Цепочка автоматизированной подготовки управляющих программ CAD-CAM-ЧПУ

Современное автоматизированное многономенклатурное производство невозможно представить без станков с числовым программным управлением, которые позволяют быстро переходить на обработку других деталей путем смены управляющих программ, оснастки и инструментальных наладок. Сокращение потерь вспомогательного времени и повышение эффективности станков с ЧПУ достигались путем увеличения числа инструментов в магазине станка, оснащением станков автоматическими устройствами подачи заготовок на стол станка и транспортировкой готовой продукции из зоны резания станка. Следует отметить, что немаловажным фактором является подготовка управляющей программы вне цеха. Исключив ручную подготовку управляющих программ, можно существенно сократить вспомогательное время и повысить полезную загрузку оборудования. На практике, времени на подготовку управляющих программ уходит в разы больше, чем сама обработка. Для вне цеховой подготовки производственных процессов, существуют цепочки цифровых процессов, наиболее важными из них будут, разработка геометрической (конструкторской) модели обрабатываемой детали, создание траекторий движения инструмента, постпроцессирование управляющих программ для конкретной комбинации «станок-ЧПУ». В принципе, весь этот путь можно увязать с следующую цепочку.

Каждый из этапов процесса влияет на точность заготовки, а интерфейсы между этапами сопряжены с риском потери данных.

Построение геометрической модели CAD (Computer Aided Design, САПР)

С помощью современных программ 3D-CAD существует возможность создавать трехмерные (3D) объемные модели деталей, узлов, изделий. Программное обеспечение позволяет осуществлять двух- или трехмерную подвижную визуализацию объектов. Описание моделей может осуществляться, например, в полигонах или сплайнах.

Рисунок 1. Модель состоящая из полигонов (многоугольников)

Полигон или многоугольник - термин, взятый из геометрии. Создается полигон соединением по меньшей мере трёх различных точек в одной плоскости, так чтобы результирующий контур заключал в себе всю связанную поверхность (см. рисунок 1).

Полигональное моделирование – это, старейший метод создания 3D- объектов для 3D-визуализации. Основным принципом полигонального моделирования является, манипулирование так называемыми базовыми объектами, которыми обычно выступают кубы, цилиндры и сферы. Фигуры можно делить на более простые, используя для этого граничные линии и многоугольники (поверхности). При этом преследуется цель разбить фигуры на формы с как можно более простой геометрией (треугольники). При использовании полигонального моделирования можно выбирать различные варианты, например, полигональное моделирование от точки к точке. Вначале модель создается путем задания точек, а затем путем создания многоугольников.

При помощи NURBS (Non Uniform Rational B-Splines) можно описать произвольные формы, поверхности и объемы при помощи единой математической базы и объединить их при помощи булевых операторов (т.е. выражений наподобие И, ИЛИ, НЕ и т.д.).

Рисунок 2. NURBS-поверхности 4-й степени

Сплайны (Splines) представляют собой последовательное соединение математических кривых высокого порядка (полиномов), при этом переходы между полиномами отвечают определенному условию, например, являются тангенциальными (см. рисунок 2). Моделирование с помощью сплайнов применяется относительно редко в сравнении с моделированием при помощи полигонов и NURBS. Необходимость представлять контуры, используя полиномы, ограничивает свободу при моделировании.

Стандартные форматы CAD файлов:

• IGES (Initial Graphics Exchange Specification): используется преимущественно для передачи 2D-информации, возможна также работа с 3D-моделями;
• STEP (Standard for the Exchange of Product model data): метод, в особенности хорошо он подходит для переноса 3D-данных и поверхностей свободной формы;
• DXF-формат (Data Exchange Format): Часто используемый формат обмена 2D-данными (см. рисунок 3), данный формат применяется в программе AutoCAD, относящейся к программам САПР.

Рисунок 3. Чертеж с 2D-данными

CAM (Computer Aided Manufacturing, АСУП)

CAM система, не интегрированная в CAD систему, работает с CAD данными через интерфейс. При этом используются контуры изображений или контуры деталей, а также полные 3D-модели. Данные CAD могут быть представлены в каком-либо промышленном стандарте, например, STEP. Интегрированные системы САМ начинают работать после запуска систем CAD и работают непосредственно с моделями, используемыми в CAD. При работе с интегрированными системами не бывает потерь данных через интерфейс. При этом также может использоваться информация из данных по планированию и управлению производством, а также другие данные, которые могут быть применены для изготовления, например, из каталогов инструментов. В системе CAM выбираются обрабатываемые области и необходимые технологические данные добавляются к производственному процессу. После этого выполняется расчет траекторий и создается нейтральная программа, например, в формате CL-DATA (Cutter Location Data). Для проверки рассчитанных путей перемещения существует возможность объемного моделирования обработки (см. рисунок 4).

Рисунок 3. Пример интерфейса САМ системы процессе моделирования обработки

Постпроцессор

Постпроцессор представляет собой компьютерную программу, которая преобразует в новый формат результаты, полученные в другой программе. При производстве с использованием системы ЧПУ постпроцессор служит для преобразования нейтральной программы, например, в формате CL-DATA в формат, конкретной комбинации станок и система управления. При этом постпроцессор служит в качестве соединительного звена между средой САМ и системой управления станком. Кроме того, постпроцессор дает возможность структурировать программу и подгонять ее, делая более удобной для использования. При этом можно также использовать комментарии, структуры, подпрограммы и параметры.