Проблема неравномерного припуска на крупных заготовках
Масштаб задачи на ИжРЭСТ
Специалисты Ижевского завода штампов и пресс-форм «ИжРЭСТ» столкнулись с серьёзной проблемой. Габаритные заготовки размером свыше 1200×900×500 мм требовали колоссальных затрат времени на обработку формообразующих поверхностей. Более 200 часов на станке с ЧПУ — это немало. Особенно когда речь идёт о жаропрочных сплавах марок ЭП-202 и ЖС6-У.
Что происходило в процессе? Неравномерность припуска обрабатываемого материала приводила к повышенному износу режущего инструмента. Управляющие программы работали неэффективно — множество проходов инструмента на рабочих подачах происходило вне зоны контакта с заготовкой. Проще говоря, станок резал воздух. А это время, деньги и ресурс оборудования.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Габариты заготовок | более 1200×900×500 мм |
| Время обработки | свыше 200 часов |
| Материалы | ЭП-202, ЖС6-У (жаропрочные сплавы) |
| Основная проблема | неравномерный припуск, износ инструмента |
Рис. 1. Жаропрочные заготовки штамповой оснастки, обрабатываемые на станках с ЧПУ.
Решение через 3D-сканирование и CAD-моделирование
Привлечение университетских специалистов
Для поиска методов повышения эффективности обработки пресс-форм завод «ИжРЭСТ» обратился к сотрудникам ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М. Т. Калашникова». Работа выполнялась в рамках хоздоговорных работ. Университет располагал не только квалифицированными кадрами, но и необходимым оборудованием и программным обеспечением.
Предложение было таким: использовать метод реверсивного инжиниринга. Реализация — через CAD-систему PowerSHAPE Pro (разработка компании Delcam). Суть проста, но эффективна. Оцифровываем физический прототип с помощью координатно-измерительных машин и 3D-сканеров. Строим точную фактическую CAD-модель заготовки. Используем её наравне с 3D-моделью готового изделия для разработки управляющих программ для станка с ЧПУ.
Что это даёт? Равномерное распределение припуска на обработку. Минимизацию «резания воздуха». И, как следствие, значительное сокращение времени обработки на станке с ЧПУ.
Портативная КИМ CimCore с лазерным сканером
Особенности сканирования крупных заготовок
Учитывая сложную форму и большие габариты заготовок, сканирование решили осуществлять непосредственно на предприятии заказчика. Использовали портативную координатно-измерительную машину (КИМ) CimCore INFINITE 2.0, оснащённую лазерным сканером ScanWorks.
Процесс оказался небыстрым. Произвели 3D-сканирование трёх заготовок. Сканирование осуществлялось в несколько переустановов Ким — это необходимо для доступа к элементам изделия со всех сторон. В итоге для каждой заготовки получили до шести файлов. Каждый файл описывал форму заготовки при помощи облаков сканированных точек в различных системах координат.
Рис. 2. Облако точек одной из сканированных заготовок (слева) и соответствующая ей теоретическая CAD-модель.
Объединение данных в единую систему координат
Дальше в дело вступила CAI-система PowerINSPECT (тоже разработка Delcam). С её помощью файлы объединили в единую систему координат. На рисунке 2 представлен результат сканирования в виде облаков точек (слева) и теоретическая CAD-модель заготовки, построенная по конструкторской документации.
PowerSHAPE Pro: работа с облаками точек
Обработка сканированных данных
После обработки в PowerSHAPE Pro сканированных данных (удаления лишних и заведомо ошибочных точек, прореживания и сглаживания поверхностей) построили триангулированные 3D-модели фактических заготовок.
Рис. 3. Примеры триангулированной 3D-модели заготовки.
Создание традиционных твердотельных моделей
Но на этом работа не закончилась. Для того чтобы полученные 3D-модели фактических заготовок можно было использовать в применяемой на предприятии CAM-системе, в PowerSHAPE Pro потребовалось создать на основе триангулированных поверхностей традиционные твердотельные CAD-модели заготовок с точным математическим описанием.
Рис. 4. Твердотельная CAD-модель одной из заготовок.
Кроме того, построили вспомогательные плоскости. Они служат для базирования теоретической CAD-модели детали относительно фактической заготовки.
Построение точных твердотельных моделей
Совмещение теоретической и фактической моделей
После построения твердотельных CAD-моделей реальных заготовок выполнили совмещение каждой CAD-модели теоретической детали с моделью реальной заготовки. Исходили из условия обеспечения максимально равномерного припуска на обработку.
Рис. 5. Процесс совмещения CAD-модели теоретической детали с моделью реальной заготовки для достижения равномерного распределения припуска.
Результаты: сокращение времени и износа инструмента
Практическая эффективность решения
Применение реализованных в ПО Delcam средств реверсивного инжиниринга позволило в сжатые сроки успешно решить задачу построения твердотельных CAD-моделей фактических заготовок. Что это дало на практике?
Программисты-технологи получили возможность:
- ✓ Равномерно распределить припуск на обработку
- ✓ Точно задать границы зон гарантированно безопасных перемещений инструмента на ускоренных подачах
- ✓ Существенно повысить эффективность управляющих программ
- ✓ Снизить вероятность поломки инструмента и оборудования
Результат говорит сам за себя. Меньше времени на станке — меньше износ инструмента. Точные управляющие программы — меньше брака и простоев.
Преимущества гибридного моделирования
Уникальные возможности PowerSHAPE Pro
PowerSHAPE Pro — самостоятельная независимая CAD-система. Она способна интегрироваться с другими компонентами комплексного CAD/CAM/CAI-решения от компании Delcam, предназначенного для конструктивно-технологической подготовки производства.
Основное предназначение PowerSHAPE Pro — создание качественной CAD-модели, пригодной для последующей разработки на ее основе эффективных управляющих программ для станков с ЧПУ.
| Тип моделирования | Возможности PowerSHAPE Pro | Конкурирующие системы |
|---|---|---|
| Твердотельное | Полная поддержка | Полная поддержка |
| Поверхностное | Полная поддержка | Полная поддержка |
| Триангулированные сетки | Полная поддержка + основа для CAD-моделей | Только визуализация |
| Облака 3D-точек | Полная поддержка + основа для CAD-моделей | Только визуализация |
Программа PowerSHAPE Pro позволяет одновременно оперировать в едином геометрическом пространстве:
- ☑ 3D-модели с твердыми телами (традиционное твердотельное моделирование)
- ☑ Поверхности с точным математическим описанием (поверхностное моделирование и прямое редактирование)
- ☑ Триангулированные сетки (фасетное моделирование)
- ☑ Облака сканированных 3D-точек
В большинстве конкурирующих гибридных CAD-систем реализовано лишь поверхностное и твердотельное моделирование. А триангулированные сетки и облака 3D-точек если и могут быть визуализированы, то их нельзя взять за основу для построения CAD-модели.
Способность PowerSHAPE Pro эффективно обрабатывать сканированные облака точек позволяет избежать необходимости многократной передачи 3D-данных между различными программами (модулями) и значительно повысить эффективность работы.
Вот так реверсивный инжиниринг помог решить реальную производственную проблему. Без лишней теории — только практический результат.
Алексей Гертрудович Бажин
Иван Андреевич Печёнкин
Владимир Юрьевич Пузанов
Ижевский государственный технический университет г. Ижевск, Россия
"
