Содержание к диссертации
1.3 Выводы по первой главе. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТРАЕКТОРИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ДВУХМЕРНОЙ И ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКЕ МОДЕЛЕЙ ЗАДАННЫХ НЕНОРМИРОВАННЫМИ РАЦИОНАЛЬНЫМИ БИ-СПЛАЙНАМИ (NURBS) 34
Формирование траектории перемещения инструмента при двухмерной обработке модели изделия, заданной кривыми NURBS 34
Разработка метода расчета траектории перемещения инструмента для объемной обработки модели машиностроительной детали, заданной поверхностями NURBS 38
Вычисление рабочего хода при объемной обработке, как линии пересечения задающей плоскости и эквидистантной модели 41
Обеспечение заданной шероховатости обрабатываемой поверхности путем формирования траектории перемещения инструмента с учетом высоты гребешка между соседними проходами инструмента 81
2.4 Краткие выводы по второй главе
ГЛАВА 3. СТРАТЕГИИ ОБЪЕМНОЙ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ И МЕХАНИЗМЫ КОНТРОЛЯ ТРАЕКТОРИИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА НА ПОДРЕЗАНИЕ
3.3 Краткие выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ ФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ 91
4.1 Система SprutCAM. Ее ключевые модули
Введение к работе
Актуальность темы. В условиях сокращения цикла замены выпускаемых изделий новыми значительно возрастают требования к автоматизированным системам технической подготовки производства. Ключевым элементом таких систем является модуль подготовки управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ.
Важным требованием к современной САМ-системе является возможность ее использования в подготовке УП для высокоскоростной обработки. Одним из ключевых требований высокоскоростной технологии является гладкость траектории перемещения инструмента. Современные фрезерные станки с ЧПУ имеют сплайновую аппроксимацию и обеспечивают точность позиционирования до 1 мкм, что требует соответствующих возможностей от системы подготовки УП. Однако, как показывает практика, ни одна из исследованных систем не позволяет производить расчет с такой точностью при обработке габаритных деталей, а время расчета с точностью 0.01 мм очень велико.
Другим, не менее важным, требованием к САМ-системе является простота освоения и эксплуатации. Особенно остро эта проблема проявляется на небольших предприятиях, где, как правило, уже имеются сотрудники (зачастую это станочники) с большим опытом работы на универсальном оборудовании, а принятие новых людей сопряжено с различными трудностями. В такой ситуации именно перед рабочим встает задача освоения абсолютно новой для него области. И здесь ему на помощь должны прийти системы с высоким уровнем интеллекта, заложенного в них разработчиками, не требующие от человека знаний хорошо формализованных методик, а оставляющие за ним лишь принятие концептуальных творческих решений. При этом процесс программирования обработки должен превратиться в процедуру выбора одного из типовых решений.
В силу своего места в процессе производства САМ-система может быть либо отдельным программным модулем, либо интегрироваться в CAD- систему. Однако в последнее время намечается тенденция к интегрированию систем подготовки УП и устройств ЧПУ. Вообще говоря, не исключается, что через несколько лет могут появиться станки, которым на вход вместо управляющей программы будет подаваться твердотельная (или информационная) модель изделия в формате IGES, STEP, XT, SAT или другом, а понятие «УП» будет скрыто от конечного пользователя. По крайней мере, это возможно в условиях единичного и мелкосерийного производства, когда процесс программирования обработки занимает большой процент времени, а требования к оптимальности УП не очень высокие.
Целью работы является повышение точности обработки фасонных деталей на станках с ЧПУ, использующих сплайновую аппроксимацию, за счет уменьшения методической погрешности расчета траектории и сокращение трудоемкости подготовки управляющих программ за счет новых возможностей системы автоматизации программирования.
Трудоемкость подготовки УП определяется временем:
затрачиваемым пользователем на ввод исходных данных в систему;
расчета траектории;
затрачиваемым пользователем на контроль траектории.
Очевидным методом снижения трудоемкости на первом этапе
является снижение количества вводимых данных, в частности это возможно при наличии в системе стратегий обработки по заданной высоте гребешка. Снижение трудоемкости на втором этапе возможно за счет использования более эффективных алгоритмов расчета. Автоматический контроль на подрезание позволит свести к минимуму время третьего этапа.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие
задачи:
произведен комплексный анализ существующих CAD/CAM систем, устройств ЧПУ и способов представления геометрической информации, выявлено, что для достижения цели необходимо сквозное использование сплайнов на всех этапах расчета траектории;
исследованы особенности и топологическая структура геометрической модели квазиэквидистантной (с учетом формы инструмента) заданной, разработан и реализован эффективный алгоритм определения линии пересечения квазиэквидистантной (далее эквидистантной) модели с плоскостью, основанный на том, что обрабатываемая поверхность представлена в виде NURBS;
исследованы причины образования подрезов и их типы, предложен новый эффективный метод контроля на подрезание и формирования корректной траектории, основанный на анализе уровней вложенности самопересекающейся кривой;
предложена стратегия обработки по заданной высоте гребешка, основанная на выделении обрабатываемых зон в зависимости от угла между обрабатываемой и секущей поверхностями;
по разработанным методикам реализовано и экспериментально исследовано программное обеспечение для автоматического расчета траектории движения инструмента.
Методы исследования. В работе использованы методология структурного анализа и проектирования, основные ' положения вычислительной геометрии и дифференциального исчисления, теория поверхностей, методики численного решения нелинейных уравнений одного переменного и систем нелинейных уравнений, теория матриц.
Научная новизна. Новыми являются следующие результаты диссертационной работы:
разработан эффективный алгоритм системы автоматизированной подготовки УП для построения рабочего хода как линии пересечения эквидистантной и задающей поверхностей, основанный на результатах исследования топологической структуры и геометрических особенностей модели эквидистантной обрабатываемой поверхности,
предложен метод автоматического исследования рассчитанной траектории перемещения режущего инструмента на наличие подрезов и их исключения при двухмерной и объемной фрезерной обработке,
разработан метод управления шероховатостью обрабатываемой модели путем формирования траектории перемещения режущего инструмента по заданной высоте гребешка с учетом ограничения на угол между нормалями к обрабатываемой и секущей поверхностям.
Практическая ценность работы. Разработанные методики открывают принципиальную возможность программирования новейших станков с ЧПУ путем расчета высокоточной траектории и представления ее в виде сплайнов.
Разработанная на базе предложенных методик система подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ- БрпйСАМ позволяет в десятки раз сократить время разработки УП и открывает принципиальную возможность некоторых видов объемной обработки.
Реализация результатов работы. Система Брп^САМ, созданная на основе всех положений диссертации, успешно внедрена и используется на Прессово-Рамном, Кузнечном и Литейном заводах КамАЗа (г. Наб. Челны), НПО «Энергия» (г. Москва), СКП ВАЗа (г. Тольятти), Заводе Торгового машиностроения (г. Пермь), Уральском Турбомоторном заводе (г. Екатеринбург), а также на машиностроительных предприятиях Греции, Италии, Турции, Германии, Южной Кореи, Норвегии и десятках других предприятий.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
Алгоритм для построения рабочего хода как линии пересечения эквидистантной и задающей поверхностей, основанный на результатах исследования топологической структуры и геометрических особенностей модели эквидистантной обрабатываемой поверхности.
Метод исследования рассчитанной траектории перемещения режущего инструмента на наличие подрезов и их исключения при двухмерной и объемной фрезерной обработке.
Метод управления шероховатостью обрабатываемой модели путем формирования траектории перемещения режущего инструмента по заданной высоте гребешка с учетом ограничения на угол между нормалями к обрабатываемой и секущей поверхностям.
