Формула успеха

Наш журнал не раз обращался к фирме Omega Technologies и его главному продукту - системе ADEM (см. # 1 за 1996 г., # 2 за 1997 г.), где, по-видимому, достигнута адекватная степень интеграции конструкторских и технологических частей.

В данной статье речь пойдет о возможностях системы в области технологической подготовки производства, так как ключ к успеху, по мнению автора, лежит в проблеме осознания конструктором технологических задач.

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Любое изделие машиностроения можно представить в виде системы входящих элементов. Известно, что при проектировании теоретическая разбивка на элементы меняется. Так например, для конструктора могут быть актуальны понятия: шасси, фитинг, вал и т. п. В процессе технологической подготовки производства справедлива своя терминология и свое представление изделия. Любую деталь, подлежащую механической обработке, можно разложить на КОНСТРУКЦИОННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (КЭ). Здесь и далее под КЭ будем понимать геометрический элемент детали, имеющий свои особенности изготовления. То есть, КЭ - это единица информации о конструкции с точки зрения технолога:

Все процедуры изготовления могут быть описаны элементарными технологическими шагами, называемыми ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПЕРЕХОДАМИ (ТП):

Процесс механической обработки любой детали может быть представлен совокупностью ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (ТО). ТО - это единица информации, содержащая данные об обработке одного конструктивного элемента.

Возможные варианты ТО могут быть представлены в виде таблицы 1, которая отражает современное состояние технологии механообработки.

Таблица 1.

Данная таблица и была положена в основу системы ADEM. Поэтому, в самом общем случае схема управления станками, например, для изготовления детали, показанной на рис. 1, будет иметь вид:

Одной из важнейших особенностей системы ADEM является то, что весь процесс обработки детали (группы деталей) может быть записан в несколько программ для различных станков или в одну, если существует обрабатывающий центр, позволяющий производить все необходимые технологические переходы.

НЕМНОГО ПРАКТИКИ

Рассмотрим схему работы в системе ADEM на примере классической задачи фрезерования колодца с бобышками (рис. 2). Подобная задача встречается во всех отраслях машиностроения и составляет в среднем более 50% объема всех фрезерных работ. Особенно много КЭ типа колодец в изделиях авиационной и аэрокосмической отраслей.

В самом простом случае, для обработки колодца необходимо подвести на безопасной высоте фрезу к некоторой точке (точка врезания); врезаться в материал по траектории врезания; вести фрезу на рабочем ходу, удаляя весь лишний материал и не "зарезая" стенки и бобышки колодца; поднять фрезу на безопасную высоту и отвести ее.

Наиболее сложным элементом данного управляющего алгоритма является формирование траектории движения инструмента для удаления материала. Это одна из самых трудоемких и рутинных процедур технологической подготовки производства.

Кроме получения кратчайшей траектории, реализующей наименьшее время обработки, необходимо обеспечить еще ряд условий, гарантирующих качество обрабатываемой поверхности. Что может произойти при фрезеровании видно из рис. 3.

Пеньки и гребешки остаются на дне колодца в результате увеличенного расстояния между соседними элементами траектории. Борьба с ними состоит в разработке многорежимного алгоритма построения эквидистант. Следует отметить, в системе ADEM данный алгоритм (как впрочем и все остальные функции) справедлив для всех типов обработки.

Необработанные зоны возникают тогда, когда расстояние между стенками и/или бобышками меньше диаметра фрезы. Для того чтобы их удалить, инструмент заменяют на другой с меньшим диаметром и производят обработку этих зон новым инструментом. Как правило, смену инструмента производят уже после того, как была завершена вся работа основным инструментом.

ADEM запоминает геометрию необработанных зон и автоматически генерирует дополнительную траекторию движения для удаления материала фрезой меньшего диаметра, которую ему предложит конструктор-технолог. Следует так же отметить, что ни сложность, ни количество необработанных зон, ни количество сменного инструмента в системе не лимитированы. Технологи прекрасно понимают, что подобный, с виду несложный, конструкционный элемент как колодец на практике может иметь множество геометрических особенностей, которые приводят к довольно сложному процессу обработки. Рассмотрим лишь некоторые из них (рис. 4).

Угол наклона стенки колодца и стенок внутренних элементов (бобышек) может быть нормальным, положительным или отрицательным.

Если угол стенки не нормальный и/или радиус скругления между стенкой и дном больше радиуса скругления фрезы, то обработать такой КЭ возможно либо с использованием специальной профильной фрезы (что крайне дорого), либо многоуровневой обработкой. При многоуровневой обработке удаление материала производится послойно. Например, колодец, глубиной 30 мм может быть обработан за шесть проходов - по 5 мм на каждом проходе. В этом случае возникает вопрос о качестве поверхности стенок колодца и бобышек, так как на них будут возникать гребешки. ADEM позволяет пользователю задать значение максимальной высоты гребешка и создать траекторию движения фрезы, обеспечивающую заданное качество поверхности.

Каждое производство имеет свою специфику, каждая деталь - свои объективные особенности, каждый технолог - свой опыт и свои "капризы". Все эти абстрактные понятия в системе ADEM обличены в конкретную форму задания параметров ТП.

На рис. 5 приведен внешний вид меню для ввода параметров фрезерного перехода. Ряд пунктов содержит второй уровень меню с дополнительными параметрами. Однако пользователю совсем не обязательно задавать все параметры перехода, так как система по умолчанию предоставляет наиболее подходящие значения. Большинство данных параметров знакомо технологам, поэтому ограничимся рассмотрением лишь одного из них - "Тип обработки". Под типом обработки понимаем принцип построения траектории движения инструмента (рис. 6).

Сразу следует оговориться, что каждый конструктивный элемент имеет свою группу возможных стратегий из данного списка. Так, например, фрезерование по UV линиям свойственно поверхности, но отнюдь не плоскости.

Для рассмотренного выше КЭ типа колодец наиболее актуальны типы, представленные на рис. 7 (пунктиром показаны холостые ходы инструмента).

Все остальные варианты обработки для колодца можно составить комбинацией данных траекторий, применимых к отдельным участкам конструктивного элемента. Наверняка уважаемый читатель - конструктор уже слегка утомлен этим кратким экскурсом в подробности механообработки, но ведь то, что Вы изобретаете, должно быть как-то изготовлено. Впрочем, сейчас Вы проделаете это самостоятельно.

СКВОЗНОЙ ПРОЦЕСС - ЭТО ПРОСТО!

Для начала начертите на дисплее замкнутый контур, который будет означать вид сверху на колодец и еще несколько контуров внутри первого, которые будут означать бобышки.

Стоп! Должен Вас предупредить: для получения сквозного процесса нужно помнить, что Вы не просто чертите, а строите модель (в данный момент - плоскую). А это значит, что о точности построений, равной толщине карандаша, и о прочих конструкторских хитростях, придется забыть. Хотя почему? В системе ADEM есть параметризация, которая позволяет чертить даже с серьезными погрешностями, а затем, задав необходимые значения размеров, автоматически получить точную геометрию, да еще рассчитанную на середину поля допуска.

Итак, плоская модель готова. Вы конечно можете дочертить необходимые виды, разрезы, сечения, расположить рамку и штамп, взятые из архива, проделать прочие, необходимые для оформления чертежа, действия, но для фрезерования колодца данной геометрической информации вполне достаточно.

Теперь необходимо ввести параметры ТО. Задайте глубину колодца, диаметр фрезы, глубину резания и другие технологические параметры фрезерного перехода. Если Вы не уверены или не знаете какими должны быть эти параметры, оставьте их "по умолчанию". Система постарается не сломать инструмент и не разрушить заготовку.

Теперь система ADEM сама рассчитает оптимальную траекторию движения фрезы так, чтобы не "зарезать" стенки и бобышки. И чтобы Вы в это поверили, нарисует траекторию и покажет различными цветами, как будет двигаться инструмент.

Чтобы получить более полное представление о том, что получилось, ADEM покажет Вам объемную модель результата обработки, которую Вы можете рассмотреть со всех сторон, даже рассечь плоскостями, проверяя невидимые на общем плане подробности (рис. 10).

Убедившись, что все в порядке, можно уже выходить на станок с программой для ЧПУ, разработанной лично Вами, и изготовить деталь, спроектированную также лично Вами.

АССОЦИАТИВНОСТЬ - ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СВЯЗИ

Уважаемый читатель уже знаком с понятием "параметризация в CAD - системах". Это, как правило, один из удобных механизмов, применяемых при модификации объемных моделей или чертежей. Суть его в ассоциативной связи между размером и геометрией. В современных интегрированных CAD/CAM-системах ассоциативность несет большую нагрузку и решает очень серьезные проблемы.

1. Ассоциативность ГЕОМЕТРИЯ-ТЕХНОЛОГИЯ позволяет при изменении геометрии КЭ автоматически получать новую траекторию движения инструмента и, соответственно, новую управляющую программу.

Например, если в чертеже, обработанного Вами колодца, изменить положение бобышки и/или геометрию контура колодца, то система ADEM автоматически произведет расчет траектории и выдаст Вам новую программу для ЧПУ. При этом Вам не придется вносить никаких других изменений в параметры процесса, кроме указанного изменения геометрии чертежа.

Данная ассоциативность базируется на параметрической связи внутри ТО (то есть на связи между КЭ и ТП). В системе реализована связь технологии не только с плоской геометрией, но и с объемными моделями. Например, в случае КЭ типа поверхность.

Значение ассоциативной связи между геометрией и технологией трудно переоценить. На ее основе можно создавать типовые технологические процессы на группы и классы деталей. Вам не придется привлекать технологов, в случае изменений конструкции изделия, для изготовления нового образца.

2. Ассоциативность ТОПОЛОГИЯ-ТЕХНОЛОГИЯ является дальнейшим развитием предыдущего типа параметрической связи, позволяет автоматически получать новые управляющие программы при топологических изменениях конструкции. Например, при изменении количества бобышек в колодце или при замене колодца с плоским дном на колодец с дном в виде сложной поверхности.

3. Ассоциативность ТЕХНОЛОГИЯ-ТЕХНОЛОГИЯ. Известно, что в реальных технологических процессах технологические переходы могут влиять друг на друга. Данная зависимость имеет четкое направление - от предыдущего перехода к последующему. Так, например, траектория движения фрезы при чистовой обработке зависит от того, как была произведена черновая обработка.

В системе ADEM пользователь имеет возможность назначать для каждого конструкционного элемента параметрическую связь между ТП над этим элементом. Это позволяет автоматизировать ряд трудоемких процедур, как при создании новой программы управления станками, так и при внесении изменений в проект.

Например, для автоматического удаления материала из необработанных зон, пользователь просто копирует технологический объект "фрезеровать колодец", сообщает системе, что оригинал и копия параметрически связаны и изменяет диаметр фрезы во втором объекте. Система понимает, что траектория второго фрезерования зависит от результатов предыдущего и удаляет материал только из необработанных зон. В первую очередь данный тип параметрической связи позволяет сократить время обработки изделия за счет генерации траектории только в нужных областях пространства. Во-вторых, позволяет автоматизировать процесс внесения геометрических и технологических изменений в проект.

Еще одна возможность состоит в назначении единой технологии для нескольких, разных по геометрии и топологии конструктивных элементов. Данная параметризация позволяет автоматически получать новую программу в случае технологических изменений. Например, по каким-либо соображениям решено вместо фрезы диаметром 8 мм использовать фрезу диаметром 10 мм, или повысить качество поверхности, ограничив максимальную высоту гребешка не 0,5 мм, а 0,1 мм. При этом, пользователь изменяет соответствующие параметры ТП только для одного КЭ, а система генерирует новую управляющую программу для всех параметрически связанных элементов.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ.