3D коррекция

[Гость sapr2000]

Quote: from sapr2000 on 14:02 - 28 Янв., 2002

Нужно проверить как это дело работает, так адрес есть?

Дык ссылка то известная -

<noindex>http://www.chelset.ru/russian/technology/gemma/3d_corr.htm</noindex>

[IBV 112]

Там нет e-mail, где его взять?

[Гость sapr2000]

Quote: from sapr2000 on 14:23 - 28 Янв., 2002

Там нет e-mail, где его взять?

Да, контора закрытая... Но линк с мылом нашел, кликай сюда - <noindex>http://www.chelset.ru/russian/index_r.htm</noindex> :smile:

[IBV 112]

Спасибо. Написал разработчикам письмо. Если что-то поподробнее узнаю - напишу.

[Гость bigBUG]

На самом деле все это довольно сильно зависит от качества полученных векторов - если они ничего, то нет проблем, а если не особо, тады звинйте хлопцы - на выходе полный кал, петли там и все такое.

[IBV 112]

На самом деле все это довольно сильно зависит от качества полученных векторов - если они ничего, то нет проблем, а если не особо, тады звинйте хлопцы - на выходе полный кал, петли там и все такое.

  Это и ежу понятно, что зависит от качества векторов и величины коррекции. Потому и хотелось бы глянуть насколько корректно все это дело функционирует.

[Гость UAV1]

IBV

Помоему, знаю я автора статьи - это с челябинского пластика А. Дубровин. Где то был его e-mai, если нужен, то найду. Они действительно активно и успешно такой коррекцией пользуются. Все правда.

[Гость bigBUG]

2 Борис.

Качество векторов есть функция (качество CAM-системы)^(качества геометрии), потому "слабо" зависит от методик 3Д коррекции, используемых в производстве.

[IBV 112]

Михаил, это понятно, что"качество векторов есть функция (качество CAM-системы)^(качества геометрии), потому "слабо" зависит от методик 3Д коррекции, используемых в производстве". Я имел в виду, что "величина 3D-коррекции" - параметр, который как раз может провоцировать появление "на выходе полный кал, петли там и все такое". Т.е. даже в том случае, когда с векторами все в порядке.

2 UAV

Вы абсолютно правы - это А.Дубровин и есть. Мой запрос переправили ему. Жду вот его ответа.

[Гость sapr2000]

Вы абсолютно правы - это А.Дубровин и есть. Мой запрос переправили ему. Жду вот его ответа.

А чего ждать? Зовите его в конфу, пущай с нами напрямую поговорит.

Кинте в меня его мылом, я сам приглашу.

[IBV 112]

Жду. Пока "мыла" нет.

[IBV 112]

Получил "мыло" от автора программы по 3D-коррекции. Приложена его статья на эту тему. Admin, может вывесим её для всеобщего ознакомления?

[Гость sapr2000]

Не возражаю.

Не возражаю против обпубликования любых данных, кроме откровенного PR!

[Гость sapr2000]

Публикуем ответ

Итак, несколько слов о трехмерной коррекции в ЧПУ

или о трехосевой компенсации на размеры инструмента.

Ни для кого не секрет, что производственная база России давно отстала от западной. Это является одной из основных причин, сдерживающих рост производства изделий, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на состоянии экономики в целом. Скачек курса доллара всколыхнул экономику России, и с этого скачка началась длинная цепочка причинно-следственных взаимодействий. А именно, поскольку импортные товары стали слишком дорогими для российских граждан, коммерсанты обратили свои интересы на товары, производимые на отечественных заводах. Однако современный покупатель, познавший зарубежное качество, не захотел брать «советские» изделия. Поэтому перед промышленными предприятиями встал вопрос о повышении качества до уровня качества импортных изделий, что можно сделать с применением передовых западных технологий. Но пути приобретения импортного оборудования были отрезаны скачком доллара. Круг замкнулся!

Выход из порочного круга достаточно очевиден. Если производитель будет слепо верить в чудо западных технологий, то неизбежно окажется на несколько шагов позади тех, кто давно превратил чудо технологий в прибыль. И есть другой путь – можно научиться использовать ранее приобретенное импортное оборудование на все 100%, можно также расширить возможности «советского» оборудования и максимально приблизить его к западному и, наконец, можно создавать свое оборудование таким, чтобы оно не уступало мировым стандартам.

Было бы неправильным давать общие рецепты для всех отраслей экономики, но есть уверенность, что приведенные ниже выкладки будут полезны программистам ЧПУ и специалистам в области обработки на станках с числовым программным управлением (СЧПУ).

ЭФФЕКТИВНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ИМПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Стойки управления ЧПУ зарубежного производства обладают широчайшими возможностями для выполнения различной обработки, но оператор выбирает самые простые и знакомые операции. Обычно, работая на стойке ЧПУ Fidia итальянского производства, оператор пользуется многими стандартными функциями: хранение управляющих программ (УП) на диске, создание УП методом сканирования с образца, масштабирование по осям, выполнение программ с контурной коррекцией. Многие другие возможности не применяются. Стойка ЧПУ Fidia может во время выполнения УП трехосевой обработки автоматически вычислять отклонения от расчетной траектории, зависящие от размеров инструмента. Именно эту функцию мы называем трехмерной коррекцией. Многие специалисты не подозревают, что такая возможность в принципе существует. Некоторые слышали о трехмерной коррекции из различных источников, лишь отдельные специалисты умеют создавать УП с коррекцией в режиме сканирования. И, практически, никто не задумывался о том, что такие программы можно создавать с помощью различных CAD-систем. Основным отличием программ, позволяющих выполнять коррекцию для трехосевой обработки, от обычных управляющих программ является наличие вектора нормали в каждом кадре. Поэтому мы называем такие программы не иначе как управляющая программа с вектором нормали. Нами освоено проектирование УП с вектором нормали в трех CAD-системах: EUCLID (Франция), CIMATRON (Израиль) и Гемма (Россия). В течение пяти лет работы в области проектирования управляющих программ с вектором нормали удалось отработать методику промышленной эксплуатации трехмерной коррекции и, самое главное, познать все технические и экономические выгоды ее использования.

Для чего нужна компенсация на размеры инструмента, знают многие. И многие успешно используют компенсацию на радиус при проектировании контурных программ. Представьте, что на стойке ЧПУ Fidia можно достигнуть аналогичного или даже большего эффекта и при трехкоординатной обработке.

Какие положительные моменты достигаются с применением УП трехмерной коррекции по сравнению с обычными УП трехосевой обработки?

 Проектирование УП всегда выполняется предполагаемым инструментом для идеальной поверхности без учета предполагаемого припуска или межэлектродного зазора. Зато любые эквидистантные поверхности – припуск постоянной толщины или зазор - задает оператор СЧПУ во время выполнения программы в режиме обработки детали (рис 1). Это позволяет избежать различных ошибок на всех этапах работы от моделирования поверхности до обработки.

 Программист может спроектировать и отладить УП задолго до обработки, не привязываясь к конкретному инструменту, в спокойной обстановке, независимо от неправильного планирования производства. А оператор СЧПУ может использовать тот инструмент, который есть в наличии на момент обработки - в зависимости от особенностей техпроцесса это может быть любой тороидальный инструмент от цилиндрического до сферического.

 У оператора станка появляется больше возможностей для гибкой эксплуатации УП – используя последовательное снятие материала, он может добиться более точных размеров детали, чем, если бы использовал один конкретный инструмент. Работа с трехмерной коррекцией становится особенно эффективной, когда оператор СЧПУ работает одним инструментом, который подсаживается, и его приходится перетачивать. Как можно измерить переточенную трезубую фрезу? Только на специальном, обычно импортном оборудовании. В то время как оператор измеряет результат обработки УП с вектором нормали, при необходимости вносит коррективы, изменяя привязку инструмента, его корректор на радиус и диаметр. Не зная заранее точных размеров инструмента, он может получить правильные размеры детали.

 Можно, аналогично контурной обработке слева и справа, используя одну управляющую программу с вектором нормали, обработать матрицу и пуансон для деталей постоянной толщины, заменив в ней подход и отход инструмента. Во время обработки на станке необходимо установить зеркальную обработку по нужным координатам, и получится годная деталь.

Предыдущие пункты, описывающие обработку произвольным инструментом с эквидистантными отклонениями, понятны тем, кто пользуется контурной коррекцией. Но существуют и другие полезные особенности применения трехмерной коррекции. А именно.

 Цилиндрическая фреза, как известно, самый дешевый инструмент. Потому следует рассмотреть полезный эффект, который дает применение трехмерной коррекции для цилиндрической фрезы при учете фаски или притупления кромки. Если их не учитывать, то обрабатываемая поверхность получается с искажениями. Для исправления применяется непропорциональное изменение корректоров инструмента. Изменяют корректор на радиус инструмента и его привязки по оси Z, в то время как корректор на диаметр остается неизменным. При этом вертикальные и горизонтальные поверхности остаются без изменения, а изменяются только наклонные участки поверхности с возможностью подгонки (Рис 2.). Аналогичным образом можно «исправить» искажения поверхности от неправильно заточенного инструмента. Например, фреза, заточенная как сферическая, имеет значительные отклонения от идеальной сферы – обычное дело, когда нет хорошего заточного оборудования? Такой дефект успешно исправляется корректорами во время обработки.

 Кто проектировал УП пяти-координатной фрезерной обработки для станка с поворотной головкой, знает, что эквидистантное отклонение от обрабатываемой поверхности можно получить только физическим изменением вылета инструмента. Чтобы получить идеальную поверхность, необходимо с точностью до соток установить расстояния от центра инструмента до центра поворотной головки станка. Применение трехмерной коррекции позволяет устанавливать инструмент произвольно, а любые эквидистантные изменения достигаются пропорциональным изменением корректоров.

 При изготовлении масштабных моделей деталей для отладки обычных УП приходится использовать инструмент строго того же масштаба, что и модель. Ясно, что в этом случае трехмерная коррекция снимает многие проблемы при выборе и подготовке инструмента, но самым важным является другое. Только с применением трехмерной коррекции можно получить идеальную поверхность при непропорциональном масштабировании по различным осям!

 На нашем предприятии (ЗАО «АП Пластик», г. Челябинск) активно эксплуатируются станки фирмы Шармий Текноложи. Отличные станки: высокая точность, хорошее качество получаемых поверхностей. Но иногда получался брак – геометрия детали не соответствует чертежной, и к тому же на поверхности после чистовой обработки проступают следы черновой обработки. Когда проанализировали, оказалось, что мы неправильно изготавливаем электроды для эрозионной обработки с орбитальным круговым движением электрода.

В эрозии круговая траектория используется для повышения производительности обработки и качества обрабатываемой поверхности. Каждая точка электрода движется по окружности, а весь электрод совершает движение в плоскости, без изменения ориентации в пространстве. В такой обработке присутствуют два зазора. Один образован электрической искрой, другой - движением электрода. Электроды всегда изготавливают, занижая идеальную поверхность на величину межэлектродного зазора. Для эрозии с орбитальным движением обычно используется полный зазор, то есть искровой + радиус орбиты. В действительности, во время обработки электрод отстоит от детали всегда на величину искрового зазора. Для вертикальных и горизонтальных поверхностей расчеты проводят верно, создаются правильные поверхности. Однако на уклонах наблюдается «зарез». На 45-градусных уклонах достигается максимальное отклонение от идеальной поверхности, равное 0.414 от величины радиуса орбиты, которое от геометрии детали и других параметров обработки не зависит.

Обработку черновыми электродами проводят с большим орбитальным зазором, и он глубже врезается в деталь. Поэтому иногда обработка чистовым электродом не перекрывает следы грубой обработки, и тогда после обработки чистовым электродом на поверхности остается чернота – след неправильной обработки чистовым электродом. УП с вектором нормали успешно решили эту проблему с применением дифференциального зазора - корректируя УП на межэлектродный зазор достаточно задавать непропорциональное изменение размеров инструмента. Радиус изменяют на величину искрового зазора, а диаметр на суммарный зазор искры и радиуса орбиты. После изготовления электродов по этой методике брак прекратился.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ «СОВЕТСКОГО» ОБОРУДОВАНИЯ

Наше предприятие еще не имеет фрезерного оборудования европейского уровня, и мы попробовали перенести эти возможности на наши обыкновенные станки советского производства. Для этого пришлось выполнять все расчеты, связанные с компенсацией на размеры инструмента, вне стойки ЧПУ, на обычном персональном компьютере.

Теоретически трехосевая компенсация на размеры инструмента достигается просто. В каждом позиционирующем кадре управляющей программы кроме значений декартовых координат должен присутствовать вектор нормали поверхности в обрабатываемой точке. Многие САМ-системы обычно выдают в АРТ-файл вектор нормали в виде значений его направляющих косинусов, то есть в виде длин проекций этого вектора единичной длины на оси координат.  Если к имеющемуся добавить размеры инструментов: расчетного (участвующего при проектировании УП) и фактического (установленного в шпинделе станка), то можно легко пересчитать траекторию одного инструмента (расчетного) на траекторию другого (фактического). Формулы для вычисления достаточно простые, полностью основаны на теореме Пифагора и тригонометрии в пространстве. Мы разработали программу преобразования траектории, выполняющую эти вычисления. Программа преобразования выполнена таким образом, что УП на выходе отличается от исходной УП пересчитанными значениями X,Y,Z и отсутствием вектора нормали. Каким образом получена исходная УП, как и сколько раз она редактировалась, не имеет никакого значения. То есть программа преобразования полностью сохраняет структуру УП каждого кадра, и потому нет привязки к стойке ЧПУ конкретного станка. Программа имеет простой интерфейс и эксплуатируется в основном оператором СЧПУ, чем и достигается основной эффект.

Первые программы с вектором нормали для эксплуатации по такой схеме были разработаны в системе Гемма-3D, с помощью которых были изготовлены электроды для матрицы и пуансон для прессформы на деталь “Облицовка подголовника” (рис 4). Но трудно было правильно оценить эффективность такого новшества – слишком много сил было потрачено на его разработку и внедрение. Через полгода после внедрения, когда уже были обнаружены многие “подводные камни”, когда процесс эксплуатации УП с вектором нормали приобрел обыкновенную повседневность, была принята попытка определить экономическую эффективность применения трехмерной коррекции на примере изготовления формообразующих деталей пресс-формы для литья детали «Облицовка сиденья» автомобиля ВАЗ (рис 5). Было использовано 12 фрез пяти различных типоразмеров, которые при необходимости перетачивались. В общем списке выполненных работ (в порядке их выполнения) присутствуют: две деревянных модели, выполненных с чистыми размерами, грубая обработка и обработка с припуском 0,5 мм для четырех деталей (две матрицы и два пуансона). Затем после термообработки выполнена полная чистовая обработка этих деталей, и, в завершение, изготовлены электроды для обработки мест, недоступных для фрезы. По выполненному объему работ попытались провести анализ экономической эффективности, сравнивая три варианта.

I. Подготовить заранее необходимое количество совершенно одинакового инструмента, достаточного для обработки всей детали. Режим работы: как только инструмент потерял свою геометрическую точность или затупился, установить новый инструмент из заранее заготовленных.

II. Перетачивать существующий инструмент и для каждого нового размера инструмента проектировать повторно управляющую программу. Режим работы: как только инструмент потерял свою геометрическую точность или затупился, необходимо выполнить следующую последовательность действий.

Переточить рабочий контур инструмента на оптико-шлифовальном станке. Обмерить инструмент, результаты обмера передать программисту ЧПУ. Перепроектировать  программу, этот процесс длится приблизительно 25 минут: открыть модель, открыть траекторию инструмента, установить новые размеры инструмента, получить новую программу, обработать ее постпроцессором, как минимум провести визуальную проверку, которая не обеспечивает 100%-ного отсутствия ошибок, и передать программу на компьютер для последующей передачи ее на стойку ЧПУ.

Этот вариант требует присутствия программиста на рабочем месте.

III. Один раз создать и один раз отладить УП с вектором нормали и обработать всю поверхность одним инструментом с нужным количеством переточек.

Режим работы программиста - все программы проектируются и проходят визуальную проверку задолго до непосредственной обработки детали. Можно провести натурные испытания программы любым инструментом, например, изготовить  модель с последующей уточненной отладкой программ.

Режим работы станочника - после заточки снять размеры инструмента, указать их в программе преобразования (пересчет размеров инструмента – 2 минуты) и передать программу на станок. Присутствие программиста не требуется.

Анализ показал, что только прямой экономический эффект от применения трехмерной коррекции по сравнению с первым вариантом составляет 3500руб. (только стоимость дополнительного количества инструмента), а по сравнению со вторым – 2500руб. (только экономия заработной платы программиста ЧПУ и оператора СЧПУ). Следует добавить, что такие результаты были получены за три недели работы в июле 1998 года на участке станков с ЧПУ. Несколько сложнее определить эффект для других структур и для всего предприятия. Например, не было никаких авралов, связанных с подготовкой требуемого инструмента, или как определить полезность того факта, что прессформа поступила в литейный цех на две недели раньше срока.

О РАЗВИТИИ СТАНКОСТРОЕНИЯ В РОССИИ

В настоящее время мы работаем на морально устаревшем оборудовании и пытаемся, несмотря на его ограниченные возможности, изготавливать детали высокого качества. Приобретение современного импортного оборудования лежит за пределами наших финансовых возможностей. Попытка найти что-нибудь подобное в России быстро увенчалась успехом. Оказывается, в Санкт-Петербурге работает небольшое инженерное предприятие (ЗАО «Техническое бюро станкостроения»), которое занимается модернизацией станков с ЧПУ. После замены старой станочной стойки персональным компьютером с соответствующим программным обеспечением станок переходит в разряд современных за счет приобретения новых функций, таких как неограниченный размер УП, возможность сканирования и встроенная функция трехмерной коррекции. Очень любопытно, что силами этого предприятия освоен выпуск малогабаритных станков для изготовления моделей, оснащенных управлением ЧПУ с вышеописанными возможностями.

*   *   *

Оснащение существующих и вновь производимых станков прогрессивным управлением ЧПУ и внедрение новых методик обработки на СЧПУ может сделать настоящий прорыв в развитии производства на предприятиях. Дело в том, что 3Д-коррекция - очень удобная штука. Трехосевые программы без коррекции у нас уже редкость и вызывают неудобство не только среди основных участников ЧПУ обработки, но и косвенно касающихся этого. В число косвенных входят начальник цеха, его замы, кладовая инструмента, технологи прошивной эрозионной обработки. К хорошему быстро привыкаешь, а возвращаться к старому почти невозможно. Потому должен сказать, что обратной дороги у нас нет!

Дубровин А.А.

[Гость bigBUG]

  Читал я уже это творение - все в нем хорошо и убедительно, только вот конец статьи наводит на нехоршие размышления. Дело в том, что я собственно в Питере живу и работаю. И работает моё предприятие как раз на станках, модернизированных ЗАО "ТБС".

  Гораздо ниже среднего удовольствие я вам скажу. Оборудование сдавалось на 5 или 6 месяцев дольше срока, постоянные отказы электрики, периодические зарезы детали явно по вине СЧПУ. Учитывая качество железа (швейцарский Starrag) все это выглядит просто дико. Такое вот питерское ЗАО "ТБС".

  Так что впечатление от статьи слегка смазанное.

[Den 1]

Сдаётся мне, что алгоритм 3D коррекции, основанный на теореме Пифагора, будет работать, если радиус траектории инструмента будет меньше величины коррекции, в противном случае - петли. Если траектория на этом участке лежит в плоскости, то петлю (пересечение) ещё можно отловить, а вот как быть с 3D контурной обработкой?

[Sharachov 1]

Почему-то Автор ничего не говорит об области применимости данного метода, или хотя бы о попытках обрисовки таких границ. И я подозреваю, что результат программы используется "как есть". Т.е. если результат устраивает, то хорошо и пользуйтесь, если не устраивает, то, конечно, плохо и не пользуйтесь.

Но и то хорошо, что такая программа и попытки таких программ есть. Народу есть чем заняться.

Хотя я тогда не понимаю, чем занимаются разработчики САМ в поте и крови, рассчитывая радиусы кривизны, наличие блокирующих поверхностей, которые находятся в зоне движения фрезы и т.п. Берите диаметр фрезы = 0, выдайте положение точки и вектор нормали в них, задействуйте 3D коррекцию от третьей фирмы на станок, и вперед с песней к кассе.

[doob 14]

Большое спасибо, Filippovitch K.V.! за приглашение в форуме.

Почитал тему 3Д-корр и решил поучаствовать. Но не раньше, чем 4 февраля.

Андрей Дубровин.

[Гость bigBUG]

Ээээээ, батенька, как вы тогда выйдите на требуемую точность расчета углов нормали? Я себе все это дело представляю в очень общих чертах, на ведь:

а) расчеты часто идут по триангулированной модели (как например в моём любимом PMill), а там, сами понимаете фреза с 0-вым радиусом ваще чушь выдаст,

б) даже если модель не триангулирована, то всё равно методы численные, точность не бесконечно мала и будут одни вырождения.

По поводу границ применимости метода.

   У нас на предприятии уже 12 лет работает методика от Fidia, по которой мы делаем пардон, обувные колодки. В процессе работы, как вы понимаете мы их градируем (непропорционально масштабируем) в нужный размер. Так вот по это методике делается так - берётся обычная УП без нормали, _масштабируется_ с учетом поправочных коэффициентов на диаметр фрезы ... и всё! Работает ... удовлетворительно.

   Т.е. большие (гладкие) чистовые УП так можно гонять, обработки рельефа, по размерам сопоставимого с диам. фрезы - думаю не покатит, запарят вырождения траектории (т.е. петли).

   В общем ничего утешительного.

[Sharachov 1]

Не принимайте близко к сердцу. Это я иронизирую. Насчет 0-ой фрезы. Наверное, частицу "бы" пропустил. Вот если бы была такая программа на все случаи жизни, то бери фрезу 0 и вперед.