Инструментальное производство — быть может, самое главное звено технологической цепочки на любом промышленном предприятии — уже невозможно представить без широкого использования электроэрозионного оборудования, необходимого для изготовления различных элементов оснастки, инструмента, высокоточных элементов и узлов механизмов…

Технология проволочной резки, как ее называют, применяется не один десяток лет, и столько же лет как в России, так и за рубежом разрабатываются и используются CAM-системы проектирования управляющих программ для соответствующих станков. Применительно к двухкоординатным станкам задача решалась достаточно просто и, как правило, проблем с подготовкой программ не возникало. Но в последние годы предприятия стали приобретать четырехкоординатные станки, которые имеют значительно большие возможности для производства деталей сложной пространственной формы при высоких требованиях к качеству и точности обработки. Несмотря на высокую стоимость таких станков (в основном швейцарского и японского производства), их доля в металлообрабатывающей промышленности постоянно растет. Соответственно повышается и роль CAM-систем, удовлетворяющих возможностям оборудования и технологическим условиям обработки.

Ниже приведены технические характеристики и описаны технологические возможности CAM-системы, которая предназначена для программирования двух- четырехкоординатной обработки и входит в семейство программных продуктов Техтран, ориентированных на различные виды обработки: токарную, фрезерную, раскрой листового материала. Все они объединены общим интерфейсом и единым подходом к решению задачи автоматизации проектирования управляющих программ.

Основные возможности

Система предназначена для подготовки управляющих программ вырезки деталей с переменной и постоянной конусностью на многокоординатных электроэрозионных станках с ЧПУ. Обеспечивает решение следующих задач:

  • программирование обработки деталей с вертикальной или наклонной боковой поверхностью;
  • расчет перемещений проволоки по номинальному профилю или по эквидистантной траектории;
  • контроль допустимого угла наклона проволоки;
  • формирование траектории выборки сплошного материала в закрытых зонах.

Предусмотрена обработка деталей, имеющих боковые поверхности следующих видов:

  • поверхности с нулевой конусностью;
  • поверхности с постоянной конусностью;
  • поверхности с переменной конусностью.

Различные виды поверхностей, обработку которых можно описать на Техтране, показаны на рис. 1.

Рис.1. Типы обрабатываемых поверхностей
Рис.1. Типы обрабатываемых поверхностей

Поверхности с нулевой конусностью (тип 1) обрабатываются без наклона проволоки, верхний и нижний контуры у них идентичны.

Поверхности с постоянной конусностью (тип 2) обрабатываются при постоянном наклоне проволоки, верхний и нижний контуры у них подобны.

Поверхности с переменной конусностью (тип 3) имеют несколько разновидностей:

  • поверхности с различными верхним и нижним контурами и неопределенной конусностью (тип 3.1);
  • поверхности, верхний контур которых образован переносом и поворотом нижнего контура (тип 3.2);
  • поверхности с различными верхним и нижним контурами и с известной конусностью (тип 3.3). Чертежом определены форма и размеры только одного из контуров и конусность на каждом из участков контура.
Рис.2. Модель четырехкоординатной обработки
Рис.2. Модель четырехкоординатной обработки

Базовая плоскость — поверхность базирования детали (плоскость, параллельная плоскости XY), вторичная плоскость — горизонтальная плоскость, параллельная базовой. Основным параметром боковой поверхности является конусность — угловая величина отклонения проволоки от вертикали, проведенной в точке касания с контуром (рис.3).

Рис.3. Поперечная конусность
Рис.3. Поперечная конусность
Рис.3. Продольная конусность
Рис.3. Продольная конусность

Способы программирования движения

Для движения по четырем координатам необходимо задать боковую поверхность, представляющую собой траекторию движения проволоки, которая перемещается концами по базовому и вторичному контуру. При программировании объемной электроэрозионной обработки возможны два способа:

  • Задание движения по базовому контуру. Способ требует при описании базового контура задавать углы или смещения верхнего конца проволоки (линейные или по дуге). На основании этих данных строятся вторичный контур и боковая поверхность детали. Базовым может быть как верхний, так и нижний контур.
  • Сопряжение двух контуров — базового и вторичного. В этом случае описания контуров не содержат в явном виде данных о наклоне проволоки. Положение проволоки определяется взаимным расположением соответствующих точек на базовом и вторичном контурах, а траектория ее движения образуется перемещением концов проволоки по заданным контурам.

В Техтране предусмотрены следующие методы программирования траектории движения проволоки для формирования объемной электроэрозионной обработки:

  • движение по базовому контуру с управлением ориентацией проволоки;
  • движение по базовому и вторичному контурам с автоматическим сопряжением;
  • движение по базовому и вторичному контурам с поэлементным сопряжением.
Рис.4. Движение с управлением ориентацией проволоки
Рис.4. Движение с управлением ориентацией проволоки

При движении по базовому контуру с управлением ориентацией проволоки (рис.4) траектория движения проволоки во вторичной плоскости не задается явно, а строится для каждого сегмента базового контура исходя из конусности, заданной в опорных точках. Кроме того, во вторичный контур могут быть встроены скругления и фаски.

Рис.5. Автоматическое сопряжение контуров
Рис.5. Автоматическое сопряжение контуров

Движение по автоматически связанным базовому и вторичному контурам (рис.5) осуществляется одновременным перемещением концов проволоки вдоль базового и вторичного контуров. Сопряжение контуров производится по участкам, заключенным между узловыми точками. Положение промежуточных точек определяется из соображений пропорциональности длин соответствующих участков. Сначала связываются начала базового и вторичного контуров, затем их первые узловые точки, вторые по порядку узлы и т.д. Количество узловых точек контуров обычно одинаково; в противном случае участки, не связанные попарно, дорабатываются при неподвижном положении проволоки в конце контура с меньшим количеством узлов. Участки, ограниченные узловыми точками, могут состоять из нескольких сегментов и иметь различную длину.

Движение по базовому и вторичному контурам, связанным поэлементно, также осуществляется одновременным перемещением концов проволоки вдоль базового и вторичного контуров. Сопряжение сегментов базового и вторичного контуров производится попарно в порядке описания по точкам соответствия, которыми могут быть опорные точки, а также точки, помеченные как узловые. Главное отличие от предыдущего способа заключено в том, что сопрягаются только граничные точки сегментов. Пример, приведенный на рис. 6, демонстрирует результат совместного применения методов автоматического и поэлементного сопряжения контуров для программирования обработки сложной детали, базовый и вторичный контуры которой заданы в табличном виде.

Рис.6. Поэлементное сопряжение контуров
Рис.6. Поэлементное сопряжение контуров

Получение управляющей программы

В состав системы включены данные об оборудовании, позволяющие формировать управляющие программы более чем для 15 моделей электроэрозионных станков с ЧПУ, в том числе для четырехкоординатных станков AGIECUT (AGIE) и ROBOFIL (Charmilles Technologies). Рис. 7 иллюстрирует процесс получения управляющей программы.

Рис.7. Получение управляющей программы
Рис.7. Получение управляющей программы

Техтран обеспечивает возможность настройки на конкретное оборудование с ЧПУ. Для описания оборудования требуется заполнить паспорт станка и создать модуль станка на специальном языке Техпост. Такой механизм позволяет пользователям самостоятельно учитывать особенности формирования УП, разрабатывая собственные модули на основе уже имеющихся.

Автоматическая генерация текста

В процессе проектирования обработки происходит формирование текста программы на языке Техтран. Программа включает в себя всю последовательность произведенных действий и может быть использована при дальнейшей работе, что позволяет гибко сочетать удобство диалогового режима с преимуществами текстового представления программы, к которым относятся:

  • использование ранее написанных программ и макросов, быстрая их модификация;
  • параметризация для типовых деталей;
  • использование условных операторов, циклов, арифметических выражений и функций;
  • возможность отладки и исправления ошибок.

Пример расчета управляющей программы обработки зубчатого колеса с использованием макросов приведен на рис. 8.

Рис.8. Использование макросов
Рис.8. Использование макросов

Средства разработки и отладки программ

Система включает набор средств для работы с программой на языке Техтран:

  • Команды выполнения (выполнить оператор, перейти в макрос, выполнить программу до конца, до курсора и т.п.) позволяют выполнять и отлаживать программу на Техтране. Используя эти команды, можно выполнить программу целиком или по частям, приостанавливая процесс для анализа результатов выполнения отдельных операторов.
  • Средства контроля выполнения дают возможность просматривать значения переменных, использовать графическое окно для визуального контроля объектов программы и просматривать диагностическую информацию, сформированную в ходе выполнения программы.