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Interfaccia semplice Generazione utensili

Cam Italiano

SUM3D è un sistema per la generazione dei percorsi utensile con

un’interfaccia chiara e semplice, che mantiene le stesse caratteristiche

anche nel modulo avanzato per le lavorazioni multi-

asse. È disponibile un simulatore cinematico con

la rappresentazione reale di tutta la macchina utensile

di Giancarlo Sada

Il pacchetto proposto da CIMsystem, azienda con una pluriennale presenza nel mondo Cam, è ormai giunto alla ver-sione 7.7 ma continua a mantenere la sua forte originale caratterizzazione. È,

infatti, interamente dedicato alla generazio-ne dei percorsi utensile e le funzionalità Cad presenti sono comunque indirizzate allo stes-so scopo, senza alterare il modello importa-to attraverso una delle interfacce standard o native. Inoltre, SUM3D è interamente svi-luppato in Italia e ciò costituisce un ulteriore vantaggio per gli utenti locali, che possono comunicare le proprie esigenze e trovare un riscontro diretto col team dei programmatori. L’interfaccia utente è un altro aspetto chia-ve di SUM3D. La scelta di collocare l’albero delle lavorazioni come parte integrante del-l’area di lavoro ne semplifica l’accesso e, in modo indiretto, organizza e struttura l’inseri-mento dei dati. Lo stesso spirito operativo vie-ne mantenuto anche per le lavorazioni mul-ti-asse, dove la specifica dei parametri e la caratterizzazione dei percorsi non è sempre semplice. In questo caso, l’utente può trarre

vantaggio dall’aggiornamento dinamico dei dialog-box per l’inserimento dei dati, dove la rappresentazione schematica dell’utensile e delle superfici dipende dal parametro in inse-rimento. I percorsi ottenuti sono verificati col modulo di simulazione cinematica, che forni-sce una rappresentazione reale tridimensio-nale dell’intera macchina utensile e mostra il movimento di tutti gli assi. Si evitano così inutili tentativi sulla macchina fisica, con la certezza di poter lavorare il pezzo senza problemi di fi-ne corsa o collisioni con le attrezzature. Resta da sottolineare che tutti i post-processor sono sviluppati direttamente da CIMsystem: quelli standard per macchine a tre assi sono già in-clusi nel pacchetto, mentre il ricco database di quelli a cinque assi costituisce la base da cui attingere per le naturali personalizzazioni che gli utenti usualmente richiedono in fun-zione delle specifiche installazioni.

L’ambiente di lavoroCome accennato, SUM3D non prevede fun-zionalità per la modellazione del pezzo, ma fornisce gli strumenti per importare un qualun-que modello realizzato con un sistema Cad. Creato un nuovo progetto, i formati nativi Rhi-no e Parasolid ed i generici IGES, DXF, VDA e STL sono importati attraverso i convertito-ri forniti in dotazione, mentre sono disponibili come opzioni le interfacce dirette per Catia V4 e V5, Unigraphics, Pro/E, Inventor, STEP e SolidWorks. Importato il modello, la prima operazione che l’utente usualmente svolge è l’impostazione dello “zero pezzo”, ovvero la terna d’assi che corrisponde allo zero della macchina. La presenza di un apposito coman-do di traslazione degli assi semplifica l’esecu-zione, che può avvalersi del calcolo automa-tico dei punti di ingombro minimi e massimi del modello.

Fig. 1 - L’aggiunta di una lavorazione avviene popolando

l’albero costantemente visualizzato nell’area

di lavoro: la tipologia è specificata selezionando

la rispettiva voce dal menu sensibile al contesto

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Prima di procedere all’esecuzione delle lavo-razioni, il progettista può configurare il model-lo attraverso layer o livelli. Se presenti nel mo-dello Cad importato, questi sono convertiti nel-la corrispondente informazione di SUM3D ed utilizzati per la preparazione dei percorsi: col-locando su layer distinti le diverse geometrie del modello, queste sono considerate duran-te la creazione della lavorazione in base allo stato di attivazione del layer corrispondente. In questo modo, ad esempio, è molto sempli-ce gestire dei “tappi” per chiudere determina-te zone che non si desidera contemplare du-rante la sgrossatura, ma che saranno attivate durante le successive operazioni di finitura. L’aggiunta di una lavorazione avviene popo-lando l’albero costantemente visualizzato nel-l’area di lavoro: il corrispettivo menu sensibile al contesto permette di gestire tutte le opera-zioni, in alternativa ai bottoni raggruppati nel-le toolbar. Ogni lavorazione, identificata attra-verso un nome dato dall’utente, prevede l’in-serimento di una serie di parametri che dipen-dono dalla rispettiva tipologia: sono gestite lavorazioni di sgrossatura, semifinitura, finitu-ra e riprese del materiale. I parametri sono forniti specificando i dati associati a ciascuna voce del rispettivo ramo, elencati in modo da costituire un percorso guidato per lo svolgi-mento della lavorazione stessa. Dopo aver identificato il tipo di lavorazione, ad esempio di svuotamento, si può passare all’inserimen-to dei dettagli per l’utensile, la cui gestione è particolarmente esaustiva e semplificata. Un apposito dialog-box raggruppa i diversi para-metri, associati ad una rappresentazione schematica dell’utensile stesso. Dalla lista pre-sente è possibile scegliere tra frese cilindriche, toriche, sferiche, coniche, con ingombri, frese a disco, spianatori, punte da centro, punte eli-coidali, punte piatte, maschi, bareni, alesato-

SISTEMA: SUM3D 7.7

PRODUTTORE: Lab Numerical Control Software S.r.l.

DISTRIBUTORE: CIMsystem S.r.l.. Viale Fulvio Testi, 11 20092 Cinisello Balsamo (MI) Tel. 02-6186.6330 – Fax. 02-6186.6313 URL: www.cimsystem.com E-mail: info@cimsystem.com

Requisiti minimi di sistema: Requisiti di Sistema: PC Pentium IV/AMD a 2GHz, con 2GByte di RAM, sistema operativo Windows NT/2000/XP Professional/Vista, scheda grafica con 64 Mbyte di RAM, monitor da 17”/19”, lettore CD-ROM all’esecuzione delle fasi di calcolo

SCHEDA TECNICA

Fig. 2 - Un apposito dialog-box raggruppa i parametri per la definizione degli utensili: i valori geometrici sono specificati direttamente nella rappresentazione schematica. Gli utensili possono essere inseriti in un archivio, considerati generici o associati ad una specifica macchina

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ri ed utensili sagomati. Per quanto riguarda questi ultimi, applicabili per lavorazioni in sot-tosquadro, è possibile disegnarne il profilo ed il gambo con qualsiasi strumento Cad, da leg-gere in formato DXF con l’apposito bottone posto nella finestra di definizione dell’utensile. Gli utensili possono essere raggruppati in un archivio, arricchito o progressivamente, cioè

Fig. 3 - L’utente ha la possibilità di integrare la definizione dell’utensile con dei mandrini, prelevabili dalla relativa libreria: anche in questo caso viene fornito un immediato riscontro grafico in corrispondenza dei dati geometrici inseriti

mentre vengono definite le lavorazioni, o pre-parato in precedenza; ogni utensile può es-sere associato ad una specifica macchina o considerato generico. Ultimata questa fase, l’utensile può essere visualizzato nel contesto del modello applicando l’opportuna scala, al fine di verificare rapidamente la correttezza delle selezioni. In un secondo dialog-box so-

no visualizzati i parametri generali della lavo-razione. Tra questi sono inclusi l’eventuale grezzo (una qualunque forma) o il parallelepi-pedo di ingombro, il sovrametallo, la distanza tra i punti del percorso utensile, quella di ac-costamento in Z al pezzo nel movimento rapi-do di avvicinamento iniziale, la quota di svin-colo, il controllo dei componenti dell’utensile e la precisione della lavorazione, per indicare una tolleranza di calcolo che amplifica o ridu-ce la tolleranza cordale impostata in funzione delle diverse esigenze (normale, sgrossatura, superfinitura o una precisione proporzionale al sovrametallo). In base alla lavorazione se-lezionata, viene proposto uno specifico insie-me di richieste, per la relativa personalizza-zione. Ad esempio, nel caso di sgrossatura per svuotamento, deve essere impostata una Z di incremento, l’angolo di discesa, l’ottimiz-zazione dei piani, la percentuale di sovrappo-sizione, ecc.. Nell’impostazione di una finitura, invece, il progettista ha la possibilità di sce-gliere una lavorazione di tipo unidirezionale, per predisporre il programma ad eseguire passate parallele ad una direzione seleziona-

Fig. 4 - Tra i parametri generali di ciascuna lavorazione sono inclusi i riferimenti per il grezzo, il sovrametallo, la distanza tra i punti del percorso utensile e quella di accostamento in Z, la quota di svincolo, il controllo dei componenti dell’utensile e la precisione della lavorazione

Fig. 5 - In base alla lavorazione, viene proposto un dialog-box con specifiche richieste per la relativa personalizzazione

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ta secondo l’incremento specificato. Un’op-zione disponibile in questo contesto è la ripre-sa trasversale per altezza-cresta costante: abilitandola, SUM3D riprende eventuali zone residue individuate automaticamente usando un angolo di direzione delle passate ruotato di 90° rispetto a quello inserito, diminuendo il percorso a vuoto dell’utensile, che lavora sem-pre nelle condizioni ideali. Ogni lavorazione opera sull’intero modello, se non è delimitata con una specifica da mouse oppure con dei profili (introdotti direttamente come funziona-lità Cad previste in SUM3D), e, quando è ag-giunta all’albero delle lavorazioni, eredita i pa-rametri specificati per quella precedente, co-me se fosse clonata, cosicché l’utente può intervenire in modo incrementale. Completato l’inserimento delle informazioni ed indicato il nome del file CNC, il progettista può scatena-

re il calcolo del percorso, che può essere si-mulato in modo dinamico con passate pro-gressive e con la rappresentazione realistica dell’utensile, la cui velocità è controllata da appositi tasti. Il percorso utensile è colorato diversamente in base al tipo di movimento ri-prodotto: ad esempio, il rosso è usato per il percorso in lavoro, il bianco per i movimenti in rapido mentre il verde per l’attacco con com-pensazione. Una o più lavorazioni, in base al-la selezione effettuata nel rispettivo albero, possono essere simulate in modo più realisti-co, includendo l’asportazione del materiale. In questo caso viene attivata un’apposita in-terfaccia, con una serie di comandi e un’area di lavoro dedicate. Il simulatore permette la verifica di percorsi fino a 5 assi controllando le collisioni con il grezzo dell’utensile e dei componenti ad esso agganciati. Durante la

simulazione è possibile ruotare, ingrandire o ridurre l’immagine usando gli stessi comandi grafici di SUM3D. Altri comandi permettono di definire il grezzo, controllare l’avanzamento della simulazione (passo-passo, interruzione, simulazione rapida, ecc.), abilitare la rappre-sentazione del percorso utensile e fissare il punto di visualizzazione. Alcuni parametri per-mettono di configurare il processo di simula-zione, ad esempio per interromperlo al termi-ne di ciascuna lavorazione, definire la preci-sione, bloccare l’esecuzione nel caso di col-lisioni col materiale o col grezzo, riportando le rispettive coordinate. Ogni lavorazione anno-ta con un diverso colore lo stato del grezzo e vengono utilizzate le convenzioni preceden-temente descritte per distinguere le diverse sezioni del percorso. Confrontando il modello solido teorico e lo stato di elaborazione del

Fig. 6a, 6b - Il percorso, una volta calcolato, può essere riprodotto sul modello con la raffigurazione realistica dell’utensile, evidenziando le traiettorie

Fig. 7 - Una o più lavorazioni, in base alla selezione effettuata nel rispettivo albero, possono essere simulate in modo realistico con l’asportazione del materiale: viene attivata un’apposita interfaccia, con una serie di comandi e un’area di lavoro dedicate

Fig. 8 - La ripresa del materiale residuo può essere svolta da una specifica lavorazione, che identifica le porzioni dove operare in base all’utensile utilizzato precedentemente e a quello che si intende utilizzare: la strategia, concentrica 3D o in contornatura, è stabilita in base alla pendenza delle superfici

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grezzo, SUM3D calcola il materiale residuo ancora da asportare. L’utente può definire una corrispondenza tra quantità di materiale e co-lore di annotazione del modello, in modo che, con la vista in pianta, al passaggio del curso-re sui diversi punti venga riportato dinamica-mente lo spessore ancora presente. In base alle caratteristiche topologiche e all’entità nel-le diverse zone, è possibile optare per l’appli-cazione della specifica lavorazione di ripresa del materiale residuo, utilizzata per operare nei punti in cui l’utensile di una precedente lavorazione non è riuscito ad accedere per la

sua dimensione: la porzione da lavorare, con un percorso di tipo longitudinale, è calcolata automaticamente. La strategia implementata da SUM3D è funzionale all’andamento delle superfici (concentrica 3D per le zone con bas-sa pendenza e in contornatura per le zone verticali), con l’obiettivo di ottimizzare l’aspor-tazione del materiale e l’utilizzo dell’utensile. I percorsi possono essere processati in base alla macchina di lavorazione configurata. Va sottolineato che sono disponibili i convertitori per un gran numero di macchine nel pacchet-to standard e, in caso contrario, CIMsystem

si impegna alla sua realizzazione come parte integrante del supporto fornito. L’utente può decidere di effettuare la conversione di un sin-golo percorso o di quelli selezionati, optando per la suddivisione in diversi file o per il loro raggruppamento. In quest’ultimo caso, è pos-sibile richiedere l’aggiunta dei cambio-utensi-le per creare il percorso completo, attrezzan-do la macchina in modo opportuno. È prevista anche l’opzione di creare le schede di lavora-zione, selezionando come template un mo-dello creato dall’utente con un word-proces-sor. Per ciascuna lavorazione viene inserita la

Fig. 9a, 9b - L’utente ha la possibilità di creare le schede di lavorazione partendo da un modello definito con un word-processor. Vengono riportate tutte le informazioni necessarie all’operatore della macchina utensile

Fig. 10a, 10b, 10c - Le schede per la specifica delle lavorazioni a cinque assi comprendono una rappresentazione schematica dell’utensile, del mandrino, del percorso e della superficie, per un riscontro diretto dei parametri inseriti, prima ancora di attivare l’esecuzione

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descrizione, il tipo di operazione, i tempi di la-vorazione stimati, l’utensile e la sua geometria, il sovrametallo lasciato, l’incremento, l’avan-zamento, ecc..

Lavorazioni multi-asseIl modulo opzionale AMM (Advanced Mul-tiaxes Machining) è dedicato a lavorazioni complesse a più assi, secondo una modalità operativa perfettamente integrata con quan-to descritto precedentemente. Aggiunta una lavorazione nell’albero e specificando cinque assi come tipologia, i parametri di lavorazio-ne da indicare sono raggruppati in una serie di schede sovrapposte, suddivisi a seconda della classe di informazioni. Ciascuna scheda prevede una rappresentazione grafica dove è usualmente schematizzato l’utensile, il mandri-no, la superficie, un tratto del percorso e alcuni dei dati richiesti all’utente: queste esemplifica-zioni sono di particolare aiuto per il progettista, che ottiene un immediato riscontro alle infor-mazioni inserite prima ancora di attivare l’ese-cuzione dei calcoli. Nella scheda relativa alle strategie vengono impostate le opzioni asso-ciate alla tipologia di lavorazione da adottare per la superficie su cui si intende operare (su-perficie guida), all’area di lavoro, allo sviluppo

delle passate, alla qualità della superficie ed agli incrementi. È possibile specificare passa-te parallele, perpendicolari o lungo una curva, tra due superfici o due curve e parallele alle

superfici. Per il controllo dell’asse utensile so-no previste le opzioni per la programmazione (in base al numero di assi), il passo massimo (valore massimo dell’angolo tra due punti del

Fig. 11a, 11b - La scheda per il controllo dell’asse utensile prevede la possibilità di definire, specificando due angoli, i coni virtuali all’interno dei quali deve essere limitato il percorso dell’utensile

Fig. 12 - Il controllo collisione, rispetto alla superficie da lavorare o a quelle di controllo, prevede la specifica di diverse strategie da applicare in base ai componenti dell’utensile selezionati

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percorso), il punto di contatto dell’utensile ed i limiti per la direzione dell’asse utensile. Con quest’ultimo controllo si può anche richiede-re, specificando due angoli, che l’utensile sia mantenuto tra due coni virtuali a partire dal vettore normale alla sezione del percorso. Nel-la scheda per le impostazioni del controllo di collisione tra gli utensili è possibile attivare la verifica per ciascun componente: punta (lun-ghezza tagliente), gambo (tra la lunghezza del tagliente e la fine del gambo), prolunga e man-drino. Un’opzione consente di assegnare una

maggiorazione per ogni componente rispet-to ai valori presenti in archivio, per introdur-re un ulteriore margine di sicurezza. L’utente può definire la strategia da applicare nel caso di potenziale collisione, decidendo se ritrarre l’utensile lungo il suo asse, ruotarlo, allonta-narlo, ecc.. Le geometrie da controllare pos-sono essere quella guida o quelle di controllo, col supporto fino a quattro set utilizzando an-che le stesse superfici. Per la caratterizzazio-ne dei collegamenti, l’utente può definire, oltre all’avvicinamento iniziale e lo sgancio finale,

una serie di parametri per la gestione delle interruzioni lungo la direzione di taglio e dei collegamenti tra gli incrementi e le passate di sgrossatura. Interruzioni e collegamenti pos-sono essere catalogati come piccoli o grandi in base alla loro dimensione, condizionata da un valore assoluto oppure da una percentua-le del diametro dell’utensile o dell’incremento tra le passate, per poter associare azioni diffe-renti (retrazione, macro di attacco e di stacco o entrambe). La gestione della sgrossatura è raccolta in un’ulteriore scheda; indicato il grez-

Fig. 13a, 13b, 13c, 13d Interruzioni e collegamenti possono essere catalogati

in base alla loro dimensione, condizionata da un valore assoluto oppure una percentuale del diametro

dell’utensile o dell’incremento tra le passate. Un’apposita interfaccia consente di definire azioni

complesse da associare alle diverse situazioni

Fig. 14a, 14b - Per giranti e turbine, SUM3D prevede due strategie con un elevato livello di automatismo in grado di agevolare l’utente: sono sufficienti poche indicazioni perché l’impostazione del percorso sia conclusa

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zo, sono specificabili le strategie per passate multiple (offset dalla geometria, con passate dall’alto verso il basso) o concentriche, a tuffo (simile ad una foratura) o lungo l’asse utensile. Due ulteriori possibilità, con livello di automati-smo particolarmente elevato, hanno lo scopo di agevolare l’utente per la sgrossatura di tur-bine o giranti, che presentano una forte varia-

zione di inclinazione e di sottosquadri, dove è molto complessa la predisposizione di curve o modalità per inclinare l’utensile. Nell’ambito delle lavorazioni con più di tre assi è partico-larmente importante svolgere una simulazione del percorso che tenga conto di tutti gli ele-menti coinvolti. SUM3D prevede un modulo opzionale dedicato a questo scopo, per la si-

mulazione cinematica di tutti i movimenti ese-guiti dagli assi della macchina, verificando e visualizzando eventuali collisioni presenti tra tutti i componenti in gioco. Per utilizzare que-sto tipo di simulazione la macchina utilizzata deve essere caratterizzata con i dati per gli assi lineari e rotativi, i vincoli di rotazione e le geometrie (descritte nel formato STL); inoltre, è possibile definire il tipo di controllo collisio-ni da eseguire e i componenti da controllare. L’interfaccia del simulatore è molto chiara, con un’ampia area per la rappresentazione della macchina utensile. Attraverso una serie di bot-toni, l’utente controlla la modalità di riprodu-zione dei percorsi e la loro rapidità, decide le parti della macchina da visualizzare ed i punti di vista, configura le azioni da svolgere dopo una serie di movimenti o ad ogni cambio uten-sile oppure agisce manualmente sui vari assi. Altrettanto importanti sono i due pannelli dove sono riportati i blocchi di programmazione e le collisioni riscontrate: le informazioni vengono automaticamente correlate nel caso sia sele-zionata una collisione individuata da SUM3D.

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Fig. 15 - Un modulo dedicato permette di svolgere la simulazione cinematica tridimensionale di tutti i movimenti eseguiti dagli assi della macchina, verificando e visualizzando eventuali collisioni presenti tra tutti i componenti in gioco

Fig. 16 - Un dialog-box è predisposto all’impostazione dei dati per gli assi lineari e rotativi, i vincoli di rotazione e le geometrie da caricare per la simulazione cinematica