Программирование с использованием системы CAD / CAM

Основу системы CAD/CAM составляет программное обеспе­чение, с помощью которого решают задачи проектирования из­делий, автоматизируют расчеты траектории перемещения инст­румента для обработки заготовок на станках с ЧПУ, обеспечи­вают выдачу управляющих программ для различных систем ЧПУ.

Результат работы конструкторов и технологов в системе CAD/ САМ хранится в общей модели. Система обеспечивает единое графическое представление данных, что упрощает взаимодействие конструкторов и технологов. Однако самое главное их преиму­щество — взаимосвязь конструкторской и технологической ин­формации, которая гарантирует автоматическое или полуавто­матическое внесение изменений в технологию в результате из­менения геометрии изделия.

Можно выделить ряд унифицированных блоков в системе CAD/CAM:

CAD (конструкторская часть) — универсальные 2D- и 3D- редакторы, обеспечивающие выпуск конструкторской докумен­

тации, трехмерное твердотельное и поверхностное моделиро­вание;

САМ (технологическая часть) — подготовки управляющих программ для плоскостной и объемной обработки заготовок;

подготовки комплектов конструкторской и технологической документации;

визуальной проверки созданных программ для полного мо­делирования процесса обработки, выявления ошибок и их ис­правления.

Работа технолога-программиста в системе CAD/CAM начи­нается с создания (получения от конструктора) электронного чер­тежа детали. Выбор модели (2D или 3D) зависит от сложности изготовляемой детали. Объемная 3D-модель может быть каркас­ной, поверхностной или твердотельной. Одно из преимуществ твердотельной модели — параметризация, которая предполага­ет, что при изменении значений параметров меняются соответ­ствующие размеры и характеристики твердого тела и управляю­щие программы.

Далее модель переводят в блок САМ. На этом этапе техно­лог-программист определяет геометрию заготовки; выделяет зоны и конструктивные элементы, подлежащие обработке; вы­бирает стратегию обработки, инструмент и режимы резания. Способ обработки зависит от многих факторов, но определяю­щим является конфигурация элемента детали, которая накла­дывает определенные условия на вид траектории. Для 2,5-координатного фрезерования система CAD/CAM предлагает око­ло 10 схем обработки. Например, для элементов типа «окно» или «колодец» наиболее оправдана схема обработки с эквидис­тантной или спиральной траекторией, а для элементов типа «уступ» — схема, при которой инструмент подходит из свобод­ной зоны, последовательно приближаясь к обрабатываемому уча­стку. Таким образом, технолог-программист при проектирова­нии управляющей программы имеет возможность выбора и опе­ративного сравнения наиболее подходящей схемы обработки.

В начале и в конце обработки фреза испытывает наиболь­шие нагрузки. В блоке САМ для врезания в материал предлага­ется несколько схем: по нормали (самый простой тип), под уг­лом к плоскости обработки за один или несколько шагов (ли­нейное врезание), врезание по касательной к точке первого перемещения на рабочей подаче (врезание по спирали).

Оптимальный подвод и отвод инструмента от обрабатывае­мого элемента на чистовом переходе после врезания и выборки основного материала является залогом высокого качества поверх­ностного слоя и точности изготовления элементов детали. Об­ширные библиотеки блока САМ позволяют рассчитывать и опе­ративно вносить изменения в режим обработки, выбор инстру­мента, траекторию перемещения.

После создания технологических объектов (конструктивный элемент с технологическим переходом) и определения маршрута их обработки автоматически формируется последовательность ко­манд станку. Логическая и физическая структуры таких данных, называемых промежуточными, могут отличаться для разных САМ. Форма представления данных о положении инструмента носит название CLDATA (от англ. Cutter Location Data) и позволяет моделировать процесс обработки в блоке визуальной проверки созданных программ без привязки к конкретному станку.

Преобразование промежуточного файла в файл управляющей программы выполняет постпроцессор, который функционирует в строгом соответствии с форматом программирования конкрет­ного станка с ЧПУ.

 

Наладка станков с ЧПУ

Размерная наладка обеспечивает требуемое положение сис­темы координат инструмента (СКИ) относительно системы ко­ординат детали (СКД). Многоинструментальная обработка, реа­лизуемая на станках с ЧПУ, имеет определенную специфику вы­полнения. Для осуществления размерной наладки и подналадки технологической системы все современные станки с ЧПУ име­ют таблицу корректоров, в которую кроме вылетов по осям ОХ и OZ вносят дополнительные параметры инструмента: его ради­ус, угол наклона, длину режущей кромки и др. (всего до 25 па­раметров).

Наладку резцов токарных станков осуществляют с помощью специальных оптических центроискателей, датчиков привязки непосредственно на станке или на стационарных оптико-элект­ронных измерительных машинах. Для определения вылета ин­струмента с помощью оптического центроискателя необходимо установить окуляр прибора в специальное гнездо, в режиме наладки ЧПУ подвести инструмент в перекрестие оптической сис- темы (рис. 5.6) и, используя стан­дартную процедуру, ввести значе­

ния геометрических параметров резца в таблицу корректоров.

Рис. 5.6. Геометрические пара­метры токарного резца

 

   

Наладку резцов токарных стан­ков, не имеющих оптических центроискателей, на выполнение диа­метральных наружных

внутренних и осевых размеров выполняют по пробному протачиванию в следующей последова-тельности. Пер­воначально протачивают резцом наиболее точную цилиндри­ческую поверхность.

Не изменяя радиального положения ин­струмента, измеряют размер и полученный результат вводят в устройство ЧПУ по координате х. Далее выполняют подреза­ние торца, измеряют осевой размер либо до торцевой техноло­гической базы (штучная заготовка), либо до торца патрона (за­готовка в виде прутка) и результат вводят в устройство ЧПУ по координате z. При необходимости задают дополнительные па­раметры.

При наладке сверл, зенкеров и разверток требуется совмес­тить ось инструмента с осью вращения шпинделя. Для этой цели применяют либо центры (рис. 5.7, а), либо центроискатель 1 и контрольную оправку 2 (рис. 5.7, б). Соосность обеспечивают совмещением вершин конусов или обкатыванием центроискате- лем контрольной оправки. Из значения координаты высве­чиваемой на панели устройства ЧПУ, вычитают значение коор­динаты  первого вылета при наладке инструмента и получен­ную разность с соответствующим знаком заносят в таблицу корректоров.

Рис. 5.7. Способы совмещения оси мерного инструмента с осью шпинделя токарного станка

 

После внесения всех значений параметров в таблицу кор­ректоров необходимо совместить СКД с системой координат станка (СКС) (см. т. 1, § 5.1). Во время обработки система уп­равления запрашивает из инструментальных файлов необходи­мые данные и автоматически корректирует траекторию взаим­ного перемещения инструмента и детали. Номер инструмента программируется по адресу Т, а его коррекция — по адресу D. Выполнив обработку первой заготовки проводят контроль полу­ченных размеров. По результатам измерения вводят окончатель­ную коррекцию положения инструментов. После этого наладка токарного станка с ЧПУ считается законченной.

В процессе размерной наладки фрезерных и сверлильно-фре­зерно-расточных станков обеспечивают заданное при проекти­ровании операции положение оси вращения шпинделя относи­тельно установочных элементов приспособления, а также ради­альные (для расточных оправок) и осевые вылеты инструментов; вводят фактические значения радиусов фрез. Для автоматичес­кой привязки используют контактный датчик (типа РМ-20), ко­торый реагирует на касание в любом направлении, зажигая све­тодиод или включая зуммер, либо инфракрасный датчик.

В приспособлениях, имеющих установочные элементы в виде пальцев, буртиков и втулок, оси которых параллельны оси Z, положение оси шпинделя выверяют по их базовым цилиндри­ческим поверхностям контактным датчиком или индикаторным центроискателем. Причем их положение относительно боковых установочных элементов должно быть обеспечено с высокой точ­ностью. При установке заготовок в патроне или призме для вы­верки положения оси шпинделя в них закрепляют цилиндри­ческие контрольные оправки. Иногда имеется возможность вы­полнить выверку оси шпинделя непосредственно по ранее обработанной цилиндрической наружной или внутренней поверх­ности заготовки.

Варианты наладки положения оси шпинделя относительно плоских установочных элементов или базовых поверхностей за­готовки представлены на рис. 5.8. В первых двух случаях ось шпинделя относительно установочного элемента приспособле­ния находится на некотором расстоянии. При наладке по кон­тактному датчику (см. рис. 5.8, а) учитывают радиус сферы . При наладке по эталону (см. рис. 5.8, б) эти расстояния равны координатам А и В оси отверстия эталона. При использовании оптического устройства (см. рис. 5.8, в) наладка обеспечивает положение оси шпинделя непосредственно в плоскости устано­вочного элемента.

Рис. 5.8. Схемы наладки положения оси шпинделя по осям X и Y относительно плоских установочных элементов: а — с помощью контактного датчика; б — с использованием специального универсального эталона; в — с помощью опти­ческого устройства; 1 — контактный датчик; 2 — установочные элементы

 

Для наладки по оси Z можно использовать как жесткую оп­равку со щупом (рис. 5.9), так и контактный датчик. Перед ус­тановкой контрольной оправки в шпиндель на приборе наладки ин­струментов вне станка определя­ют ее фактический вылет L (см. рис. 5.9). Расстояние от торца шпинделя до опоры определяют как L + h, где h — толщина щупа. Найденные координатные положе­ния оси и торца шпинделя зано­сят в устройство ЧПУ, после чего шпиндель перемещают в исходную точку.

В ряде случаев приходится выполнять выверку положения приспособления в СКД относительно СКС.

Рис. 5.9. Схема наладки станка по оси OZ:

1 — щуп; 2 — установочный эле­мент