о дате, используемом инструменте и т.п.:

При необходимости задействовать оригинальные возможности системы ЧПУ можно перейти к ручной настройке с применением языковых средств (рис. 7).

Программирование ведется с использованием «бейсикообразного» языка. Он содержит как языковые средства, присущие универсальным языкам программирования, так и специализированные переменные и функции. Благодаря интуитивно понятному построению файла настройки, легкости языка программирования и системе документации, время на разработку постпроцессора снижается до минимума. Готовый постпроцессор становится доступным для применения в CAMWorks (рис. 8).

Типичным примером разработки в режиме диалога является постпроцессор для системы ЧПУ Heidenhain TNC426, созданный по заказу ФГУП «Российский институт радионавигации и времени» (РИРВ). Его создание (без учета времени на прогон тестовых УП на станке в Санкт-Петербурге и прочих задержек со стороны разработчиков и клиентов) заняло около недели. Необходимо отметить, что работа велась при отсутствии документации на систему ЧПУ у разработчика, однако уровень квалификации специалистов РИРВ и SolidWorks-Russia, наряду с высокой функциональностью CAMWorks, позволил успешно выполнить работу в минимальные сроки.

Более широкие возможности по созданию постпроцессоров предлагаются в системе Mastercam. Существует два пути:

• создание языкового файла настройки;

• создание собственного ядра постпроцессора с использованием языка С/С++ и интерфейса прикладного программирования.

Первый путь позволяет быстро создавать постпроцессоры для токарных, 2,5-3-координатных или многокоординатных позиционных станков фрезерно-расточной группы и 2-4-координатных электроэрозионных проволочных (рис. 9). Второй путь обеспечивает создание постпроцессоров для 4-5-координатной обработки на фрезерно-расточных станках.

После создания файла с настройками постпроцессор становится доступен для использования в системе Mastercam. Примерами могут служить постпроцессоры для системы ЧПУ «АРТА» ОАО «Электроаппарат» (4-координатная электроэрозионная обработка) и станка для высокоскоростного фрезерования с системой ЧПУ Fanuc Series 16i-MA ОАО «Электроприбор» (г. Владимир). Как и в случае с постпроцессором TNC426 для CAMWorks, выезд разработчика к клиенту не понадобился — обмен результатами разработки, замечаниями и пожеланиями проводился по электронной почте, что свидетельствует, с одной стороны, о высокой квалификации сотрудников компании SolidWorks-Russia, с другой — о доступности освоения технологии создания постпроцессоров в рамках упомянутых систем.

По просьбам пользователей CAMWorks и Mastercam сотрудники компании SolidWorks создали библиотеку постпроцессоров, охватывающую большую часть оборудования, используемого на предприятиях постсоветского пространства.

В начало В начало

Заключение

В данной статье мы осветили технологические аспекты использования ЧПУ-модулей SolidWorks для автоматизации подготовки производства. Были рассмотрены основные функциональные возможности CAMWorks и Mastercam, приведены примеры использования этих приложений на предприятиях отечественной промышленности. В заключение следует еще раз подчеркнуть, что только внедрение современных, гибко настраиваемых программных комплексов для моделирования процессов механической и электроэрозионной обработки и подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ позволяет существенно сократить количество брака и тем самым снизить производственные затраты, а также повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции. Компания SolidWorks-Russia готова помочь всем заинтересованным предприятиям в этом вопросе и предоставляет все свои знания и опыт, накопленные ее сотрудниками за долгие годы проектно-внедренческой деятельности.

В начало В начало

«САПР и графика» 11'2003