Речь пойдёт о требованиях, форматах, программах, заготовках, материалах, инструменте и прочей суете вокруг ЧПУ станка и конечно же о ценообразовании.
По возможности буду сопровождать иллюстрациями, может кто-то узнает свои.
Итак начнём.
С чего начинается работа? Конечно с идеи. Идея у Вас уже плотно засела в голове, вы не можете спать, есть, заниматься сексом и прочими радостями жизни. И вот вы решились материализовать свои мысли, и почему-то решили что вам нужен именно ЧПУ станок.
Повествование буду вести со своей колокольни.
Шаг первый. Техзадание.
Фотка с телефона, рисунок, макет, образец, эскиз, чертёж, 3D модель, и т.п. По большому счёту мне без разницы в каком виде вы мне это предоставите в итоге это влияет только на конечную цену.
Да, да, вы правильно поняли каждый этап работы над изделием формирует конечную цену чем короче путь от идеи до 3D модели тем дешевле этот этап.
Прислав так называемое техзадание, следует вопрос : "А сколько стоит?" Вот тут начинается непонимание.
Если это 3D модель то как бы вопрос решается написанием программы, программа показывает общее время выполнения программы, оценивается технологическая сложность (нестандартная оснастка, число установок и т.п.). Тут также следует учесть особенности присланной модели так как одну и туже модель можно отрисовать в разных форматах и они очень сильно влияют на стратегии обработки и как в итоге на общее время обработки и в итоге на цену.
Станок с ЧПУ к сожалению на сегодняшний день не имеет прямого интерфейса с мозгом оператора и общаться с ним приходится на языке понятном ему, для этого нужно уметь переводить свои мысли в цифровой вид и с помощью специальных программ , а это как минимум две программы одна для черчения или 3D моделирования, вторая для написания управляющих программ, иногда они совмещены в одном продукте.
Присылая цифровые чертежи и модели вы тем самым выказываете своё уважение и экономите свои деньги,своё и моё время.
Не хочу никого обидеть, но мой уровень владения программами машинного черчения далеко выходит за рамки потребностей большинства заказчиков да и моих лично.
Применительно к Ганзе, да и в целом к заказчикам независимо от статуса и материального положения , мои навыки позволят применять достаточно лояльную политику. Я называю это мои коммерческим риском. Если я вижу что сделаю оцифровку без значительных временных затрат, то конечно не возьму денег, но если это потребует ресурсов то конечно предложу оплатить работу. Есть заказчики не до конца понимающие что такое ЧПУ и возмущаются на предложение оплатить работы по оцифровке файлов, мотивирую это тем что дядя Ваня на заводе раньше всё понимал на пальцах и просто делал похожую деталь.
Если кому интересно где предел когда я попрошу оплатить услуги конструктора, посмотрите картинки в моих темах, они там практически все обошлись заказчику в ничего.
Итак.
Вы чувствуете в себе силы самостоятельно подготовить необходимые цифровые чертежи. Что же, это похвально и всегда мной приветствуется. Запросили в каких форматах принимаются файлы на резку, знаете технические и технологические возможности исполнителя.
Правильный выбор способа моделирования и формата, в котором вы храните файл может значительно сократить время изготовления самого изделия и, если потребуется дополнительной оснастки, а также очень быстро вносить правки в модели и чертежи, а также использовать наработки в других проектах.
Если с плоскими чертежами всё ясно, можно выбрать практически любой редактор и получить гарантированный результат, то к выбору программы 3D моделирования следует подойти с некоторым пониманием того что вы хотите от неё получить.
Различают 2 основных подхода к 3D моделированию твердотельное и поверхностное.
Современные программы совмещают в себе твердотельное и поверхностное моделирование.
Кому интересно могут почитать в Студопедии подробнее
studopedia.ru
studopedia.ru
я же добавлю некоторые особенности наиболее применительно к специфике потребностей Ганзы.
С точки зрения машиностроения наиболее просты и понятны твердотельные модели. Твердотельная модель дополнительно к описанию 3-х мерной формы имеют объем и массу. Они используются как основа для автоматического распознавания элементов (карман, отверстие, профиль, торец и так далее) и как материал модели для обработки и визуализации. Каждый элемент можно обработать или доработать индивидуально, что сокращает общее время обработки.
Твердотельное моделирование наиболее часто используется в следующих случаях:
- при проектировании типовых деталей и узлов машиностроительных изделий.
- для выполнения модификации модели с использованием истории ее создания;
- для оценки свойств проектируемых деталей (площадь поверхности, масса, центр тяжести и т.п.);
- для контроля взаимного расположения деталей и работы механизма;
- для автоматизации подготовки конструкторской документации;
- для последующей обработки на 2,5-координатных станках с ЧПУ.
Пример твердотельного моделирования
Построение изделий методами поверхностного моделирования имеет определенные преимущества только в некоторых случаях по моему мнению.
- сложная(многоэлементная) геометрическая форма, которую нельзя или сложно получить инструментами твердотельного моделирования (барельеф)
- многоэлементные поверхности могут обрабатываться как единые геометрические элементы
- достоверно представить изделия сколь угодно сложной фор-мы;
- готовить управляющие программы для станков с ЧПУ.
Изготовление таких деталей может выполняться, как правило, на оборудовании с 3- и 5-координатным управлением
Пример поверхностного моделирования
Комплексное использование этих двух методов позволяет получать точные детали самой необычной формы, с самым затейливым узором.
Гибридное моделирование
Сюда же можно отнести всю ювелирку.
Для того чтобы работа заводского конструктора была максимально производительной, должно осуществляться творческое содружество конструкторов с технологами и производственниками; необходимо привлекать технологов к рассмотрению новых разрабатываемых конструкция уже на ранних стадиях проектирования. Во многих случаях для наиболее правильного в технологическом отношении решения задачи конструктору следует советоваться с цеховыми работниками, изучать опыт передовиков производства:
Форматы.
Каждый производитель ПО использует уникальное для себя расширение файла. Сохраняя файл с этим расширением, вы можете быть уверены, что, если вам потребуется что-то изменить в модели и, если функционал программы это позволяет сделать это на лету, не переделывая всю модель вы это сделаете. Не всегда ЧПУшник работает с вами в одной программе. Для этого существуют конвертеры форматов и универсальные форматы обмена.
К самым распространённым векторным относят
Векторные
- CorelDraw -*CDR,
- Autodesk *DXF, *DWG причём последний может содержать и 3D модель
- *EPS, межплатформенный формат может содержать как векторное, так и растровое изображение(картинку)
Самые распространённые программы гибридного твердотельного моделирования(CAD), некоторые содержат в себе модуль написания программ для ЧПУ (CAM)
- SolidWorks (*.sldprt, *.sldasm)
- Autodesk Inventor (*.ipt, *.iam)
- Autodesk Fusion 360
- NX (Unigraphics ) (*.prt)
- IGES (*.igs) , STEP (*.stp, *.step) формат файла, который может использоваться для обменом информацией между CAD, CAM/EDM программами.
- Компас3D(*.a3d, *.m3d)
- 3DM (*.3dm) родной формат файла для Rhinoceros. Икона всех ювелиров
- STL (*.stl) формат файла стереолитографии описывают только поверхностную геометрию трехмерного объекта, с разбитыми на треугольники поверхностями, является форматом обмена файлами. Используется для хранения файлов CAD в стандартном формате, который можно читать различными приложениями автоматизированного проектирования.
- OBJ (*obj) -формат файлов описания геометрии может содержать дополнительно текстуры и другую информацию, использоваться для обмена информацией между программами 3D моделирования по типу STL.
stl и obj почти полностью лишены возможности редактирования напрямую, они являются результатом экспорта, их можно только рассекать, масштабировать, комбинировать. Без дополнительных манипуляций некоторые программы позволяют применять к ним инструменты виртуального скульптора, из известных Artcam, Vectric, ZBruch.
Теперь вы знаете какое программное обеспечение подходит вам и приложив немного усилий, изучив возможность написания управляющих программ можете самостоятельно составить такую программу и приблизительно оценить сложность и время изготовления детали, посчитать стоимость работ с учётом ваших представлений о затратах на оснастку, содержание станка, покупку инструмента и прочее.
С форматами разобрались, модель готова.
Шаг второй. Технологический.
Технология написания программ для станка ЧПУ.
Все перемещения станка контролирует специальное программное обеспечение и работают они под управление промышленных компьютеров, или специального программного обеспечения, запущенного под ОС Windows, Linux.
Как объяснить станку что мы от него хотим?
Для этого существует отдельный класс программ, самостоятельных или работающих в составе пакета проектирования. САМ-системы автоматизируют расчеты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ и обеспечивают выдачу управляющих программ с помощью компьютера.
После того как модель попала в окно CAM программы программист-технолог определяет области требующие обработки, описывает их особенности средствами системы, выбирает последовательность и инструмент, которым будет проводиться обработка, определяет заготовку, оснастку. Очень часто заготовкой может служить деталь прошедшая другие операции и имеющая определённую конечную форму. Например, вы сделали нож и принесли его на лазерную гравировку.
Стиль работы такой же как будто вы сами делаете все операции за станком только станок этот виртуальный. Устанавливаете заготовку, базируетесь. Чтобы работали алгоритмы программы описываете используемый инструмент диаметр, длина, число зубьев, радиусы, форму, режимы резания.
Указываете что и каким инструментом обработать в первую очередь, вторую, третью и т.д.
Указываете способы движения инструмента, глубины, скорость резания, шаг, подача с учётом обрабатываемого материала и жёсткости всей системы. Стратегии резания заложены в самой CAM системе, нужно только выбрать подходящую из доступных. Базовые стратегии полностью копируют стиль работы на универсальном станке, приводимом в движение мускульной силой. Продвинутые стратегии позволяют сократить холостые переходы (когда инструмент режет воздух), обеспечить постоянный съём материала что увеличивает срок службы инструмента, снижает вибрации и прочие негативные явления. Основываясь на введённых данных о обрабатываемых элементах, геометрии инструмента, стратегии обработки станок строит траектории перемещения инструмента. Все перемещения происходят в системе X, Y, Z. Результат работы программы виден на экране. Если в CAM систему внести математическую модель станка увидим перемещения инструмента и заготовки с учётом кинематики именно этого станка. Добавив 3D модель к описанию станка можно наблюдать и перемещение узлов станка. Не все CAM системы позволяют проводить полную визуализацию обработки с учётом кинематики станка.
Итак, алгоритм обработки составлен, визуализация нас устраивает. Нажимаем кнопку печать и ждём, когда вывалится деталь.
Конечно нет. CAM системы не имеют прямого интерфейса со станком. Полученные траектории надо транслировать в язык программирования станков ЧПУ - G-code. https://ru.wikipedia.org/wiki/G-code
Трансляция полученных в CAM программе траекторий называется постпроцессированием. Осуществляется с помощью специальной функции программы и файла постпроцессора.
Постпроцессор -инструкция которая содержит в себе описание всех кодов и команд, которые может выполнить станок, таких как включение выключения шпинделя, подача СОЖ, зажатие-разжатие кулачков патрона, смена инструмента, команды линейного и кругового движения, нарезания резьбы, сверления и т.д., может содержать данные о точности и кинематике станка. В постпроцессоре описаны способы трансляции данных CAM системы в последовательность команд понятных конкретному типу станков.
Пример файла постпрцессора
Постпроцессор может быть уникальным, а может подходить к разным станкам с похожей кинематикой и электронными мозгами. Результатом постпроцессирования является текстовый файл внутри которого содержится последовательность команд для станка ЧПУ, может содержать в себе до нескольких миллионов строк (кадров) кода. На количество строк кода очень сильно влияет сложность геометрии, качество и способ построения 3D модели.
Пример G-кода
Теперь полученный файл можно Почтой России отправить на выполнение станку с ЧПУ.
Время- главный товар ЧПУ станка.
Определение времени фрезерования.
Следующие утверждения справедливы как для станков с ЧПУ, так и без него.
Скорость резания, подача и глубина резания являются элементами режима резания.
При составлении программы или наладке станка устанавливают глубину резания, подачу и скорость резания, исходя из возможностей режущего инструмента, рекомендованного производителем, способа фрезерования, обрабатываемого материала и особенностей обработки. Как я уже не раз упоминал в темах, как и чем резать, все параметры режимов резания от производителя носят рекомендательный характер и не учитывают жесткость системы СПИД - Станок-Приспособление- Инструмент-Деталь. В большинстве случаев эти режимы в дальнейшем можно изменить, ориентируясь на показатели работы
инструмента (мягкий звук, отсутствие вибраций, хорошее качество поверхности).
Расчет режимов фрезерования заключается в определении скорости резания, частоты вращения фрезы, и выбора подачи.
Скорость резания - это длина пути в метрах, которую проходит за 1 минуту наиболее удаленная от оси вращения точка главной режущей кромки. Многие путают скорость резания со скоростью вращения шпинделя. Скорость резания зависит от скорости вращения шпинделя и от диаметра инструмента.
Подача - перемещение заготовки относительно фрезы или наоборот. Определяет общее время работы станка. Подразделяют на ускоренную и рабочую. На ускоренной подаче осуществляются холостые переезды без обработки, на рабочей подаче естественно выполняются все операции. Цель программиста ЧПУ не только написать программу, но и оптимизировать холостые перемещения для снижения машинного времени, когда станок ничего не режет кроме воздуха.
Различают минутную подачу, подачу на зуб, на оборот.
Минутной подачей называют расстояние, на которое перемещается заготовка (или фреза) в процессе резания за 1 минуту. Измеряется в мм/мин. Чем выше подача, тем больше материала с заготовки снимет за единицу времени фреза, тем выше производительность, и меньше требуется времени на выпуск детали.
Зная минутную подачу, легко подсчитать время, необходимое для фрезерования детали для этого достаточно разделить длину обработки на минутную подачу по величине минутной подачи удобно судить о производительности обработки
Подачей на зуб называют расстояние, на которое перемещается заготовка (или фреза) за время поворота фрезы на один шаг, т. е. на угол между двумя соседними зубьями. Это справочный параметр производителя инструмента.
С получением опыта работы с тем или иным материалом, инструментом, зная возможности оборудования, программист начинает пользоваться в основном минутной подачей, как наиболее понятной для восприятия.
Подачей на оборот называют расстояние, на которое перемещается обрабатываемая деталь (или фреза) за время одного полного оборота фрезы.
В современных CAM системах наибольшее распространение получил способ задачи подачи в минутах или на зуб. Подача на оборот используется в основном при программировании токарных операций.
Глубина резания - расстояние (мм) между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно обработанной поверхности, или толщина слоя материала заготовки, снимаемого за один проход фрезы.
Ширина резания - ширина снимаемого материала заготовки за один проход инструмента.
Подача, глубина и ширина резания величины взаимовлияющие друг на друга и зависят от жёсткости всей системы СПИД.
Требования к заготовке
Распространённый случай среди заказчиков.
"Здравствуйте, можете изготовить вот такую деталь, все материалы имеются"
Не спешите заявлять что все материалы имеются, большинство продавцов продаёт заготовки с размерами что говорится в обрез, рассчитанные на минимальное снятие материала в ручную.
Конечно тут как всегда зависит от опыта, сытости и желания станочника, но всё равно заказчик рискует получить полуфабрикат который будет предварительно оговорён.
О качестве, размерах или что на что похоже.
Итак. Поздравляю Вас. Вы инженер-конструктор. Знаете, о доступных технологиях. Овладели в достаточной для Вас степени программой компьютерного черчения и 3D моделирования удовлетворяющей Вашим требованиям. Спроектировали своё изделие. На экране всё чётко, гладко. Часть деталей изготовили самостоятельно. Напильник, гриндер, сверлилка, дрель, лобзик, болгарка молоток, тиски и клещи, ключ, напильник и ножовка и какая-то сноровка, есть почти у каждого. А часть отдали на сторону.
Получили свои детали стали собирать не собирается или собирается, но не так как хочется не лезет или болтается. Кто виноват? Виноват разумеется тот чья деталь не встала в сборку. А так ли это? Как я считаю, самых распространённых ошибок две. Первая это при проектировании, это когда заложены слишком жёсткие допуски, порой практически нулевые, а вторая уже когда начали собирать готовое изделие. В чём скажите ошибка при сборке готового изделия. Она даже не одна, а скорее целый список ошибок, причём они как следствие первой. Так вот первое в этом списке это спешка.
Ещё на этапе проектирования вы заложили определённый порядок сборки вашего изделия, а порой и не заложили, так как проектирование велось в хаотическом порядке и очень часто детали, сделанные на стороне, приходят не в том порядке в каком вы задумали или в каком следует устанавливать их в сборке. Сразу пытаетесь соединить с тем что у вас уже есть. Несомненно, сборка может включать в себя какие-то под сборки.
Вы заказали резку деталей, плазмой, водой, лазером, проволокой, штамповкой, фрезеровкой или сделали по разметке самостоятельно. Очень часто некоторые эти операции выполняют как черновую резку и как результат торец требует дополнительной отделки, так сказать коммерческий рез без претензий на качество поверхности и к точности за исключение оговорённых и очевидных случаев. Параллельно вы заказали изготовление других деталей на другом оборудовании, имеющих сопряжение с вашей деталью, например, совпадающие отверстия, контуры, глубины. По вашей модели вам изготовили детали. Детали естественно имеют отклонения в размерах. Вы вставили одну деталь в другую, и о боже, какое уродство, отверстия смещены, с одной стороны щель, с другой много материала. Начинается разбор полётов, поиск виновных.
Не надо спешить подгонять детали до того, как вы получите полный комплект деталей на ваше изделие и не убедились в том, что полученные детали требуют именно подгонки в том месте в котором вы её заложили и именно в том объёме, который заложили.
Второе в этом списке это 100% уверенность что спроектированное изделие должно работать именно так как Вам кажется. Я художник - я так вижу, здесь не катит, иначе давно уже все летали по выходным на Луну, а не ездили на машинах в лес. Запомните Вы инженер-конструктор и занимаетесь опытно-экспериментальной конструкторской работой. Ваше изделие ещё возможно требует доработки и не одной, и может оказаться с первого раза всего лишь массогабаритным макетом. Денежки потрачены, результата, желаемого нет. Чтобы этого не получилось требуется не малый опыт.
Что могу рекомендовать. Не просто заниматься рисованием моделей, но и изучать технологические процессы, которые вы хотите использовать при производстве, изучать устройство различных механизмов, имеющих похожие решения с вашим изделием. Поскольку Ваше изделие является опытным всегда закладывать возможность подгонки тех или иных элементов.
Например, вы спроектировали изделие, в котором одна деталь перемещается внутри другой. Паз или окно прямоугольной формы, соответствует форме перемещающейся детали. Вам изготовили деталь в который паз имеет отклонение от размеров. Отклонение может быть, как плюсовым, так и минусовым это следует оговаривать, а для этого нужен кроме модели и чертёж с размерами и допусками. Вы поленились сделать чертёж и Вам изготовили деталь по общепромышленным стандартам. Так вот в этом случае следует определить какую деталь проще подогнать под другую. Очевидным будет подгонять ту деталь, которая менее ответственная и имеет меньше сопряжений с другими частями сборки. Обычно на чертежах деталей, требующих каких-то особых условий, указывают что деталь А должна быть изготовлена по детали Б, т.е. в качестве контрольного инструмента выступает сама деталь, иными словами подгонка по месту. Т.е. возвращаясь к тому что тема называется райдер ЧПУшника, следует учесть, что это несколько выходит за рамки обработки детали на станке с ЧПУ. В остальных случаях, а их абсолютное большинство используют систему допусков и посадок.
Можно конечно требовать точного соответствия детали модели, раз на модели такой размер значит такой и должен без всяких допусков, но, наверное, надо проанализировать не только качество работы исполнителя, но и подвергнуть критике качество работы конструктора т.е. себя и себя как слесаря. А также не спешить с выводами что деталь негодная только потому что я так сказал. Может всё не так плохо и можно спасти ситуацию. Главное не лениться.
Продолжение следует.
Райдер ЧПУшника. Тема для потенциальных заказчиков и не только.