Построение универсальной встраиваемой системы 3D визуализации технологического процесса металлообработки

С.В. Соколов,

аспирант,

А.С. Григорьев,

аспирант,

П.Ю. Сероухов,

магистр,

МГТУ «Станкин», каф. «Компьютерные системы управления», г. Москва

1. Задачи создания системы

Задачей создания универсальной системы твердотельного графического моделирования процесса обработки деталей, встраиваемой в систему управления является разработка отечественного аналога системы трехмерной визуализации для отечественных систем ЧПУ.

2. Область применения

Разрабатываемая подсистема может быть встроена в системы ЧПУ токарных, фрезерных, расточных станков и обрабатывающих центров. Данная подсистема позволяет наглядно продемонстрировать процесс обработки в режиме реального времени. При отработке управляющей программы будут явно видны ошибки и недочеты в проверяемых управляющих программах, что позволит упростить процесс составления управляющих программ и их верификацию. Областью применения являются системы ЧПУ позволяющие внедрить данную подсистему.

3. Аналоги

В качестве аналогов разрабатываемой системы трехмерной визуализации выступают системы производства Siemens и HEIDENHAIN.

Недостатком систем производимых Siemens является то, что в реальном времени возможна визуализация только 2-х мерной обработки, а доступная для просмотра 3-х мерная модель полученной детали отображается только после обработки.

рис. 1 Работа системы, разработанной Siemens

рис. 2 Работа системы, разработанной HEIDENHAIN

Система фирмы HEIDENHAIN позволяет производить 3-х мерную обработку в реальном времени, но качество визуализации ниже, чем у разрабатываемой системы трехмерной визуализации.

4. Возможности системы

Разработанная система трехмерной визуализации имеет следующие возможности:

1) Управление инструментом и заготовкой:

§ выбор типа и вида инструмента и настройка его размеров для последующей обработки заготовки;

§ отображение траектории движения инструмента;

§ выбор типа заготовки и способа ее обработки;

§ задание координат установки заготовки.

2) Управление процессом обработки путем выбора управляющей программы, ее запуска и останова.

3) Управление запуском процесса визуализации:

Осуществляется при помощи функций СТАРТ и СТОП. Функции перемещения точки взгляда и параметров отображения сцены работают и в процессе выполнения визуализации.

4) Настройка конфигурации системы:

· настройка внешнего вида: выбор цвета экрана, заготовки, инструмента;

· задание координат просмотра окна.

5) Управление визуализацией: выбор плоскости; поворот; перемещение; масштаб.

6) Визуализация токарной и фрезерной обработки заготовки в реальном времени.

5. Архитектурная модель

Использована модульная архитектура для разрабатываемой системы 3-х мерной визуализации.

рис. 3 Архитектурная модель системы трехмерной визуализации

Управляющая программа загружается в эмулятор системы ЧПУ, передающего номер кадра, информацию об инструменте и его движении. Для визуализации процесса обработки могут использоваться различные библиотеки. Для связи модуля 3D визуализации и эмулятора системы ЧПУ используется контейнер, в котором также реализуется интерфейс пользователя.

6. Принцип работы системы

рис. 4 Обработка кадра управляющей программы

Принцип работы системы заключается в последовательной обработке каждого кадра управляющей программы и выполнения соответствующих действий. В начале кадра эмулятор системы ЧПУ выдает сигнал следующего кадра, параметрами которого являются: номер кадра, координаты инструмента и данные строки. Кадр состоит из интервалов, при завершении каждого эмулятор подает сигнал обновления с координатами инструмента. В случае завершения кадра эмулятор системы ЧПУ выдает сигнал конца кадра.

7. Практическая реализация

Система трехмерной визуализации отображает процесс обработки заготовки, выводя на экран обработку изделия, само изделие и инструмент.

Перед началом визуализации необходимо выбрать управляющую программу, задать необходимую форму и размеры заготовки и выбрать обрабатывающий инструмент. Дальше выполняется процесс визуализации процесса обработки.

Система позволяет визуализировать токарную и фрезерную обработку.

При визуализации токарной обработки показан сам процесс, а после отработки управляющей программы итоговая деталь.

Возможна визуализация обработки торцов заготовки, например, при помощи расточки отверстий.

рис. 5 Токарная обработка и расточка отверстия

Визуализация фрезерной обработки позволяет увидеть сам процесс обработки в реальном времени и готовую деталь после выполнения управляющей программы.

рис. 6 Фрезерная обработка и обработка в обрабатывающем центре

Разработанная система трехмерной визуализации позволяет визуализировать последовательную обработку детали разными токарными способами, затем фрезерным и наоборот.