NX (dana nazwa Unigraphics) należy do systemów wyższego rzędu, który zapewnia kompleksowe rozwiązanie CAD/CAM/CAE/PDM. Moduł CAM systemu NX (NX CAM Express) jest od niedawna dostępny jako niezależny program i może stanowić moduł CAM dla dowolnego oprogramowania CAD.
W tym artykule zostało opisanych kilka unikalnych rozwiązań. Przyjrzymy się bliżej kilku wybranym funkcjonalnością modułu frezarskiego NX CAM, a w szczególności sposobom rozłożenia ścieżek na powierzchniach oraz technice generowania ścieżek metodą Streamline.
Rys.1. Rozwiązania Siemens PLM Software
Siemens PLM Software
Siemens PLM Software (poprzednia nazwa UGS1) jest wiodącym światowym dostawcą oprogramowania do zarządzania cyklem życia produktu (PLM) i usług. Rodzina rozwiązań PLM firmy Siemens jest oparta o NX (dawniej Unigraphics), Velocity Series (m.in. Solid Edge, NX CAM Express) oraz Teamcenter. Firma posiada ponad 50 000 klientów na całym świecie, używających łącznie około 4,6 miliona licencjonowanych stanowisk oprogramowania.
Siemens PLM Software jest ponadto właścicielem kernelu Parasolid, na którym oparte są programy NX i Solid Edge. Parasolid jest licencjonowany również innym producentom oprogramowania, CAD/CAM, co jest najlepszą rekomendacją sprawdzonych i wysokiej jakości rozwiązań.
Rys. 2. Widok interfejs podczas definicji obróbki 5-osiowej
Moduł obróbki NX (NX CAM), wg raportu niezależnej firmy CIMdata z 2007 roku, posiada wiodącą pozycję w przemyśle narzędziowym, samochodowym i lotniczym. Liczba stanowisk modułu NX CAM zainstalowanych na świecie w firmach wynosi około 43 000, co wraz z blisko 30-letnią obecnością w przemyśle stanowi niewątpliwy kapitał doświadczenia.
Magazyn narzędzi
Magazyn narzędzi i operacje obróbki obsługują złożone kształt narzędzi np. od standardowych frezów walcowych do 10-parametrowych frezów baryłkowych.
Technolog ma możliwość tworzenia własnych szablonów do poszczególnych typów obróbki i części, które następnie na sekwencji okien dialogowych prowadzą go przez proces programowania określonej części.
Technolog-programista otrzymuje wiele innowacyjnych i unikalnych rozwiązań, których trudno szukać w rozwiązaniach średniego/niższego rzędu. Przyjrzyjmy się bliżej wybranym zagadnieniom.
Rys.3. Okno dialogowe kontroli obróbki trochoidalnej.
Szybkość obliczeń
Program jest dostosowany do pracy zarówno na Windows 32-bit oraz Windows 64-bit i Linux. Umożliwia to wydajne programowanie obróbki dużych i skomplikowanych elementów. Podstawową rzeczą, jaka odróżnia NX CAM od innych systemów CAM są niezwykle szybkie i wydajne algorytmy obliczeń ścieżek. W porównaniu do znanych rozwiązań CAM na rynku, w których ścieżka dużych czy skomplikowanych elementów jest liczona kilka godzin, można uzyskać kilkakrotne (w niektórych wypadkach nawet kilkunastokrotne) skrócenie czasu obliczeń. Zmiana wartości poszczególnych posuwów, koloru ścieżki czy narzędzia nie powoduje ponownego przeliczenia ścieżki. Zdefiniowane operacje obróbki można przesuwać czy usuwać bez konieczności przeliczania pozostałych operacji. Położenie układu współrzędnych względem którego jest generowany kod NC, można zmieniać w dowolnym momencie.
Rys.4. Przekrój i analiza minimalnego promienia.
Analiza modelu
Przed samym generowaniem ścieżki programista ma możliwość dokonania analizy modelu pod względem wartości pochylenia ścianek czy minimalnego promienia występującego na formie. Zakres pochyleń czy promieni można narzucić a wynik wyświetlany jest w formie kolorowej bitmapy naniesionej na model elementu. Innym sposobem jest najechanie kursorem na powierzchnię i na okienku dialogowym wyświetlane są jej wszystkie parametry np. krzywizny czy promienia.
Rys.5. Obróbka wybranych powierzchni
Wybór elementów do obróbki
Innym bardzo ważnym elementem, który niesamowicie podnosi komfort pracy programisty jest możliwość wskazywania do obróbki bezpośrednio wybranych tylko powierzchni (lic, ścianek…). Na początku definicji ciągu operacji (lub bezpośrednio w danej operacji) wymagane jest wskazanie całego modelu części (bryłowego lub zbioru powierzchni), który będzie poddawany obróbce. W kolejnym kroku natomiast można pokazać wybrane powierzchnie na których będzie generowana ścieżka frezu – bezkolizyjna względem całego modelu. Ścieżka posiada (kilka dostępnych opcji) kontrolę styczności ustawienia narzędzia tak aby cała wskazana powierzchnia(e) została obrobiona. Eliminuje to znaną z innych systemów CAM czasochłonną definicję zakresów obróbki, które należy dostosować od danych wymiarów narzędzia. Zakresy w NX (otwarte lub zamknięte) stanowią jedynie przydatną funkcję pomocniczą.
Rys.6. Kontrola oprawki narzędzia.
Obiekty chronione
Kolejnym istotnym elementem jest pełna kontrola położenia uchwytów i oprawki narzędzia podczas generowania ścieżki narzędzia. W każdej operacji można wskazać położenie uchwytów, które są automatycznie omijanie z zadanym naddatkiem. System może nam określić minimalną długość narzędzia potrzebną do bezkolizyjnej pracy. Jeśli oprawka narzędzia powoduje kolizję z modelem części (lub frezowanym w danym momencie kształtem półfabrykatu) wówczas ścieżki te można automatycznie wyeliminować.
Interaktywny interfejs
Dotychczas barierą przy korzystaniu z systemów wyższego rzędu (poza ceną) była trudność obsługi programu i brak polskiej wersji. NX CAM Express posiada niezwykły interaktywny interfejs, gdzie na oknie operacji poszczególne opcje są reprezentowane przez ilustracje, umożliwiające łatwą ich interpretację i zrozumienie poszczególnych opcji.
Wydajna obróbka zgrubna
Przyjrzymy się bliżej operacji obróbki zgrubnej. NX CAM poprzez poszczególne opcje, posiada niezwykłą kontrolę nad generowaną ścieżką narzędzia, jej kształtem i parametrami. Operacje posiadają niezwykle szybkie i wydajne algorytmy obliczeń ścieżek, pozwalające skrócić czas obliczeń od kilku nawet do kilkunastu razy w stosunku do innych systemów CAM.
Operacja zgrubna posiada wiele strategii obróbki w tym dedykowane, np. do stempli, których kształt ścieżek pozwala na skrócenie czasu obróbki nawet do 30% w stosunku do standardowych ustawień. Poziomy obróbki można dzielić na zakresy i w nich definiować inne głębokości skrawania w miarę obniżania się ścieżki narzędzia. Sam minimalny wysięg narzędzia z oprawki, wymagany do obróbki danego elementu, może być obliczony przez system. Ścieżkę narzędzia można generować na podstawie dowolnego kształtu półfabrykatu lub narzucić wartość naddatku (odlewy), na jakim ma być generowana ścieżka.
Rys.7. Połączenie obróbki zgrubnej i półwykańczającej.
Przy ściankach części można stosować inne szerokości skrawania niż na pozostałych ścieżkach.
Obróbka resztek
Obróbkę resztek można przeprowadzać po poprzednim narzędziu lub na wirtualnym półfabrykacie po zadeklarowaniu wielkości poprzedniego narzędzia. W przypadku większości systemów CAM obróbka resztek musi się odbywać z tymi samymi naddatkami, co główna operacja wykonywana większym frezem. W NX CAM programista może zdefiniować inne parametry naddatków przy obróbce resztek (mniejsze), co umożliwia nie tylko obróbkę regionów poprzednio nieobrobionych, ale dodatkowo przeprowadzenie od razu obróbkę półwykańczającą na pozostałych ściankach.
Rys.8. Kontrola ścieżki obróbki resztek
Ścieżkę narzędzia można rozpoczynać we wskazanym otworze(ach) z kontrolą jego głębokości i dodatkowo wskazywać punkt rozpoczęcia obróbki.
Poza tym można kontrolować minimalną ilość materiału, jaka będzie obrabiana lub wyłączyć z obróbki regiony o małych obszarach. Istotną funkcjonalnością jest to, iż można wskazać w operacji, które powierzchnie elementu mają być poddawane obróbce bez obawy o pozostałe powierzchnie.
Rys.9. Włączenie parametrów korekcji
Kontrola korekcji
Korekcję średnicy frezu (G41/42, RL/RR) może się odbywać na wszystkich ścieżkach lub tylko na wykańczających. Programista może podzielić całą operację zgrubną na kilka mniejszych operacji ze względu na czas obróbki lub drogę narzędzia i wstawić między nie np. cykl pomiaru narzędzia.
Kontrola posuwów
Program posiada kontrolę wartości posuwów i umożliwia zwalnianie/przyspieszanie posuwu w narożach z możliwością określenia min/max posuwu oraz ilości odcinków (kroków), na jakich ma to nastąpić. Dodatkowo można narzucić minimalny promień ścieżki.
Rys.10. Zmiana wartości posuwów
Pozycjonowanie ścieżki
Przyjrzymy się bliżej sposobowi zachowania się frezu w różnych przypadkach obróbki powierzchni.
Najistotniejszą unikalną cechą tego rozwiązania jest to, iż, do obróbki można wskazać cały model części lub bezpośrednio powierzchnie (ścianki/lica brył) bez konieczności definicji zakresów obróbki. Podczas generowania ścieżki system uwzględnia cały model części, aby nie dochodziło do kolizji, ale ścieżki są tworzone tylko na wybranych powierzchniach z automatycznym pozycjonowaniem styczności narzędzia. Eliminuje to znaną z innych systemów czasochłonną definicję zakresów obróbki uzależnionych od średnicy używanego narzędzia. W NX CAM można definiować zakresy obróbki, ale spełniają one rolę pomocniczą.
Rys.11. Układ ścieżki na ograniczonej
Przyjrzyjmy się bliżej kliku przypadkom. Na rysunku 11. widzimy obróbkę wybranych powierzchni elementu które z jednej strony nie są ograniczone. Narzędzie automatycznie pozycjonuje ścieżkę tak, aby otwarta strona powierzchni została cała obrobiona. Ścieżka wychodzi poza powierzchnie, ale nie „spada w dół”.
Rys.12. Układ ścieżki na wklęsłych powierzchniach.
Inny przykład to pozycjonowanie do wklęsłej powierzchni – rysunek 12. Ścieżka jest generowana do zewnętrznych granic do momentu osiągnięcia przez frez styczności z obrabianą powierzchnią, czyli wystarczającego do zdjęcia warstwy materiału. Ścieżka nie jest generowana do samej górnej granicy.
Rys.13. Układ ścieżki na otwartej powierzchni. powierzchni.
Kolejny przypadek, gdy powierzchnia jest otwarta ze wszystkich stron – widoczne na rysunku 13. Frez pozycjonuje odpowiednio ścieżkę na granicach bocznych i odpowiednio schodzi w dół, aby obrobić cały wskazany obszar. Przypadki można mnożyć, ale te trzy podstawowe z pewnością dają obraz możliwości.
Styczny rozkład ścieżek to standardowe ustawienia. Opcjonalnie ścieżkę można rozszerzyć o zadana wartość (rysunek 14.) i to bez obawy iż „spadnie” w dół.
Rys.14. Rozszerzenie i obtaczane ścieżki.
Znane z innych systemów CAM zjawisko obtaczania ścieżki wokół zewnętrznych naroży (zwłaszcza w operacjach na stałych poziomach Z) jest standardowo eliminowane – jeśli jest to wymagane można je wymusić (rysunek 14.)
Technika Streamline
Moduł NX CAM poprzez poszczególne opcje, posiada bardzo dużą kontrolę nad generowaną ścieżką narzędzia, jej kształtem i parametrami zarówno w operacjach obróbki 3-, jak i 4- i 5-osiowych. Przyjrzyjmy się możliwością dopasowania generowanych ścieżek do kształtu krzywych tworzących obrabiane powierzchnie.
Jedną z dostępnych operacji obróbki powierzchni 3- jak i 4- i 5-osiowych jest Streamline. Umożliwia ona generowanie ścieki wzdłuż tworzących powierzchni.
W operacji Streamline, podobnie jak w innych, przed wskazaniem właściwych powierzchni do obróbki definiujemy wcześniej cały model części do obróbki. Dzięki temu generowane ścieżki na wybranych powierzchniach są bezkolizyjne. W operacji Streamline, po wskazaniu powierzchni do obróbki, system samodzielnie definiuje prowadnice i przekroje ciągu powierzchni.
Rys.15. Układ ścieżki 3-osiowej na ciągu zaokrąglenia.
Programista ma możliwości podglądu kształtu ścieżki prze jej wygenerowaniem (rys. 15 i 16 – czerwone ścieżki). Jeśli kształt ścieżek mu odpowiada może je wygenerować, jeśli nie – może modyfikować przekroje i prowadnice aż do uzyskania żądanego kształtu ścieżek. Ścieżki można rozszerzać i wydłużać przez oraz powielić w osi Z uzyskując w ten sposób ścieżkę zgrubną przez zadanie odpowiednich parametrów na okienku dialogowym. Ilość ścieżek można narzucić, sterować ich odległością lub chropowatością powierzchni. W przypadku obróbki bardziej stromych ścianek (rys.16) można uzyskać regularny ich rozkład (ścieżki „nie spadają” mimo że nie utrzymują stałego Z) dzięki możliwości kontroli wektora rzutowania ścieżki. Zadanie kierunku rzutowania (względem punktu, linii…) umożliwia obróbkę tą operacją również powierzchni o kątach ujemnych na obrabiarkach 3-osiowych. Przykładem jest tu forma na butelki (rys.17) z ujemnymi kątami na promieniu – obszary w kolorze czerwonym.
Rys.16. Układ ścieżki 3-osiowej na stromych ściankach.
Rys.17. Obróbka kątów ujemnych w trzech osiach.
Operację tę można również stosować np. do obróbki bieżni ślimaków i tym podobnych części. Na rysunku 18. pokazano schemat ścieżki na powierzchni dna rowka obrabianej na maszynie 4-osiowej. Ścieżki w tej operacji mogą przyjmować również kształt prostopadły do prowadnic powierzchni lub spiralny. Przykład takiej obróbki przedstawiony jest na rysunku 19. w odniesieniu do obróbki 5-osiowej bocznej powierzchni części.
Rys.18. Układ ścieżki 4-osiowej na bieżni rowka.
Rys.19. Układ ścieżki 5-osiowej jako spirala.
NX CAM daje programiście nieograniczone możliwości definicji kształtu ścieżki również dla obrabiarek wieloosiowych, automatyzując znacznie ten proces w porównaniu do innych systemów CAM. Odpowiednie ukształtowane ścieżki przekładają się na krótszy czas obróbki i wyższą jakość wykonanych powierzchni części.
W skład pakietu NX CAM Express poza określonymi możliwościami obróbki wchodzą ponadto:
– komplet zaawansowanych translatorów importu/exportu plików do współpracy z systemami CAD. Oprócz wczytywania plików bryłowych i powierzchniowych istnieje możliwość importu i obróbki plików STL,
– okienkowy kreator postprocesorów;
– moduł weryfikacji obróbki umożliwiający pełną symulację ścieżek obróbki również przy udziale bryły obrabiarki z uwzględnieniem jej kinematyki oraz na bazie kodu NC. Symulację można przeprowadzić od dowolnego momentu procesu technologicznego.
Polska wersja językowa
Poza przejrzystym i konfigurowalnym interfejsem program posiada polską wersję językową, co przy łatwości tworzenia postprocesorów i pełnych możliwości weryfikacji ścieżki stanowi niezwykle atrakcyjne rozwiązanie dla naszego przemysłu.
Autor artykułu
Krzysztof Augustyn
CAMdivision
ul.Stargardzka 5-7
54-156 Wrocław
tel. (71) 796 32 50
Siemens PLM Software (PL) Sp. z o.o.
02-674 Warszawa
ul. Marynarska 19A
tel. (22) 339 36 80
Mail: info@ugs.pl
