CAD/CAM решения SolidWorks для автоматизации производства

1. CAD/CAM решения SolidWorks для автоматизации производства
Артём Аведьян
Директор по маркетингу SolidWorks Russia, к.т.н.
Михаил Малов
Зам. технического директора SolidWorks Russia
В настоящее время решение задач автоматизации производства немыслимо представить себе
без использования средств компьютерного моделирования и инженерной графики.
Внедрение современных гибко настраиваемых комплексов САПР/ЧПУ позволяет сократить
проектный цикл, снизить производственные затраты и повысить конкурентоспособность
выпускаемой продукции. В данной статье мы рассмотрим преимущества использования
интегрального решения SolidWorks/CAMWorks для обеспечения сквозной
автоматизированной поддержки изготовления изделий.
SolidWorks - промышленный стандарт 3D
Как уже отмечалось в предыдущих публикациях, SolidWorks – это мощное средство
проектирования, ядро интегрированного комплекса автоматизации предприятия, которое
позволяет осуществлять поддержку изделия на всех этапах жизненного цикла в полном
соответствии с концепцией CALS-технологий. В данной статье мы не будем подробно
останавливаться на технических особенностях базового конструкторского модуля
SolidWorks, высокий функционал которого ни у кого не вызывает сомнений. В основу
SolidWorks положен модульный принцип построения, обеспечивающий масштабируемость
системы для реализации сквозной автоматизированной поддержки процессов, связанных с
изготовлением изделий, включая проектирование деталей и технологической оснастки,
моделирование процессов механообработки и электроэрозии, генерацию управляющих
программ для станков с ЧПУ. Базируясь на технологиях гибридного параметрического
моделирования, SolidWorks обеспечивает создание точной геометрической модели будущего
изделия со всеми атрибутами, необходимыми для его последующего изготовления (допуски
на размеры, шероховатости, допуски формы и расположения поверхностей и др.).
CAMWorks - интегрированный CAM-модуль SolidWorks
На основе геометрической модели SolidWorks создаются формообразующие элементы
технологической оснастки (штампов и пресс-форм) и выполняется численное моделирование
процессов обработки на оборудовании с ЧПУ. Для этого применяется модуль CAMWorks –
одна из наиболее совершенных и интеллектуальных систем для создания управляющих
программ для станков с ЧПУ, полностью интегрированная в пользовательский интерфейс
SolidWorks и обеспечивающая работу на уровне единой геометрической модели.
Остановимся подробнее на моделировании процесса обработки в среде интегрированного
решения SolidWorks/CAMWorks.
CAMWorks поставляется в следующих конфигурациях: 2,5-осевое фрезерование, 3-осевое
фрезерование, многоосевое фрезерование (одновременно по 4/5 осям), 2- и 4-осевое точение,
токарно-фрезерная обработка, 2- и 4-осевая эрозионная обработка. В CAMWorks реализована
полная ассоциативность со всеми изменениями геометрической модели SolidWorks, что
обеспечивает адаптацию операций обработки при изменении геометрической модели. К
основным функциональным возможностям CAMWorks относятся:

2. • 2,5-осевое фрезерование: автоматическое или интерактивное выделение
обрабатываемых элементов, работа с твердотельными моделями и эскизами,
элементы высокоскоростной обработки, операции сверления, обработка резьбы,
возможность позиционирования по 4-ой и 5-ой осям и прочее.
• 3-осевое фрезерование: богатый выбор стратегий черновой, получистовой и
чистовой обработки, возможность подбора материала, учет геометрии реальной
заготовки, поддержка инструмента всех типов, опциональная возможность обработки
поднутрений фрезами типов «ласточкин хвост» и грибковыми, и многое другое.
• 4/5-осевое фрезерование. Модуль 4/5-осевой непрерывной обработки CAMWorks
позволяет создать траектории обработки таких сложных деталей, которые не могут
быть эффективно изготовлены на 3-осевых станках. Это могут быть
формообразующие поверхности пресс-форм и штампов, винты, лопатки турбин,
режущий инструмент и др. Модуль 4-осевой непрерывной обработки CAMWorks
создан для выполнения сложных работ с вращением заготовки как при изготовлении
кулачков и распределительных валов, ходовых винтов и лопаток.
• Токарная обработка: автоматическое выделение обрабатываемых элементов,
использование сплошных, полых и фасонных заготовок, поддержка станков с двумя
суппортами и с противошпинделем, использование стандартных циклов обработки,
обработка наружных и внутренних контуров, единая база сверлильного и расточного
инструмента для токарной и фрезерной обработки.
• Токарно-фрезерная обработка: сочетание всех возможностей фрезерной и токарной
обработки, опциональная фрезерная обработка с непрерывным вращением заготовки,
поддержка любых комбинаций токарных и фрезерных обрабатывающих осей (оси C,
B, Y), сохранение возможностей программирования отдельно фрезерной и токарной
обработки для соответствующих станков.
• Фрезерование в режиме сборки. CAMWorks использует возможности сборок
SolidWorks для обработки группы деталей или полного учета реальной обстановки на
столе станка.
• Эрозионная обработка: 2- и 4-осевая обработка, автоматическое или интерактивное
выделение обрабатываемых контуров, обработка матриц и пуансонов в одном файле,
автоматическое создание перемычек и разрушаемых ударом микроперемычек,
возможность полного выжигания материала в узких вырезах, множество способов
подвода и отвода, библиотеки режимов обработки.
• Автоматическое и интерактивное распознавание элементов: CAMWorks
автоматически распознает разные призматические элементы, в том числе и с
уклонами на стенках; элементы, не распознанные автоматически или нуждающиеся в
корректировке, можно определить в CAMWorks с помощью специального мастера.
• Имитация обработки: управление цветом отображения разных инструментов,
возможность остановки имитации при возникновении конфликтов и количественного
анализа точности обработки.
• Обработка с использованием базы знаний: технологическая база данных
поставляется с наполнением, позволяющим в большинстве случаев сразу ее
использовать; для получения максимальной отдачи от CAMWorks можно изменить
эти и добавить новые данные, отражающие знания и опыт пользователя и
особенности производства. Информация в базе данных разделена на категории:
станки и инструмент – описания и параметры станков и инструмента вашего
предприятия, режимы – информация для расчета подач и оборотов на основе
материалов детали и инструмента, элементы и операции – последовательности
обработки для каждого типа элемента с учетом граничных условий, размеров,
материала детали и так далее.

3. • Поддержка русского языка. Пользовательский интерфейс CAMWorks, как и
SolidWorks, полностью выполнен на русском языке. В комплекте с CAMWorks
поставляется русскоязычная документация.
Рис. 1. CAMWorks упрощает выбор инструмента, показывая его динамичное отображение в
графической области.
Рис. 2. При возникновении столкновений элементов фрезы и патрона с деталью или
оснасткой CAMWorks может останавливаться и выдать соответствующее сообщение.
Рис. 3. Количественный анализ результатов обработки детали.

4. Рис. 4. CAMWorks может выполнить удаление остатков материала, учитывая
перезакрепление детали.
Рис. 5. При изменении любого параметра CAMWorks его физический смысл иллюстрируется
динамично меняющейся картинкой в правом верхнем углу окна параметров операции (на
примере управления наклоном оси при 5-осевой обработке).
Рис. 6. Изменение пространственного положения оси фрезы для сохранения ее постоянного
наклона к местной нормали к поверхности лопатки колеса компрессора.

5. Рис. 7. CAMWorks сообщает о возможных конфликтах как при рабочих, так и при
ускоренных (на рисунке) перемещениях при обработке (на примере 5-осевой обработки).
Рис. 8. Контроль чистоты обработки поверхности пера лопатки.
Рис. 9. Последовательность токарной обработки детали на станке с двумя суппортами
(заготовка – чистовая обработка контура – чистовая обработка канавки со второго суппорта –
точение резьбы).

6. Рис. 10. Гравирование надписи на цилиндрической поверхности при использовании токарно-
фрезерного центра (с осью C); видны также элементы, обработанные с торца, при наклонном
установе и при непрерывном вращении заготовки.
Рис. 11. Пример визуализации процесса эрозионной обработки: два выреза уже выполнены
(синие грани; обрезки материала удалены), третий обрабатывается начисто (отрезанный
материал пока на экране, на нем видны траектории подвода, отвода и обрезки перемычки).
Передача данных на станок с ЧПУ
При разработке управляющих программ с использованием САМ-систем очень важным
этапом является постпроцессирование. Этот процесс заключается в преобразовании
выходных данных САМ-системы в формат используемой системы ЧПУ. Именно от того,
насколько корректно написан постпроцессор, зависит безошибочная работа станков, поэтому
CAMWorks имеет встроенные библиотеки постпроцессоров для различных управляющих
стоек, а также возможность разработки пользовательских постпроцессоров, на чем мы
остановимся более подробно.
Единства использования функций G-Code, на сегодняшний день в постпроцессорах, не
существует. Принятые национальные и международные стандарты регламентируют
использование некоторого числа основных команд. Остальные задействуются
производителями систем ЧПУ по своему усмотрению. Кроме того, помимо формата G-Code
существует радикально отличающаяся система программирования Heidenhain и большая
масса систем ЧПУ ранних поколений, предъявляющих особые требования не только к
используемым функциям и формату их записи, но и к расчету динамики станка. Реализовать

7. такое многообразие форматов управляющих программ (УП) можно используя
настраиваемый постпроцессор. На сегодняшний день все производители САМ-систем
снабжают свои продукты именно такими постпроцессорами (универсальный генератор
постпроцессоров системы CAMWorks) или предоставляют инструментальные средства для
их разработки сторонними фирмами.
Обычно, настраиваемый постпроцессор состоит из ядра и файла настройки. Ядро – сердце
постпроцессора, выполняющее математические операции, ввод/вывод и содержащее
интерпретатор файла настройки. Обычно, ядро неизменно и является “черным ящиком” для
технолога. В зависимости от степени интеграции ядра с САМ-системой различают
встроенные (интегрированные) и внешние постпроцессоры. Встроенные постпроцессоры
получают информацию для обработки напрямую, минуя промежуточный файл в формате
CLData или APT. Их использование предпочтительнее, так как они оперируют категориями
не только низкого уровня (координатами положения инструмента и, так называемыми,
командами постпроцессора), но и высокого (подвод, отвод, врезание и т.п.), тем самым,
позволяя более точно управлять формированием УП.
В отличие от ядра, файл настройки доступен для изменения. Когда речь заходит о написании
постпроцессора, под этим, обычно, подразумевается разработка именно такого файла. Его
структура может варьироваться от простейшего хранения используемых команд ЧПУ и
других статических параметров (так называемый, табличный) до фрагментов или целых
процедур, расширяющих функциональность ядра или описывающих правила формирования
УП, написанных на специализированном языке программирования (языковой). Каждый из
них имеет свои преимущества и недостатки (см. табл.).
Табличный Языковой
Знание специализированного языка программирования Нет Да
Наличие пользовательского интерфейса для настройки Да Нет
Гибкость настройки Низкая Высокая
Практически лишена недостатков комбинация обоих вариантов, реализованная в
универсальном генераторе постпроцессоров (UPG) системы CAMWorks. Благодаря
использованию диалогового режима можно оперативно назначить правила форматирования
адресов и формирования кадров УП (рис. 12).
Рис 12. Диалоговое окно настройки постпроцессора.

8. Помимо формирования УП, постпроцессор создает сопроводительный файл, содержащий
информацию о дате, используемом инструменте и т.п.
( PART NAME=Cover )
( PROGRAM NUMBER=0001 )
( MACHINE= )
( CONTROLLER=TNC 426 )
( MATERIAL= )
( ESTIMATED MACHINE TIME=0 HRS. 1 MIN. 8 SEC. )
STATION TOOL TYP E DIAMETER CORNER RADIUS DESCRIPTION
006 ENDMILL 20.00 0 20 MM 2 FLUTE CARB E.M.
При необходимости задействовать оригинальные возможности системы ЧПУ можно перейти
к ручной настройке с использованием языковых средств (рис. 13).
Рис. 13. Использование языковых средств настройки постпроцессора.
Программирование ведется с использованием бейсикообразного языка. Он содержит как
языковые средства, присущие универсальным языкам программирования, так и
специализированные переменные и функции. Благодаря интуитивно понятному построению
файла настройки, легкости языка программирования и системе документации, время на
разработку постпроцессора снижается до минимума. По завершении создания,
постпроцессор становится доступным для использования в пользовательском интерфейсе
модуля CAMWorks. На сегодняшний день, по заказам пользователей программного
комплекса SolidWorks/CAMWorks, специалистами компании SolidWorks Russia создана
библиотека постпроцессоров, охватывающая большую часть оборудования, используемого
на предприятиях постсоветского пространства.
Заключение
Итак, мы рассмотрели основные технические аспекты использования CAM-модуля
SolidWorks для автоматизации производства. В заключение еще раз подчеркнем, что только
внедрение современных гибко настраиваемых программных комплексов для моделирования
процессов механической и электроэрозионной обработки и подготовки управляющих
программ для станков с ЧПУ позволяет снизить производственные затраты и повысить
конкурентоспособность выпускаемой продукции. Компания SolidWorks Russia готова
помочь всем заинтересованным предприятиям в этом вопросе и предоставить все знания и
весь опыт, накопленные нами за долгие годы проектно-внедренческой деятельности.