Andrzej Piotrowski, Piotr Boral: Wykorzystanie zintegrowanych

Andrzej Piotrowski, Piotr Boral: Wykorzystanie zintegrowanych

798
MECHANIK NR 7/2016
Wykorzystanie zintegrowanych systemów CAD/CAM
w przygotowaniu produkcji
Integrated CAD/CAM systems in the production set-up
ANDRZEJ PIOTROWSKI
PIOTR BORAL *
Materiały z XX SKWPWiE, Jurata 2016 r.
DOI: 10.17814/mechanik.2016.7.178
Wykorzystanie zintegrowanych systemów CAD/CAM
w przygotowaniu
produkcji
Opisano problematykę
translacji uogólnionego
kodu CL DATA na kod
W typowym przypadku jest wykorzystywany jako narzędzie
G zgodny z układami sterowania obrabiarek CNC. Przeanalizowano
do projektowania modelu 3D, przeprowadzania symulacji
Integrated
CAD/CAMmodułów
systemsCAM
in systemu
the production
set-up inżynierskich oraz wykonania dokumentacji konstrukcyjnej.
możliwość wykorzystania
CATIA w przygo-
Przeprowadzone badania wykazały, że niewielu użytkowników
wykorzystuje moduły CAM systemu Catia:
●● Prismatic Machinning – cykle frezarskie 2.5D – planowanie,
frezowanie kieszeni itp.,
Streszczenie: Opisano problematykę translacji uogólnionego kodu CL DATA na kod G zgodny z układami
●● NC Machine Tool Buildier – budowa modelu obrabiarki wyterowania obrabiarek CNC. Przeanalizowano możliwość wykorzystania modułów CAM systemu CATIA
problem
of the universal
CL DATA
code translation
to the G code
korzystywanego do symulacji,
w przygotowaniuThe
produkcji
i opracowano
rozwiązanie
generowania
postprocesorów.
for CNC
machines
was described.
possibility of
thepostprocesor
CAM
●● NC Machine Tool Simulation – symulacja obróbki na zdeSŁOWA KLUCZOWE:
CATIA,
IMS Software,
systemy The
CAD/CAM/CAE,
CLusing
DATA,
modules of the CATIA software in production set-up was analyzed. The
finiowanej maszynie.
Abstract: The problem
of of
thepostprocessors
universal CL DATA
code translation
to the G code for CNC machines
was
solution
generation
was developed.
Przyczyną
małej popularności jest niewielka liczba prededescribed. The possibility
of using
the CAM
of the
CATIA software
in production
set-up was
analyzed. postprocesorów oraz skomplikowany proces ich
KEYWORDS:
CATIA,
IMSmodules
Software,
CAD/CAM/CAE
systems,
CL DATA,
finiowanych
The solution of postprocessors generation was developed.
postprocessor
tworzenia. Wygodniej jest wyeksportować model 3D w jednym
KEYWORDS: CATIA,
IMS Software, CAD/CAM/CAE systems, CL DATA, postprocessor
z formatów uniwersalnych i utworzyć proces technologiczny
Postępująca
automatyzacja
produkcji
i
rosnące
wymagaw zewnętrznym programie (np. EdgeCAM). Wydłuża to proces
Wprowadzenie
nia jakościowe przy jednoczesnym dążeniu do ograniczenia
przygotowania produkcji i jest źródłem błędów.
kosztów wymagają
bardzo
starannego
technicznego
przygoPostępująca automatyzacja
produkcji
i rosnące
wymagania
jakościowe
przy jednoczesnym
towania produkcji.
Skróceniebardzo
czasu starannego
przygotowania
projektuprzygotowania
CL DATA – format opisu ruchu narzędzia
dążeniu do ograniczenia
kosztów wymagają
technicznego
i wytwarzania
się przez projektu
wykorzystanie
komputerowej
produkcji. Skrócenie
czasu osiąga
przygotowania
i wytwarzania
osiąga się przez
produktów
i procesów
CAD/CAM/CAE/CAQ.
wykorzystanieintegracji
komputerowej
integracji
produktów
i procesów CAD/CAM/CAE/CAQ.System CAD/CAM CATIA wykorzystuje do definicji oraz
opisu ruchu narzędzia format ASCII CL DATA. Wyznacza on
Konstrukcja i symulacje
Projektowanie procesów
położenie narzędzia podczas obróbki, sposoby poruszania
inżynierskie
Wytwarzanie
technologicznych
się w przestrzeni oraz parametry technologiczne przy użyOpracowanie
Generowanie danych
ciu sformalizowanego języka opartego na składni języka ATP
Projekt
Obliczenia
Dokumentacja
Kontrola
Koncepcja
Obróbka
Montaż
procesów
obróbkowych
wstępny
inżynierskie
konstrukcyjna
jakości
technologicznych
(postprocesor)
i opisanym normą ISO-4343 1978 [8]. Przykładowo, instrukcja
Systemy CAD/CAM/CAQ
opisu ruchu narzędzia po łuku (odpowiednik G02 i G03) w forSystemy CAD/CAE
macie CL DATA składa się ze: słowa, przypisanego mu zbioru
Zintegrowane systemy CAD/CAM /CAE/CAQ
parametrów oraz komend ruchu i kontroli.
Rys.
1. Modułowa
budowa
zintegrowanych systemów
systemów CAD/CAM/CAE
[5] [6] SŁOWO/Zbiór parametrów przynależnych (pozycje, paraRys. 1.
Modułowa
budowa
zintegrowanych
CAD/CAM/CAE
metry technologiczne) lub parametrów stanu {grupa paramePierwotnie samodzielne aplikacje do konstruowania (CAD), projektowania trów
procesów
opcjonalnych, dodatkowych}.
Pierwotnie samodzielne aplikacje CAD, CAM i CAE są łąechnologicznych (CAM) czy obliczeń inżynierskich (CAE) są łączone w systemy
czone w systemy zintegrowane (rys. 1). Systemy strukturalnie
zintegrowane (rys. 1). Systemy strukturalnie oparte są o jądra modelowania przestrzennego
Komendy ruchu i kontroli są następujące:
oparte są o jądro modelowania przestrzennego 3D zapewnia3D (kernele), które zapewniają wspólny format wymiany danych. Współdzielony model
jącego wspólny format wymiany danych. Współdzielony model
umożliwia równoległą współpracę konstruktora i technologa. Dodatkowo zapewniona
jest x, y, z {i ,j, k},
●● GOTO/
umożliwia równoległą współpracę konstruktora i technologa.
poprawność wymiany
danych
–
brak
konwersji
na
formaty
pośredniczące
DXF,
IGES
czy
●
●
MOVARC/
x1,y1,z1, i, j, k, r, Angle, a GOTO/ x2,y2,z2 {i2,
Cechą systemów zintegrowanych jest głęboka asocjatywność,
STEP. Cechą systemów
zintegrowanych
jest
głęboka
asocjatywność,
pozwalająca
na
bieżące
j2,
k2
}.
pozwalająca na bieżące uaktualnianie cech obróbkowych lub
uaktualnianie cech
obróbczych
lubo ścieżek
oparciu owzmiany
dokonane
w module CAD.
ścieżek
w oparciu
zmianywdokonane
module
CAD. Tory
Programowanie
w
systemach
CAM
to
programowanie
zorientowane
na
przedmiot.
Poprzez
ruchu narzędzia w formacie CL DATA lub ATP, generowane
dobieranie odpowiednich
strategii
obróbczych
definiowanie
ruchów
możliwe
przez moduł
CAM, nie
odnosząi się
do sterowania
anidodatkowych
maszyest uzyskanieny dużej
elastyczności
wyglądu
torów
narzędzia.
Tory ruchu narzędzia
i są poddawane
translacji
przez
algorytm
postprocesora.
Rys. 2. Interpolacja po łuku
w formacie CL
DATA
lub
ATP,
generowane
przez
moduł
CAM
nie odnoszą się do
w składni języka ATP [8]
Zaletą takiego rozwiązania jest elastyczność, pozwalająca
terowania aninaukł.
wsp. maszyny,
poddawane
procesowi
przez algorytm
utworzenie
jednegosąprogramu
obróbki,
którytranslacji
może być
postprocesora.dostosowany
Zaletą takiego
jest elastyczność, pozwalająca na utworzenie
do rozwiązania
różnych obrabiarek.
ednego programu obróbki, który może być dostosowany do różnych obrabiarek.
Po komendzie
znajduje
sięATP
GOTO
Rys. 2. Interpolacja
po łukuMOVARC
w składni
języka
[9]określające
CATIA – zintegrowany system wspomagania
współrzędne końca łuku:
CAD/CAM/CAE
GOHOME, GOTO określające współrzędne końca łuku.
Po komendzie
MOVARC
zawsze●●występuje
Dr inż. Andrzej Piotrowski, dr inż. Piotr Boral, [email protected]
- Politechnika
Częstochowska
●
●
FROM/ narzędzia
x, y, z, {i, j,dok},pozycji bazowej.
• GOHOME
– funkcja
powodująca powrót
87
Jednym z najpopularniejszych
zintegrowanych
systemów
●● RAPID,
• FROM/
x, y, z, {i, j,zintegrok} – pozycja bazowa narzędzia,
CAD/CAM/CAE jest CATIA. Jest
to wielomodułowy,
●● MULTAX/[ON, OFF],
• RAPID
ruch szybki,
wany system wspomagania cyklu
życia– produktu
PLM [2].
●● CUTTER/d, r, e, f, a, b, h,
• MULTAX/[ON, OFF] – korzystanie
ze zmiennych
używania GOTO oraz FROM,
●● ORIGIN/
x, y, z {,i,I, j,J,kKpodczas
}.
•
CUTTER/d,
r,
e,
f,
a,
b,
h
(frezowanie)
–
zmienne
opisujące
narzędzie,
Każdy
układ
sterowania
obrabiarką
CNC posiada charak* Dr inż. Andrzej Piotrowski; dr inż. Piotr Boral ([email protected]) – Politech• ORIGIN/ x, y, z {, I, J, K } – relacja
odległościdlamiędzy
wsp. maszyny
i przedmiotu
obrabianego.
terystyczny
siebieukł.
postprocesor.
Zawiera
on informacje
nika Częstochowska
towaniu produkcji i opracowano rozwiązanie generowania postproANDRZEJ PIOTROWSKI
cesorów.
1
PIOTR BORAL
SŁOWA KLUCZOWE: CATIA, IMS Software, systemy CAD/CAM/CAE,
CL DATA, postprocesor
Analizując kod CD DATA widoczna jest korelacja do adresów ISO G02/G03. Przykładowo
dla tokarki, wykonanie interpolacji kołowej zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegar
realizowane jest blokiem G02 X Z I K, gdzie X,Z – wsp. końca, a I, K – wsp. położeni
danych tworzonych przez system CATIA. Do realizacji zadania wybrano zintegrowane
środowisko programistyczne Lazarus oparte na języku Free Pascal [5]. Niestety, stworzenie
od podstaw aplikacji wymaga dużego nakładu pracy oraz przeprowadzenia ogromnej ilości
testów.NR Aktualnie
aplikacja znajduje się w fazie alpha – gotowe jest generowanie
MECHANIK
7/2016
podstawowych instrukcji kodu G oraz zaimplementowana jest większość funkcji M.
799
o maszynie i sterowaniu potrzebne do wygenerowania kodu
sterującego w standardzie G-Code [1, 4]. W fazie przetwarzania uniwersalnego formatu CL DATA (APT) na kod G przez
postprocesor wykonywane są następujące czynności:
●● kontrola możliwości wykonania kodu CL DATA na danej
obrabiarce,
●● dopasowanie
programu
do maszyny
(układu
sterowania),
Rys. 4. IMSPost
- symulacja
obróbki w czasie
rzeczywistym
w oparciu o kod NC [3]
●● analiza
przestrzeni
roboczej
i
sprawdzanie
kolizji,
Ze względu na presję czasu oraz oczekiwania współpracujących z ITM zakładów
Rys.prowadzono
5. Catia: a) model 3D z wygenerowanymi ścieżkami, b) wyfrezowany
●● tworzenie
sterujących
uwzględnieniem
składni
równoległe bloków
prace zmierzające
do zznalezienia
alternatywnego
rozwiązania
detal tworzenia
danego
systemu sterowania,
postprocesorów
dla systemu CATIA. Przeprowadzono analizę dostępnych na rynku
rozwiązań iobróbki.
w ich efekcie wybrano aplikację IMSPost firmy IMS Software [3]. IMSPost jest
●● symulacja
rametrów posuwów, obrotów wrzeciona oraz definicji narzędzi
zaawansowanym programem umożliwiającym tworzenie praktycznie dowolnych
postprocesorów tłumaczących kod CL DATA na kod charakterystycznyi magazynu.
dla wybranychW sumie wymagane było wprowadzenie kilkuset
IMSPost
– generator postprocesorów
parametrów,
układów sterowania CNC (rys. 4). Oprócz translatora wyposażony jest w symulator
obróbkiprzy czym możliwa jest jeszcze ręczna modyfikacja plików
umożliwiający testowanie tworzonego oprogramowania na wirtualnej obrabiarce
CNC.konfiguracyjnych. Etapem kończącym tworzenie
IMSPost
jest zaawansowanym
umożliwiającym
Atutem oprogramowania
IMSPost programem
jest kompatybilność
z najpopularniejszymi
systemami jest definicja zagnieżdżeń funkcji w oknie RMD
postprocesora
CAD/CAM
(CATIA, DELCAM,
EdgeCam,
Unigraphics, itp.)
oraz zdefiniowane
sterowniki (rys. 6a).
tworzenie
praktycznie
dowolnych
postprocesorów
tłumacząCustomization
układów
sterowania
Fanuc, Heidenhain,
Mazak, itp.
cychwirtualne
kod CLCNC
DATA
na kod
charakterystyczny
dlaSiemens,
wybranych
Weryfikację poprawności translacji wykonanej w programie
układów sterowania CNC (rys. 3a). Oprócz translatora wyIMSPost dokonano, tworząc postprocesor dla układu steroTworzenie postprocesora dla systemu CATIA
posażony jest w symulator obróbki. Atutem oprogramowania
wania frezarki CBKO FYS16NM. Zaprojektowano model 3D
IMSPost
jest kompatybilność
z najpopularniejszymi
systemami postprocesorów
Popularnym
w praktyce przemysłowej
sposobem projektowania
detalu (rys.jest
5a), a następnie w module frezowania programu
onych przez system CATIA. Do realizacji zadania wybrano zintegrowane
CAD/CAM
zdefiniowane
sterowniki
wirtualne
CNC
wielu
modyfikacja
istniejącego
wzorcowego
poprzez
zmianę
wybranych
danych
[1].
ogramistyczne Lazarus
oparte
na oraz
języku
Free Pascalpostprocesora
[5]. Niestety,
stworzenie
CATIA
przeprowadzono
jego obróbkę i wygenerowano kod CL
W
przypadku
wieloosiowych
maszyn tworzenie postprocesora od podstaw jest
układów
sterowania
[3].
plikacji wymaga dużego
nakładu
pracy nowoczesnych
oraz przeprowadzenia
ogromnej ilości
DATA (rys. 6b). Wprowadzono go do przygotowanego w protrudnym,
zdefiniowania mechanizmów generowania kodu
alnie aplikacja znajdujezadaniem
się w fazie
alpha –wymagającym
gotowe jest generowanie
instrukcji kodu Ga)
oraz zaimplementowana
większość
funkcji M.
wykorzystującychjest
zaimplementowane
w układach sterowania cykle obróbcze.gramie IMSPost postprocesora, przetłumaczono na standard
b)
zgodny z Meldas 50M (rys. 6b), przesłano do pamięci obraFunkcje specjalne (HSM,
Parametry fizyczne
CL DATA/APT
interpolacja SPLINE)
maszyny
biarki i wykonano zaprojektowany detal (rys. 5b).
POSTPROCESOR
warunki, składnia, zdarzenia specjalne,
zasady reagowania na polecenia ATP
Dane systemu sterowania
Generowanie kodu NC
(G Code)
a)
b)
Testowanie i analiza błędów
3. IMSPost:
a) symulacja
obróbki
w
[3]; b) etapy
MSPost - symulacjaRys.
obróbki
w czasie rzeczywistym
w oparciu
kodczasie
NC
[3]rzeczywistym
Rys. 5.oEtapy
modyfikacji
postprocesora
postprocesora z ITM zakładów prowadzono
presję czasu oraz modyfikacji
oczekiwania współpracujących
W przypadku korzystania z oprogramowania IMSPost konfigurowanie postprocesora odbywa
race zmierzające do znalezienia alternatywnego rozwiązania tworzenia
Rys. 6.
IMSPost – kreator postprocesora. a) RMD Customization, b) Wysię poprzez
wypełnianie
okien
dialogowych
odnoszących się do różnych aspektów
sterowania
w dla systemu Tworzenie
CATIA.
Przeprowadzono
analizę
dostępnych
na rynku
postprocesora
dla systemu
CATIApostprocesora jest dokładne
generowany
kod G
i maszyny
(rys.firmy
6). Warunkiem
sprawnego
poznanie
ich efekcie wybrano aplikację
IMSPost
IMS Softwareutworzenia
[3]. IMSPost
jest
możliwości maszyny
analiza dokumentacji
ym programem umożliwiającym
tworzenieorazpraktycznie
dowolnych systemu sterowania. Wprowadzone dane
w systemie
IMSPost
odbywa
można
dostosowywać
przez: wstawianie
warunków
(np. określenie
pierwszeństwo ruchu osi
w tłumaczących kod Konfigurowanie
CL
DATA
na kod postprocesora
charakterystyczny
dla
wybranych
Podsumowanie
wania CNC (rys. 4).
translatora
wyposażony
jest w
symulator
obróbki
podczas
wymiany
narzędzia),
dostosowywanie
składni
kodu sterującego,
sięOprócz
poprzez
wypełnianie
okien
dialogowych
odnoszących
się sposobu reakcji na
testowanie tworzonego oprogramowania na wirtualnej obrabiarce CNC.
do jest
różnych
aspektów
sterowania i maszyny
ramowania IMSPost
kompatybilność
z najpopularniejszymi
systemami (rys. 3b). WproWynikiem przeprowadzonych badań jest opracowanie me90
dane można
dostosowywać
przez:
wstawianie waCATIA, DELCAM,wadzone
EdgeCam, Unigraphics,
itp.) oraz
zdefiniowane sterowniki
tody
tworzenia postprocesorów dla zintegrowanego systemu
C układów sterowania
Fanuc, Heidenhain,
Siemens, Mazak,
itp. kodu sterującego, sposobu
runków,
dostosowywanie
składni
reakcji na komendy kodu APT generowanego przez program
CAM oraz dodatkowe czynności.
w praktyce przemysłowej
sposobem
projektowaniaoparto
postprocesorów
jest
Projektując
postprocesor,
się na systemach
sterowania:
tniejącego postprocesora wzorcowego poprzez zmianę wybranych danych [1].
MELDAS
500M
oraz
60/60s
dla
frezarki
pionowej.
Pierwszym
nowoczesnych wieloosiowych maszyn tworzenie postprocesora od podstaw jest
zadaniem
przy projektowaniu
postprocesora
dnym, wymagającym
zdefiniowania
mechanizmów generowania
kodu było ustalanie zaych zaimplementowane
w układach
sterowania cykle
obróbcze.
kresów
osi. Wymagane
dane
zostały uzyskane na podstawie najazdu osi na krańcówki. Układ współrzędnych frezarki FYS16NM
jest standardowym układem prawoskrętnym. Frezarka operuje
w płaszczyźnie – YX, a maksymalne prędkości przesuwu roboczego dla każdej z osi wynoszą 1000 mm/min [6, 7] (rys. 4a). Następny krok na etapie przygotowawczym to deklaracja systemu
metrycznego jako pierwotnego (G21) oraz zasad wymiarowania
Rys. 5.elementów
Etapy modyfikacji
(rys.postprocesora
4b). Sterowanie opiera się na wymiarowaniu abkorzystania z oprogramowania
konfigurowanie
postprocesora
odbywa
solutnym.IMSPost
Funkcjom
G i M przypisano
odpowiadające
im rejestry.
ypełnianie okien dialogowych odnoszących się do różnych aspektów sterowania
Następnie
zdefiniowano
liczbę
s. 6). Warunkiem utworzenia
sprawnego
postprocesora
jest dozwolonych
dokładne poznaniesłów danych funkcji
występujących
w pojedynczym
bloku.
aszyny oraz analiza
dokumentacji systemu
sterowania. Wprowadzone
dane
owywać przez: wstawianie
warunków (np.zadeklarowano
określenie pierwszeństwo
ruchu osi elementy wymaAnalogicznie
pozostałe
any narzędzia), dostosowywanie składni kodu sterującego, sposobu reakcji na
gane do przetłumaczenia kodu CL DATA na kod G układu
sterowania
Melads 50M. Najważniejsze definicje dotyczyły
90
ustawienia rejestrów, hierarchii rozkazów, parametrów osi, pa-
stprocesora dla systemu CATIA
Funkcje specjalne (HSM,
interpolacja SPLINE)
Parametry fizyczne
maszyny
POSTPROCESOR
warunki, składnia, zdarzenia specjalne,
zasady reagowania na polecenia ATP
Dane systemu sterowania
a)
CL DATA/APT
Generowanie kodu NC
(G Code)
Testowanie i analiza błędów
b)
Rys. 4. IMSPost – kreator postprocesora: a) definicja zakresu osi, b) usta­
wienia systemów metrycznych
CAD/CAE/CAM CATIA. Stworzony z wykorzystaniem oprogramowania IMSPost postprocesor prawidłowo interpretuje kod
CL DATA i generuje zgodny z układem sterowania MELDAS
50M kod G. Przeprowadzone testy potwierdzają poprawność
opracowanego translatora. Zaproponowane rozwiązanie
zostało zaimplementowane w zakładach współpracujących
z Politechniką Częstochowską. Skrócony został proces przygotowanie produkcji i wyeliminowano potrzebę używania zewnętrznych programów do generowania kodu G. Ponadto nie
ma potrzeby weryfikacji i poprawiania rysunków konstrukcyjnych eksportowanych przez system CATIA do formatu uniwersalnego. Poprawiła się ekonomiczność i ergonomiczność.
LITERATURA
1.Chrzanowski J., Wypisiński R. „Postprocesor – niezbędny łącznik
pomiędzy systemem CAM a obrabiarką CNC”. Inżynieria Maszyn, R17,
z. 2, 2012.
2.Dassault System: CATIA. http://www.3ds.com
3.IMS Software: https://www.ims-software.com
4.Kosmol J. „Automatyzacja obrabiarek i obróbki skrawaniem”. Warszawa,
WNT, 1995.
5.Miecielica M., Wiśniewski W. „Komputerowe wspomaganie projektowania procesów technologicznych”. Wydawnictwo Naukowe. Warszawa,
PWN, 2005.
6.Mitsubishi Electric: „Instrukcja programowania MELDAS 60/60S Series
MELDASMAGIC64”, http://www.mitsubishielectric.com/fa/worldwide/
index.html
7.Mitsubishi Electric: „Suplement do instrukcji obsługi frezarki CBKO16NM
z układem CNC Mitsubishi Electric Meldas 50M”.
8.“The Official Generative Machining ASCII CLDATA Output Specification”
http://bdml.stanford.edu/twiki/pub/Manufacturing/HaasReferenceInfo/
NormesClfile.pdf
■