Эти программы направлены на создания исполнительных файлов для управления станками. Самый популярный формат – Gcode. Тут плавно можно перейти к системе KCam, которая реализует управление исполнительными механизмами станка с ЧПУ. Так формируется путь от более высокого уровня проектирования к самому низкому, то есть от формирования CAD объекта к его файлу, где описан способ его создания.
1. История CАM систем
Первые САМ системы были спроектированы для использования в автомобильной и аэрокосмической отрасли. Но начало САМ систем заложил Джон Т.Парсон, именно он начал искать способы изготовления вертолётных винтов. Его мотивация - стремление ускорить процесс производства. Тогда он и изобрёл перфокарты, на которые можно было бы записать производственный процесс для автоматизации процесса, но эти перфокарты так и не возымели спрос и вспомнили о них лишь в 1949 году. Только спустя примерно с десяток лет, в 1968 году, инженер компании Renault, Пьер Безье, создал САМ систему UNISURF. Необходимость такой системы была связана с появлением необходимости обработки поверхности сложной формы.
С каждым годом сложность изделий только увеличивалась точно так же как и разнообразные станки с ЧПУ, благодаря чему потребность в CAM системах постепенно повышалась. На сегодняшний день разработать программу для пятикоординатного станка без САМ системы просто невозможно из-за необходимости прописывать тысячи однообразных строчек кода с высокой точностью.
Рынок САМ систем постоянно развивается, так как от модернизации зависит скорость и точность выполнения изделия. Основные направления развития САМ систем:
-
Оптимизация траектории и увеличение скорости обработки.
-
Повышение уровня автоматизации.
-
Повышение уровня и упрощение программирования.
-
Упрощение системы для взаимодействия с ней.
-
Развитие качества интеграции с САD/CAE/CAPP системами.
-
Пятиосевая обработка.
Основные показатели коммерческой промышленной САМ системы.
CAM система должна обладать следующими возможностями:
-
Импортирование трёхмерной геометрии из САD систем.
-
Возможность создания вспомогательной геометрии.
-
Различные библиотеки режимов резания, материалов, станков, инструмента и т.д.
-
Наличие стратегий обработки для 2.5D, 3D, 4х и 5ти координатной фрезерной, токарной, токарно-фрезерной, электроэрозионной обработки с гибкой настройкой параметров. 2.5D – такое движение означает, что в программе в данный момент происходит движение не более чем по 2м осям, 3D , соответственно, обработка в трёх осях.
-
Достаточно точная симуляция обработки.
-
Постпроцессирования и генерации постпроцессоров
-
Иметь средства для контроля траекторий на зарезы, недоработки и столкновения.
2. Общий подход к созданию программ для станков с ЧПУ при помощи CAM систем
Программа для станка с ЧПУ - это закодированный файл (обычно это Gcode), с определённой последовательностью кодов, которые формируют траекторию движения исполнительных механизмов станка, задают параметры работы, его скорость подачи, вращения и других параметров. Современные, более новые или сложные машины с ЧПУ оснащены вспомогательными функциями(смена инструмента, контроль положения, подача СОЖ и т.д). Для создания программы необходимо выполнить определённую последовательность действий, которая выглядит следующим образом:
-
Определение станка и выбор типа обработки.
-
Определение управляющей геометрии.
-
Выбор параметров обработки.
-
Генерация траектории движения инструмента.
-
Перевод траектории движения и прочих функций в читаемый для Kcam формат. (Постпроцессирование)
При этом предполагается, что выполнена предварительная работа по адаптации CAM системы под имеющиеся производственные условия. Основными работами по настройке и внедрению CAM системы предприятия являются следующие:
-
Создание 3D моделей и кинематических схем станков, имеющихся на предприятии.
-
Наполнение базы данных инструмента.
-
Разработка и настройка постпроцессоров.
2.1 Настройка окружения и заготовки
САМ системы устроены таким образом, что могут взаимодействовать с разными станками. Хотя точнее будет сказать, что производители станков делают своё оборудование с поддержкой этих систем. Пользователь, в самом начале создания проекта, выбирает тип станка, после чего загружаются все его настройки и параметры, шаблоны обработки и библиотеки. После выбора типа станка следует выбрать его модель. Там вся информация о его габаритах и их пределах, его кинематическая схема, доступность траекторий для многократной обработки. Так же, особенно в России, можно заметить в настройках станка региональные настройки, такие как, например, меры измерения длины (например, вариант использования миллиметров вместо дюймов).
2.2 Загрузка или создание управляющей геометрии
САМ системы могут поддерживать основные форматы 2д и 3д геометрии. Файлы (SolidWorks,DWG, DWG,NX и т.д.) – проприетарные, то есть специальные файлы с определённой схемой кодирования, разработанные компанией как секретные и, открываются которые с помощью специального программного обеспечения (трансляторы). Так же, соответственно, файлы открытые (IGES,STEP) форматы.
Различают два типа геометрии – двумерная и трёхмерная, которые служат основой для создания траектории движения инструмента.
2.3 Создание траекторий движения инструмента
Создание траекторий движения инструмента – основная и самая трудоемкая задача для инженера - технолога, который формирует алгоритм в САМ системе. Сама же система содержит набор шаблонов траекторий, которые определяют план обработки, параметры и управляющую геометрию. На основании этих данных система строит движения инструмента и вспомогательные команды, сохраняя их в некотором внутреннем формате для дальнейшего преобразования. Этот набор шаблонов подбирается исходя из поставленной задачи. В зависимости от типа обработки и параметров станка будет сформирован особенный файл с помощью шаблона. Можно выделить следующие группы шаблонов, стандартных для большинства CAM систем :
1. Фрезерные (2.5D траектории, поверхностные траектории, многоосевые траектории, высокоскоростная обработка 2D и 3D, вспомогательные операции)
2. Токарные (Типовые токарные операции, токарные циклы, операции с приводной осью С, вспомогательные операции, токарно-фрезерные операции)
Программное обеспечение KCam.
После знакомства с основными понятиями о CAM системах, использование которых было рассмотрено на примере управления станками с ЧПУ, рассмотрим программное обеспечение КСАМ.
В целом, для работы на ЧПУ и для запуска программы необходимо использовать программы: KCAM (О которой идёт речь), MACH3 и LinuxCNC. Эти программы работают с такими форматами как GCode, DXF и прочие.
Программные обеспечения, которые создают файлы GCode - ARTCAM или другие CAM программы.
ПО направлено на управление станками CNC. KCam предназначен для чтения файлов, созданные в специальных приложениях (ARTCAM), и управления оборудованием с ЧПУ.
Программа поддерживает форматы: GCode, DXF, HPGL, Excellon, Gerber.
Данная программа обеспечивает ввод данных GCode
KCAM позволяет не только управлять исполнительными механизмами станка, но и его параметрами. После первого запуска станка и его программного обеспечения, его не получится запустить. И делать этого не желательно, пока не будут выполнены указания по его наладке. Тем самым, можно сделать вывод, что все параметры станка регулируются в KCam.
Настройка параметров, таких как скорость движения двигателей и их ускорение, определение горячих клавиш и вывод на соответствующие кнопки нужные сигналы. Станок можно обеспечить дополнительными датчиками и настроить всё это через KCam.
GCode.
На производстве, где работают станки с ЧПУ, используются разнообразные ПО, но чаще всего весь управляющий софт использует один и тот же управляющий код (GCode). Это, своего рода, язык для связи Человек-ПК-Станок. Сам по себе язык достаточно лёгкий для понимания, но очень сложный ввиду необходимости создания однообразных блоков кода.
В качестве примера рассмотрим несколько функций, которые позволяют управлять станком.
Подготовительные функции позиционирования инструмента:
G00 - быстрое позиционирование. Используется для быстрого позиционирования до места обработки. Очень нужная функция, если площадь станка большая, а код начинается в противоположной части станка. Эта функция не используется для обработки, так как может сломать фрезу.
G01 - линейная интерполяция. Используется для линейных перемещений с заданной скоростью F. Программирования происходит относительно абсолютных координат X,Y,Z...
Например команда G01 X10 Переместит механизм на 10 мм по координате X в положительную сторону.
G02 - круговая интерполяция. Необходима для создания окружностей.
G03 - так же круговая интерполяция, но против часовой стрелки.
G04 - пауза.
Вот, с помощью всего четырёх функций можно заставить станок выполнить практически любую задачу. Большая часть кода GCode как раз состоит из этих пяти функций, с учётом того, что G00 и G04 используются несколько раз за весь процесс работы.
Так же есть вспомогательные программы:
Вспомогательные программы нужны для выполнения промежуточных функций станка. Это может быть начало вращения шпинделя или прочие действия, которые не связаны с перемещением.
M00-Приостановить работу, пока не будет нажата кнопка «Start»;
Необходимая функция, которая обеспечивает для станка «Технологический останов».
M01-Приостановить работу станка до нажатия кнопки «Start»;
M02-Конец программы;
Функция, которая описывает завершение выполнения кода.
M03-Начать вращение шпинделя по часовой стрелке;
M04-Начать вращение шпинделя против часовой стрелки;
M05-Остановить вращение шпинделя;
Для выполнения какой-либо работы нужно выполнить запуск шпинделя. Эти же команды устанавливают скорость вращения шпинделя. Все настройки индивидуально формируются исходя из параметров обрабатываемого материла и характеристик фрезы.
M06-Сменить инструмент;
M07-Включить дополнительное охлаждение;
M08-Включить основное охлаждение;
M09-Выключить охлаждение;
Эти команды формируются автоматически, так как создание обычного кода для стандартной детали - задача написать несколько тысяч строчек кода, иногда даже десяток тысяч. Формируют их CAM системы.
Заключение
В результате проделанной работы можно сделать вывод, что применение CAD/CAM систем позволит не только сократить время на разработку проекта, но средства производства на создание пробной модели.
CAM системы сильно экономят время на формирование управляющего кода для станка с ЧПУ.
Все необходимые исследования будущей конструкции можно провести средствами самой системы и получить достаточно точный и объективный результат.
Тоже самое и с моделированием обработки. С помощью данных систем можно строить обработку сложных криволинейных поверхностей и проводить ее полную проверку без использования пробной заготовки.
