3.3 Особенности применения возможностей cam для различных видов обработки

3.3.1 Плоское фрезерование

Исходной геометрией для данной обработки может быть как плоская, так и объемная модель. Последняя более информативна, по­скольку содержит информацию о глубине или высоте элемента. Тем не менее для плоского фрезерования можно с ус­пехом пользоваться и 2D, и 3D моделями.

Выбор стратегии. Как правило, плоское фрезерование отличается большей потребностью в раз­личных стратегиях обработки, чем объемное. Способ обработки зависит от мно­гих факторов, но зачастую конфигурация обрабатываемого элемента уже накла­дывает определенные условия на вид траектории. Так, например, при выборке элементов типа «Уступ» наиболее оправдана схема обработки, при которой инст­румент подходит из свободной зоны, последовательно приближаясь к обрабаты­ваемому элементу, а для выборки элементов типа «Окно» и «Колодец (пониже­ние)» более подходит эквидистантный или спиральный вид траектории. Таким образом, технолог, при проектировании управляющей программы, должен иметь возможность выбора наиболее подходящего метода обработки. Момент врезания в материал очень важен для любого вида фрезерной обработки, поскольку на этом этапе фреза испытывает наибольшие нагрузки. Плоская обработка тут не исключение, поскольку очень часто обработка выполняется из «кирпича». Наличие различных типов врезания в этом случае просто необходимо.

После врезания и выборки основного материала наступает очередь обработки стенок фрезеруемого элемента, тут важно обеспечить правильный подход и отход к стенке обрабатываемого элемента на последнем проходе. Свои особенности су­ществуют и здесь. Например: схема отхода может не совпадать со схемой подхода, для обеспечения качества стенки отход лучше выполнять на некотором расстоя­нии от точки подхода, в большинстве случаев требуется включение/выключение коррекции на радиус инструмента, наличие линейных участков перед радиусным подходом (для включения коррекции) и др.

3.3.2 Токарная обработка

Токарная обработка на станках с ЧПУ является одним из самых распространенных методов изготовления деталей. Ее возможности, а также функционал современных CAM модулей, постоянно совершенствуются.

Так, например, пользователь при работе с машиностроительными САПР может использовать инструмент произвольной формы. При этом можно учи­тывать геометрию режущей пластинки и резцедержателя при расчете траектории движения инструмента, не допуская столкновений инструмента с деталью и при­способлением.

Суть данной возможности заключается в необходимости модифицировать исход­ные контуры получаемой детали и заготовки таким образом, чтобы движение по этим контурам отображало реальный контакт инструмента с деталью. Если опус­тить технические аспекты, то весь расчет можно разделить на три основных этапа:

• построение контура, отражающего движение настроечной точки инстру­мента при обкате объединенным контуром режущей пластинки и резцедер­жателя, контура детали;

• построение контура, отражающего движение настроечной точки инструмен­та при обкате контуром режущей пластинки контура заготовки;

• объединение обоих контуров.

В результате получают замкнутый контур, гарантирующий отсутствие столк­новений с деталью при любых формах режущей пластинки и резцедержателя. В на­стоящий момент системой возможно контролировать столкновения на чистовых и черновых проходах. Моделирова­ние процесса точения возможно в плоскости и в пространстве с учетом парамет­ров, выбранных пользователем из базы данных.

3.3.3 Сверлильно-расточная обработка [7]

Операции сверлильно-расточной группы, пожалуй, самый распространенный вид обработки, независимо от того, выполняется ли они на универсальном оборудовании или на станке с ЧПУ. Все возможности данного вида обработки содержат следующие типы технологических переходов: центровать; сверлить; зенкеровать; развернуть; нарезать резьбу; расточить.

Панель, определяющая режимы обработки содержит параметры необходимые для задания общей глубины сверления, глубины/количества проходов, коэффициента уменьшения глубины и величины вывода инструмента. Его ось может быть установлена под произвольным углом, а если указана несущая поверхность, то нормали к ней, кроме этого при наличии поверхности можно задать сверление от плоскости привязки по поверхности или сверление от поверхности на заданную глубину. На панели так же доступны параметры управления подачей, недобегом, перебегом и системой охлаждения, выстоем (в секундах/оборотах). САПР выполняет полный контроль параметров инструмента, например соответствие глубины сверления и длины режущей части и общей длины инструмента. Общие параметры во многом схожи для всей сверлильно-расточной группы, исключение составляет лишь переход "Расточить". В нем присутствуют дополнительные элементы определяющие схему расточки и параметры, определяющие режимы вывода инструмента из зоны обработки, например для того чтобы остановить шпиндель под фиксированным углом, если пространство для вывода ограничено.

Сверление с разных сторон. В последнее многие предприятия успешно модернизируют свое оборудование, закупая в основном многофункциональные обрабатывающие центры. Эти станки позволяют выполнять обработку деталей практически за один установ, разворачивая заготовку, когда это необходимо. Поддерживая подобный типа станков, САПР предлагают вариант "5-ти позиционной" обработки, в том числе и для обработки отверстий. Наибольшего преимущества от данного способа обработки, можно получить, если использовать объемные модели изделия. Используя объемную модель и различные способы привязки системы координат обрабатываемого конструктивного элемента, задается положение плоскости обработки в системе координат станка и сами отверстия. В качестве источника геометрической информации могут быть использованы плоские элементы, объемные ребра и грани. Если система распознает, что в качестве элемента для указано не отверстие, то автоматически вычисляется центр масс отмеченного элемента, в котором и будет происходить обработка. Использование этой возможности удобно для предварительного сверления технологических отверстий, поскольку сами они в модели чаще всего отсутствуют. Далее, во время расчета траектории, система будет формировать все необходимые команды, чтобы установить требуемую зону и выполнить обработку. На этапе создания управляющей программы постпроцессор автоматически пересчитает все перемещения и повороты с учетом кинематической схемы станка, логики управления осями и других параметров.

3.3.4 Электроэрозионная обработка

Электроэрозионная обработка является чрезвычайно эффективной, иногда единственной, технологией при обработке твердых и высокопрочных металлов. Одним из ее видов, широко применяемых при изготовлении технологической оснастки, является проволочная электроэрозионная резка. Важнейшим практическим достоинством данного вида обработки является малый радиус эффективного сечения инструмента (проволоки), а также реализованная на современных электроэрозионных станках возможность ее пространственной ориентации в достаточно широком диапазоне углов. В результате создаются уникальные возможности изготовления точных деталей в широком диапазоне размеров с весьма сложной геометрией.

Вместе с тем этот вид обработки имеет ряд особенностей, отличающих его от обычных способов обработки металлов резанием. Перечислим необходимые функциональные возможности технологического пакета программирования электроэрозионной обработки:

1) необходимо для получения требуемой точности использовать активное управление режимом генератора и процессом промывки;

2) для той же цели при электроэрозионной проволочной обработке применяется многопроходная обработка (3-4 прохода), которые должны строиться по заданным параметрам автоматически;

3) при задании коррекции для гладкого выхода на обрабатываемый контур должен быть реализован ряд подходов, определяемых технологическими рекомендациями;

4) при обработке с постоянным наклоном проволоки необходимо решение, обеспечивающее ее движение при формировании углов в контурах деталей;

5) при использовании управления углом ориентации проволоки необходим гибкий аппарат формирования граничных контуров, определяющих ее движение и задание соответствия точек контуров, задающих ее текущее положение;

6) необходимость крепления детали в ванне или на столе при обработке под струей промывающей жидкости, при этом требуется удобное управление остановом для перестановки креплений детали;

7) наконец, программирование пространственного движения проволоки по двум контурам для станков разных фирм существенно отличается и требует определенной специализации управляющих программ.

3.3.5 Многоосевая обработка [8]

Учитывая возросшую в последнее время популярность многокоординатного оборудования, в современных версиях САПР значительное внимание уделено именно этому виду обработки.

В зависимости от числа одновременно управляемых координат сложные фрезерные станки можно разделить на 4-х и 5-ти координатные (когда к трем линейным перемещениям добавляются одно или два угловых). Изменение углов инструмента по отношению к детали может быть выполнено:

-поворотом стола и/или шпинделя;

-совместным поворотом детали, закрепленной в шпинделе токарно-фрезерного обрабатывающего центра и дополнительного фрезерного шпинделя;

-использованием силовых роботов-манипуляторов, на которых установлен вращающийся фрезерный инструмент.

4-х координатная обработка на телах вращения. Смысл обработки состоит в том, что плоская траектория как бы "наворачивается" на тело вращения, образующая которого задана произвольным контуром. Ось инструмента при этом может быть выставлена либо по нормали к обрабатываемой поверхности, либо по нормали к оси вращения детали. В качестве места обработки может быть определен любой конструктивный элемент, доступный в системе: например, "Колодец" или "Текст". Этому виду обработки могут быть присущи все возможности, доступные в плоском фрезеровании: многопроходная обработка, врезание, коррекция, подбор необработанных зон и др. Диапазон его применения очень широк: от лазерной маркировки сувенирной продукции до обработки корпусов в ракетно-космической промышленности. Впрочем, в обоих этих случаях обработка выполняется чаще всего на цилиндре или конусе.

5-ти координатная обработка произвольных поверхностей. 5-ти координатная обработка широко применяется при лазерной сварке объемных деталей и резке плоских и объемных элементов. Основные возможности управления с помощью САПР: параметрическое копирование обработки на группе точек и возможность управляемого создания точек прерывания луча, что исключает выпадение деталей, заданных замкнутыми контурами.

Для создания управляющих программ сварки используется возможность движения лазера вдоль объемной кривой с заданным фокусным расстоянием и вектором оси лазерного луча. Во время движения вдоль кривой допускается корректировка угла наклона луча на ее отдельных участках, что позволяет более гибко управлять положением шпинделя. Изменение углов может производиться дискретно, на каждом участке, или меняться плавно по ходу движения.

Более широкие возможности доступны в режиме лазерной резки, который применяется в основном для обработки тонкостенных оболочек. Для того, чтобы задать положение инструмента в пространстве и обеспечить его удержание по нормали к обрабатываемой оболочке, достаточно указать поверхности движения, по которым скользит луч, и набор управляющих кривых. Режимы работы лазера выбираются из базы данных, исходя из марки материала, указанного в техпроцессе.

Объемная лазерная обработка по сложности уступает фрезерной, поэтому развитие САПР ведется именно в направлении фрезерования. В первую очередь в современных САПР был реализован полный контроль ситуаций: проверяется касание инструмента и компонентов шпинделя как рабочих, так и контрольных поверхностей. С развитием САПР были существенно расширены виды формируемых траекторий, среди которых следует отметить спираль, эквидистанту, зигзаг UV c автоматической сшивкой поверхностей, контурные траектории, обеспечивающие плавный переход в продольном и поперечном направлении с одной кривой на другую и др.

Появилась возможность задания углов опережения/отклонения, позволяющих исключить нулевую скорость резания в центре фрезы и обеспечивать доступ инструмента в теневые зоны. Также были переработаны с учетом специфики многоосевой обработки методы подход/отход к обрабатываемым поверхностям, что позволяет теперь выполнять их наиболее оптимальным образом.

Интеграция пятиосевой обработки и функций позиционирования позволила реализовать схему обработки "5+2". Ее применение оправдано в тех случаях, когда диапазон изменения углов инструмента ограничен, а станок оснащен делительной головкой. В этом случае в одном переходе программируется 5-х обработка зоны, доступной для инструмента, после чего происходит дискретный разворот заготовки в следующую доступную зону и продолжение обработки в следующем переходе.

Во всех приведенных выше примерах используется возможность системы, при которой геометрическая модель сама определяла положение инструмента по отношению к обрабатываемой детали. В большинстве случаев этого вполне достаточно для формирования УП, к тому же значительно упрощается сам процесс создания маршрута.

3.3.6 Скоростная обработка (HSM)

Практически все современные системы обработки (а это сочетание САМ-систе-мы, станка и инструмента) рассчитаны на высокоскоростные методы обработки. Предельная частота вращения шпинделя, как правило, более 12 000 об/мин, а если станок предназначен для обработки небольших деталей или пресс-форм, то и бо­лее 30 000 об/мин.

При HSM возникает интересный эффект — инструмент почти не греется, по­этому обычно не рекомендуется подавать СОЖ. Часто рекомендуется подавать воздух, но здесь его главное назначение — эффективно удалять стружку.

Что касается усилия резания, то оно, при переходе от обычного фрезерования к скоростному, сначала повышается, а затем, по мере увеличения оборотов и по­дачи, резко снижается. Всё тепло, выделяемое в процессе резания, уходит со струж­кой ( иногда она просто сгорает). Также сильно улучшается качество поверхности. Как правило, после фрезерования в режиме HSM деталь не требует шлифования и доводки.

Более того, так как HSM требует специально разработанного инструмента, в основном это монолитный твердосплавный, то такая система может обрабаты­вать любые материалы, включая закаленную сталь. Это приводит к тому, что сис­тема обработки, поддерживающая HSM, это серьезный конкурент электрохими­ческой обработке.

Из сложившейся ситуации следует вывод — необходимо покупать такие стан­ки, чтобы они поддерживали режимы работы, позволяющие реализовать потен­циал HSM.

Требования к станку — помимо оборотов, и всего из этого вытекающего, необ­ходима так называемая «динамическая жесткость». Несмотря на все требования к гладкости траекторий, считается, что станок должен отрабатывать перемещения с ускорениями до 10g (100 м/сек²).

Из опыта внедрения HSM следует, что покупкой или модернизацией станка и приобре­тением CAD/CAM систем не обойтись. Нужен инструмент, который стоит немало, но затра­ты на него окупаются очень быстро, а также опытные операторы самих станков,владеющие САМ-системой. Для уменьшения затрат и потерь от брака рекомендуется обратиться к фирме, поставляющей станки, и заказать обучение персонала у изготовителя станка.

Для выполнения требований, применяемым к скоростной обработке, при ра­боте с CAD/CAM системой необходимо произвести следующие действия:

1) cоблюдать требования по объему снимаемого материала в зави­симости от диаметра фрезы (берутся из справочников);

2) при грубой обработке устанавливать для всех станков (в том числе и 3- и 5-координатных) технологический переход « Фрезеровать 2.5Х» (для САПР АДЕМ), в нем задавать параметр « Мно­гопроходная обработка» с контролем глубины. Установить глубину , равную глуби­не резания, и тип обработки « зигзаг контурный». Установить «остаточный припуск», равным глубине резания для чистовой обработки.

3) при чистовой обработке:

— для 2.5-координатных станков установить тип обработки «Контурная пет­ля» и «глубина резания» со значением для чистовой обработки;

— для 3-координатных станков установить тип обработки «Петля UV» и «глу­бина резания» со значением для чистовой обработки.