Производственные истории из жизни 3D-коррекции.

[doob 14]

Уже 4 года не занимаюсь активно 3D-коррекцией. Но пока еще помню и могу многое рассказать. Что и попытаюсь сделать в наиболее популярном виде.

Эпизод #0

Мое освоение ЧПУ началось с итальянской стойки Fidia образца 1987 года. Пожалуй, это единственная стойка, которую освоил полноценно. Для программ, написанных извне, это была обычная стойка для фрезерной обработки. Имеющаяся возможность использования 3D коррекции была для нас непонятной игрушкой. Абсолютно всё, что нужно было обработать, получалось без нее. Но развитие продолжалось, и мы начали осваивать сканирование. В Fidia есть несколько стратегий сканирования. При этом результат сканирования получается в виде готовой УП, что позволяет выполнить всю последующую обработку детали. И вот здесь пришлось обратить внимание на странную игрушку, которая превратилась в хороший инструмент.

Если модель в масштабе 1:1, то желательно подобрать для сканирования мерные щупы по размерам, совпадающие с имеющимся инструментом. И естественно, это случалось не всегда. Приблизительно каждый пятый инструмент требовал специального подхода. Или изготовить специальный щуп, или заказать фрезу с требуемыми размерами. Следует сказать, что в комплекте вообще не было щупов под тороидальные фрезы. Чтобы исключить лишнюю производственную суету пришлось создавать методом сканирования УП с вектором нормали. Тогда научились минимально применять 3D-коррекцию – на предмет использования инструментов с размерами, отличными от использованных во время проектирования УП.

Загадочной оставалась строка в документации: «рекомендуется применять инструмент с отклонением НЕ более 10% от размеров щупа». Почему и зачем это было не понятно. Однако, производство уже работало, и достигнутой точности хватало для изготовления холодных штампов.

Далее любой технически грамотный специалист может представить, какие могут возникнуть проблемы с инструментом, если нужно изготовить деталь по модели, созданной в масштабе, например, 1:8.7. В этом случае без 3D-коррекции почти как без воздуха.

Эпизод #1

Через год-полтора, когда уже накопился опыт работы по управлению стойкой и по созданию обычных УП с помощью САМ-системы, появилось место для творческой мысли. И эта мысль пришла к моему коллеге по работе. «А можно ли создавать УП с вектором нормали с помощью САМ-системы?» Поскольку он был инициатором, то его смело можно назвать папой… тогда меня можно назвать мамой внедрения 3D-коррекции в реально действующее инструментальное производство. Это потому, что вся техническая часть легла на мои плечи. Пришлось самому, без документации и помощников протаптывать тропинку для вектора нормали от САМ-системы до станка.

Проблемы начались с того, что САМ-система не готова создавать программы 3D обработки с вектором нормали. Пришлось выполнять обходные маневры – использовать стратегии 5D обработки с обработкой торцом фрезы по нормали к поверхности. И здесь обнаружились новые возможности и удобства для работы. Если раньше все программы были написаны на нижнюю точку фрезы, то в новых УП задаются непосредственно точки поверхности. Возникает вопрос, почему это должно быть хорошо?

Для получения ответа можно сравнить аналогичные возможности контурной коррекции. Можно программировать центр фрезы, в корректоре указывать разность между расчетным и реальным диаметром (радиусом) фрезы. Но подавляющее большинство специалистов программируют чистый контур детали, а в корректор забивают реальный диаметр (радиус) фрезы. В 3D-коррекции то же самое. Если программируем точку поверхности, то в корректор забиваем реальные значения диаметра фрезы и радиус скругления ее кромки.

Для первой проверки на станке в качестве контрольной поверхности была выбрана сфера. Подготовили программу обработки строками для сферической фрезы, диаметром 20мм. Установили значения корректоров D=20 R=10, получили как и хотели – сферу, обработанную строчками. Затем установили цилиндрическую фрезу диаметром 20мм, корректоры D=20 R=0. И получили то же самое… это было похоже на маленькую фантастику. Не верилось, что такое вообще возможно, и в то же время представлялось сколько всего интересного и удобного можно будет сделать в дальнейшем.

Эпизод #2

После этого началось массовое внедрение 3D-коррекции на производстве. Старались выполнить все программы с вектором нормали. Железное исключение составляли УП с контурной коррекцией и УП черновой обработки.

На первых экспериментальных запусках программ нового образца, состоялся показательный случай. Только что обработали формообразующую поверхность пуансона для листовой вытяжки. Настроение серое, поскольку ничего особенного не произошло. Можно было получить то же самое обычной 3D обработкой без дополнительных затрат. В этот момент подходит главный технолог производства и обмеряет деталь. Через минуту говорит, что деталь придется переделывать. Мы начали выяснять, чей это брак. А главный технолог говорит, что никакого брака нет, просто прошло изменение – нужно все поверхности сдвинуть по горизонтали внутрь на 2мм. Наладчик тут же изменяет корректор на диаметр на величину -4мм и запускает программу. Через пару часов получилась нужная деталь с последними изменениями.

После этого внедрение пошло веселее, и быстро сформировались некоторые правила использования УП с вектором нормали.

Программист использует для проектирования УП только идеальные поверхности. То есть, никогда не добавляет припуск, даже если он необходим. Не проектирует обработку с созданием зазора (здесь и далее зазором будет называться требуемое занижение вглубь поверхности, которое необходимо при изготовлении электродов прошивной эрозионной обработки). Всегда проектируется обработка самой поверхности некоторым инструментом с круглыми значениями размеров.

Наладчик без специального разрешения программиста не имеет права использовать фрезу, размеры которой больше расчетной фрезы.

Привязка фрезы к детали осуществляется не по нижней точке фрезы, а по точке, которая соответствует центру радиуса скругления. Это особенно необходимо для самого простого использования 3D-коррекции для получения равномерного припуска или зазора – только в этом случае нет необходимости изменять привязку фрезы по высоте при пропорциональном изменении корректоров. В данном случае пропорциональным изменением корректоров называется действие, когда значение корректора на диаметр изменяется на величину 2*Q;, а корректор на радиус скругления изменяется на величину Q;, без изменения остальных параметров. Если Q; положительный, то будет равномерный припуск, если отрицательный, то равномерный зазор. Очень похоже по действиям на обычную контурную коррекцию.

На рисунке - геометрия, поясняющая образование равномерного припуска.

Эпизод #3

Появились первые стабильные эффекты.

Если бы не было 3D-коррекции, то программист-технолог должен был перед каждым проектированием УП узнать у наладчика точные размеры инструмента. А если инструмент еще не готов, нет смысла создавать УП. А потом, как обычно это бывает у нас в России, приходит инструмент, и начальство срочно требует программы, потому что станки стоят.

С применением 3D-коррекции можно проектировать УП задолго до получения (приобретения) инструмента. Можно заранее, в спокойной обстановке выполнить целый проект, а не создавать программы в последний момент, когда на производстве аврал и нужно срочно загружать станки. На производстве была специальная машина для обмера инструмента – на каждой фрезе была наклейка с диаметром и радиусом скругления с точностью до тысячных долей мм. Наладчик забивал эти значения в корректоры и получал годную деталь.

Особые эффекты были достигнуты при изготовлении электродов. Когда коррекции не было, техпроцесс на электрод дважды приходил к программисту. Вначале программист проектировал геометрию электрода и передавал технологу по эрозии. Тот определял значения межэлектродных зазоров и возвращал проект программисту. После этого программист по данным значениям зазоров создает два комплекта УП – на черновой и чистовой электрод. Зазор задает одним из способов, который ему предоставляет САМ-система.

После внедрения 3D-коррекции программист сразу выполнял весь техпроцесс с получением одного комплекта УП для обработки поверхности электрода без отклонений. Технолог по эрозии добавляет в ТП вычисленные зазоры и передает его в цех для работы. Наладчик, используя произвольный инструмент и добавляя в корректоры значения зазоров, изготавливает черновой и чистовой электроды по одному комплекту программ.

Эпизод #4

И все-таки очень многого мы не знали. Если обрабатывали электрод простой цилиндрической фрезой, то непонятно было, как задавать корректор на радиус скругления. Получается, что радиус скругления должен быть отрицательным. Чтобы избежать этого, во время проектирования траектории указывали инструмент с небольшим радиусом на кромке, заведомо большим, чем величина требуемого зазора. Тогда корректор оставался всегда положительным.

Потом появилась задача учета фаски. Появился хорошие наборные фрезы со сменными пластинами. На каждой пластинке фаска 0.45мм. При обычных уже отлаженных приемах 3D-коррекции на 45-градусных уклонах появлялись отклонения, не совместимые с работоспособностью гибочного штампа. Правильное решение нашли наладчики. Если привязать фрезу нижней точкой инструмента, а в корректорах менять только радиус скругления, то вертикальные и горизонтальные поверхности останутся неизменными, а изменяться будут переходные радиусы и уклоны. Наладчики не стали заранее вычислять требуемый корректор на радиус скругления. Они подготовили шаблон, который помог им подогнать корректор для получения правильной фигуры.

Извиняюсь, уже начал многое забывать... После повторного взгляда на картинку вспомнил, что для достижения такого эффекта наладчики всегда на одну и ту же величину изменяли два параметра: радиус скругления и привязка по Z

Эпизод #5

Начало 90-х, голодное время, переход на другую работу по той же специальности. Два станка со стойкой 2С42, только контурная коррекция, память стойки для УП – 23К. После стойки Fidia работа стала просто тоскливой! Для производства требовались простые УП, и потому оставалось свободное время для творчества. А почему бы не сделать внешний конвертер для 3D-коррекции? На удачу, в цехе стоял компьютер – этакий сервер для хранения и передачи программ на станки. Совместными усилиями подготовили конвертер и обучили местных наладчиков. И работа пошла!

Программисты ЧПУ передают на цеховой компьютер подготовленные программы. Наладчик перед непосредственным использованием УП конвертирует ее с помощью специальной программы с указанием коррекционных отклонений или реальных размеров фрезы и получает обычную УП, годную для стойки 2С42. Далее передает ее на станок по каналу DNC и запускает на выполнение в обычном режиме.

В одной из первых деталей, на которых проходила испытания 3D-коррекция внешнего конвертирования большая часть обработки приходилась на сферическую фрезу диаметром 9мм, выбранную по наименьшему внутреннему радиусу детали. Фрез в наличии оказалось всего две, да и стойкости хватало на полсмены. С применением 3D-коррекции все четыре детали (матрица-пуансон и такой же левый комплект) были изготовлены за одну неделю двусменной работы. Пока работала одна фреза, вторая была на переточке. За все время обработки каждая фреза была переточена около десяти раз и изменила свой размер от диаметра 9 до диаметра 7.4мм.

Программисты ЧПУ в это время совершенно не касались производства. Разве что приходили посмотреть на ход процесса. Спокойно занимались проектированием электродов для продолжения обработки той же самой пресс-формы.

Эпизод #6

Во время отладки конвертера пришлось влезть в самую гущу проблем 3D-коррекции, познать тонкости и недостатки, обнаружить перспективы развития.

Первое, что удалось выяснить, 3D-коррекция работает только со скруглением тороидальной фрезы. Сюда же попадают частные случаи в виде чистой сферы и чистого цилиндра. Цилиндр можно представить как тороидальную фрезу с радиусом 0. Наклонная часть угловых фрез не работает на коррекцию, просто является ограничением максимального допустимого положения вектора нормали. Обрабатывать такими фрезами можно и для получения программ 3D-коррекции. При этом контроль за максимальным углом лежит на САМ-системе. Более того, если угол не ограничивать, а сделать грибковую фрезу с полным внешним скруглением, можно будет писать УП с коррекцией для поднутрений.

Гораздо хуже обстоят дела с плоской нижней поверхностью тороидальных фрез. Если вектор нормали становится строго вертикальным, то касание точки поверхности тором становится бессмысленным. В этом случае все стойки работают одинаково – фреза встает центром в указанную точку. И это бывает опасно! И были конкретные случаи. Так при движении по гладкой стенке матрицы сверху вниз в первой точке горизонтального участка фреза входит в тело детали.

Это неприятно, но интересен весь переходный процесс от вертикального вектора до нормальной работы коррекции. Рассмотрим самый крайний случай. Fidia предоставляет для проекции вектора на оси всего три знака. Максимально достигаемое значение для DZ составляет 0.999. И это оказалось мало! Arcos(0.999) = 2.54 градуса. Это значит, что макушку пуансона с углом отличным от горизонта на величину менее 2.5 градуса бесполезно обрабатывать с 3D коррекцией. Второй граничный момент – векторная сумма всех трех векторов должна быть 1. Тогда DZ со своим значением забирает почти весь «вес» вектора, при этом на горизонтальную составляющую, на два вектора DX и DY, остается всего 0.045. По факту это означает, что вектор в плоскости XY будет изменяться приблизительно через два градуса.

Поначалу думалось, что за пределами этой границы обрабатывать невозможно. Но по факту точности оказались весьма приемлемыми, особенно для сферических фрез. Более того, используя собственный конвертер, применили для задания составляющих вектора числа с шестью значащими цифрами. Тогда граница сдвинулась до 0.08 градуса, и работать стало опять легко и приятно.

Эпизод #7

Потом удалось понять смысл строки из документации стойки Fidia: «рекомендуется применять инструмент с отклонением не более 10% от размеров щупа». Оказывается, щуп во время сканирования определяет вектор нормали по направлению силы, действующей на щуп. А эта сила никогда не направлена по нормали к поверхности. Сила трения между щупом и моделью отклоняет вектор силы на величину от 2 до 10 градусов. То есть, вектор не является нормалью к поверхности.

Тогда получается, что реальная точка касания фрезы и поверхности не совпадает с теоретической, той самой, которая будет участвовать при расчете коррекции. И тогда при любом изменении размеров инструмента будут наблюдаться погрешности. Чем больше инструмент, тем больше погрешности. Изменение в 10% обеспечивает приемлемую точность. В принципе можно было бы учесть величину отклонения через силу трения, но пока ни одна стойка этого не умеет.

А при масштабировании УП появляется еще одна гораздо большая погрешность. Чтобы было понятно, провожу аналогию с контурной коррекцией. Там тоже можно программировать центр фрезы и точку контура. Если запрограммирован центр фрезы, то при масштабном изменении программы следует с тем же коэффициентом изменить радиус фрезы, иначе будут погрешности. А вот если программировать контур детали, то масштабирование происходит идеально!

То же и в 3D-коррекции. Сканированная программа задает точку фрезы, и потому масштабирование с обработкой непропорциональным инструментом все равно даст неверный результат. А вот если траектория привязана к точкам касания фрезы и поверхности, то масштабирование позволит обработать чистую масштабную копию. Все это реально, если учесть, что легко можно создать конвертер, который может преобразовать УП с траекторией «центра фрезы» в траекторию «точка поверхности». Впрочем, и обратно тоже.

И вот, когда появился САМ, который создает честный вектор нормали для 3D обработки, мы встали перед выбором, которую из траекторий лучше использовать для работы. Большинство плюсов оказалось у траектории центра фрезы. Получаемые программы уже были такими, и их не нужно было пересчитывать постпроцессорами. Эти программы нормально воспринимались визуализаторами обработки. И самое главное, почти не чувствительны к отклонениям, описанным в предыдущем эпизоде. Даже в случае случайного невключения коррекции, деталь получается почти правильной. А траекторию по поверхности детали оставили в запасе для работ с масштабированием.

Эпизод #8

Потом грянул самый большой проект в моей жизни. Фрезерные работы для матриц и пуансонов (левые и правые) плюс 180 электродов по номенклатуре, буквально 180 техпроцессов – по факту получилось в 6 раз больше: (один черновой + два чистовых)*2(левый правый). Если бы не 3D коррекция, то период жизни, посвященный электродам, увеличился бы процентов на 80. Вполне логично, если учесть, что приходилось работать на двух производственных площадках, разнесенных в разные концы города.

В этом авральном потоке электродов мы научились правильно формировать ограничения для выбора фрез. Если наладчик хочет взять другую фрезу, то без разрешения автора программы он не имеет права брать фрезу с размерами больше, чем проектная. Более подробно, реальная фреза иметь радиус скругления не более проектного и диаметр торца (плоской части) не более проектного. Если хочется сделать припуск, то эти ограничения следует уменьшить на величину припуска (диаметр на два припуска). Для выполнения зазора можно увеличить их на соответствующую величину.

Потом научились использовать отрицательные размеры инструмента. Оказалось, удобнее проектировать обработку электрода обыкновенной цилиндрической фрезой, а для обеспечения зазора в корректор радиуса скругления забивать зазор с минусом. Первое время сами боялись – как это «фреза с отрицательным радиусом скругления». Привыкли. Математически все выполняется правильно!

Измерительной машины для инструмента не было. Потому наладчики выполняли некоторую часть обработки детали с выполнением контрольного размера. После обмера принимали решение об изменении корректоров для достижения нужного размера.

Эпизод #9

Реальные случаи с применением произвольного инструмента.

Звонит по телефону наладчик, спрашивает, можно ли применить другую фрезу. Проектная фреза – сфера 20, а он хочет применить наборную диаметр 74 радиус 8. Смотрю на модель электрода – он полностью открытый, ни одного внутреннего излома. Отвечаю, что можно. Он ставит желаемую фрезу, устанавливает нужные корректоры и… первым движением сносит верх электрода. Начинаем разбираться. Оказывается, были слишком маленькие подходы, рассчитанные на фрезу 20. Он вручную переделывает подход и отход. Запускает программу и получает годный электрод по всем требованиям техпроцесса с нужным зазором.

Аналогичная ситуация, тот же наладчик. Инструмент по ТП – цилиндрическая фреза диаметром 16. У него в руках совершенно новая цилиндрическая фреза диаметром 20 со скруглением 0.5мм. Можно ли? Начинаю проверять. Пуансон – фигура, торчащая из плоскости. Все поверхности открыты, даю добро. В результате фреза занижает плоскость разъема на 0.5мм. Начинаем разбираться. Оказывается в самую нижнюю точку фигуры фреза пришла боком в касание. Это потому что я пренебрег правилоь "не меньше" и не заметил единственный внутренний излом на стыке фигуры и плоскости разъема. В этом случае необходимо было применить строго цилиндрическую фрезу.

Эпизод #10

За всю жизнь у меня было, возможно три случая, когда приходилось выворачивать коррекцию наизнанку. Программа была подготовлена для пуансона вырубного штампа, а нужно было изготовить матрицу к нему. Уверен, что это делали многие. Нужно изменить подходы и поменять команду включения коррекции. Или даже не менять команду коррекции, просто задать правильно значение корректора, обычно отрицательное. Теоретически такое же действие возможно и для 3D-коррекции. Действительно, если матрица отличается от пуансона на постоянную эквидистанту, то можно и то и другое выполнить по одной программе.

Но в жизни таких случаев практически нет. Каждый пуансон имеет излом, который наизнанку никак не выворачивается. А попробовать очень хотелось. Поэтому нашли на реальной детали поверхность на матрице и пуансоне, которую физически можно обработать по одной программе. Это была поверхности обнизки вокруг поверхности смыкания. Они отличались от поверхности смыкания эквидистантным отклонением на 1.5мм.

Детали были очень сложные, поэтому впереди всего железа по производству шли деревянные модели. Первый эксперимент устроили на дереве. Исходная программа обрабатывала обнизку матрицы без припуска и зазора. Для обработки пуансона программу повернули вокруг оси X на 180 градусов с помощью геометрических преобразований стойки (Fidia), остальное добивались корректорами, типа: изменение привязки по Z = (расстояние между системами координат матрицы и пуансона с учетом разницы высоты) – (два радиуса скругления по привязке) – (два радиуса скругления для обработки с другой стороны), изменение корректора по диаметру = -(два диаметра)+(два зазора между поверхностями = 6мм), изменение корректора на радиус скругления = -(два радиуса скругления)+(зазор между поверхностями = 3мм).

Набор действий по изменению корректоров достаточно сложный в этом случае. Поэтому удалось получить правильный результат приблизительно с седьмой попытки. Через некоторое время пришло соответствующее железо. Повторили эксперимент. На этот раз успех был достигнут приблизительно с третьей попытки. Внизу на фото – успешный результат этого эксперимента.

После проведения эксперимента для себя вывел итог: да, математический аппарат 3D-коррекции способен обрабатывать поверхности с обратной стороны, но при наличии САМ-системы дешевле и надежнее подготовить новую программу обычным способом. А вариант выворачивания обработки наизнанку оставить на какой-нибудь жутко крайний случай производственной необходимости.

Приблизительно через год такой же трюк по собственной инициативе повторил наш суперналадчик на стойке Haidenhain. На этот раз не второстепенная обнизка, а две конкретно контактных криволинейных поверхности. Поверхность разъема (или стыка) двух подвижных клиньев в пресс-форме. Поверхности получились правильными.

Эпизод #11

"UAV - Формально, искровой зазор - это не эквидистантная поверхность." Эта реплика напомнила мне еще один эпизод.

Искровой зазор в каждый конкретный момент обработки – константа. Для черновых электродов побольше, для чистовых поменьше. И для самой простой прошивной обработки требуется именно эквидистанта. Но прогресс движется вперед, появляются новые технологические приемы повышения производительности труда. Конкретно – эрозионные станки научились двигать электрод не строго по вертикали, а с круговой осцилляцией вокруг вертикали. Не вращение, а плоскопараллельное движение по окружности малого радиуса. Это тот самый случай, когда на электроде зазор по горизонтали нужно выполнить больше зазора по вертикали.

Сразу возникает вопрос, как его выполнить. Если сделать зазор по минимуму, то не будет простора для осцилляции. Если сделать везде одинаковый зазор по максимуму, то можно испортить деталь. Электрод во время обработки подходит к дну и стенке на величину того же самого минимального зазора. Тогда в углах деталь поджигается больше, чем по горизонту и по вертикали. Это легко проверить геометрически, если выполнить эквидистанту к контуру (поверхности), потом сдвинуть ее на величину разницы максимального и минимального зазоров – это значение задает радиус орбиты осцилляции.

Мы обнаружили этот дефект, когда после обработки чистовым электродом в углах детали оставался след от работы чернового электрода. Когда разобрались, определили точное значение погрешности. На уклонах в 45 градусов она достигает максимального значения и составляет 0.414 от величины радиуса орбиты. Поскольку радиус орбиты обработки черновым электродом оказался больше чистового, остался след черновой обработки. Но это только симптом, который позволил обнаружить проблему. Чистовой электрод тоже оставляет погрешность, если зазор был равномерным, и использовалась осцилляция. Просто погрешность все-таки небольшая, и в большинстве случае ее не замечают. Например, при радиусе осцилляции 0.4мм погрешность будет 0.166. Вроде мелочь, но в деталях с соточной точностью это недопустимо.

3D-коррекция решает эту задачку на счет раз – в корректор на радиус скругления нужно добавить зазор, а в корректор на диаметр добавить удвоенное значение (зазор + радиус осцилляции). Получится электрод, специально предназначенный для осцилляции, на выходе будет правильная деталь, без дефектов.

Эпизод #12

Простой электрод с мелкими полукруглыми пазами.

Радиус паза совпадает с радиусом сферической фрезы. Если делать один проход внутри паза, то межэлектродный зазор полноценно выполнить не удастся. Если делать штриховкой, то даже если попадет одна строчка обработки в паз, все равно зазор не будет сформирован на всей поверхности. Можно было бы обработать поперек, но тогда программа не влезает в память станка. Разбивать на три отдельных программы не хотелось. Поэтому для проектирования обработки задаю фрезу диаметром 0.1мм. Строчки надежно попали в паз, прошли по дну и по стенкам. Во время реальной обработки устанавливаю корректора под фрезу диаметром 1.5 с требуемым зазором. Фреза проходит в тех точках касания, которые «запланировала» фреза диаметром 0.1.

Не все САМ системы умеют проектировать обработку такими вот фрезами. Первую можно эффективно использовать для обработки нерегулярного уклона, близкого к вертикали. Вторую – для уклона нерегулярного близкого к горизонту.

Схема работы та же. Обработка проектируется реальной сферой. А в реальной обработке устанавливается какая угодно. Правильность обрабатываемой поверхности достигается корректорами.

Еще раз утверждаю, что все эти трюки можно выполнить вообще без всякой коррекции, простой линейной интерполяцией. Но что проще – это уже вопрос.

Эпизод #13

Реальная обработка.

Нужно было изготовить пуансон прессформы для пластмассового рассеивателя света. Форма относительно простая. Из контура, составленного из дуг окружностей, поднят уклон, на котором следует через каждые 0.5мм выполнить риски с углом в углублении 90 градусов.

Единственное, что приходит в голову – гравировка в четырех или пяти координатах. Но в распоряжении только обычный фрезерный станок трехосевой обработки. Решили строгать, тем более, что был опыт строгания аналогичных пуансонов с уклоном вдоль прямой. Наш суперналадчик запросил программу с рабочим движением вниз и быстрым движением вверх, с поворотом шпинделя в верхнем положении не в кадре движения и запросил 3D-коррекцию. Спрашиваю, зачем коррекция, думал, что он будет использовать расточную головку с регулируемым выходом (радиусом) резца. Он объяснил – головка слабая и не выдержит нагрузку в требуемом направлении, а коррекция нужна, поскольку строгать на всю глубину за один раз опасно.

Пришлось делать все по полной программе. Для проектирования обработки была выбрана операция 5D чистовой обработки петлей. Специально для одной этой детали был подготовлен постпроцессор. Вектор нормали к поверхности использовался для организации 3D-коррекции и для определения угла ориентации шпинделя. Таким образом, производственная задача была решена. <noindex>http://www.youtube.com/watch?v=KtxNWq1l8os</noindex>

Эпизод #14

Подошло время модернизации стойки 2С42. Исполнители предложили установить FMS-3000. Мы согласились при условии, что новая стойка будет уметь работать с 3D-коррекцией. Уж очень устали работать с внешним конвертером. В результате, разработчики стойки пошли нам навстречу, и совместными усилиями в FMS-3000 появилась эта возможность. Благо, что затраты на реализацию 3D-коррекции в несколько раз меньше, чем для контурной.

Мы были счастливы. И специально для проверки работы стойки устроили несколько испытаний. Вот одно из них. Модель в форме гантели с неодинаковыми грузами была создана специально для проверки. Ниже модель и программа.

Проектирование обработки выполнялось сферической фрезой диаметром 16 без припуска. Ниже - модель из графита, обработанная фрезой сферической диаметром 16, но с припуском 2мм.

Ниже – та же самая модель, которую после сферы 16 обработали цилиндрической фрезой диаметром 10мм уже без припуска.

Около маленькой головки в районе «седла» видны подрезы цилиндрической фрезой – результат грубого нарушения правил, описанных в эпизоде #8. Действительно, ни один нормальный программист не будет обрабатывать такие места цилиндрической фрезой, это невозможно.

Стойка отработала все хитрости в соответствии с уже накопленным опытом. Стойку приняли с удовольствием, и работа пошла еще быстрее.

Эпизод #15

Обход внешних и внутренних углов.

Если САМ-система умеет создавать УП трехосевой обработки и при этом может добавлять в УП вектор нормали к поверхности, то можно считать, что правильный обход внешних изломов модели уже решен. Практически при любых размерах реального инструмента получится правильная поверхность. При очень больших изменениях размеров в сторону увеличения, что бывает крайне редко, на «макушках», может быть, станет заметной погрешность от вертикального вектора нормали (эпизод #6). При программировании точки фрезы, а не поверхности, никаких проблем с "макушками" не было.

С внутренними изломами дело обстоит несколько сложнее. Если выполнять главное правило диаметр торца реальной фрезы должен быть не больше диаметра торца расчетной фрезы и радиус скругления реальной фрезы должен быть не более радиуса скругления расчетной, то все получится. Случай с совпадением размеров нам не интересен. На достигнутом уровне освоения 3D-коррекции при уменьшении размеров фрезы остается недоработка. Обычно она всех устраивает, поскольку обычно не стараются поставить совсем мелкий инструмент, а при небольших коррекциях эту недоработку почти не видно. Вот так выглядит обработка угла при правильной подготовке УП. Мелкой штриховкой показана зона недоработки мелкого инструмента по сравнению с расчетным. Правильная подготовка УП - в изломе должно быть два кадра с одной координатой и различными векторами нормали.

А если кадр всего один, одна точка контакта полностью пропадает, то будет другой вид недоработки. И такая траектория имеет смысл при обработке штриховкой в обе стороны – просто качество обработки излома будет ниже остальной обработки.

Но есть и еще одно хорошее уже испытанное решение. В изломе указывать один кадр с одним вектором, но вектор не является нормалью к поверхности и он уже не равен единице. То есть, при конвертации фреза смещается на величину, превышающую заданное изменение коррекции, и при этом достигается идеальная обработка внутреннего излома.

Не все стойки умеют работать с вектором больше единицы, но точно работают FMS-3000 и НН, причем, только для сферической фрезы. Для работы с тороидальной фрезой необходимо вмешиваться в математику стойки. А для сферической фрезы уже все готово, и появились серьезные прелести. Именно в этом случае можно указывать инструмент, с размерами больше расчетных – подрезов не будет! Можно подготовить одну карандашную обработку излома и потом несколько раз запускать различный инструмент по одной программе с постепенной обработкой излома в сторону уменьшения внутреннего радиуса. Конечно же, в этом случае появляются дополнительные требования к САМ-системе. Она должна уметь создавать такие вектора. Но можно это сделать и без САМ-системы, в постпроцессоре. Главное, чтобы в изломе были заданы два кадра – этих данных достаточно для вычисления необычного вектора. На рисунке внизу: расчетная траектория (D10R5) - с векторами, и конвертированная (D4R2) – без векторов.

Эпизод #16

Еще раз о масштабировании УП.

На примере контурной коррекции понятно, что масштабировать следует чистый контур детали, а не эквидистантную траекторию фрезы. Только тогда получится правильный контур в масштабе. Это значит, что при необходимости масштабировать 3D обработку, придется применять соответствующим образом масштабированный инструмент. Иначе придется масштабировать какими-то пересчетами траекторию центра фрезы. При этом никогда не получится правильная поверхность. Впрочем, можно без особых проблем масштабировать окружности и прямоугольники. А для свободной фигуры придется прибегать к пересчету траектории в САМ-системе или воспользоваться 3D-коррекцией с программированием траектории по поверхности модели.

Другое дело – непропорциональное масштабирование по осям. В этом случае удастся обработать без хитростей только прямоугольник. А с окружностью уже будут проблемы. На рисунке красный эллипс соответствует правильной фигуре, а голубой получен в результате обработки по масштабированной эквидистанте. И чем больше размеры фрезы, тем больше погрешность.

И вот здесь как раз следует сказать, что в настоящее время 3D-коррекция НЕ ГАРАНТИРУЕТ правильность поверхности при непропорциональном масштабировании даже при программировании по поверхности. Не все изготовители УЧПУ довели 3D-коррекцию до непропорционального масштабирования по всем правилам. Дело в том, что там для получения правильного результата приходится еще и доворачивать вектор. И если это не сделано, то появится погрешность. Точно такая же, как и при масштабировании эквидистанты.

Более того, разбираясь в тонкостях масштабирования, мне показалось, что и в контурной коррекции могут быть те же самые проблемы. Там тоже есть перпендикуляр к контуру. То есть, даже при программировании контура детали, непропорциональное масштабное изменение может дать видимые отклонения. Любой желающий может проверить свою стойку по модели на рисунке внизу. Это тест, который можно использовать и для проверки аналогичного случая в 3D-коррекции.

Нужно только подготовить УП для обработки красного шестиугольного контура с габаритами 40х80. Средствами УЧПУ выполнить масштабирование по оси X 3:1 и обработать с коррекцией. Если не получится размер 96, то разработчики стойки поленились довести работу до конца. Отклонение может быть приличным. Так для фрезы диаметром 20 этот размер будет около 94.5.

Кому и зачем это нужно?

Когда начинал работать с 3D-коррекцией, не думал ни о каком эффекте. Просто мне было интересно, просто было освоение возможностей имеющегося оборудования. Уже потом в режиме эксплуатации постепенно усвоился «список» полезностей этого инструмента. И там он забылся, поскольку к хорошему быстро привыкаешь. Но когда перешел на новую работу, стало очень трудно без привычных полезностей. И тогда отсутствующий «список» больно проявился на новом производстве.

Во-первых, 3D-коррекция нужна самому программисту, который пишет управляющие программы. Она позволяет работать без дерготни. Подготовить комплект УП за два месяца до реализации проекта и забыть про них. Когда спокойно занимаешься новым проектом, никто не прибегает с криком «нужно срочно переделать!» Кажется, что пересчитать, это быстро и просто. Но приходится бросить текущую работу, найти тот самый проект, выполнить расчет, пока производство стоит, отдать новую УП в горячие руки, иногда без проверки. Потом возвращаешься в текущий проект, и это протекает не всегда быстро – прерванная мысль требует времени на восстановление. А если станки работают в две-три смены? А если единственный программист собрался в отпуск или заболел?

Обычно программисты ЧПУ – это волки-одиночки. Они не любят работать в паре или в коллективе. Каждый старается работать над своим проектом и не любит влезать в чужие. А если твой коллега в отпуске, а из цеха прибегает кто-то с криком… Приходится идти на «чужую территорию», результат достигается значительно медленнее.

Во-вторых, это нужно станочнику. Станочники бывают разные, мне нравится работать с думающими станочниками. Они не дергают по пустякам, максимально используют свои знания. И обращаются к программисту, когда в программе есть конкретная плюха. Тыкают меня мордой, за что конкретное им спасибо! Если бы они этого не сделали, было бы еще хуже для всех. Простая ситуация – припуск оказался слишком большим для имеющейся программы чистовой обработки. Ночь, программиста на работе нет. Станочник начинает выкручиваться своими силами. Нужно обработать не весь слой сразу, то есть с припуском. А как его создать без коррекции? Меньшим инструментом еще хуже, если он вообще есть. И у него всего один способ – поднять программу по Z. Поскольку на уклонах, близких к вертикальным, это не дает эффекта, приходится запускать программу несколько раз, чтобы постепенно выбрать лишний материал.

А если он сделал все по техпроцессу, контрольный размер не попал в поле допуска всего на две десятки? А если он сломал последнюю фрезу с требуемыми размерами? А если…?

В-третьих, это нужно начальству. Начальники тоже бывают разные. Некоторые ничего не видят и ничего не понимают. А есть, которые замечают и даже отмечают. До внедрения коррекции круг вопросов на совещаниях почти одинаковый. Почему простаивает станок? Нет программ. Почему нет программ? Потому что нет инструмента. Почему нет инструмента? Потому что старый потерял размеры, а новый еще неизвестно какой будет…

И вдруг нервотрепка заканчивается. Впрочем, она не заканчивается, она никогда не заканчивается, она перестает быть острой, превращается в обычную производственную деятельность. Хороший руководитель должен заметить разницу. Крика с поиском виноватого на совещаниях поубавилось, разговоров стало меньше, а станки при этом работают. Налицо повышение производительности труда целого коллектива. А чуть позже он замечает (должен заметить), что расходы на инструмент стали меньше.

По поводу «отмечают». В моей жизни был один случай. В качестве ответа на вопрос, что такого ты сделал для завода, принес список содеянного мною. Самым жирным пунктом там было внедрение 3D-коррекции. После этого, со следующего месяца моя зарплата была ровно в два раза больше. «Пролитая на производстве кровь» окупилась.

Как начинать?

Если САМ умеет создавать программы 3D фрезерной обработки с вектором нормали и стойка поддерживает 3D-коррекцию, достаточно доработать постпроцессор и с первой программой можно выходить на станок для проведения тестов и получения первого опыта. Когда все инструменты уже есть, их просто нужно связать в единое целое и настроить механизм. И нужно то для этого всего-навсего почитать доку по САМ – 3-5 страниц, прочитать доку по УЧПУ – 2-3 страницы и вмешаться в постпроцессор. Если программист умеет править постпроцессоры, то на все это потребуется не более одного дня. И грех – не испытать этот инструмент в работе! Чтобы знать, что такой инструмент есть и он работает. Чтобы проверить себя, свои силы, проверить, не стал ли морально пенсионером, которому в каждом нестандартном дополнительном движении видится «геморр». Увеличить свой опыт и свою значимость. И если не попробовать, то все остальные разговоры становятся сотрясанием воздуха – «давайте спорить о вкусе устриц по их описанию».

Но полный комплект инструментов есть не у всех. У большинства ЧПУ-шников есть САМ, который «может», и есть стойка, которая «не умеет»… Порекомендовал бы им заниматься 3D-коррекцией, если есть конкретные проблемы с инструментом – когда нет неограниченного запаса точного инструмента. Если приходится изготавливать много электродов, особенно если эрозия выполняется круговой осцилляцией. В таком случае для производственного внедрения 3D-коррекции нужен внешний конвертер, который находится в распоряжении станочника. Это может быть некоторая программа, выполняющая преобразование программ с вектором нормали в обычную 3D программу, которая находится на компьютере около стойки или прямо в стойке. Могу оказать методическую помощь в создании такой программы.

Если САМ не умеет создавать честную 3D обработку с вектором нормали. Это уже тяжелый случай. Здесь тоже можно внедрить 3D-коррекцию, если она нужна ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ! Можно вытащить вектор нормали из 5D-обработки. Этот вариант внедрения потребует много «производственной крови» программиста, который на время внедрения должен стать «Кулибиным». Впрочем, и после полного внедрения ему будет не сладко – контроль подрезов он должен будет делать сам, САМ-система ему не поможет. А это не просто и для обычной 3D обработки. Правда, здесь тоже может выручить конвертер, который преобразует УП с вектором нормали в некоторую программу, которую уже можно будет проверить имеющимися средствами.

Некоторые до сих пор не верят, что это вообще возможно. Ниже реальный документ, форму которого создал наш технолог по эрозии – техкарта на изготовление двух электродов, чернового и чистового. Содержит информацию о размерах заготовок, технологию изготовления электродов фрезерованием, способы контроля полученной фигуры и технологию изготовления фигуры этими электродами методом эрозионной обработки. При изготовлении электрода используются оба вида коррекции. Буква G (сокращение от англ. GAP – зазор) несет значение межэлектродного зазора (МЭЗ), который указан в правом верхнем углу для каждого электрода. Отдельно существует графа «Максимально допустимый припуск». Имеет смысл для любой коррекции, дает информацию станочнику о диапазоне размеров применяемого инструмента.

Короче, надо пробовать!

Чтобы крепко стоять на ногах, нужно очень быстро бежать вперед.

Без труда нет успеха, без риска нет удачи, без борьбы нет победы.

[vladimir_ 34]

Мое освоение ЧПУ началось с итальянской стойки Fidia образца 1987 года....

кто знает, а что умеют современные станки? на форуме проскакивали темы

если не тяжело, можете привести пример детали (не связанный с предварительным измерением), где без 3D коррекции просто невозможно выполнить обработку (можно на e-mail)

[doob 14]

кто знает, а что умеют современные станки? на форуме проскакивали темы

если не тяжело, можете привести пример детали (не связанный с предварительным измерением), где без 3D коррекции просто невозможно выполнить обработку (можно на e-mail)

Коррекция это вспомогательный инструмент, который позволяет выполнить работу проще, быстрее и дешевле. Никакая коррекция не обладает абсолютной исключительностью. Это значит, если станок может перемещать инструмент одновременно по трем осям и больше ничего не может, то можно будет подготовить УП геометрически для любой обработки. И если очень хочется, то можно обойтись без коррекции, без циклов сверления, без круговой интерполяции. САМ-системы позволяют создавать такие программы.

Впрочем, возможно, впереди еще будут примеры, претендующие быть ответом на ваш вопрос.

[konst 10]

Уважаеммый doob абсолютно прав. Коррекция это инструмент. Особенно полезен этот инструмент когда программирование осуществляется удаленно и когда изделия время от времени повторяются, а управляющие программы хранятся и используются повторно.

[IBV 112]

Да, для изготовления электродов 3D-коррекция вообще сказка.

[ilya_w 85]

Хорошая идея, и, в основном, понятная. Можно в постпроцессоре САМ-системы организовать вывод координат вектора нормали для точки перемещения на обр. поверхности. Обращу внимание - точка получена для определенного диаметра фрезы.

Какие стойки поймут такую коррекцию? Вы упоминали 2С42, у неё как-то менялась математика?

И ещё попытаюсь выразить сомнение. При изменеии размера фрезы САМ может выдать другие координаты точки и есс-но нормаль будет другая. При достаточно хитрой поверхности, ИМХО -100% вероятность. Или где?

[ak762 308]

И если очень хочется, то можно обойтись без коррекции, без циклов сверления, без круговой интерполяции. САМ-системы позволяют создавать такие программы.

doob хорошо бы прояснить каким САМом вы пользовались в процессе освоения 3D-коррекции

вспоминается мне что например в мастеркаме можно программировать не по нижней точке фрезы, а по точке, которая соответствует центру радиуса скругления , только не все этим пользуются

Уже 4 года не занимаюсь активно 3D-коррекцией

и вот это - всё таки САМ рулит или другая причина?

[MFS 248]

При достаточно хитрой поверхности, ИМХО -100% вероятность. Или где?

Только там, где радиус кривизны пов-сти равен или меньше радиусу инструмента, но в таких случаяхи и обычная коррекция не рекомендуется.

Вы упоминали 2С42, у неё как-то менялась математика?

Если это 2С42 от "ТБС", то там на стойке никакой математики нет - пересчет УП ведется на ПК специальной утилиткой, после чего программа уже безо всяких векторов передается на стойку.

Стойка, правда, умеет сканирвовать и записывать траекторию сканирования с нормалью в точке касания.

вспоминается мне что например в мастеркаме можно программировать не по нижней точке фрезы, а по точке, которая соответствует центру радиуса скругления , только не все этим пользуются

Это та же самая траектория, поднятая на величину радиуса.

[IBV 112]

и вот это - всё таки САМ рулит или другая причина?

Так ведь 3D-коррекция не отрицает применение САМ, а дополняет. Просто ещё один (мощный на мой взгляд) инструмент, позволяющий решать технологические проблемы.

[doob 14]

Хорошая идея, и, в основном, понятная. Можно в постпроцессоре САМ-системы организовать вывод координат вектора нормали для точки перемещения на обр. поверхности. Обращу внимание - точка получена для определенного диаметра фрезы.

Какие стойки поймут такую коррекцию? Вы упоминали 2С42, у неё как-то менялась математика?

И ещё попытаюсь выразить сомнение. При изменеии размера фрезы САМ может выдать другие координаты точки и есс-но нормаль будет другая. При достаточно хитрой поверхности, ИМХО -100% вероятность. Или где?

Для одной и той же точки поверхности нормаль будет всегда одна, каким бы ни был инструмент. А вот точка, определяющая положение фрезы получится различной для различных инструментов. Стойки, которые могут работать с такими УП: Fidia, Haindenhain, FMS-3000 и еще одна редкая стойка производства питерской фирмы ТБС.

На остальные вопросы будут ответы в продолжении.

[MFS 248]

Для одной и той же точки поверхности нормаль будет всегда одна, каким бы ни был инструмент.

А если касание в 2ух точках?

еще одна редкая стойка производства питерской фирмы ТБС.

Смотрите выше, ее "работа с 3D коррекцией" очень условна.

[IBV 112]

А если касание в 2ух точках?

А про это мы говорили в той, старой теме.

Касание в 2-х точках подразумевает недообработанные области.

[ilya_w 85]

Для одной и той же точки поверхности нормаль будет всегда одна, каким бы ни был инструмент.

Ой не так это просто, наелся этим.... В вашем примере, где нужно было на 2мм. изменить поверхность - если это эквидистанта к базовой поверхности, то это - другая поверхность, и точки у неё другие. MFS тоже об этом говорил, совсем грубый пример: допустим канавка там 2мм шириной. Если отходить от базовой поверхности, она исчезнет (выродится), если внутрь идти, будет 4мм.

З.Ы. или 6?

[IBV 112]

ilya_w

Прочёл бы для начала старую тему целиком, а?

[ilya_w 85]

ilya_w

Прочёл бы для начала старую тему целиком, а?

Ухожу....ухожу....На чем-то простеньком, можно. На сложных поверхностях нет!

Простите, продолжу немного. Мы ведь говорим о готовой УП, где уже нет никакого контроля точек касания и вообще...

[ART 511]

doob

Проблемы начались с того, что САМ-система не готова создавать программы 3D обработки с вектором нормали. Пришлось выполнять обходные маневры – использовать стратегии 5D обработки с обработкой торцом фрезы по нормали к поверхности. И здесь обнаружились новые возможности и удобства для работы. Если раньше все программы были написаны на нижнюю точку фрезы, то в новых УП задаются непосредственно точки поверхности. Возникает вопрос, почему это должно быть хорошо?

Вам просто нужно было вовремя сменить CAM. CAM в моем профиле еще в конце 90 годов прошлого столетия умел делать эту самую 3D коррекцию, без лишних мучений.

[vladimir_ 34]

Господин doob, а не могли бы Вы сюда кинуть пару строчек G-кода,

где реализуется эта самая коррекция?

[ak762 308]

Это та же самая траектория, поднятая на величину радиуса.

MFS, смотри шире, у концевой с радиусом траектория будет другой

вот ответ

А вот точка, определяющая положение фрезы получится различной для различных инструментов

[doob 14]

doob хорошо бы прояснить каким САМом вы пользовались в процессе освоения 3D-коррекции

вспоминается мне что например в мастеркаме можно программировать не по нижней точке фрезы, а по точке, которая соответствует центру радиуса скругления , только не все этим пользуются

Тогда у нас был EUCLID IS французского производства самая первая версия. А точку можно выбрать любую - постпроцессор позволяет любые вычисления. Без 3Д-коррекции удобнее и безопаснее использовать нижнюю точку фрезы.

и вот это - всё таки САМ рулит или другая причина?

Дальнейшее творчество по ЧПУ для меня оказалось невозможным. На работе программиста ЧПУ на конкретном предприятии для меня развитие закончилось. Дальнейшее развитие по 3Д-коррекции имело смысл, если влезать в математику стойки или в САМ-систему. А этого мне пока не дано. Сменил работу. Настоящих ЧПУ-шных проектов теперь мало, в основном занимаюсь обучением.

[doob 14]

Господин doob, а не могли бы Вы сюда кинуть пару строчек G-кода,

где реализуется эта самая коррекция?

Вам бы тоже не мешало посетить предыдущую тему по 3Д-коррекции. Там приводится интересующий код в двух местах.

<noindex>http://fsapr2000.ru/index.php?act=attach&a...st&id=21231</noindex>