ГеММа-3D, версия 6.0: Новые функциональные и технологические возможности

Владимир Вермель, Прокопий Николаев

Опубликовано: САПР и Графика, N 6, 1998

Выполненное в течении 1997 года развитие системы ГеММа-3D завершилось созданием существенно развитой версии 6.0 системы. Сохранилось основное тематическое направление разработки — математическое моделирование изделий (детали сложной формы, формообразующая технологическая оснастка, пресс-формы, штампы, модели и макеты) и программирование их обработки на станках с ЧПУ.

Завершенную версию по сравнению с предшествующими характеризует полная реализация защищенного режима использования памяти (32-разрядная адресация). Существенно улучшена оперативная тоновая визуализация композиций поверхностей, а также траекторий обработки изделий в режиме мультипликации. Включены новые функции в состав геометрического редактора системы. в их числе: возможность "оборачивания" сложных кривых относительно пространственных изделий, развертка поверхностей и их композиций на плоскость, построение, построение геодезических линий на поверхностях, соединяющих заданные точки, а также линий перегиба поверхностей, определяющих границы обрабатываемых зон изделий при данной установке на фрезерном станке или разделение формообразующих элементов технологической оснастки.

В числе новых способов построения поверхностей реализованы: автоматическое построение литейных уклонов к элементам форм, а также так называемых "подсечек" — поверхностей скругления между кривыми, задающими кромки смыкания форм с базовыми поверхностями матриц и пуансонов.

Важнейшим развитием в построении математической модели стала реализация оболочек — объединений группы поверхностей, аналогичных по структуре твердому телу, реализованному в известных конструкторских системах.

Наиболее существенным развитием технологических возможностей стало введение в систему раздела токарной обработки, в котором может программироваться как черновая, так и чистовая обработка изделий. При формировании управляющих программ геометрия резца и резцедержателя учитывается в процессе программирования перемещений относительно обрабатываемой детали.

Существенное развитие получил раздел фрезерной обработки. Он дополнен послойной черновой обработкой совокупностей поверхностей, составляющих обрабатываемые детали. В зависимости от формы и размеров инструмента автоматически рассчитываются участки траектории относительно детали, обеспечивающие ее бездефектную обработку.

При получистовой обработке также автоматически строится траектория движения относительно совокупности поверхностей инструментом с заданной геометрией.

Существенно расширены возможности использования системы и ее базовых процедур на основе введенного макроязыка пользователя.

Принципиально новым стало введение раздела обработки измерений сложных поверхностей, выполненных на контрольно-измерительных машинах.

Рассмотрим последовательно данные функциональные возможности.

1. Взаимодействие с внешними системами

Основная информация воспринимается в систему ГеММа-3D и передается из нее в известные CAD/CAM системы по форматам IGES и DXF. Появление во входной информации геометрических объектов, имеющих математическое описание, отличающееся от используемого в системе ГеММа-3D, решается на основе типовой аппроксимации с заданной точностью кривыми и поверхностями Безье.

Рис. 1. Полная модель самолета в системе ГеММа-3D

В качестве примера на рис. 1 приведено изображение полой математической модели аэродинамической компоновки магистрального самолета АН-140, любезно предоставленной геометрической группой Авиационного Научно-Технического Комплекса "Антонов" для аппробации входных интерфейсов системы ГеММа-3D. В составе математической модели более 500 поверхностей. Общий объем модели — 1,5 MB (файл в стандарте IGES). Время на преобразование форматов и размещение модели в базе данных системы на компьютере с процессором Pentium-133 и 32 MB оперативной памяти — 12 с.

2. Отображение геометрических объектов

В состав системы включен модуль тоновой визуализации композиций поверхностей. В его основу положена библиотека процедур комплекса "Китеж" (разработка Нижегородского Государственного университета). Тоновое отображение может быть вызвано при выполнении любых операций над поверхностями. Обеспечивается построение монохромных или цветных изображений в зависимости от возможностей используемых технических устройств. Для управления характеристиками изображения могут задаваться коэффициенты дисперсии, отражения от поверхности и ее шероховатость, число, положение и интенсивность источников света. Изображение компоновки самолета АН-140 (рис. 1) иллюстрирует некоторые возможности представления геометрической информации в системе ГеММа-3D. Время построения данного изображения без применения технических средств ускорения графики составило 15 с.

3. Нанесение кривых на поверхности, развертка кривых и поверхностей

Наряду с традиционно используемым в системе ГеММа-3D проецированием плоских кривых на поверхности добавлена возможность их "навертки", начиная от определенного полюса в заданном направлении. При навертывании на сложную поверхность возможны два способа — с сохранением длин наворачиваемых кривых или относительной топологии рисунка, обеспечиваемого частичной модификацией (растяжение-сжатие) участков кривых в соответствии с формой поверхности. Данные средства используются для нанесения узоров на изделия и формы для последующей гравировки (рис.2).

Рис. 2. Наложение рисунка на поверхность

Для раскроя листовых материалов, используемых при изготовлении различных изделий, реализована обратная процедура — развертка линий, нанесенных на поверхности, а также самих поверхностей с линиями разреза. Не развертываемые поверхности разворачиваются с фиксируемой частичной деформацией.

4. Построение оболочек

Под оболочкой понимается композиция поверхностей, объединенных геометрически (у всех включенных поверхностей создается понятие внешней и внутренней стороны), а также информационно.

Над оболочкой допустимо выполнение всех геометрических операций, предусмотренных для отдельных поверхностей. Допускается включение в оболочку поверхностей, отстоящих друг от друга, т.е. с разрывами или несоприкасающимися границами. Такое решение существенно расширяет возможности и эффективность технологических операций. Пример оболочки (фрагмент матрицы литейной формы) приведен на рис. 3.

Рис. 3. Фрагмент матрицы литейной формы

5. Поверхности сопряжения, подсечки, литейные уклоны

Пример усеченного сопряжения – ступицы и пера модели лопатки вентилятора – показан на рис. 4. Его особенностью является то, что радиус сопрягаемой поверхности больше расстояния от пера лопасти до контура основания ступицы. Построение подобных поверхностей сопряжения наиболее часто необходимо при оформлении кромок смыкания литейных форм и пресс-форм.

Рис. 4. Пример усеченного сопряжения

Построение литейных уклонов является новой возможностью геометрического модуля в системе ГеММа-3D. На рис. 5 показана модель декоративного вкладыша, изготавливаемого из пластмассы. Базовая поверхность – обобщенный цилиндр с верхней фасонной законцовкой. Для введения литейных уклонов достаточно определить величину уклона и указать поверхность законцовки. Цилиндрическая часть будет изменена за счет введения уклонов автоматически.

Рис. 5. Построение литейного уклона

Другой возможностью может быть введение основания детали с автоматической припасовкой ее к фасонной законцовке с заданным уклоном. Соответствующая линия на законцовке будет рассчитана автоматически.

6. Черновая послойная обработка

При изготовлении изделий, требующих глубокого фрезерования, эффективно применение послойной фрезерной обработки. Для ее проведения определяется оболочка (совокупность поверхностей), описывающая геометрию изделия. Устанавливается шаг послойной обработки, геометрия инструмента. Описывается заготовка. Определяется стратегия фрезерования по слоям – эквидистантная или штриховая. Автоматически осуществляется сечение модели изделия и заготовки, формируется траектория обработки для каждого из слоев и переход между слоями.

Детальное рассмотрение технологии токарной, фрезерной и электроэрозионной обработки, а также обработки результатов измерений сложных поверхностей планируется в следующих выпусках журнала "САПР и Графика".