Лекция 1 9 CAD / CAM / CAE системы. Виды и этапы программирования. Виды

Уровни CAM систем. Алгоритм работы в CAM системе: выбор геометрии;

выбор стратегии обработки; бэкплот и верификация; постпроцессирование.

УЧПУ
Программирование при помощи CAD/САМ/CAE систем

Ручное программирование

– программы создаются вручную.

Программирование на пульте УЧПУ - программы создаются и вводятся прямо на стойке ЧПУ, используя клавиатуру и дисплей.

Программирование при помощи CAD/САМ/CAE систем – программы создаются при помощи систем автоматизированного проектирования.

CAD система (computer-aided design - компьютерная поддержка проектирования) - программное обеспечение, которое автомати-зирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компьютера.

- программное обеспечение которое автоматизи-рует труд инженера технолога и позволяет

решать задачи по расчету траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ, и обеспечивают выдачу управляющих программ с помощью компьютера.
CAE систем (computer-aided engineering - компьютерная поддержка инженерных расчетов) - программное обеспечение предназначенное для решения различных инженерных задач, например, для расчетов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчетов гидравлических систем и механизмов.
CAD/CAM/CAE системы ранжированы:
Системы верхнего уровня обладают огромным набором функций и возможностей, но с ними тяжелее работать.
Системы среднего уровня - "золотая середина'. Обеспечивают пользователя достаточными для решения большинства задач инстру-ментами, при этом не сложны для изучения и работы.
Системы нижнего уровня имеют довольно ограниченные функции, но просты в изучении.

1. В CAD системе создается электронный чертеж или 3D модель

детали.

Этап 2. Электронный чертеж или 3D модель детали импортируется в САМ систему. Технолог-программист опреде-ляет поверхности и геометрические элемен-ты, которые необходимо обработать, выби-рает стратегию обработки, режущий инстру-мент и назначает режимы резания. Система производит расчеты траекторий пере-мещения инструмента.
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.

Чертеж

Траектории

Верификация

код управляющей программы. Этот код формируется при помощи постпроцессора, который

форматирует УП под требования конкретного станка и системы ЧПУ.
Постпроцессор - программа, которая преобразует файл траектории движения инструмента и технологических команд (промежуточный файл), сформированный CAD/САМ системой, в файл УП в строгом соответствии с форматом программирования конкретного станка с ЧПУ. В ряде отечественных систем постпроцессоры называются паспортами.

Плоское или двумерное проектирование – представление гео-метрии детали в

плоскости. Позволяет быстро создавать различные геометрические элементы, копировать фрагменты, автоматически наносить штриховку и проставлять размеры. Основными инструмен-тами при плоском проектировании являются линии, дуги и кривые.

2D геометрия

трехмерном пространстве. Описывается положение ее контуров и граней. Каркасная модель

в отличие от плоского электронного черте-жа предоставляет САМ системе частичную информацию о глубине геометрии.

Каркасная модель

всей детали.
Системы объемного моделирования базируются на

методах построения поверхностей и твердотельных моделей.
Поверхностное моделирование – представление геометрии детали в виде набора ограничивающих поверхностей (сечений).

Поверхностная модель

Инженер-конструктор в ходе проектирование принимает во внимание сечения, виды и осевые линии деталей.

в виде твердых тел, создаваемых на основе эскизов. Для построения

твердого тела используются такие операции как выдав-ливание, вырезание и вращение эскиза. Булевы операции позволяют складывать, вычитать и объединять различные 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 - наиболее популярная основа для расчета траекторий в САМ системе.

Выдавливание (Extrude) плоского эскиза для создания твердотельной модели.

Одно из главных преимуществ способа - возможность осуществ-ления параметризации, т.е. изменения в любой момент вре-мени размеров и характеристик твердого тела, путем изменения числовых значений соответ-ствующих параметров.

Union Сложение)
Объекты после выполнения булевой операции Intersection (Пересечение)
Объекты после выполнения

булевой операции Subtraction (Исключение)

Одним из наиболее удобных и быстрых способов моделирования является создание трехмерных объектов при помощи булевых операций. Например, если два объекта пересекаются, на их основе можно создать третий объект, который будет представлять собой результат сложения, вычитания или пересечения исходных объектов.

модульный принцип построения и пред-назначены для автоматического создания УП 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, возмож-ности проверки и редактирования созданных траекторий.
Различные САМ системы могут отличаться друг от друга областью применения и возможностями.

• 2.5-й осевая обработка. На этом уровне система позволяет рассчитывать траектории для простого 2-х координатного фрезерова-ния и обработки отверстий.
• 3-х осевая обработка с позиционированием по 4-ой оси. На этом уровне возможно работать с 3D моделями. Система способна генерировать УП для объемной обработки.
• Многоосевая обработка. В этом случае система предназначе-на для работы с самым современным оборудованием и способна создавать УП для 5-ти осевого фрезерования самых сложных деталей.

станке с ЧПУ отличается от истинной геометрии CAD модели. Расчеты

траекторий движения инструмента САМ система осуществляет при помощи аппроксимации прямыми линиями с определенной точностью.

Линейная аппроксимация эллипса в САМ системе выполняется с заданной точностью, которую устанавливает технолог - программист

Траектория эллипса получаемая на станке с ЧПУ при помощи линейной интерполяции

Первым действием технолога-программиста является выбор геометрических элементов, подлежащих обработке. Такие

геометрические элементы называются рабочими или обрабатываемыми. Это могут быть линии, поверхности, грани и ребра 3D моделей и т.д. Некоторые САМ системы требуют определения геометрии заготовки уже на начальном этапе проектирования обработки, т.е. система "видит" заготовку и рассчитывает траектории исходя из действительного припуска.

Способы задания заготовки

В виде цилиндра

В виде параллелепипеда

Произвольной формы

Выбирая геометрические элементы, подлежащие обработке технолог должен учитывать положение детали и заготовки относительно нулевой точки. Такой учет осуществляют либо путем смещения 3D модели детали относительно нулевой точки, таким образом, чтобы выбранный элемент совпал с ней, либо путем смещения нулевой точки относительно модели, "привязывая" ее к определенному геометрическому элементу.

САМ система обычно имеет большой набор стратегий и позволяет выполнить

обработку одной и той же детали разными способами. Условно все стратегии можно разделить на черновые и чистовые, стратегии плоской и объемной обработки.

Стратегии плоской обработки применяются при работе с 2D гео-метрией. В этом случае не требуется большого разнообразия -

Контурная стратегия (Contour). для чернового фрезерования указывается количество проходов и шаг между ними (перекрытие)

вся обработка сводится к фрезе-рованию контура или плоскости, выборке кармана и обработке отверстий.

Под стратегией обработки детали или конструкторско-технологического элемента (КТЭ) детали понимается последовательность применения металлообрабатывающего инструмента и траектория его движения, позволяющие получить требуемую форму, заданное качество и точность обработки.

замкнутых областей. Основными параметрами являются: шаг между проходами фрезы и

тип траектории (параллельная, спиральная, зигзаг и др.)

Обработка плоскости (Face). Основными параметрами для этой стратегии являются: шаг между проходами фрезы и угол обработки (45 градусов в данном примере)

Обработка отверстий - сверление (Drill), нарезание резьбы (Tlireading), растачивание (Boring). Основные параметры - тип операции и глубина обработки.

для работы с 3D моделями. Эти стратегии отличаются большим разнообразием,

однако все они условно могут быть также разделены на черновые и чистовые.
Стратегии объемной черновой обработки предназначены для быстрой послойной выборки большого объема материала и подготовки детали к последующей чистовой обработке.
Стратегии объемной чистовой обработки используются для окончательного фрезерования поверхностей с требуемым качеством. Зачастую при объемном чистовом фрезеровании управление перемещением режущего инструмента осуществляется одновременно минимум по трем координатам. В подобных случаях произвести расчет перемещения инструмента самостоятельно, без использования CAD/САМ системы чрезвычайно трудно.

матери-ала из закрытых или открытых карманов. Современная CAD/САМ система выбирает

оптимальную схему фрезерова-ния, обеспечивая максимальную производительность и минималь-ное число холостых ходов. Как правило, эта стратегия заклю-чается в последовательной послойной выборке материала и выполнении заключитель-ного чистового обхода контура на окончательной глубине.

Послойная обработка кармана

Послойная обработка кармана и контура

чистовой обработки дета-лей круглой формы. Перемещение инструмента в этой стратегии

производится от центра детали к ее внешним границам (или наоборот) с постепенным изменением угла в плоскости обработки.

Черновая радиальная обработка

Стратегия черновой вертикальной выборки используется для обработ-ки глубоких впадин и карманов используя движения аналогичные сверлению.

Стратегия черновой вертикальной выборки

контурной обработки деталей произвольной формы. Суть стратегии заключается в удалении

припуска за счет проходов фрезы по контурам, созданным путем "смещения" границ текущего слоя по Z.

Объемная контурная обработка

САМ система имеет функции для проверки правильности созданных траекторий.

Функция бэкплота (Backplot) позволяет программисту отслеживать перемещения режущего инструмента. При этом он может наблюдать за траекторией центра инструмента и самим инструментом прямо на 3D модели. Как правило, бэкплот используется для предварительной проверки рассчитанных траекторий и настройки технологических пара-метров операции. Окончательная проверка обычно осуществляется с помощью верификации.

Траектория перемещения центра инструмента в режиме «Backplot»

материала заготовки и возможности посмотреть на окончательный результат работы УП

- модель изготовленной детали. Полученную «виртуальную» деталь можно рассмотреть с разных сторон. Можно увидеть, все ли элементы выполнены правильно, и даже разглядеть гребешки на материале, оставшиеся от инструмента.

Верификация может быть твердотель-ной или растровой.
В случае твердотельной верифика-ции, система работает с трехмерной моделью заготовки и позволяет реализовать множество полезных функций. К примеру, измерить обработанную деталь или экспортировать ее в CAD систему для дальнейшей работы.

Растровая верификация лишь имитирует работу с трехмерной моделью и применяется сейчас только в "слабых'' системах.

перемещения инструмента для опре-деленной операции. Информацию об этой траектории, всех

коорди-натах и инструменте система записывает в специальный промежуточ-ный файл. Этот файл может быть не похож на обычную программу обработки, то есть, в нем нет G и М кодов. Этот файл является лишь объектом для верификации и бэкплота.

Схема получения УП для конкретного комплекса "Станок -система ЧПУ".

Поспроцессирование

Постпроцессор – программа преобразующая созданный в САМ системе промежуточный файл в программу обработки в строгом соответствии с форматом программирования конкретного станка с ЧПУ.

при создании УП?
2. Что понимают под CAD/CAM/CAE системами?
3. Как ранжированы

CAD/CAM/CAE системы?
4. Какие основные этапы содержит схема работ с CAD/CAM системами?
5. Что понимают под постпроцессором?
6. Какие виды проектирования (моделирования) используют в CAD системах и в чем их отличие?
7. Какие преимущества обеспечивают CAM системы при создании УП?
8. Назовите последовательность и этапы работ выполняемых при создании УП с использованием CAM систем. В чем сущность термина «выбор геометрии заготовки» и какие способы задания заготовки используют?
9. Что понимают под термином «стратегия обработки» и какие виды стратегий (3…4 вида) используются в процессе создании УП?
10. Что означают термины «бэкплот и верификация»?