Wydanie aktualne

nr 1-2(19-20) 2015
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

Wydania archiwalne

numer 1(18) 2014
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

numer 1(17) 2013
dostępny w pdf, wydanie flash tutaj

numer 1(16) 2012
dostępny
w archiwum

numer 1(15) 2011
dostępny
w archiwum

numer 4(14) 2010
HD dostępny
w archiwum

numer 3(13) 2010
HD dostępny
w archiwum

numer 2(12) 2010
dostępny
w archiwum

numer 1(11) 2010 nareszcie dostępny
w archiwum

numer 9(10) 2009
już dostępny
w archiwum

numer 8(9) 2009
już dostępny
w archiwum

Wydanie specjalne
numer 7(8) 2009
już dostępny
w archiwum

Numer 6(7) 2009
już dostępny
w archiwum

„(...) Nie istnieje jeden, idealny system CAD, zaspokajający potrzeby wszystkich inżynierów.
Ale idealnym systemem jest ten, który usprawnia projektowanie i pozwala nam nie tylko doskonalić się, ale także... zaspokajać nasze potrzeby i realizować marzenia.”

zasłyszane...

Obserwuj @CADblog_pl

Artykuł ukazał się w nr 2(12) 2010 (kompletne wydanie do pobrania z Archiwum)

Programowanie NC z wykorzystaniem funkcjonalności Synchronous Technology

Ścieżki z Synchronous Technology

Programiści NC niemal na co dzień mają do czynienia z definicją ścieżek obróbki na bazie modeli 3D. Jednak próby edycji geometrii często okazują się utrudnione, ponieważ trójwymiarowe modele części pochodzą z różnych źródeł. W niniejszym opracowaniu starałam się przedstawić najnowsze funkcje edytowania modeli części, dostępne dzięki opracowanej przez Siemens PLM Software technologii Synchronous Technology.
Starałam się również wyjaśnić, jak programiści NC mogą za pomocą wspomnianych
funkcji sprawniej modyfikować coraz bardziej skomplikowane modele CAD

Autor: Aleksandra Borys, Siemens PLM Software

Inżynierowie produkcji chcący wykorzystywać modele CAD do programowania NC muszą radzić sobie z określonymi trudnościami. Często modyfikacja trójwymiarowych modeli części jest niezbędna w celu zaprogramowania ścieżek narzędzi obrabiarek. Co ciekawe, wielokrotnie zmiany te nie dotyczą kształtu, dopasowania czy funkcji części, ale tak prostych kwestii, jak zaślepienie otworów w celu uzyskania stycznej i jednorodnej powierzchni na potrzeby obróbki wykańczającej, ponieważ otwory te zostaną wywiercone dopiero... po zakończeniu tego etapu obróbki. To na pierwszy rzut oka łatwe zadanie może pochłonąć mnóstwo czasu. Pamiętajmy zresztą o tym, że inżynierowie produkcji zawsze mają utrudnione zadanie, ponieważ – nie są autorami projektu.

Często inżynierowie, ale także sami programiści NC, mają utrudniony dostęp do interesujących ich modeli CAD z powodu czynników takich jak czas, odległość, translacja, a nawet język. Nawet w mocno zintegrowanym środowisku roboczym autor modelu CAD prawdopodobnie pracuje w innym dziale, zakładzie, mieście. Oznacza to, że inżynierowie produkcji właściwie nigdy wcześniej nie mają styczności z modelem, którego przyjdzie im ostatecznie użyć. Często muszą zadawać pytania autorom albo prosić ich o wprowadzenie niezbędnych z punktu widzenia procesu technologicznego zmian, a ponieważ są zobligowani do jak najszybszej realizacji zlecenia, taki kontakt muszą ograniczyć do minimum. Programiści NC powinni mieć możliwość swobodnego wprowadzania zmian do modelu, bez żadnych uszkodzeń, problemów z jego ponownym odtworzeniem czy innych podobnych błędów, tak aby geometrię zoptymalizować pod kątem programowania i obróbki.

Nie każdy model 3D jest prawidłowy...
Istnieje wiele powodów, dla których programiści NC muszą edytować geometrię trójwymiarowych modeli CAD. Jednym z nich jest usunięcie błędów modelu, nieciągłości i błędów translacji. Problemy występują nawet bez konwersji danych (koniecznej, gdy plik części pochodzi z innego systemu CAD), ponieważ modele wyglądające idealnie z zewnątrz mogą pod względem matematycznym być bardzo chaotyczne. Typowe błędy to niepełne powierzchnie albo drobne (matematyczne) szczeliny między powierzchniami. Często to wystarcza, aby programy CAM błędnie interpretowały lub odrzucały model części do obliczeń. W większości systemów CAM ścieżki narzędzi są obliczane w oparciu o dane matematyczne powierzchni trójwymiarowych modeli części. Nawet drobne różnice w danych między sąsiednimi „płatami” powierzchni mogą prowadzić do błędów w obróbce całości. Pozostawiając niezmieniony kształt części, programiści NC mogą być zmuszeni do skorygowania powierzchni lub poprawienia jej definicji, zanim będzie można zaprogramować ścieżki narzędzi.

Modele pośrednie i przygotowywanie modeli odlewniczych
Z reguły projektanci CAD dostarczają działom produkcyjnym ostateczne wersje modeli części, które wymagają wielu zmian, zanim zostaną wykorzystane np. jako modele odlewnicze (dodanie naddatków odlewniczych, zaślepienie otworów, pogrubienie użebrowania itd.). Modele pośrednie mogą być rozbudowanymi wersjami części reprezentującymi najważniejsze etapy procesu produkcyjnego. W niektórych przedsiębiorstwach tworzy się je przez odpowiednią modyfikację finalnego modelu części.

 
Rys. Technologia synchroniczna umożliwia łatwe wprowadzanie modyfikacji,
niezależnie od historii dodawania poszczególnych cech

W obu przypadkach „zamknięcie” otworów w celu zapewnienia obróbki powierzchni po ciągłej, równej geometrii znacznie ułatwia pracę. Ponadto warto je na przykład stosować w sytuacjach, gdy po obróbce wstępnej mają zostać wykonane pewne operacje za pomocą obróbki elektroerozyjnej (EDM). Jeśli otwory lub zagłębienia w modelu 3D przechodzą przez skomplikowaną powierzchnię, ich „wypełnienie” może sprawiać programistom duże trudności, szczególnie gdy dany płat powierzchni musi być idealnie dopasowany do tych z nim sąsiadujących. Typowa czynność wykonywana przez programistów NC to dopasowanie promienia zaokrąglenia czy wypełniania. Często inżynier produkcji może dodawać/modyfikować promienie w celu dopasowania ich do wybranego scenariusza lub metody obróbki, np. do dostępnych narzędzi.

Tworzenie nowej trójwymiarowej geometrii na podstawie modelu części
Istnieje wiele sytuacji, w których przydaje się możliwość tworzenia specjalnych obiektów na bazie podstawowej geometrii części. Typowe przykłady to szczęki uchwytów tokarskich czy niestandardowe elementy mocowania. Wspomniana koncepcja modelu odlewniczego jest nieco podobna do modelu bazowego półfabrykatu. Wszystkie opisane przykłady ilustrują sytuacje, w których inżynier produkcji lub programista NC muszą wprowadzić odpowiednie modyfikacje do źródłowego modelu części.

Wprowadzanie zmian w projekcie
Jedną z najczęstszych przyczyn edytowania modelu części jest konieczność wprowadzenia nagłych lub konkretnych zmian w projekcie. Ostateczne przesunięcie ścianki, zmiana kąta pochylenia, zwiększenie średnicy otworu czy inne, niekończące się poprawki to chleb powszedni programistów NC. Po rozpoczęciu programowania NC znacznie łatwiej jest wprowadzić modyfikacje do istniejącego bazowego modelu 3D niż zacząć pracę od początku z nowym plikiem modelu trójwymiarowego dostarczonym przez projektanta.

Niestety, większość obecnie dostępnych narzędzi nie zaspokaja potrzeb programistów NC w zakresie edytowania modeli. Dlaczego? Wiele trójwymiarowych modeli projektów powstaje z użyciem zaawansowanych metod konstrukcyjnych, np. modelowania parametrycznego. Konstruktor wprowadzi ewentualne korekty szybko i sprawnie. W przypadku programistów NC zmuszonych korygować geometrię wydaje się, że idealnym rozwiązaniem byłaby możliwość zaimportowania gotowej bryły części wraz z towarzyszącą historią budowy tego modelu, np. jego definicją operacji. Warunkiem jest zastosowanie przez inżyniera produkcji tego samego programu CAD, w którym model powstał. Modele CAD mające historię tworzenia można edytować na poziomie poszczególnych cech (operacji), ale wyłącznie w aplikacjach CAD, w których one powstały. Nawet jeśli inżynier produkcji ma do dyspozycji odpowiedni system CAD, to i tak musi przenieść powstały zmodyfikowany model do systemu CAM w celu dalszego przetwarzania.

 
Rys. Synchronous Technology wyróżnia się intuicyjnością działania,
pozwalając inżynierom produkcji pracować z istotnymi z ich punktu widzenia operacjami

Ponadto praktyka pokazuje, że modyfikowanie tych modeli wcale nie jest łatwe. Siła, ale i słabość metody parametrycznej polega na ścisłej integracji modelu, która zapewnia zachowanie istoty projektu i wymusza współzależności między parametrami. W rzeczywistości nawet sam projektant części o kilkudziesięciu cechach (operacjach) ma trudności z pomyślnym wprowadzaniem przebudowy modelu, mimo iż zna każdy etap konstruowania. Inżynier produkcji, który nie uczestniczył w tworzeniu modelu 3D, może spędzić godziny na wprowadzaniu poprawek niezbędnych do programowania NC, a i tak często mu się to nie uda. Niewykluczone, że łatwiej będzie po prostu od zera zaprojektować model części lub jej wybrany obszar, chociaż oznacza to ogromne marnotrawstwo czasu i ryzyko wystąpienia kolejnych błędów.

W poszukiwaniu innego rozwiązania
Alternatywę dla metody standardowej stanowi modelowanie bezpośrednie, które nie wymaga konieczności przeliczania poprzednich operacji. Systemy modelowania bezpośredniego nie są uzależnione od żadnej konkretnej metody tworzenia (historii) użytej do skonstruowania modelu 3D.

Metoda ta narzuca jednak dwie zasadnicze wątpliwości. Nawet jeśli początkowa translacja danych nie spowodowała przekształcenia modelu w spójny model 3D bez zapisu informacji o sposobie jego utworzenia ani zmian na potrzeby przyszłej weryfikacji, bezpośrednia edycja przez programistę NC również nie pozostawi w danych modelu jednoznacznych zapisów o wprowadzonych zmianach. Tymczasem zasady kontroli procesów oraz konieczność wypełnienia odpowiednich norm tolerancji i jakości sprawiają, że producenci są zobowiązani prowadzić dokładny spis modyfikacji modeli.

Drugi problem z bezpośrednim edytowaniem modeli 3D to utrudnione wykonywanie nawet najprostszych operacji. Zwykłe przesunięcie stempla czy zmiana kąta nachylenia może oznaczać długie godziny z operacjami przeciągania i wyciągania, czyli w praktyce konieczność przemodelowania całego fragmentu części przez programistę NC.

Edytowanie modeli w technologii Synchronous Technology
Gdy w 2008 r. Siemens PLM Software wprowadził technologię projektowania synchronicznego (Synchronous Technology), od razu zwrócono uwagę na możliwości, jakie stwarza w kwestii szybkiego i łatwego edytowania modeli. Technologia ta pozwala na modyfikowanie modeli niezależnie od historii ich projektowania. Zastosowano w niej nieznany dotąd poziom „inteligencji”, dzięki czemu użytkownicy mogą zmieniać nawet bardzo skomplikowane geometrie trójwymiarowe. Technologia doskonale współpracuje z podstawowymi, „nie-inteligentnymi” kształtami, które często powstają w wyniku translacji danych. Można ją nawet stosować do trójwymiarowych modeli o nienaruszonej, aktywnej historii projektowania (np. zaawansowanych modeli parametrycznych), nie powodując żadnego jej uszkodzenia. To doskonała opcja z punktu widzenia inżynierów produkcji, którzy nie są autorami części i nie znają wszystkich szczegółów jej konstrukcji. Mimo zachowania pierwotnej historii zmiany modelu są dokładnie rejestrowane i dostępne do wglądu, czyli technologia ta spełnia wymagania dotyczące kontroli procesów w środowisku produkcyjnym.

 
Rys. Synchronous Technology umożliwia szybkie adaptacje złożeń i uchwytów pod kątem montażu nowych części

Brak konieczności rozumienia historii projektowania części
Technologia Synchronous Technology to unikatowa i nowoczesna metoda projektowania, umożliwiająca wprowadzanie zarówno planowanych, jak i nieplanowanych zmian. Modyfikacje nie powodują każdorazowo konieczności przeliczania całej historii tworzenia modelu. Ponadto następuje usunięcie wszelkich zależności między cechami. Pozwala to uniknąć ryzyka całej sekwencji niepomyślnych aktualizacji, gdy jedna zmiana w modelu wpływa na kolejne cechy wymienione w historii konstrukcji.

Rozpoznawane operacje nie odzwierciedlają przebiegu procesu konstrukcji modelu, tak jak ustawione w kolejności operacje edycji czy „drzewo” historii operacji. Raczej przypominają operacje, które system rozpoznaje jako edytowane przez użytkownika w sposób bezpośredni. „Rozpoznawanie operacji” następuje w chwili wyboru powiązanych ścianek, równoległych lub współosiowych, a finalne znaczenie ma fakt, w jakiej kolejności ścianki zostały wskazane oraz jakiej edycji zostały poddane.

W wielu przypadkach wiązań geometrycznych (typu styczność, współosiowość , relacji poziom/pion) absolutnie nie wolno „zrywać”. Technologia Synchronous Technology rozpoznaje istnienie tych warunków i zachowuje je podczas edycji, nawet jeśli nigdy nie zostały jednoznacznie zdefiniowane lub utracono je w wyniku translacji. To bardzo ważna funkcjonalność, szczególnie przy wprowadzaniu zmian w systemie CAM (należy jednak pamiętać o konieczności przestrzegania reguł zdefiniowanych w systemie CAD). W efekcie jednym poleceniem można identyfikować i dopasowywać sąsiadujące elementy geometrii (a nawet połączone z sobą przekroje modelu) oraz wprowadzać do nich odpowiednie korekty.

Programista NC nie musi już wybierać między mniejszym a większym złem — próbą dostosowania parametrów pominiętych przez projektanta albo modyfikacją poszczególnych elementów geometrii za pomocą metod edytowania modelu podstawowego. Oba podejścia mają swoje (opisane powyżej) wady, a projektowanie modelu od początku może potrwać wiele godzin, a nawet dni. Dzięki technologii Synchronous Technology programista NC może w trójwymiarowym modelu wprowadzać zmiany, jakich dotąd nie mógł dokonywać nawet zaawansowany użytkownik systemu CAD, bez umieszczenia w modelu analogicznych mechanizmów zmienności od samego początku.

Bezproblemowe dodawanie nowych wymiarów sterujących
Kolejną ważną zaletą modelowania synchronicznego jest możliwość edycji modelu poprzez narzucenie wymiarów sterujących oraz mechanizm integracji pozwalający zachować spójność każdej kolejnej wprowadzanej zmiany z resztą modelu. Elementy te nie wchodzą w żadne interakcje z narzuconymi powiązaniami zapisanymi w drzewie historii tworzenia modelu, dlatego nie powstają żadne błędy w czasie aktualizacji modelu. Dzięki technologii Synchronous Technology użytkownik uwalnia się od ograniczeń wynikających z istniejących powiązań, a jednocześnie może dodawać wymiary sterujące i nowe zależności na potrzeby modelu produkcyjnego, odlewniczego lub narzędziowego albo programowania NC.

Zapis historii edycji
Użytkownicy technologii Synchronous Technology nie tracą możliwości korzystania z zapisu historii przebudowania modelu, ponieważ każda operacja edycji w ramach modelowania synchronicznego jest zapisywana. W efekcie powstaje rozwiązanie dające z jednej strony pełną kontrolę nad procesem, a z drugiej swobodę bezpośredniego edytowania modelu.
Zmiany wprowadzane w modelu metodą synchroniczną można łatwo zapisywać jako elementy całego procesu edycyjnego, mającego za pomocą sekwencji operacji przekształcić model w nową konfigurację części. Każdą zmianę wprowadzoną w ten sposób można niezależnie aktywować i dezaktywować. Aby obejrzeć pierwotną konfigurację części, wystarczy wyłączyć wszystkie zmiany. Jak widać, metoda zapewnia pełny zapis operacji wymagany dla kontroli procesów edycji. Wydaje się być tym samym odpowiedzią na zapotrzebowanie wyrażane ze strony inżynierów odpowiedzialnych za procesy przygotowania produkcji.

(AJ)

Opracowano na podstawie dokumentu „NC programming with synchronous technology”

Artykuł ukazał się w nr 2(12) 2010 (kompletne wydanie do pobrania z Archiwum)