5. Виды стратегий 3D фрезерной обработки в версии 10

 

В головном меню версии 10 выделено две группы меню для разработки технлогических проходов «Обработка  2/2.5D» и «Обработка 3D/ 5D».

Меню «Обработка 3D/5D» показано на рис.19.

ГеММа-3D Меню «Обработка 3D/ 5D».

Рис.19. Меню «Обработка 3D/ 5D».

Первая опция «Проходы» предназначена для контроля разработанных проходов (смотри предыдущий пункт).

Далее идет группа из четырех опций, которую можно определить как « Контурная обработка». Общая черта у этих видов обработки – траектория инструмента определяется кривой (контуром) и поверхностью (оболочкой). Контур может представлять собой  траекторию прохода, полученную в 2D обработке.  Контурная обработка относится к вспомогательному виду обработки (доработка углов) и специальному (нанесение штриховки на поверхность, например).  Принцип расчета траектории состоит в том, что исходный контур проецируется на поверхность, а потом в зависимости от опции  полученная проекция берется либо в качестве траектории инструмента (последние две опции), либо является кривой точек касания фрезы при движении по рассчитанной траектории (как вариант работы первых двух  опций). В версии 10 контурная обработка  стала технологически параметризованной за счет технологических шаблонов, но существенных алгоритмических  изменений в них внесено не было. Поэтому для более подробного изучения контурной обработки рекомендуется обратиться к документации по версии 9/9.5 системы ГеММа-3D.

Отдельно должна рассматриваться технология 5D обработки, доступ к вариантам которой выполняется по опции «Обработка 5D». В данном руководстве стратегии, доступные в этой опции не рассматриваются.

Более востребованными при изготовлении инструментальной оснастки являются стратегии черновой, получистовой и чистовой обработки.

Черновая обработка в версии 10 системы ГеММа3D, как и в предыдущих версиях, выполняется в виде послойной обработки, поэтому и опция меню для нее называется «Послойная черновая». Основная черта, которая  отличает ее от соседней опции «Послойная подборка» заключается в том, что в при обработке площадь слоя делится на обработку зоны и обработку контура. Под контуром понимается часть траектории, при движении по которой фреза касается поверхности детали, точнее эквидистантной поверхности на величину припуска. Зона выбирается либо параллельными движениями (тип алгоритма «штриховка») или по эквидистантным относительно  линий контура кривым (тип алгоритма «эквидистанта»). В общих чертах обработка «Послойная черновая» имеет много общего от аналогичной опции предыдущих версий. Но кроме того, что она стала технологически параметризованной, в версии 10 добавлены принципиально новые технологические возможности за счет деления алгоритма  обработки на два типа эквидистантной обработки: обработка матриц и обработка пуансонов (рис.20).

 

ГеММа-3D Рис.20. Обработка по схемам «матрица» и «пуансон

Рис.20. Обработка по схемам «матрица» и «пуансон

Обработка по схеме «матрица» была реализована еще в версии 9. Сущность ее заключается в том, что независимо от положения точки врезания  фреза двигается на рабочей подаче к центральному контуру, а потом обработка производится от центра к периферии. Схема «пуансон» введена в версии 10. По этой схеме движение из точки врезания выполняется до первого наружного контура обработки зоны, а дальнейшая обработка выполняется от периферии к центру. Важным моментом, реализованным в версии 10, является возможность задания точки врезания независимо от контура ограничения (контур ограничения,  как показано в выше приведенном примере, может быть просто отрезком). Это позволяет применять для черновой обработки пуансонов фрезы без центрального зуба.

Вторым видом послойной обработки является «Послойная подборка». В версии 9 она часто использовалась пользователями для обработки заготовок с припуском, меньшим, чем диаметр фрезы (литейные заготовки, поковки, заготовки после универсальной механической обработки).  Поэтому «Подборка» была вариантом опции «Черновая». В версии 10 опция «Послойная подборка» рассматривается как самостоятельный тип обработки, потому что позволяет вести не только черновую, но и так называемую Z-level получистовую обработку. Кроме того, в версии 10 теперь можно использовать различные длины для подхода и отхода, то есть можно отходить не тогда, когда фреза всей периферией выйдет из припуска, а с момента перехода центра  фрезы через поверхность припуска, это важно при обработке фрезой большого диаметра        (рис. 21).  Также следует иметь в виду, что в версии 10 заготовка рассматривается именно как часть, которую нужно обрабатывать, а не как объем, в котором может двигаться фреза. Что стало очень полезным при пересчете прохода при замене инструмента, так как «Послойная обработка» также технологически параметризована.  Следует обратить внимание на то, что при использовании коррекции на радиус в технологических параметрах   «Проекта УП» должен стоять обязательно признак «на износ», потому что расчет проводится для эквидистантных траекторий.

ГеММа-3D Подборка петлей фрезой большого диаметра с разной величиной подхода/отхода.

Рис.21. Подборка петлей фрезой большого диаметра с разной величиной подхода/отхода.

Стратегию «Послойная подборка» можно применять не только для фрез с плоским торцем, но и для фрез со сферическим концом. Только в этом случае не следует применять параметр «Коррекция на радиус», потому что в действительности коррекция будет учитываться только на диаметр фрезы. Для учета 3D коррекции на радиус сферы в ГеММе предназначены другие типы обработки.

При послойной обработке сферической фрезой для достижения рациональной шероховатости обработки для поверхностей с различным наклоном нормали требуется разный шаг между строками. В опции «Послойная подборка» с этой целью используется технологическая кривая, которая и определяет усредненные закон нормалей для расчета переменного шага между слоями. Тем не менее, часто в детали поверхности расположены таким образом, что   среднюю кривую использовать нельзя. Для этого случая в версии 10 введена дополнительная стратегия «Комбинированная». В стратегии «Комбинированная» вся обработка делится на две части. Так как в версии 10 в опции «Проход в динамике» можно задать отдельно изображение траектории перед выбранным кадром, и отдельно после, то для объяснения сущности стратегии «Комбинированная» и применим данную возможность.  Первая часть траектории  можно было получить и в стратегии  «Послойная подборка» (рис.22).  Для задания параметров обработки данной части в опции «Комбинированная» используются такие диалоговые панели, как и в опции «Послойная подборка».  Вторая часть траектории (рис.23) представляет собой участки, которые в версии 9 обрабатывались бы с помощью видов обработки «Штриховка» или «Эквидистанта».  Соответственно, в технологических параметрах опции «Комбинированная» предоставлена диалоговая панель управления обработкой таких зон, условно названных как «горизонтальные зоны» (рис.24). В действительности под термин «Горизонтальная зона» попадает участок с заданным углом отклонения нормали от вертикали.

ГеММа-3D Первая часть траектории, полученной в стратегии «Комбинированная»

Рис.22. Первая часть траектории, полученной в стратегии «Комбинированная»

ГеММа-3D Вторая часть траектории, полученной в стратегии «Комбинированная»

Рис.23. Вторая часть траектории, полученной в стратегии «Комбинированная»

ГеММа-3D Параметры обработки горизонтальных зон в стратегии «Комбинированная»

Рис. 24  Параметры обработки горизонтальных  зон в стратегии «Комбинированная»

 

«Послойная подборка» и «Комбинированная» относятся к получистовой обработке. Относительно алгоритмов ГеММы это означает, во-первых, что шероховатость задается не через высоту гребешка, а опосредованно через шаг между строками или перекрытие строк. Во-вторых, некоторые алгоритмы, особенно в «Комбинированной» предполагают, что после получистовой должен оставаться припуск не менее двойной точности расчета. Это связано  с тем, что в «Комбинированной» фактически интегрированы несколько алгоритмов расчета с разным принципом аппроксимации траектории. По этой же причине нужно учитывать припуск, если одни  и те же участки детали обрабатываются  несколькими стратегиями получистовой обработки, которые будут описаны ниже.

В получистовой обработке  «Штриховка»  в версии 10 введены дополнительные параметры «Подходы-отходы». Это позволяет, например организовать более просто (без удлинения поверхностей) обработку наклонных оболочек петлей с помощью концевой фрезы (рис.25).  Для достижения подобного результата в версии 9 требовалось выполнить дополнительные построения (перестроение передней поверхности, построение ограничивающих кривых и т.п.). В версии 10 достаточно указать способ подхода и параметры.

Ввиду того, что получистовой обработке обычно прорабатываются несколько вариантов для выбора наилучшего, то их технологическая параметризация оказалась просто необходимым средством.  При этом кнопки шаблона поддерживаются вспомогательными диалоговыми панелями для работы как с численной, так и геометрической информацией. Например, на рис.26. показан шаблон опции «Штриховка» с панелью ввода ограничивающих контуров.

Работа с  панелями  кнопки «ТП» опции «Штриховка» аналогична работе с панелью «Параметры обработки штриховкой» версии 9 (кроме «Подходы-отходы»), поэтому более подробную информацию можно получить из документации по версии 9.

ГеММа-3D Обработка наклонных плоских участков концевой фрезой в опции «Штриховка»ГеММа-3D

Рис.24. Обработка наклонных плоских участков концевой фрезой в опции «Штриховка».

ГеММа-3D Технологический шаблон опции «Штриховка»

Рис.25.  Технологический шаблон опции «Штриховка»

 

В опции «Эквидистантная» проходы выполняются таким образом, что при виде на рабочую плоскость траектория центра фрезы образует множество контуров, эквидистантных заданным кривым ограничения или контуру заготовки. Параметры стратегии задаются с помощью технологического шаблона и диалоговой панели параметров обработки (рис.26).

ГеММа-3D Диалоговая панель параметров получистовой обработки эквидистантой и панель технологического шаблона.

Рис.26. Диалоговая панель параметров получистовой обработки эквидистантой и панель технологического шаблона.

 

Алгоритм расчета траектории основан, прежде всего,  на системе контуров, образующих зону обработки (рис.27). В систему контуров входят контур заготовки, внешний контур зоны обработки и набор кривых внутренних ограничений.

ГеММа-3D Пример исходных геометрических объектов для расчета обработки в опции «Эквидистанта»

Рис.27. Пример исходных геометрических объектов для расчета обработки в опции «Эквидистанта»

Показанная на рис.27. система контуров позволяет выполнить получистовую обработку фланца детали, заготовка которой была получена после токарной обработки (зеленая поверхность) и фрезеровки торцев бобышек и выемки в бококовом вырезе плоской концевой фрезой. Результат обработки показан на рис.28.

 Результат расчета траектории обработки фланца шаровой фрезой в опции «Эквидистантная»

Рис.28. Результат расчета траектории обработки фланца шаровой фрезой в опции  «Эквидистантная»

 

Следует обратить внимание, что система контуров должна образовать после проецирования кривых на рабочую плоскость замкнутую зону с «островами» (наличие последних не обязательно).  При наличии набора «островов» рекомендуется увеличить внешний контур заготовки таким образом, чтобы в него можно было поместить внутрь дополнительно контур внешней зоны. Упомянутый контур рекомендуется задать по способу выхода «центром фрезы». В качестве ограничивающих кривых для образования «островов» можно использовать граничные кривые поверхностей, а также сложные кривые, полученные с использованием дополнительных построений, например типа «радиусные ограничения».  Кривую внутреннего ограничения можно использовать в качестве кривой с  выходом точкой касания, если кривая лежит на поверхности детали. Для  удобной работы с набором контуров в технологическом шаблоне имеется дополнительная панель (рис.29). Набор заданных кривых отражается в списке панели. Если подвести курсор «мыши» к элементу списка, то он подсвечивается, а на модели показывается стрелка стороны обработки. С помощью набора кнопок панели можно удалять кривые или вставлять новые. Для перехода в режим  добавления нажимается кнопка со стрелкой. Для смены типа выхода на ограничения нужно выбрать один из вариантов выхода на ограничение (центром фрезы, боком фрезы, точкой касания) в верхнем списке, подсветить нужную кривую, а затем нажать кнопку «Установ.»

ГеММа-3D Панель формирования набора ограничивающих кривых

Рис.29. Панель формирования набора ограничивающих кривых

Если нужно обработать деталь полностью, то теоретически нужно было бы задавать только контур заготовки, но из-за ниже перечисленных ограничений нынешней реализации версии 10 необходимо выполнять определенные построения и задавать недостающие параметры.

Ниже рассмотрим особенности нынешней реализации опции «Эквидистанта» в версии 10.  В последующих сборках ожидается устранение перечисленных ограничений.

Первое ограничение  опции «Эквидистанта» - алгоритм имеет явное направление построения эквидистант от внешней границы к внутренней (рис.30). Изменить это направление обработки строк технолог не может.

Второе ограничение опции «Эквидистанта» - под заготовкой понимается не реальная заготовка, а допустимая зона размещения центра фрезы, поэтому  при обработке пуансонов конур заготовки в плоскости должен отстоять от контура детали не менее радиуса фрезы.

Третье ограничение – алгоритм не может рассчитать точно граничный контур детали, поэтому для пуансонов  во многих случаях без задания ограничительных контуров крайняя эквидистанта будет расположена так, что требуется обязательный проход по контуру детали, например с помощью опции «По контуру». Инструмент опускается в правильно рассчитанную точку подхода, но затем поднимается и обрабатывает как бы предыдущую строку без обработки строки граничного контура (рис. 31)

 

ГеММа-3D Схема построения эквидистант для пуансонов и матриц ГеММа-3D Схема построения эквидистант для пуансонов и матриц

Рис.30.Схема построения  эквидистант для пуансонов и матриц

ГеММа-3D Задание контура заготовки для определения максимальной зоны обработки

Рис.31. Задание контура заготовки для определения максимальной зоны обработки

Увеличить зону реальной обработки можно за счет применения вспомогательного контура, расположенного на расстоянии максимально приближенному к  значению радиуса фрезы (но обязательно меньшему, так как при равном значении алгоритм неправильно рассчитывает касание к детали). Полученная кривая объявляется в качестве внешней ограничительной кривой с выходом по центру фрезы (Рис32). ГеММа-3D Увеличение зоны обработки путем применения контура внешнего ограничения

Рис.32 Увеличение зоны обработки путем применения контура внешнего ограничения

 

Четвертое ограничение – из-за неточностей в алгоритме расчета касания на границе детали при большом коэффициенте перекрытия (когда теоретически должен обеспечиваться выход на касание края детали) необходимо применять параметр стратегии «Обкатка угла»  (рис.33). Улучшить траекторию можно уменьшением высоты заготовки (рис.34).

ГеММа-3D Обработка с обкаткой углов

Рис. 33. Обработка с обкаткой углов

ГеММа-3D Уменьшение количества проходов по обкатке углов путем занижения по высоте заготовки

Рис.34. Уменьшение количества проходов по обкатке углов путем занижения по высоте заготовки

 

Так как в основу алгоритма заложена равномерность размещения эквидистант на проекции, то сложно получить качественную обработку одновременно пологих участков и круто наклоненных участков. Проблему можно решить за счет применения узких полосок обработки, заданных двумя кривыми с выходом по центру фрезы.