Разработка постпроцессоров и симуляторов на основе кинематической модели станка — CAM-PROGRAM

Постпроцессор служит для трансляции внутреннего представления траектории инструмента из CAM-системы в управляющую программу. В свою очередь качество управляющих программ (УП) напрямую влияет на эффективность технологической подготовки производства на станках с ЧПУ.

Учитывая особенности кинематики станка (количество осей и перемещения по ним, геометрическое расположение и размеры рабочей зоны) постпроцессор разрабатывается под конкретную систему ЧПУ (Fanuc, Sinumerik, Heidenhain, Okuma, Fagor и др.), являясь уникальным программным продуктом для каждого станка и CAM-системы.

Для обработки сложных деталей, особенно авиационных, зачастую используются многокоординатные фрезерные, многоканальные токарно-фрезерные станки, а также станки с использованием сложной оснастки и управляющие программы для них характеризуются использованием большого числа функций стоек ЧПУ. Кроме того, стоимость заготовок для таких деталей очень высока. В связи с этим предъявляются высокие требования к качеству УП и квалификации технолога-программиста.

Таким образом, технологическая подготовка механообработки нуждается в средствах верификации управляющих программ для станков с ЧПУ в целях исключения брака, проверки корректности траектории движения инструмента, контроля столкновений компонентов станка между собой и с заготовкой.

Многие CAM-системы позволяют выполнять симуляцию обработки детали на основе внутреннего представления траектории. При такой симуляции модель режущего инструмента перемещается относительно 3D-модели заготовки с целью проверки траектории обработки. Такая симуляция не учитывает ошибок постпроцессора, возможные соударения рабочих органов станка и требует дополнительной проверки на станке или с помощью специализированной верификационной программы.

Целесообразно использовать программные продукты, которые позволяют производить симуляцию обработки на основе кода УП (G_кода) с использованием кинематической модели станка, что гарантирует идентичность работы симулятора и реального станка.

В настоящее время существуют специализированные программные продукты (внешние по отношению к CAM-системе верификаторы УП), предназначенные для визуализации процесса обработки деталей на станках с ЧПУ. Они позволяют выявить ошибки в УП, произвести контроль столкновений рабочих органов станка с заготовкой, оснасткой, выявить превышения пределов перемещения по осям и отследить непроизводительные движения до передачи УП в производство.

Однако, внедряя подобную программу, предприятие несет затраты на ее приобретение, наладку взаимодействия с действующей на предприятии CAD/CAM системой, обучение персонала, дублирование библиотек моделей инструментов и деталей. Кроме того, программистам приходится постоянно переключаться между CAM-системой и верификатором, что ведёт к потерям времени и вызывает неудобства в работе.

Данные недостатки отсутствуют у встроенных в CAM-систему верификаторов, но, на сегодняшний день, таких систем на рынке немного и вопрос использования встроенных верификаторов в таких системах часто не проработан на предприятиях в виду нехватки высококвалифицированных специалистов, которые способны правильно настроить и использовать такие верификаторы.

Одной из широко распространённых в мире CAD/CAM систем, используемых для разработки управляющих программ, является Siemens NX. Данная система имеет в своём составе, помимо CAM-модуля, подсистему симуляции и верификации (Integrated Simulation and Verification), которая позволяет производить симуляцию не только управляющей траектории, но и симуляцию процесса обработки с использованием кинематической модели станка в кодах управляющей программы (G-код).

Верификационная схема NX требует наличия трёх компонентов: кинематической модели станка, виртуального контроллера системы управления (драйвер системы ЧПУ) и встроенного постпроцессора NX.

Кинематическая модель станка представляет собой сборочную модель с наложенными кинематическими связями, ограничивающими перемещения по осям компонентов станка.

Постпроцессор служит для трансляции внутреннего представления траектории инструмента в управляющую программу.

Виртуальный контроллер системы управления используется в модуле NX ISV для управления движениями кинематической модели станка по кадрам управляющей программы.

Механообрабатывающее производство предприятия обладает своим парком станков, и эти станки характеризуются различными кинематическими схемами (различной конструкцией) и системами управления (стойками ЧПУ). Эффективность процессов верификации во многом будет определяться использованием кинематических моделей станков точно описывающих реальное металлорежущее оборудование.