ГеММа-3D, версия 6.0: водораздел DOS-WINDOWS

Владимир Вермель, Сергей Зарубин, Прокопий Николаев

За прошедшие 8 лет распространения системы ГеММа-3D она стала одной из наиболее используемых CAM-систем для машиностроительных предприятий СНГ. Созданная для эксплуатации под MS-DOS, ГеММа-3D во всех версиях могла функционировать на наиболее слабых моделях IBM PC начиная с 286-й. Коллектив разработчиков до последнего времени в качестве одной из важнейших целей ставил для себя возможность обеспечить работу технологов-программистов на любой имеющейся вычислительной технике. Данное свойство сохранено вплоть до распространяемой в настоящее время версии 6.0 системы (см. САПР и Графика, №6, 1998 г.: ГеММа-3D, Версия 6.0. Новые возможности).

Естественно, в данной версии реализовано использование защищенного режима процессора 386 (32-разрядная адресация памяти), а также задействованы графические возможности современных видео-карт и мониторов. Поэтому для нее младшей моделью стала IBM PC 386. Наряду с работой под базовой MS-DOS, ГеММа-3D ориентирована на применение в штатном режиме как DOS-приложение под операционными системами Windows 95/98/NT. В этом смысле она обеспечивает требования эксплуатации как под одной так и другой операционными системами. Последующее развитие будет выполняться применительно к ОС Windows.

Учитывая рубежный характер текущей версии системы ГеММа-3D, в настоящей статье в кратком изложении дается обзор реализованных в ней базовых возможностях решения основных задач разработки — построения математических моделей изделия и формирования эффективных управляющих программ для его обработки на станках с ЧПУ.

Рис. 1. Структура системы ГеММа-3D

Общая структура системы (рис. 1) отражает ее основное назначение — инструментальное средство технолога-программиста для оборудования с ЧПУ. Как и предыдущие, данная версия ориентирована на три основных режима эксплуатации. Во-первых, в качестве самостоятельного инструментального средства, обеспечивающего решение всех задач технологического подразделения. Во-вторых, в сочетании с CAD/CAM-системами высокого уровня в качестве их расширения, обеспечивающего комплектацию дополнительными рабочими местами низкой стоимости на распространенных IBM PC. В-третьих, в качестве компоненты комплексной САПР, формируемой из программных средств среднего и низкого уровня, ориентированных на IBM PC.

Наряду с базовыми способами эксплуатации системы, она становится основой для разработки специализированных приложений к программным комплексам и технологическому оборудованию.

Данные решения обеспечили высокую универсализацию применения системы, которая к настоящему времени эффективно используется на крупных машиностроительных предприятиях, в отдельных цехах и небольших производствах, в домашних условиях у специалистов, выполняющих индивидуальные заказы на программирование обработки на станках с ЧПУ или осуществляющих изготовление мелких декоративных художественных изделий.

Исходной информацией для системы (рис. 1) могут служить чертежи, описывающие деталь, которая должна быть изготовлена; математические модели, подготовленные в известных CAD/CAM-системах; материалы измерений детали-прототипа на программируемой контрольно-измерительной машине или цифровые (плазовые) таблицы точек характерных линий детали.

Важнейшее внимание в разработке уделялось коммуникативным возможностям системы. К настоящему времени в ней воспринимается информация в обменных форматах DXF и IGES – все предусмотренные геометрические элементы. Существенным их дополнением в версии 6.0 стала реализация обменного формата STEP.

К графическим интерактивным операциям, выполняемым специалистом-пользователем системы при построении геометрических моделей и формировании управляющих программ, добавлена возможность их осуществления в программируемом режиме. Для этого разработан макроязык пользователя системы ГеММа-3D, обеспечивающий доступ ко всем возможностям геометрического редактора, технологическим процедурам, архиву данных. На этой основе разрабатываются типовые параметризованные модули — приложения к основной системе.

Наряду с базовыми функциями геометрического моделирования и программирования обработки в состав версии 6.0 системы ГеММа-3D включается обеспечение разработки маршрутных технологий, ориентированных, прежде всего, на инструментальные производства и технологические отделы цехов, эксплуатирующих станки с ЧПУ (рис. 1).

Приобрело завершенный вид обеспечение программирования для технологического оборудования с ЧПУ — наряду с развитым обеспечением фрезерной и электроэрозионной обработкой, в версии 6.0 обеспечивается программирование для токарных и расточных станков. Продолжается функциональное совершенствование обеспечения обработки измерений изделий на программируемой контрольно-измерительной машине для оценки точности изготовления (см. САПР и Графика,  №7, 1997 г.: Автоматизация измерений в системе ГеММа-3D).

По мнению пользователей системы ГеММа-3D, одной из сильных сторон является моделирование сложных поверхностей, которое остается предметом исследований и постоянного совершенствования (см. САПР и Графика, №12, 1998 г.: Моделирование сложных поверхностей в системе ГеММа-3D).

Рис. 2. Возможности моделирования поверхностей в системе ГеММа-3D

В системе ГеММа-3D поддерживается (рис. 2) большая часть известных способов построения поверхностей. Линейчатые поверхности формируются при соединении прямолинейными отрезками соответствующих точек двух кривых. Соответствие точек устанавливается системой автоматически, по равным относительным длинам дуг от точек до начала каждой из кривых. Другим вариантом соответствия является предварительное ручное разбиение кривых на одинаковое число сегментов. Управление длиной сегментов, а также их количеством обеспечивает задание любого желаемого соответствия для строящейся поверхности. Кинематические поверхности строятся по заданной направляющей и одной или нескольким образующим. Образующие при построении могут сохранять исходную, заданную конструктором, ориентацию или размещаться в плоскостях, перпендикулярных образующей в данных точках.

Мощным средством моделирования поверхностей в системе ГеММа-3D является их построение на основе двух семейств каркасных кривых. Предусмотрен ряд способов построения – поверхность Кунса и Безье с непрерывными нормалями по границам сегментов, а также, с целью максимального сглаживания, с ограниченными разрывами, меньшими заданных условий на точность обработки.

В системе ГеММа-3D предусмотрено построение различных видов технологических сопряжений — с постоянным радиусом (типа "катящийся шар") или изменяемым по заданному закону, для тора и конуса со скруглением, перемещающихся с одновременным касанием обеих сопрягаемых поверхностей.

Сопряжение поверхности с кривой, выполняемое с постоянным или переменным радиусом, а также тором и конусом ("подсечки") используются для построения проектировочных кромок смыкания литейных форм, задания зон обработки для фрез с большими геометрическими размерами и т.д. Возможность гладкого сопряжения двух поверхностей третьей между произвольными, заданными на них границами.

Предельно упрощено в системе построение линий разъема, а также литейных уклонов. При необходимости автоматически может быть выполнено определенное удлинение поверхностей.. Наряду с исходными поверхностями во всех операциях могут участвовать эквидистантные к ним поверхности.

Основная функциональна задача системы ГеММа-3D состоит в формировании эффективных управляющих программ обработки деталей на станках с ЧПУ (см. САПР и Графика, №9, 1998 г.: ГеММа-3D, Версия 6.0: Возможности обработки).

Рис. 3. Виды обработки в системе ГеММа-3D

В системе ГеММа-3D обеспечивается подготовка управляющих программ для всех типов станков с ЧПУ (рис. 3). Фрезерная обработка может быть проведена как для отдельных поверхностей, так и для их композиций — оболочек. Черновая обработка может выполняться послойно с фрезерованием материала заготовки по эквидистантной или штриховой траектории движения.

Для получистовой и чистовой обработки возможно движение инструмента в параллельных плоскостях с фиксацией направления в одной из станочных координат, по траектории типа "петля" или "змейка", внутри области, определенной некоторой границей или по предварительно подготовленному пользователем шаблону.

Наряду с собственно обработкой поверхности, предусмотрено построение эквидистантных выборок, каналов, формирование и торцовка ребер. Траектории могут строится с односторонним движением инструмента из условия попутного (или встречного) фрезерования и переходом на безопасной высоте к началу следующей строки.

Имеются широкие возможности задания подхода инструмента к обрабатываемой поверхности и отхода от нее, а также перемещения фрезы между рабочими строками в траектории обработки. Длины участков подхода и отхода, их направления в начале и конце рабочих строк, а также в заданных точках на поверхности и пространстве могут определяться автоматически или задаваться пользователем. При подготовке программ обработки могут быть заданы условия торможения, величины припуска, снимаемого в одном проходе, высота неровностей ("гребешков") между строками обработки. Программирование обработки может выполняться в произвольной системе координат. Имеются специальные средства для привязки программы к детали и системе координат станка.

Для 4-х и 5-и координатной обработки может быть задано положение фрезы относительно обрабатываемой поверхности — торцем, боковой поверхностью фрезы, с произвольным углом наклона (углы опережения или запаздывания) по отношению к нормали в точках поверхности и направлению движения инструмента.

Чрезвычайно эффективным по функциональным возможностям технологическим средством стало обеспечение гравировки (см. САПР и Графика, №9, 1997 г.: Техническая и художественная гравировка в системе ГеММа-3D). Она успешно дополняет известные средства ArtCAM (фирма DELCAM) и Symagraphi (фирма Bee Pitron). В отличии от них, гравировка в системе ГеММа-3D ориентируется на продольную структуру обрабатываемого изображения и использование граверного инструмента различной геометрии (конус, "ласточкин хвост" и т.д.). Данное обеспечение чрезвычайно эффективно используется при нанесении разметки и маркировок на технических изделиях, а также производстве художественных изделий – печатей, экслибрисов, стеклотары, мебели, декоративном оформлении архитектурных сооружений. В частности, применение модуля гравировки системы ГеММа-3D позволило производству ЦАГИ выиграть тендер Московского правительства на изготовление резной мраморной облицовки для Храма Христа-Спасителя.

На повышение эффективности программирования обработки направлен развитый комплекс инструментальных средств технолога-программиста, который постоянно совершенствуется и пополняется.

Важнейшим условием, обеспечивающим обработку сложных поверхностей, особенно в режиме обработки с повышенной точностью и производительностью, стало приложение к системе ГеММа-3D программно-технических средств прямого управления станками с ЧПУ (см. САПР и Графика,  №12, 1997 г.: ГеММа-3D: программно-техническое обеспечение прямого управления станками с ЧПУ). Они предназначены для подключения группы станков с ЧПУ к персональной ЭВМ и передачи на них управляющих программ по проводным линиям связи. Данное средство может использоваться для передачи на станки с ЧПУ управляющих программ, генерируемых на системе ГеММа-3D и на других CAM-системах.

Рассмотренные составляющие системы ГеММа-3D прошли апробацию и успешно используются в различной конфигурации машиностроительными предприятиями стран СНГ и Балтии.