Особенности формирования траекторных движений инструмента для физико-геометрического анализа процессов концевого фрезерования на базе платформы LS-DYNA Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 621.914+004.42

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРНЫХ ДВИЖЕНИЙ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ФИЗИКО-ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ КОНЦЕВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ LS-DYNA

Е.А.Черемных1, Ф.В.Медведев2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Раскрыта методика подготовки входных данных о траектории движения инструмента для физико-геометрического анализа процесса концевого фрезерования на базе платформы 1_Б-ОУМЛ. Представлены функциональные особенности специализированного программного обеспечения Сотег^Б и МС2Ш, разработанного с целью интеграции коммерческих систем автоматизированного производства (СЛМ-систем), и расчетного комплекса «Динамика концевого фрезерования». Ил. 5. Библиогр. 1 назв.

Ключевые слова: CAD/CAM/CAE-система; концевое фрезерование; управляющая программа, NC-файл, траектория движения инструмента.

FEATURES TO FORM TOOL PATHS FOR PHYSICAL AND GEOMETRIC ANALYSIS OF THE END MILLING PROCESSES BASED ON LS-DYNA PLATFORM E.A. Cheremnykh, F.V. Medvedev

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article discloses the procedure for preparing input data on the tool paths for the physical and geometric analysis of the end milling process based on LS-DYNA platform. The authors present functional features of the specialized software of ConvertLS and NC2LD, designed to integrate commercial systems of automated manufacturing (CAM-systems) and a calculated complex "Dynamics of end milling". 5 figures. 1 sources.

Key words: CAD / CAM / CAE-system; end-milling process; control program; NC-file; tool path.

Концепция и алгоритмы работы физико-геометрического расчетного комплекса «Динамика концевого фрезерования», разработанного авторами данной статьи на базе платформы ЬБ-РУМЛ, были представлены в ранее опубликованных материалах, в том числе в [1]. Наиболее трудоемким процессом, требующим автоматизации, особенно при использовании результатов работы на практике в условиях реального производства, является подготовка входных данных о траектории движения инструмента. Актуальность данного вопроса усиливается при расчете геометрически сложных траекторных движений (например, для многокоординатной обработки поверхностей свободной формы), где ручной ввод координат либо затруднителен, либо невозможен (рис. 1,а).

Для задания траектории движения физического объекта (в нашем случае - это режущий инструмент) в системе ЬБ-РУМЛ существует два способа:

1) ручной ввод последовательности точек в специальную форму программы;

2) автоматическая загрузка данных из текстового файла.

Вне всякого сомнения, наиболее удобный и быст-

рый способ - это автоматизированная загрузка данных из файла. Однако в прямом виде транслировать данные не представляется возможным. Во-первых, на практике нам приходится иметь дело с большим разнообразием коммерческих CAM-систем и различной синтаксической структурой файлов управляющих программ (NC-файлов) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Структура NC-файла зависит от системы управления станка с ЧПУ (например Н33, Fanuc, Heindeinhein, Siemens и др.) и соответственно используемого на предприятии постпроцессора. При этом, движение инструмента может быть представлено как в абсолютной, так и в относительной системе координат, а скорость перемещения может быть задана в различных единицах измерения (мм/сек или мм/мин). Во-вторых, в файлах управляющих программ (УП) кроме координат движения инструмента (x, y, z) содержится много дополнительной технологической и вспомогательной информации, в том числе: номер кадра УП; набор стандартных технологических команд, описанных G-кодами; текстовые комментарии (рис. 2). В связи с вышесказанным, возникла необходимость в разработке специализирован-

1Черемных Екатерина Андреевна, аспирант, тел.: (3952) 405377, e-mail: cad cam@istu.edu Cheremnykh Catherine, Postgraduate student, tel.: (3952) 405377, e-mail: cad cam@istu.edu

2Медведев Фёдор Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, начальник управления научной деятельности, тел.: (3952) 405769, 405148, e-mail: medvedev@istu.edu Medvedev Fedor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, Head of the Department for Scientific Activity, tel.: (3952) 405769, 405148, e-mail: medvedev@istu.edu

а)

Шкала действительных напряжений, МРа

4.200е+03

Рис. 1. Объекты интеграции: а - траектории движения инструмента в САМ-системе PowerMILL; б - физико-геометрический расчетный комплекс «Динамика концевого фрезерования» на базе платформы LS-DYNA

а)

б)

Рис. 2. Пример NC-файла коммерческих CAM-систем (в в-кодах): а - система А11САМ; б - система PowerMILL

ного программного обеспечения для интеграции коммерческих САМ-систем и физико-геометрического расчетного комплекса «Динамика концевого фрезерования», созданного на базе платформы ЬБ-РУМА.

Загружаемый в 1.Б-РУМА текстовый файл должен иметь следующую структуру (рис. 3):

• «шапка файла» - набор стандартных строк для идентификации файла;

• строка с указанием числа точек;

• два столбца: первый столбец - время (в миллисекундах, сек*103), второй столбец - абсолютная координата точки, соответствующая данному перемещению во времени;

• строка, определяющая конец файла.

Кроме того, задаваемые пользователем координаты перемещения объекта (х, у, г) должны быть заданы в виде отдельных файлов.

Для реализации поставленной задачи на языке программирования С++ разработан специализирован-

ный программный модуль, первая версия которого получила название Сопуег^Б, а вторая - МС21.Р.

Пользовательский интерфейс программного модуля МС21.Р представлен на рис. 4. Панель меню содержит базовый функционал (настройка интерфейса модуля, загрузка и конвертация файлов и т.д.). Все команды меню дублируются кнопками на панелях инструментов. В главном окне программы отображаются вкладки с открытыми исходными МС-файлами, преобразованными выходными файлами, а также двухмерные и трехмерные графики координат перемещений для дополнительной проверки и наглядности корректности произведенных вычислений.

Окно сообщений отображает все запрошенные команды пользователя и результаты их выполнения. При этом успешно выполненные действия и команды подсвечиваются зеленым цветом, а те действия, которые могли привести к появлению неверных результатов, - желтым. В случае, если результат выполнения команды завершился ошибкой, - соответствующее

Curveplot

LS-DYNA keyword deck by LS-Prepost

Abcissa

Ordinate

Define Curve

Cu rvi<1>pts=<3]j)-

Произвольное

1

1.1741 1.34605 1 52205 1.69005 1 87 2.0441 28774 3.5441 4 0155 4.3488 5.0155 58488

endcurve:

\

Общее количество точек, го которым заданы перемещения

Перемещения по оси X (в абсолютных координатах)

Время перемещения от i-ой точки до i+1-ой точки. Единицы измерения: миллисекунды (сек*103).

Рис. 3. Формат ввода перемещения инструмента по координате X в системе LS-DYNA

Панель меню

Панель конвертации

Панель настройки интерфейса модуля

вв®

G21

G92X0Y0Z0 G00Z15.0M G92XOYOZ15.UOO 56000

Стандартная панель инструментов

Панель работы с графиками

моз

G00x-0.00v5.00z5.00

G01Z-0.80F2064.0

G01Y30. QQF2948. 4

X0.0ZY30.40

X0.07Y30.81

X0.15Y31.22

X0.27Y31.63

X0.44Y32.04

X0.64Y32.45

X0.88Y32.83

XI .15Y33.20

X1.46Y33.54

X1.80Y33.85

Х2,17Y34.12

X2.55Y34.36

X2.96Y34.56

X3.37Y34.73

X3.78Y34.85

X4.19Y34.93

X4.60Y34.98

XS.OOY3S.OO

<20.00

X20.00Y 40.00

X20.02V40.43

X20.07V40.86

X20.17V41.29

X20.30V4l.71

X20.47V42.12

X20.67V42.S1

X20.91V42.88

X2t.l7V43.22

X2t.46V43.S4

X31.46V53.S4

X31.78V53.83

X32.12V54.09

X32.49V54.33

X32.88V54.53

X33.29V54.70

X33.71V54.83

X34.HY54.93

Главное окно программы

Окно сообщений

Окно ошибок

Messages

(5 X ¡Error Log

ia.10.2D10 | 09:00:10 | №UaC2LD has been started su / 1A.1D.2D10 | 09:00:28 I DK^Try to open a source file [ 1H.1D.2[]10 | 09:00:33 I OK : Try tp convert file D:/Lle®e 18.10.2010 | 09:00:37 | WARNING : The conversion has lH.in.20in I ni:00:3R I WARNINR : rnnvpninn nf I ):/1 s

__J__J Jtl

Рис. 4. Интерфейс про

сообщение подсвечивается красным цветом.

В окне ошибок выводятся сообщения о предупреждениях и ошибках конвертации МС-файла, с указанием номера строки. Указав дважды правой клавишей мыши по такому сообщению, можно открыть тре-

ммного модуля NC2LD

буемый файл, а курсор переместить на проблемную строку.

Стандартная панель инструментов включает набор команд для выполнения стандартных действий: открыть, сохранить файл, отправить на печать текст

открытого файла, отменить и повторить действие текстового редактирования и т.д.

Панель конвертации файлов содержит команду преобразования загруженного файла УП из САМ-системы в файлы, воспринимаемые CAE-системой LS-DYNA.

Панель работы с графиками предназначена для отображения графиков зависимостей координат (х, у,

чей вычисляет время, необходимое инструменту для преодоления вычисленного расстояния. Далее модуль записывает файлы с рассчитанными значениями, добавляя необходимые для LS-DYNA строки. На выходе NC2LD формирует четыре файла: три файла содержат перемещения инструмента по осям х, у, г соответственно, а четвертый - информацию о частоте вращения шпинделя (рис. 5).

Фа№ ГЬда-а DcriBfe 4tp«r

0 tf Id

-

сэо

«1

1 Oft КОГО»

1 соот-ос »

омхотет.ооо •(ООО

юз ОООХ-О. СОТ J .C0Z5.00

«lZ-O.BOFiOM.O

И1ТЗО.СОГ2ЭЧ8. 4

вд.ото w

xa.vmo ei

*0-«Г>1 tt

M41D1 *t

*о.ч4т 0*

й.в+т 4S

ю.овш, .01

11.11»), • 20

Х1.46Т1Э

ы.вогаэ B5

H.17TS4 12

Х2.5 51ГИ 3«

su

Й.ЛВ1 73

».lew*

14.19*34

I4.iOTi4 v,

IArw etcou Л'»»1 р«»иггв <F1 > |

Г

V

Й.

Ш-

1

||к

is

| i

Рис.5. Преобразование NC-файлов управляющих программ с помощью модуля NC2LD

X

Y

Z

S

г) и скорости вращения шпинделя от времени, а также графиков траекторных перемещений в различных плоскостях. При этом имеется возможность получить как плоскую, так и объемную визуализацию этих зависимостей.

Опция настройки интерфейса программного модуля позволяет вызывать окно настройки различных параметров пользовательского интерфейса и логического поведения NC2LD.

Программа NC2LD работает следующим образом. При загрузке NC-файла коммерческой САМ-системы программа выбирает из него необходимую информацию (перемещения инструмента по координатам, значения подач, частоту вращения шпинделя), вычисляет расстояния между соседними точками отдельно во всем координатам и в соответствии с указанной пода-

В настоящее время, программный модуль NC2LD способен обрабатывать в качестве входных NC-файлов управляющие программы систем автоматизированного производства PowerMILL, Unigraphics NX Manufacturing и ArtCAM. Работоспособность программного модуля NC2LD проверена на многочисленных примерах.

Представленная в рамках данной статьи работа выполнена авторами на базе кафедры оборудования и автоматизации машиностроения Иркутского государственного технического университета при поддержке Гранта Президента РФ (№ МК-4859.2008.8) в рамках комплексного исследования «Методология, технические и программные средства оптимизации многокоординатной обработки поверхностей свободной формы».

Библиографический список

1. Медведев Ф.В., Черемных Е.А. Физико-геометрический расчетный комплекс «Динамика концевого фрезерования» // Вестник ИрГТУ. 2010. №6.