Разнообразие способов механической обработки связано, в первую очередь, с желанием сократить затраты на изготовление детали заданной формы и качества. Современная терминология определяет следующие разновидности фрезерной обработки, в зависимости от количества одновременно управляемых осей станка:
2.5 координатная – перемещения по трем координатам, однако одновременные перемещения - не более, чем по двум;
3 координатная – одновременные перемещения по трем координатам с постоянным направлением оси шпинделя;
4 координатная - одновременные перемещения по трем координатам с возможностью поворота шпинделя или стола по одной оси;
5 координатная - одновременные перемещения по трем координатам с возможностью поворота шпинделя или стола по двум осям.
Последовательное выполнение поворотов на фиксированный угол и 2.5 - 3 координатных перемещений реализует так называемую зонную фрезерную обработку. Данный способ чаще всего применяется для обработки корпусных деталей или обработки нескольких одинаковых деталей на многоместных приспособлениях.
Система ADEM позволяет производить подобную обработку практически на всех типах оборудования. Это могут быть 2.5 - 3 координатные обрабатывающие центры с функцией поворота стола или 4 - 5 координатные станки, к которым можно отнести токарные обрабатывающие центры с дополнительным фрезерным шпинделем. Такие станки предоставляют возможность вращения детали в токарном патроне с одновременным перемещением фрезы по трем координатам и вращением вдоль одной из осей.
Рис. 1 Зонная обработка на токарном обрабатывающем центре
Так как зонная обработка, в первую очередь, обеспечивает оптимальный доступ к различным элементам детали, то нередко возникают вопросы рационального распределения элементов по зонам обработки, сложности проектирования маршрута и уровня автоматизации.
Для задания такой обработки можно выделить три различных подхода в зависимости от способа решения поставленных вопросов.
Этот подход был реализован в ранних версиях CAD/CAM системы ADEM. Проектирование маршрута обработки происходит на основе плоских контуров и списка зон с описанием их взаимного расположения друг относительно друга. Создание маршрута начинается с формирования списка зон, затем производится проектирование маршрута с одновременным указанием зоны, на которой расположен обрабатываемый элемент.
Рис. 2 Пример ручного описания зон обработки
Каждая из зон описывается смещением и углом поворота зоны в системе координат детали. Если теперь задать маршрут обработки, например, в порядке возрастания номеров элементов К1 -> К2 -> К4 -> К3, то перед обработкой элемента будет выполнена установка детали в соответствующую зону обработки ЗОНА1 -> ЗОНА2 -> ЗОНА3 -> ЗОНА2. Если же в маршруте обработки поменять местами элементы К3 и К4, то в результате получим на один поворот рабочего стола меньше. Следовательно, можно оптимизировать получаемые управляющие программы с точки зрения числа смен зон и инструментов. При всей гибкости этого похода большой объем данных приходится задавать вручную :
- описание расположения зон;
- принадлежность элемента зоне и др.
Для повышения уровня автоматизации при проектировании зонной обработки в последней версии 6.0 системы ADEM был реализован другой подход.
Этот подход основан на использовании информации о пространственном расположении элементов, входящих в состав детали. В процессе проектирования эта информация автоматически запоминается системой и используется при расчете траектории движения режущего инструмента. Иными словами, достаточно указать элементы, подлежащие обработке. При этом все расчеты выполняются в локальной системе координат элемента и формируется матрица преобразований, описывающая его пространственное положение. Список зон обработки при этом не формируется.
Рис. 3 Зонная обработка объемных моделей
Использование этого подхода позволяет реализовать стратегию обработки, при которой все повороты выполняются вокруг единого центра, обработка всегда начинается из единой начальной точки (точки начала цикла). Точность установки зоны зависит только от точности выполнения поворотов и износа исполнительных механизмов станка.
Современные 4 - 5 координатные фрезерные станки функции поворота отрабатывают достаточно точно, поэтому данный подход вполне работоспособен. Однако, имеется широкая гамма отечественных станков, в которых поворот не может быть выполнен точно. В силу этого перед началом обработки должна быть выполнена наверка на каждую зону, а разница занесена в соответствующие корректоры для компенсации погрешностей во время обработки. Для вычисления этих погрешностей необходимо определить начальную точку обработки каждой зоны. Из этой точки начинается движение в зону обработки после смены зоны или инструмента.
Таким образом, зона из чисто геометрического понятия становится технологическим. Наряду с точкой начала цикла каждая зона может иметь другие технологические параметры: безопасную позицию смены инструмента, номер стола спутника и др.
Рис. 4 Автоматическое формирование списка технологических зон
Для решения подобных проблем в новой версии системы ADEM будет реализован третий подход, который является объединением двух первых.
При проектировании маршрута происходит автоматическое формирование списка технологических зон в соответствии с реальным пространственным расположением обрабатываемых элементов, т.е. распределение элементов по зонам обработки полностью автоматизируется. Теперь, после окончания проектирования маршрута обработки, достаточно добавить в описание каждой зоны недостающие технологические параметры.
Рис. 5 Зонная обработка на обрабатывающем центре
В заключение - несколько слов об адаптации к станочному парку применительно к зонной обработке. Чтобы обеспечить формирование управляющих программ зонной обработки на различные типы оборудования, возможности адаптации системы были дополнены рядом новых команд. С их помощью можно автоматически пересчитывать траекторию движения инструмента таким образом, чтобы совместить вектор оси шпинделя и нормали к элементу, обеспечивая независимость от порядка и способа выполнения поворотов на станке.