8 800 302 9690
Бесплатный звонок по России
Заказать звонок
Вход
или Регистрация

SprutCAM. Укрощение Терминатора

На протяжении многих лет система SprutCAM успешно используется на многих предприятиях во всём мире. Бурное развитие станкостроения в последнее время требует новых решений в подготовке управляющих программ для постоянно усложняющегося оборудования. Предлагаем вашему вниманию решения компании СПРУТ-Технология в этом направлении. Автор статьи – Виктор Петухов.


Процесс подготовки к боевым действиям будущего губернатора Калифорнии в блокбастере 80-х «Коммандо» стал классикой жанра. Кто ж не помнит этих ножей, гранат, магазинов с патронами, горсти автоматов, мешка пистолетов, ракетную установку с парочкой пулемётов подмышкой... Грозные полосы камуфляжа на суровые скулы Терминатора Батьковича – и вот он во всей красе – готов к труду и обороне... ууууух как!!! Редко какой фильм «про крутых профи-вояк» обходится с тех пор без этого эффектного момента с последующей, естественно, демонстрацией, как наш герой всё это богатство будет лихо и точно пользовать. На то он и спецназовец, чтобы уметь делать всё и решать всяческие задачи всем возможным арсеналом средств, это вам не пехотный ванька, для которого важнее всего – уметь действовать согласованно с другими ваньками и чья задача – либо в окопе сидючи, от атакующих вражин отбиваться, либо наоборот – на чужие окопы в атаку яростную ходить.

Современные токарно-фрезерные станки с ЧПУ – такие же «спецназовцы-терминаторы» в армии металлорежущего оборудования. И их «вооружение» и «амуниция» не менее разнообразны и функциональны, а свобода действий вызывает искреннее уважение... Если мозги такого терминатора умеют адекватно этим всем распорядиться.

Вот, скажем, токарные центры, могут иметь до 4 револьверных головок, приводной инструмент в этих револьверных головках, управляемые люнеты, противошпиндель, управляемую заднюю бабку, механизмы загрузки-выгрузки, механизмы удаления стружки... И, соответственно, до 15 управляемых осей перемещения всего этого движущегося, вращающегося, качающегося, ползущего и бегущего добра. Вертикальные и горизонтальные фрезерные центры имеют поворотные и глобусные столы для изменения положения заготовки, поворотные головки для изменения оси вращения инструмента, несколько шпинделей, магазины для автоматической смены инструмента, палетты и прочее – до 10 осей перемещения. Многоцелевые токарно-фрезерные центры – до 4 револьверных головок, фрезерную головку с перемещением по 4 осям, прочее оснащение, присущее двум предыдущим типам «железных монстров» и вот уже до 30 осей перемещения.

Вправить эдакому «железному дровосеку» мозги, да так, чтобы он и «боевое задание» выполнил максимально точно и быстро и, раскуражившись, себя ненароком не превратил в металлолом – это вам не плюшки в рот метать. И «докторам-мозгоправам», соответственно, требуются новые и более совершенные инструменты для формирования списка заданий нашему терминатору, максимально точного моделирования его поведения, и, конечно же, средства предварительного контроля, насколько правильно боец тебя понимает и что именно будет вытворять при команде «вперёд, короткими перебежками! Ура!»

Если раньше на токарных станках можно было обходиться без САМ-систем (задачи программирования обработки решались тактически – прямо на стойке ЧПУ, с помощью инструментария от производителя станка), то по мере роста сложности оборудования, добавления фрезерных операций, количества одновременно управляемых и контролируемых исполнительных механизмов ситуация меняется в корне. Спроектировать обработку даже простейшей детали без применения развитых САМ-средств становится практически невозможно по причине сложности обеспечения безопасного синхронного перемещения исполнительных органов оборудования. А если вспомнить о том, что при написании УП непосредственно на станке он сам в это время простаивает, продукцию не выпускает, план горит, оператор бьёт баклуши и т.д., то написание и отладка управляющей программы в САМ-системе на удалённом ПК оказывается не просто экономией, а оборачивается прибылью – производство при этом не останавливается, а работает в обычном режиме. Да и сами производители станков всё чаще рекомендуют использовать САМ-системы для разработки УП. Так что, товарищ солдат, это раньше ты мог обходиться планшеткой на боку для планирования своих действий, а сейчас изволь заявиться в штабной блиндаж для получения подробных инструкций.

Какие же требования к САМ-системе можно сформулировать, чтобы она служила максимально удобным инструментом, соответствующим поставленным задачам?

Во-первых, быстро настраиваться для программирования любой конфигурации всех перечисленных классов оборудования (токарных, фрезерных и токарно-фрезерных центров). САМ-система должна уметь моделировать кинематику каждого конкретного «терминатора».

Во-вторых, предоставлять необходимый и достаточный набор различных стратегий обработки. Наш «терминатор» должен не только теоретически уметь «делать всё», он должен это и фактически осуществлять: что толку, если он вроде бы уметь должОн, но САМ-система, вишь ты, «моя твоя не панимай, я такой мысль кумекать не умей». Не способствует удобству работы и обратная ситуация, когда САМ-система предлагает максимум возможных стратегий обработки не зависимо от того, с каким конкретно станком мы имеем дело – как говаривал Шерлок Холмс, «Хорошо. Земля вращается вокруг Солнца, но мне в моём деле это не пригодится» – незачем засорять «чердак» лишним хламом, и если работаем с токарным центром, нам ни к чему держать «на чердаке» стратегии фрезерной обработки, и наоборот.

В третьих, обеспечивать оптимальное позиционирование режущего инструмента относительно детали при любой стратегии обработки. Наш вояка должен уметь выхватывать свой кольт лихо и пулять точно в цель хоть «с бедра», хоть с колена, хоть из положения лёжа, а не только с позиции «как в тире». Да и почёсывать правое ухо левой пяткой четвёртой задней ноги – можно, конечно, можно – задача в принципе будет выполнена. Но в реальных условиях это лишний расход энергии, износ оборудования, увеличение времени обработки. Оно нам надо?

Рис. 1. Кинематические схемы и модели многокоординатного фрезерного и токарно-фрезерного станков в системе SprutCAM

В четвёртых, обеспечивать управление не только основными, но и всеми вспомогательными узлами и параметрами станка.

Пятое – контролировать УП на предмет столкновения узлов станка (в том числе и тех, что не принимают непосредственное участие в обработке). Наш «железный воин» должен «видеть» себя и не покалечить себя же ненароком. А то ж сколько таких дорогущих «спецназовцев» по предприятиям нашей необъятной, которые вроде бы ещё молодые и горячие, но оснастка уже в таком виде, будто это гордость вермахта T-VI «Тигр» после Курского сражения – и ведь не русские «тридцатьчетверки» так покусали-то, а сам себя покорёжил...

Ну и напоследок, желательно, чтобы САМ-система умела симулировать обработку – моделировать (визуализировать) процесс обработки детали именно так, как это будет происходить на станке с учётом расположения оснастки и перемещения всех узлов в рабочем пространстве станка.

Система SprutCAM предназначена для разработки управляющих программ для токарной, токарно-фрезерной, а также многокоординатной фрезерной обработки и при её создании, естественно, учитывалось всё вышеперечисленное.

Система генерирует траектории в координатах конкретного станка, что стало возможным благодаря применению кинематической схемы оборудования (рис.1). Настройка системы на оборудование производится путём выбора схемы станка из библиотеки. Кроме того, технолог имеет возможность самостоятельно описать схему станка и добавить её в библиотеку. При этом нет никаких ограничений на количество узлов и, соответственно, управляемых координат – сколько понадобится – столько и включай в свою схему, соответствующую именно твоему подопечному-«терминатору», сколько бы у него мизинцев на задней правой ноге ни было, и сколькими бы шарнирами ни обеспечивалась свобода действий того мизинца.
 
Рис. 2. Моделирование токарной обработки на токарно-фрезерном станке (Mori Seiki NL2500)Таким образом, помимо традиционных двух-пятикоординатных станков SprutCAM идеально подходит для программирования многокоординатных токарно-фрезерных центров, этих «и жнецов, и кузнецов, и на дуде игрецов» (рис. 2, 3)
 
Итак, система SprutCAM видит конкретный станок со всеми его нюансами и различными классами «вооружения», со всеми его степенями свободы. Задачу по обработке конкретной детали, требующей и токарной, и фрезерной обработки, она может разделить на отдельные задачи по типу обработки для специализированных токарных или фрезерных станков, либо (при наличии токарно-фрезерного станка в парке оборудования) рассматривать целиком, не разбивая на разные проекты «вот здесь играй, здесь токарка, а здесь не играй – здесь рыбу заворачивали, здесь фрезерная обработка».
 
Соответственно генерация траектории обработки осуществляется в рабочем пространстве конкретного станка, что и позволяет реалистично визуализировать работу станка в целом. При этом SprutCAM предоставляет несколько режимов визуального отображения процесса обработки:
  • Процесс трансформации заготовки удобнее наблюдать, когда деталь неподвижна,Рис. 3. Моделирование фрезерной обработки на токарно-фрезерном станке (Mori Seiki NL2500) а инструмент перемещается вокруг неё (в системе отсчёта детали);
  • Процесс резания контролируется при неподвижном инструменте (в системе отсчёта державки инструмента);
  • В третьем режиме мы получаем отображение не только заготовки и режущего инструмента, но и остальных узлов, при этом, наблюдая за происходящим в системе отсчёта станка: неподвижной является станина, все же динамические узлы движутся относительно этой системы отсчёта. То есть, движения органов станка показываются так, как это происходит «на самом деле», с точки зрения стороннего наблюдателя.
Универсальный алгоритм расчёта траектории сформирует оптимальную УП, даже если схема описывает станок, имеющий более пяти управляемых координат. Для получения управляющей программы для другого станка достаточно выбрать соответствующую ему кинематическую схему и пересчитать траекторию.
 
Таким образом постпроцессор определяет только синтаксис управляющей программы и не производит геометрических вычислений, подстраиваясь под осевую схему конкретного станка. Данный факт минимизирует вероятность возникновения ошибки в УП, после того как она была протестирована в режиме моделирования обработки.
 
В общем случае для создания процесса обработки в SprutCAM сначала следует выбрать станок, загрузить модель изготавливаемой детали, определить исходную заготовку. После этого надо сформировать последовательность обработки операция за операцией. Для каждой операции указывается, что и как требуется обработать. Обычно это какая-либо часть детали или деталь целиком и общие требования к процессу обработки, такие, как припуск, высота гребешка, стратегии врезания, подходов и отходов и т. п. По введённой информации система автоматически рассчитает оптимальную траекторию с учетом заданных параметров. При этом по умолчанию считается, что каждая следующая операция получает ту же деталь и оснастку, что и предыдущая, а в качестве начальной заготовки каждой последующей операции передаётся весь материал, который остался после обработки предыдущей операцией. То есть, как и при реальной обработке, конфигурация детали изменяется от операции к операции, постепенно приближаясь по форме от начальной заготовки к конечной детали. Если в данной области заготовки материал снят предыдущими ходами инструмента, то в последующем инструмент не будет сквозь это (фактически уже пустое) пространство пробираться слой за слоем в рабочем режиме, как бы продираясь сквозь толщу изначальной заготовки (рис. 4). Таким образом мы получаем возможность оптимизировать траекторию перемещения инструмента с учетом изменяющейся в процессе обработки формы заготовки. Наш «терминатор» обретает память: он помнит, что уже сотворил с изначальной заготовкой, в какую «красотулечку» он её превращал в каждой конкретной операции.
 
При создании новой технологической операции система автоматически устанавливает весь набор её параметров в значения по умолчанию с учетом метода обработки и геометрических нюансов детали. Следовательно, в любой момент времени операция готова к расчету и не требует рутинного ввода множества параметров. При этом изменение очередности технологических операций и редактирование их параметров возможны на любом этапе проектирования техпроцесса обработки. Интерфейс системы SprutCAM не накладывает ограничений на возможность изменений параметров и не регламентирует последовательности действий технолога – «Твори, выдумывай, пробуй»! Каждая модификация какого-либо параметра приводит к соответствующим изменениям на схематических рисунках экранных форм – всё, что натворил – любуйся сразу. Это позволяет значительно сократить сроки освоения системы и время работы с документацией.
 
Ну-с... Что у нас уже имеется? SprutCAM помогает нашему стальному подопечному адекватно управлять своим ногодрыжеством и рукомашеством – хорошо. Прививает ему какой-никакой инстинкт самосохранения (себя ломать – негоже). Даёт ему зачатки памяти и свободу в комбинировании своих действий... Что бы ещё добавить... Хм... «А не замахнуться ли нам на Вильяма нашего, так сказать, мнэээ, Шекспира?» Быть иль не быть... Морально-этические императивы лишними не будут, видимо. Себя бережёшь – ладно, этим эгоцентризмом нас не удивишь, ты нежно и ласково обойдись с тем, «кого ты приручил» – с обрабатываемой деталью. В этом отношении можно сказать, что в SprutCAM всегда соблюдается правило «не навреди»: деталь не должна «зарезаться», ни при каких обстоятельствах, будь то рабочий ход, переход, подход, врезание или засверливание. И это не зависит ни от инструмента, ни от типа обработки, ни от параметров. Технолог устанавливает способ обработки, а система генерирует управляющую программу так, чтобы удалить материал лишь вне конечной модели. Механизм сравнения полученного результата с моделью детали выделяет цветом участки с различным значением припуска. Получаем эдакую «физическую карту» заготовки, в которой в качестве «уровня моря» выступает поверхность готовой детали, а все отклонения от этого уровня расцвечиваются в определённые, соответствующие высоте отклонения, цвета.
 
И наконец – собственно о мастерстве и виртуозности, которые надо бы привить нашему стальному реципиенту. Какими типами технологических операций и стратегий может снабдить его SprutCAM?
 
Прежде всего, это обширный набор стратегий для трёхкоординатной фрезерной обработки, который предоставляли предыдущие версии SprutCAM. Классическая 2D обработка (выборка области и 2D обработка кривой), построчные и послойные стратегии 3D обработки, стратегии сучётом высоты гребешка – весь этот набор стратегий и основанных на них разнообразных технологических операций, соответственно, имеется в арсенале последней версии SprutCAM. Теперь их можно применять при любой ориентации инструмента на станке произвольной конфигурации.
Рис. 4. Пятикоординатная фрезерная обработка на экране монитора.
 
К этим стратегиям для фрезерования добавляются многокоординатная фрезерная операция по изопараметрическим линиям и ротационная фрезерная обработка. Стратегия многоосевой обработки по изопараметрическим линиям дает возможность существенно увеличить производительность в типовых случаях, например, за счет обработки фасок боковой поверхностью цилиндрической фрезы, обработок радиусных скруглений соответствующим инструментом и т.п. (рис. 4)
 
Ротационная фрезерная операция – это, можно сказать, та же трёхкоординатная с той лишь разницей, что линейные перемещения по одной из осей заменяются на поворотные. Иными словами вместо одной из плоскостей перемещений используем цилиндрическую поверхность. Данная операция позволяет задействовать большинство трёхкоординатных стратегий.
 
Кроме фрезерных операций в SprutCAM добавлен набор токарных: черновое и чистовое точение, обработка торца, осевое сверление, отрезка, обработка канавок и нарезание резьбы. Все эти операции применяются как обособленно для токарных станков, так и совместно с фрезерными операциями для проектирования обработки на токарно-фрезерных центрах. Токарные и фрезерные операции работают по единой концепции и полностью совместимы между собой по геометрическим параметрам, что позволяет передавать между этими операциями деталь, промежуточную заготовку и оснастку. При этом токарные и фрезерные операции, технологические установы детали могут чередоваться в произвольном порядке.
 
Подводя итог всему вышесказанному, нельзя, увы, уверенно утверждать, что система SprutCAM поможет вашему «терминатору» стать в будущем губернатором Калифорнии... Но, надеемся, в налаживании контакта и взаимопонимания с конкретным «железным дровосеком» Вам существенно поспособствует. А там... как знать, как знать...

Система Orphus