Основные функции CAM -систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ, моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ, расчет норм времени обработки.
Исходными данными для составления программ для станков с ЧПУ являются результаты конструкторского проектирования, поступающие из CAD. Но возможно программирование и при наличии в качестве исходных данных лишь чертежа детали и параметров технологического процесса.
При программировании определяют и кодируют геометрию заготовки, траектории движения подвижных органов станка и параметры обработки. Для этих целей используют специализированные языки, примером которых может служить язык APT (Automatically Programmed Tools), относящийся к языкам высокого уровня. В языке APT имеются следующие группы команд:
· идентифицирующие — для указания названия обрабатываемой детали и типа используемого постпроцессора;
· геометрические — для указания геометрических особенностей детали;
· управляющие перемещениями режущего инструмента;
· управляющие режимами обработки (определяющие скорость подачи, скорость вращения шпинделя, включение охлаждения и т.п.);
· дополнительные (например, выбор инструмента).
Примеры команд APT:
P5 = POINT/0.0. 2.5. 0.4 — задание точки P5 с координатами X=0, Y=2,5, Z=0,4.
GOTO/P7 — перемещение в точку P7.
FEDRAT/6.0 — задание скорости подачи 6 дюйм/мин.
Полученный исходный код на языке APT преобразуется в программу перемещений инструмента, управления подачей и т.п., представляемую в виде аппаратно независимого файла CLData (Cutter Location Data). Файл CLData поступает в постпроцессор, который переводит программу на язык, требуемый для конкретного типа контроллера. Этими языками пользуются не профессиональные программисты, а заводские технологи, поэтому желательно, чтобы языки были достаточно простыми, построенными на визуальных изображениях ситуаций. Во многих системах дополнительно используются различные схемные языки. Ряд языков стандартизован и представлен в международном стандарте IEC 1131-3.
Особое место в CAD/CAM-системах занимает процедура прототипирования — изготовления прототипов деталей или шаблонов, по которым детали будут изготавливаться. Прототипирование — непосредственная реализация разработанной геометрической модели.
Для прототипирования широко используется стереолитография, основанная на построении трехмерного объекта из ряда слоев фотополимера, избирательно отверждаемого при облучении.
Процесс стереолитографии реализуется с помощью установки, в которой имеется ванна с жидким полимером и вертикально перемещаемая платформа. Платформа при формировании очередного слоя прототипа располагается ниже поверхности жидкого полимера на толщину одного слоя. Луч лазера перемещается по участку поверхности, повторяющему форму сечения прототипа. Этот участок затвердевает. Последовательно слой за слоем, начиная с нижнего слоя, формируется твердый прототип.
Процесс стереолитографии может быть использован для окончательного изготовления детали, если для нее полимер является подходящим материалом.
Наряду с стереолитографией используются и другие способы прототипирования, например, ламинирование (LOM — Laminated Object Manufacturing), основанное на последовательном склеивании слоев рабочего материала, поступающего в форме рулона. В установке ламинирования лазер вырезает слой по форме требуемого сечения.
Графическое ядро
Геометрическое (графическое) ядро — важный компонент машиностроительных САПР, предназначенный для реализации основных операций и процедур геометрического моделирования.
Геометрические ядра могут создаваться как самостоятельные продукты, например, ядра Parasolid и ACIS, которые используются во многих CAD/CAM системах, или как неотъемлемая часть конкретной САПР.
Ядро Parasolid — продукт фирмы Unigraphics Solutions (UGS). Оно используется не только в системах самой UGS, но и в таких САПР, как Solidworks, Solid Edge, T-Flex.
Ядро ACIS разработано компанией Spatial Technology и наибольшую известность приобрело, благодаря построению на его основе продуктов компании Autodesk. В 2000 г. компания Spatial Technology и соответственно ее продукт ACIS приобретены компанией Dassault Systemes, хотя перевода своих систем на это ядро Dassault не осуществила. В то же время Autodesk разработала и использует свое ядро Shape Manager.
Прототипирование
Прототипирование — изготовление прототипов деталей или шаблонов, по которым детали будут изготавливаться. Прототипирование в CAD/CAM — непосредственная реализация разработанной геометрической модели.
Для прототипирования широко используется стереолитография, основанная на построении трехмерного объекта из ряда слоев фотополимера, избирательно отверждаемого при облучении.
Процесс стереолитографии реализуется с помощью установки, в которой имеется ванна с жидким полимером и вертикально перемещаемая платформа. Платформа при формировании очередного слоя прототипа располагается ниже поверхности жидкого полимера на толщину одного слоя. Луч лазера перемещается по участку поверхности, повторяющему форму сечения прототипа. Этот участок затвердевает. Последовательно слой за слоем, начиная с нижнего слоя, формируется твердый прототип.
Процесс стереолитографии может быть использован для окончательного изготовления детали, если для нее полимер является подходящим материалом.
Наряду с стереолитографией используются и другие способы прототипирования, например, ламинирование (LOM — Laminated Object Manufacturing), основанное на последовательном склеивании слоев рабочего материала, поступающего в форме рулона. В установке ламинирования лазер вырезает слой по форме требуемого сечения.
7. Структура CAD/CAM систем
Программное обеспечение
Как правило, машиностроительные САПР имеют многомодульную структуру. В составе развитых САПР имеются следующие подсистемы:
1. Геометрическое (графическое) ядро. Геометрическое ядро реализует основные операции и процедуры геометрического моделирования.
2. Подсистема двумерной (2D) графики, используемая прежде всего для получения чертежной документации.
3. Подсистема 3D твердотельного (объемного) моделирования. Именно в ней реализуются процедуры конструктивной геометрии с использованием базовых элементов формы.
4. Подсистема 3D поверхностного моделирования, используемая для проектирования деталей со сложными поверхностями (лопатки турбин, корпуса самолетов, автомобилей, кораблей и т.п.) и иногда называемая подсистемой промышленного дизайна.
5. Специализированные модули, ориентированные на проектирование изделий определенного типа, например, штампов, деталей из листовых материалов, литых изделий и т.п.
6. Подсистема САМ для проектирования технологических процессов, синтеза программ для оборудования с ЧПУ, моделирования механической обработки и т.п.
7. База данных, включая архивные и справочные подсистемы.
8. Подсистема инженерного анализа, включающая программы типа Ansys и Adams для моделирования изделий на микро- и макроуровнях.
9. Подсистема импорта и экспорта (обмена) данных с поддержкой ряда используемых графических форматов.
10. Подсистема PDM управления данными и проектированием.
