Многокоординатная обработка играет важную роль при выпуске сложной и наукоемкой продукции, ее объемы и сфера применения постоянно растут. Актуальным остается вопрос подготовки управляющих программ для многокоординатных станков.
Справка
Независимая аналитическая организация CIMdata, Inc. в докладе «NC Market Analysis Report — Version 21», опубликованном 17 июля 2012 года, показывает, что, несмотря на спад в экономике, Dassault Sytemes как постащик пакета приложений CATIA V5 Machining продолжает удерживать лидирующие позиции на рынке в течение 8 лет подряд, в том числе и по итогам 2011 года. CIMdata вновь назвала компанию Dassault Systemes крупнейшим поставщиком CAM-решений по объему доходов. Это свидетельствует о приверженности пользователей CAM-систем видению стратегии развития данного направления компанией Dassault Sytemes.
5-осевая обработка становится все более востребованной и распространенной вследствие оптимизации цен на обрабатывающие центры, расширения номенклатуры деталей, более эффективного программирования, а также целого ряда преимуществ многокоординатной обработки по сравнению с другими видами изготовления промышленной продукции. Это и сокращение числа переустановов и операций, необходимых для изготовления сложных деталей, использование более доступного инструмента с упрощенной и жесткой конструкцией, уменьшение его габаритов, возможность обрабатывать геометрически сложные поверхности и зоны поднутрений. Как следствие, это нередко приводит к сокращению или полному исключению операций электроэрозионной обработки.
Возможность 5-осевого фрезерования постоянно выдерживать перпендикулярность оси инструмента к обрабатываемой поверхности приводит к улучшению ее качества. Значительную выгоду дает возможность изменить ориентацию инструмента для фрезерования, сверления и нарезания резьбы во время одной установки. Сокращается количество наименований и сложность станочных приспособлений. Уменьшается объем межоперационной транспортировки деталей, так как больше операций выполняется на одном станке. Как общий итог — сокращается время производственного цикла.
СХЕМА РАСЧЕТА ПЯТИКООРДИНАТНОЙ ОБРАБОТКИ
Классический APT-подход расчета траектории инструмента построен на трех управляющих элементах: направляющей, контрольной и обрабатываемой поверхностях. Расчет траектории обычно выполняется вдоль направляющей поверхности, обеспечивая положение инструмента нормально к обрабатываемой либо вспомогательной поверхности, с учетом положения контрольных (ограничивающих) поверхностей (рис. 1).
При этом могут задаваться максимальное и минимальное значение переменного угла опережения и фиксированный угол наклона оси инструмента.
При активации проверки столкновения будет выполняться изменение угла опережения, если алгоритм расчета может вычислить лучшее положение инструмента в пределах допустимого изменения угла.
Режим переменного угла опережения предназначен для предотвращения столкновения (затирания) задней стороны инструмента и обрабатываемой поверхности детали.
СТРАТЕГИИ МНОГООСЕВОЙ ОБРАБОТКИ
Модуль Multi-Axis Surface Machining 2 (MMG) используется для быстрого составления программ для станков с ЧПУ, предназначенных для обработки деталей в многоосевом режиме, заданных составными поверхностями и кривыми. Предусмотрен режим непрерывной 5-осевой обработки и большой выбор способов изменения ориентации оси при движении режущего инструмента, включая динамический наклон оси для исключения столкновений. Будучи дополнением к продукту CATIA — 3-Axis Surface Machining 2 (SMG), модуль MMG расширяет возможности 3-осевой механообработки до уровня многоосевой обработки. Кроме того, в модуле используется интуитивный интерфейс, построенный на графических диалоговых окнах, для быстрого описания траектории движения инструмента и обеспечения тесной взаимосвязи между процессом создания траектории и ее проверкой, включая возможности моделирования съема материала (рис. 2).
Среди предусмотренных стратегий механообработки — многоосевые sweeping и contour driven с использованием различных схем задания траектории инструмента (между контурами, параллельно или по нормали к контуру). Многоосевая стратегия face-isoparametric позволяет получить качественно обработанную поверхность путем интерполяции траектории инструмента между границами поверхности. В этой стратегии пользователь выбирает обрабатываемую поверхность, движение инструмента выполняется вдоль ее изопараметрических кривых. В ходе расчета траектории выполняется множественная проверка поверхностей для исключения столкновений и повышения точности процесса обработки. Проверка на столкновение с инструментом и оправкой проводится как для поверхностей детали, так и для вспомогательных контрольных поверхностей.
В стратегии Contour Driven существуют три режима обработки: параллельно контуру, в котором фреза движется параллельно направляющей кривой; между двумя контурами по изолинии замкнутого контура, и направляющий контур, в котором фреза движется по прямой линии нормали к направляющей кривой.
Использование кривых предоставляет технологу возможность гибко определять траекторию движения инструмента, позволяет быстро и эффективно запрограммировать операции многокоординатной фрезеровки пазов, гравировки или обработки по контуру. Предусмотрены различные способы задания траектории движения инструмента с направлением «по месту контакта», «между двумя кривыми» или «между кривой и поверхностью».
Другие многоосевые стратегии фрезерования поверхностей в CATIA V5 включают в себя:
-
многоосевое сверление по нормали к криволинейной поверхности;
-
5-осевая черновая обработка;
-
профильная многокоординатная обработка;
-
многоосевые операции, в которых траектория вычисляется в параллельных плоскостях;
-
многоосевая контурная обработка;
-
многоосевая криволинейная обработка, в которой боковая сторона, вершина или точки контакта инструмента приводится в движение вдоль кривой.
Среди многочисленных стратегий модуля Advanced Machining (AMG), расширяющих возможности базовых модулей обработки на станках с ЧПУ, содержатся многокоординатные стратегии Flank и Helix, предназначенные, например, для программирования обработки авиационных деталей, элементов компрессоров и турбинного оборудования.
В стратегии Flank обработка выполняется боковой поверхностью режущего инструмента. Стратегия используется для получистовых и чистовых операций 5-осевой обработки наклонных стенок деталей.
Стратегии Flank включают в себя возможности автоматического разворота оси инструмента, которая может быть использована в любом месте траектории, например, при выполнении движения обхода угла детали или при других нелинейных движениях. Алгоритм разворота должен обеспечить равномерное и непрерывное изменение положения оси инструмента для всех интерполяционных точек траектории (рис. 3). Это обеспечивает плавность движений инструмента на станке. Он движется по касательной к направляющей поверхности на заданной высоте контакта. В других ситуациях ось инструмента расположена по нормали к поверхности детали с разворотом в начале и в конце движения или инструмент следует по изопараметрическим линиям поверхности с разворотом в начале и в конце движения.
В целом CATIA V5 предоставляет девять способов задания положения оси инструмента. Среди них такие как: угол опережения и наклона, фиксированные углы опережения и наклона, задание через точку, по нормали к линии, 4-осевое опережение и отставание, оптимизированный угол опережения, интерполяция углов, задание касательно осям и 4-осевой наклон (рис. 3).
Многоосевые стратегии Helix генерируют спиральное движение инструмента вдоль определенного контура. Такая технология обработки в основном используется для получистового и чистового фрезерования лопаток и дисков турбин (рис. 4). Стратегия позволяет определить интерполяцию ориентации оси инструмента как автоматически, так и вручную, чтобы лучше контролировать положение инструмента в зависимости от конкретной ситуации. Пользователь может задать оси и настройки параметров в диалоговом окне или выбирать оси, которые были созданы и сохранены ранее. В каждом случае можно использовать опцию визуализации инструмента для контроля столкновения.
NURBS В 5-ОСЕВОЙ ОБРАБОТКЕ
CATIA V5 выводит данные для NURBS-интерполяции при 3-осевой, а также 5-осевой фрезерной обработке. Имеющиеся постпроцессоры поддерживают NURBS-интерполяцию для 5-осевой обработки. Использование NURBS интерполяции обеспечивает лучшее качество поверхности и точность обработки, что сокращает суммарное время обработки детали. При этом следует отметить, что не все станки для 5-координатной обработки позволяют использовать этот вид описания траектории.
ВЕРИФИКАЦИЯ И СИМУЛЯЦИЯ В МНОГОКООРДИНАТНОЙ ОБРАБОТКЕ
Для 5-координатной обработки визуализация и проверка управляющей программы являются обязательным, особо важным и сложным этапом проектирования. CATIA V5 предоставляет полный набор средств для его реализации. Основные возможности верификации CATIA V5 предоставлены двумя режимами: фото и видео.
Фоторежим позволяет статически выполнить контроль результата трехосевой обработки после выполнения всех перемещений инструмента без визуализации движений.
Видеорежим верификации пятиосевой обработки выполняется либо на основе траектории CATIA, либо G-кода. Видеорежим показывает толщину материала, остающегося после каждой операции, и инструмент, который был использован в процессе обработки (рис. 5, 6). Видеорезультат можно сохранить для следующей операции, и можно начать верификацию из ранее сохраненного результата.
Для симуляции обработки в рамках единой интегрированной среды система предоставляет модуль NC Machine Tool Simulation. В нем создаются модели многокоординатных станков, включающие описание геометрических характеристик, кинематики и технологическую информацию. Симуляция обработки выполняется на основе траектории CATIA либо G кода и позволяет проверить управляющие программы с учетом кинематики оборудования, взаимного расположения элементов станка, приспособления, инструмента и заготовки (рис. 7).
Дальнейшее развитие способы проектирования управляющих программ получили в линейке продуктов V6. Система получила новый пользовательский интерфейс (рис. 8), усовершенствованные алгоритмы расчетов и стратегии обработки, возможность комплексной разработки и симуляции управляющих программ в единой среде.