Продолжаем знакомиться с технологиями обработки на фрезерных станках с ЧПУ посредством выдержек из книги Ловыгина А.А., Васильева А.В. и Кривцова С.Ю. — переходим к описанию CAD CAM систем и принципов моделирования и работы.
Сегодня для достижения успеха на рынке промышленное предприятие вынуждено работать над сокращением срока выпуска продукции, снижением ее себестоимости и повышением качества. Стремительное развитие компьютерных и информационных технологий привело к появлению CAD/CAM/CAE систем, которые являются наиболее продуктивными инструментами для решения этих задач.
Что такое CAD и САМ?
Под CAD системами (computer-aided design — компьютерная поддержка проектирования) понимают программное обеспечение, которое автоматизирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компьютера.
САМ системы (computer-aided manufacturing — компьютерная поддержка изготовления) автоматизируют расчеты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ, и обеспечивают выдачу управляющих программ с помощью компьютера.
ОБУЧЕНИЕ ЧПУ — УРОК 13 — ПЕРЕДАЧА УП НА СТАНОК / Программирование станков с ЧПУ и работа в CAD/CAM
САЕ системы (computer-aided engineering — компьютерная поддержка инженерных расчетов) предназначены для решения различных инженерных задач, например, для расчетов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчетов гидравлических систем и механизмов.
Развитие CAD/CAM/CAE систем продолжается уже несколько десятилетий. За это время произошло некоторое разделение или точнее “ранжирование” систем на уровни. Появились системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Системы верхнего уровня обладают огромным набором функций и возможностей, но с ними тяжелее работать.
Системы нижнего уровня имеют довольно ограниченные функции, но очень просты в изучении. Системы среднего уровня — это “золотая середина”. Они обеспечивают пользователя достаточными для решения большинства задач инструментами, при этом не сложны для изучения и работы.
Уровни САМ системы
САМ система предназначена для автоматического создания управляющих программ на основе геометрической информации, подготовленной в CAD системе. Главные преимущества, которые получает технолог при взаимодействии с системой, заключаются в наглядности работы, удобстве выбора геометрии, высокой скорости расчетов, возможности проверки и редактирования созданных траекторий.
Различные САМ системы могут отличаться друг от друга областью применения и возможностями. К примеру, существуют системы для токарной, фрезерной, электроэрозионной обработки, деревообработки и гравировки. Не смотря на то, что большинство современных CAD/CAM систем умеют создавать УП для любого типа производства, такое разделение по областям применения остается актуальным.
Если предприятию нужна фрезерная обработка, то оно приобретает модуль фрезерования. Если же нужна только токарная обработка, то достаточно приобрести токарный модуль этой же системы. Модульность построения САМ систем является частью маркетинговой политики разработчиков и позволяет предприятию-пользователю экономить значительные средства для приобретения только необходимых конструкторско-технологических возможностей.
ОБУЧЕНИЕ ЧПУ — УРОК 12 — СОЗДАНИЕ УП НА ПК / Программирование станков с ЧПУ и работа в CAD/CAM
В свою очередь, модули системы отличаются определенным уровнем возможностей. Обычно для фрезерной обработки разработчики вводят следующие уровни:
• 2.5-й осевая обработка
На этом уровне система позволяет рассчитывать траектории для простого 2-х координатного фрезерования и обработки отверстий.
• 3-х осевая обработка с позиционированием 4-ой оси
На этом уровне вы сможете работать с 3D моделями. Система способна генерировать УП для объемной обработки.
В этом случае система предназначена для работы с самым современным оборудованием и способна создавать УП для 5-ти осевого фрезерования самых сложных деталей.
Чем выше уровень модуля, тем большими возможностями он обладает. Естественно, что для разработки алгоритмов 5-ти координатной обработки требуются большие инвестиции (как финансовые, так и интеллектуальные), чем для разработки алгоритмов 3-х координатной обработки. Следовательно, и стоимость модулей будет разной. Если у вашего предприятия нет оборудования для 5-ти координатной обработки, то нет смысла приобретать самый дорогостоящий модуль.
Геометрия и траектория
Прежде чем начать работу с CAD/CAM системой вы должны понять, что геометрия детали изготовленной на станке с ЧПУ может отличаться от истинной геометрии CAD модели. Несомненно, что 3D модель служит базой для расчета траекторий, но готовая деталь является результатом работы САМ системы и станка с ЧПУ, которые по-своему интерпретируют исходную геометрическую информацию.
Возьмем эллипс, который может быть создан в любой CAD системе очень просто — достаточно одного клика мышкой. Однако станок с ЧПУ не способен напрямую описать эллипс, ведь он умеет перемещать инструмент только по прямой или дуге. САМ система знает это и решает возникшую проблему при помощи аппроксимации эллипса прямыми линиями с определенной точностью. В результате, траекторию эллипса можно получить и на станке с ЧПУ, но уже при помощи линейной интерполяции.
Программист сам устанавливает ограничивающую зону для аппроксимации, то есть определяет с какой точностью нужно “приблизиться” к исход¬ной геометрии. Чем выше задана точность, тем больше будет произведено отдельных сегментов, и тем больший размер будет иметь программа обработки. Особенно ярко этот эффект проявляется при обработке 3D моделей.
Рис. 12.10. Линейная аппроксимация эллипса в САМ системе выполняется с заданной точностью.
Общая схема работы с CAD/CAM системой
Этап 1. В CAD системе создается электронный чертеж или 3D модель детали. На рисунке 12.1 изображена трехмерная модель детали с карманом сложной формы.
Этап 2. Электронный чертеж или 3D модель детали импортируется в САМ систему. Технолог-программист определяет поверхности и геометрические элементы, которые необходимо обработать, выбирает стратегию обработки, режущий инструмент и назначает режимы резания. Система производит расчеты траекторий перемещения инструмента.
Рис. 12.2. САМ система рассчитала траекторию для обработки кармана.
Этап 3. В САМ системе производится верификация (визуальная проверка) созданных траекторий. Если на этом этапе обнаруживаются какие либо ошибки, то программист может легко их исправить, вернувшись к предыдущему этапу.
Рис. 12.3. Результат верификации.
Этап 4. Финальным продуктом САМ системы является код управляю¬щей программы. Этот код формируется при помощи постпроцессора который форматирует УП под требования конкретного станка и системы ЧПУ.
Виды моделирования
Существует несколько вариантов геометрического представления детали в CAD системе. Выбор того или иного варианта зависит от возможностей системы и от необходимости его применения для создания управляющей программы.
Еще не так давно основными инструментами инженера-конструктора были карандаши, линейка и ватман. С появлением первых персональных компьютеров началась настоящая революция в области автоматизации проектирования. Инженеры-конструкторы сразу же оценили преимущества “плоских чертилок”. Даже самая простая CAD система для двумерного проектирования позволяет быстро создавать различные геометрические элементы, копировать фрагменты, автоматически наносить штриховку и проставлять размеры.
Основными инструментами при плоском проектировании являются линии, дуги и кривые. При помощи операций продления, обрезки и соединения геометрических элементов происходит создание “электронного чертежа”. Для полноценной работы с плоской графикой в САМ системе необходима дополнительная информация о глубине геометрии.
Каркасная модель представляет геометрию детали в трехмерном пространстве, описывая положение ее контуров и граней. Каркасная модель в отличие от плоского электронного чертежа предоставляет САМ системе частичную информацию о глубине геометрии.
С развитием автомобильной и авиационной промышленности и необходимостью аналитического описания деталей сложной формы на ПК, сформировались основные предпосылки для перехода от плоского к объемному моделированию Объемная или 3D модель предназначена для однозначного определения геометрии всей детали.
Рис. 12.5. 2D геометрия.
Рис. 12.6. Каркасная модель.
Рис. 12.7. Поверхностная модель.
Системы объемного моделирования базируются на методах построения поверхностей и твердотельных моделей на основе плоских и неплоских эскизов. Эскиз, в свою очередь, состоит из простых геометрических элементов — линий, дуг и кривых. Инженер-конструктор принимает в качестве эскизов сечения, виды и осевые линии деталей.
Поверхностная модель очень похожа на каркасную. Представьте себе, что между гранями каркасной модели натянута тонкая ткань. Это и будет поверхностной моделью. Таким образом, любое изделие может быть представлено в виде набора ограничивающих поверхностей.
В настоящее время поверхностные модели широко используются для работы с САМ системами, особенно когда речь идет об инструментальном производстве.
При твердотельном способе моделирования основными инструментами являются тела, созданные на основе эскизов. Для построения твердого тела используются такие операции как выдавливание, вырезание и вращение эскиза. Булевы операции позволяют складывать, вычитать и объединять раз¬личные твердые тела для создания 3D модели изделия.
В отличие от поверхностных моделей, твердотельная модель не является пустой внутри. Она обладает некоторой математической плотностью и массой. На сегодняшний день твердотельные модели — это самое популярная основа для расчета траекторий в САМ системе.
Одним из главных преимуществ этого способа является так называемая параметризация. Параметризация означает, что в любой момент вы можете изменить размеры и характеристики твердого тела, просто изменив числовые значения соответствующих параметров.
Современная CAD/CAM система должна обладать инструментами для создания как поверхностных, так и твердотельных моделей.
Рис. 12.8 Выдавливание (Extrude) плоского эскиза для создания твердотельной модели.
Источник: rusnc.ru
Использование cad/cam систем для написания управляющих программ
По оценкам зарубежных экспертов, фирма, предлагающая новое изделие на две недели раньше других, захватывает 85% этого рынка. Отсюда видно, насколько важны сроки подготовки и начала серийного выпуска того или иного продукта.
Программирование – ответственный этап в подготовке производства, так как качество программы не только определяет выходные параметры детали, но и в значительной степени влияет на производительность станка.
Разработка УП в ручном режиме требует кропотливого отбора технологических решений, трудоемких геометрических расчетов. При этом необходима обширная справочная и вспомогательная информация.
Проектирование полного технологического процесса выходит за рамки собственно программирования обработки на станке с ЧПУ. С программированием связан целый комплекс проблем, как чисто технических (кодирование, математическое обеспечение расчетов и т.д.), так и организационного характера.
Важнейшим компонентом структуры технологического процесса обработки детали на станке с ЧПУ является операция, элементами которой служат установы, позиции переходы и проходы. Дальнейшая детализация (шаги, ходы) является спецификой ЧПУ. Она связано с интерполяцией отдельных участков, разгоном-торможением в пределах участка обработки, с интерполяцией в пределах одного квадранта и т.д.
Частично или полное решение этих задач является целью системы автоматизированного программирования (САП). Разработка методов автоматического программирования и необходимого математического обеспечения оказала решающее влияние на темпы развития ЧПУ станками и подготовила переход к ГПС. Применение ЭВМ для автоматизации программирования обработки требует разработки специального программного обеспечения, реализующего комплекс алгоритмов для решения геометрических и технологических задач подготовки УП, и проблемно-ориентированного языка для записи и ввода в ЭВМ исходной информации. Это ПО называют САП.
Современному производству характерно использование с целью автоматизации компьютерной техники на всех уровнях. Это осуществляется на базе так называемых CAD/CAM,CAE систем, связанных единой сетью.
Система CAD (Computer Aided Design) — компьютерная помощь проектированию, САМ (Computer Aided Manufacturing) — компьютерная помощь изготовлению и CAE (Computer Aided Engineering) — компьютерная помощь инженерии — системе расчетов, контроля, управления. Производство с CAD/CAM/CAE системами и определяется как компьютерно-интегрированное производство (КИП).
Работа в системах CAD/САМ предполагает принцип параллельного инжиниринга, когда концепция изделия прорабатывается и рассчитывается конструктором, внешний вид — художником — дизайнером, а вопросы технологии (в том числе и технологичности) тут же рассматриваются специалистами-технологами. Система обеспечивает быстроту обмена замечаниями между специалистами, согласование и оптимизацию конструкции и технологии, при необходимости быструю подготовку и глобальные изменения в текущем проекте (или в только что завершенном), согласование их с составными частями проекта, затрагиваемые этими изменениями. И тут же в процессе работ возможно быстрое проектирование разрабатываемых изделий в их вариантах и, наконец, разработка управляющих программ для оборудования с ЧПУ для выпуска опытной партии.
Источник: studfile.net
Использование систем CAD/CAM для станков с ЧПУ
Обработка с ЧПУ (CNC) — это процесс, в котором используется компьютерное управление для управления станками и режущими инструментами. Аббревиатура CNC происходит от английского термина Computer Numerical Control.
В настоящее время станки с ЧПУ представляют собой наиболее эффективный метод обработки как для серийного, так и для штучного производства. Они характеризуются высокой точностью, качеством обрабатываемых поверхностей, жесткостью технологической системы и скоростью обработки.
Использование станков с ЧПУ подходит для широкого спектра материалов, включая пластмассы, дерево, стекло, металлы и композиты. Станки с ЧПУ используются в различных отраслях, таких как аэрокосмическая промышленность и другие отрасли. Более подробное определение станков с ЧПУ смотрите также здесь: Как устроены и работают станки с ЧПУ
Причины использования станков с ЧПУ:
- Повышение точности — при использовании станков с ЧПУ повышается геометрическая точность работы станков, а также геометрическая и размерная точность заготовок и обрабатываемых поверхностей ;
- Улучшение качества – после обработки повышается качество получаемых поверхностей, целенаправленное воздействие волнистости, шероховатости ;
- Увеличение производительности – увеличение краткосрочной, а также долгосрочной производительности станка ;
- Повышение надежности – не только повышается надежность станка по сравнению с классическими традиционными методами, но и обеспечивается надежность производственного процесса, что означает долгосрочное соблюдение качества заготовок ;
- Повышение эффективности – минимизация удельных затрат на станки, минимизация вспомогательного времени.
Для того чтобы обработка с ЧПУ была макасимально эффективной и достигала высокой точности заготовок и скорости обработки, необходимо использование систем CAD/CAM, которые представляют собой высочайший уровень автоматизации для технологии производства с ЧПУ.
Системы CAD/CAM используются для автоматического программирования станков с ЧПУ. Они представляют собой компьютерную поддержку проектирования изготавливаемой детали.
С помощью этих систем можно спроектировать деталь требуемых размеров и форм, а затем смоделировать производственный процесс, в котором генерируются функции движения инструментов и заготовок на станке.
В среде этих программ могут быть выбраны различные производственные условия: выбор инструментов для обработки, режимы резания, различные стратегии черновой и чистовой обработки.
Преимуществами этого метода программирования станков с ЧПУ являются его скорость, наглядность и эффективность.
Что такое CAD и CAM
CAD — Computer-aided design, Система автоматизированного проектирования, САПР.
CAD -системы комплексно решают стадию разработки и проектирования, поддерживают все виды деятельности при подготовке конструкторской документации. Он представляет собой важное средство автоматизации инженерной деятельности.
К основным компонентам CAD-системы относятся:
- Концептуальное проектирование изделия – предлагается функциональная структура изделия, его основные части, их геометрические взаимосвязи и эксплуатационные параметры;
- Инженерное проектирование – основное внимание уделяется точной геометрической форме, размерам, материалу, состоянию поверхности;
- Создание р абоч его проект а – создание данных для производства в цифровом виде;
- Моделирование – здесь решаются оптимизационные расчеты, создание альтернатив строительства и их оценка;
- Связь с другими компьютерными системами.
CAM (Computer-aided manufacturing, автоматизированное производство) — это программное обеспечение, связанное с созданием программ для технологии производства ЧПУ.
В системах используются геометрические и другие данные, полученные на этапе компьютерного проектирования детали через CAD-систему. Затем эти данные используются для создания симуляций и программ.
Самы е качественны е и наиболее распространенны е CAM-системы:
- Строятся по м одульн ой концепци и;
- С одержат библиотеки готовых постпроцессоров , которые служат для перевода сгенерированных траекторий в формы, понятные системе управления производственным станком.
- С одержат модули для моделирования производственного процесса непосредственно на ПК, что позволяет обнаруживать ошибки в программе ЧПУ.
Использование CAM-систем уже хорошо зарекомендовало себя в промышленной сфере для быстрого и эффективного создания программ ЧПУ.
В связи с бурным развитием в области информационных и коммуникационных технологий создано множество усовершенствованных дополнительных программных надстроек или непосредственно функций CAM-систем, которые служат, например, для оптимизации скорости резания, скорости подачи, расчета сил резания, анализа формирования стружки и т. д.
Свойства систем CAD/CAM
Термин «Система CAD/CAM» можно понимать на трех уровнях:
- Система CAD/CAM как компьютеризированный отдел, который обеспечивает все действия и функции, относящиеся к обеим системам CA, с подключением и прямыми связями с другими системами CAx;
- CAD/CAM как технология — использование ПК для выполнения определенных функций на этапах подготовки производства;
- CAD/CAM как программное обеспечение – генерация программ непосредственно из проекта.
К основным характеристикам систем CAD/CAM, как программного продукта, относятся:
- Сложность — возможность моделировать, загружать, функционально и проектно отлаживать, а затем производить в одной среде;
- Параметричность — создание 3D модели заставляет технолога мыслить технологично и гарантирует правильность конструкции;
- Отношения — реализация зависимости формы и размеров отдельных параметров 3D деталей через их взаимосвязи;
- Ассоциативность — изменение чертежа сразу же отражается в модели, в сборке, а также в программе ЧПУ;
- Коммуникабельность – связь с другими системами.
Благодаря технологиям CAD можно визуализировать отдельные прототипы. По сравнению с проектированием в прошлом, CAD-системы — это большой шаг вперед, главным образом потому, что можно создавать виртуальные 3D-модели, которые явно облегчают воображение, а также сильно сокращают время, необходимое для проектирования.
В большинстве CAD- систем также реализовано создание 2D-чертежной документации, которая настолько упрощена, что нет необходимости вручную чертить определенные узлы и агрегаты, а программа сделает это за нас.
Применение CAD- систем можно найти в широком спектре современных отраслей, особенно в машиностроении, авиации, электротехнике, электронике, строительстве и т.д. Это одни из основных инженерных систем, используемых в современном проектировании.
Большим преимуществом CAD-систем является то, что при проектировании и последующем анализе отдельных машин и компонентов можно оптимизировать конкретные формы, геометрию и размеры еще до начала фактического производства. Таким образом удается избежать относительно высоких экономических потерь.
На сегодняшний день существуют CAD-системы для всех основных платформ (Windows, Linux, UNIX и Mac OS X). Некоторые пакеты поддерживают несколько платформ.
В настоящее время для большинства таких программ не требуется никакого специального оборудования. Однако некоторые CAD-системы могут выполнять задачи, требующие больших графических и вычислительных ресурсов, поэтому могут быть рекомендованы современные графические карты, высокоскоростные (и, возможно, несколько) процессоры и большой объем оперативной памяти.
В промышленности можно найти бесчисленное количество программ САПР от различных коммерческих компаний. Как и в случае с любым другим программным обеспечением, для коммерческого использования программы САПР необходимо приобрести лицензию.
Каждая программа в основном основана на одном и том же принципе рисования и моделирования. В большинстве случаев они не сильно отличаются. Самые большие различия могут возникнуть в основном только в процессе создания модели, но принцип остается в основном тем же. Однако перед правильным использованием всегда необходимо ознакомиться с конкретной программой.
К наиболее известным программам САПР (CAD/CAM-системам) относятся:
- Autodesk AutoCAD;
- Autodesk Inventor;
- SolidWorks;
- PTC Creo Parametric;
- Siemens NX;
- Siemens Solid Edge;
- T-FLEX;
- Dassault Systemes;
- CATIA и многие другие.
Конечно, все перечисленные программы САПР имеют возможность создавать 3D-модели, создавать собранные сборки и создавать чертежную документацию из файлов 3D-САПР. Однако почти каждая программа также имеет множество дополнительных систем, упрощающих и оптимизирующих конкретный проект.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник: electricalschool.info