Symulacja maszynowa ZW3D 2021
Symulacja maszynowa ZW3D 2021
Od wersji ZW3D 2021 wprowadzono możliwość budowania symulatorów maszynowych dla tokarek 2 osiowych, frezarek 3 osiowych oraz frezarek 5 osiowych z zachowaniem prowadzenia punktu TCP.
W artykule omówimy przypadek symulatora dla frezarki 3 osiowej Haas VF2, której modele 3D są ogólnodostępne na stronie producenta.
Proces uzyskania symulatora w ZW3D zostanie opisany w trzech punktach:
Opis symulacji maszynowej
Proces przygotowania modeli 3D symulatora
Budowa symulatora maszynowego
Symulacja maszynowa
Jak uruchomić symulację dla wybranego projektu?
Po obliczeniu operacji w module CAM, zaznaczamy te których symulacja nas interesuje I klikamy PPM, po czym wybieramy “Pełna symulacja maszynowa”
Rysunek 1. Uruchomienie symulacji maszynowej
Rysunek 2. Okno wyboru modelu I symulatora oraz kontrolera
Po wybraniu opcji symulacji, pojawi się okno ustawień PSM (pełna symulacja maszynowa), gdzie potwierdzamy wybór części docelowej, przygotówki, symulatora i kontrolera.
Program automatycznie zaczytuje narzędzia wybrane do danych operacji CAM. Nie trzeba na nowo definiować biblioteki narzędzi w symulatorze.
Symulator przenosi model 3D obrabianego detalu względem jego punktu 0,0,0 CAD-owskiego, do punktu 0,0,0 symulatora maszyny. Jeżeli takie rozwiązanie nie będzie dla nas optymalne, wtedy możemy zdefiniować przesunięcie modelu 3D w symulatorze względem osi maszyny lub możemy dodać bazę G54-G59 do operacji, która finalnie ustanowi przesunięcie punktu bazowego.
Kolejność pracy z symulatorem 3D jest taka jak na obrazku poniżej:
- Generowanie operacji CAM (I ewentualna szybka weryfikacja lub weryfikacja bryłowa)
- Włączenie symulacji maszynowej (przeniesienie ścieżek, modeli 3D i narzędzi)
- Przeprowadzenie symulacji maszynowej
- Weryfikacja obrobionego detalu, analiza naddatków
Rysunek 3. Kolejność pracy z symulatorem maszyny
W symulatorze dostępna jest tabela definicji baz obróbkowych tak jak to jest na rzeczywistej maszynie.
Rysunek 4. Rejestry baz
Na tym etapie będziemy omawiali możliwości weryfikacyjne symulatora, jego strukturę, budowę oraz możliwości edycji, dzięki którym możemy wykorzystać w pełni jego możliwości.
Co umożliwia symulacja w ZW3D?
Dzięki zaprojektowaniu symulatora maszynowego w ZW3D jesteśmy w stanie uniknąć potencjalnych kolizji, sprawdzić jakość modelu po obróbce (analiza naddatków I podcięć, wymiarowanie naddatków), oraz możemy zweryfikować czy dany detal jesteśmy w stanie wykonać na naszej maszynie – to znaczy, że sprawdzamy zakresy poszczególnych osi maszyny, które uprzednio definiujemy przy budowie symulatora.
Rysunek 5. Opcje zatrzymania symulatora
Rysunek 6. Pomiar 3D – symulacja maszynowa
Symulacja maszynowa uwzględnia naddatki ustawione w parametrach operacji. Odbywa się na podstawie geometrii zaprojektowanej części i założonej przygotówki. W każdym momencie symulacji, można dokonać pauzy i pomiaru rzeczywistego naddatku przy pomocy narzędzia pomiarowego w symulatorze ZW3D.
Oprócz pomiaru 3D przygotówki, możemy dokonać analizy naddatku pomiędzy częścią a przygotówką. W panelu ustawień, możemy zmienić dokładność analizy według skali pięciu kolorów.
Rysunek 7. Pomiar 3D – symulacja maszynowa
Rysunek 8. Zakresy osi maszyny
Wirtualnie, możemy dokonać sprawdzenia zakresu osi, które założyliśmy w naszym symulatorze. Możemy przejść na zakładkę “Osie” I dokonać sprawdzenia wstawionych wartości brzegowych X,Y,Z oraz mamy możliwość poruszenia suwakiem, by wizualnie określić poprawność uprzednio wpisanych wartości zakresu osi.
Na zakładce “Drzewo maszyny” możemy podejrzeć strukturę kinematyczną naszego symulatora. W strukturze drzewa można łatwo dostrzec zależności pomiędzy poszczególnymi osiami roboczymi maszyny, oraz jakie modele 3D symulatora są zaczytane pod poszczególny poziom symulatora.
Rysunek 9. Struktura kinematyczna
Przygotowanie plików do symulatora maszynowego
Każdy użytkownik ZW3D może stworzyć swój własny symulator. Jedynie co potrzeba to modele 3D maszyny oraz pojęcie o strukturze kinematycznej maszyny.
Pracę rozpoczynamy od pobrania lub zbudowania modelu CAD maszyny. W przypadku tego artykułu korzystam z gotowych modeli CAD maszyn Haas. Na stronie https://www.haascnc.com/machines/vertical-mills/vf-series/models/small/vf-2.html jest możliwość darmowego pobrania paczki z projektem w formacie .STEP jednej z frezarek 3 osiowych. Katalog tego producenta jest dosyć szeroki, stąd mamy możliwość wybrania większej liczby różnych symulatorów.
Po pobraniu paczki, importujemy całe złożenie z formatu neutralnego .STEP do ZW3D. Program importuje pliki w formacie złożenia.
Rysunek 10. Zaimportowana maszyna – struktura złożeniowa
Kolejnym krokiem będzie ustawienie modeli 3D maszyny w przestrzeni względem poszczególnych osi maszyny. Domyślnie model importuje się jako obrócona względem osi X o 90 stopni. Należy to skorygować. Dodatkowo można przenieść model maszyny z punktu 0.0.0 złożenia do środka stołu, a dokładniej środka osi X maszyny (stół roboczy).
Rysunek 11.Przestawienie maszyny w układzie wspólrzędnych
W następnym etapie, musimy dokonać uproszczenia maszyny. Im więcej szczegółów, to znaczy brył, ścian, składowych w złożeniu tym bardziej to będzie wpływało na płynność pracy symulatora. Pozostawiamy jedynie najistotniejsze moduły z punktu widzenia symulacji, to znaczy modele które mogą brać udział w kolizji, sprawdzanie zakresów maszyny itd. Usuwamy m.in magazyn narzędziowy, zbiornik na wióry, odprowadzanie wiórów, drzwi ochronne, stół 4,5 osi dodatkowej.
Rysunek 12.Maszyna po imporcie (po lewej) I po uproszczeniu (po prawej)
Rysunek 13. Scalanie złożeń do menadżera części
Po zabiegach redukujących „wagę” maszyny, musimy teraz przejść do etapu wyprowadzania elementów ze złożenia do brył 3D. Czyli wyrzucamy obiekty z poziomu menadżera złożenia, do poziomu menadżera historii. Celem tego jest scalenie poszczególnych podzłożeń w jak najmniejszą liczbę brył i ich export do formatu .STL. Jest to nam potrzebne, ponieważ później w symulatorze dodajemy bryły jako dane elementy w strukturze kinematycznej maszyny. Np. dla osi X dobrze gdybyśmy nie musieli dodawać każdej śrubki stołu, a jedynie jedną główną bryłę, stąd te wszystkie przygotowania w tym przypadku modelu importowanego maszyny.
Do wyrzucenia modeli ze złożenia używamy opcji „Scalaj”. Wybieramy PPM na danym podłożeniu i scalamy by wyrzucić całe złożenie do menadżera części, historii.
Po wykonaniu zabiegu scalania, może dojść do momentu gdzie w menadżerze historii pojawi się kilka do kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu brył. Jest to efekt pokazania wszystkich części złożenia.
Tutaj dążymy do scalenia tych modeli danego modułu do jednej bryły. Tworzymy połączenia między modelami tak, by się przenikały i wybieramy polecenie „Dodaj”. Dzięki temu, że będziemy mieli jak najmniej modeli 3D poszczególnych składowych maszyny, później będziemy mieli mniej pracy z budową symulatora.
Efekt brył maszyny po zabiegach scalania:
Rysunek 14. Poszczególne moduły maszyny w scalonych bryłach
Dalej będziemy wyprowadzali poszczególne bryły do oddzielnych części, a potem te części do plików .STL. Do wyprowadzenia brył wykorzystujemy polecenie „Wyprowadź kształt” po czym nadajemy nazwę własną dla danego modułu (bryły) z projektu 3D.
Rysunek 15. Wyprowadzenie kształtu
Następnie wychodzimy do pliku wieloobiektowego i wchodzimy w część „Podstawa”. Wybieramy Plik -> export do formatu STL (exportujemy bryłę to formatu STL – będzie potem potrzebna do symulatora). Tak samo robimy ze wszystkimi bryłami z menadżera historii. W opisywanym przypadku jest tylko 7 brył do exportu, więc proces uzyskania modeli 3D STL nie będzie czasochłonny.
Budowa symulatora maszynowego
Tworzymy nowy plik obróbki CAM. Przechodzimy na zakładkę „Dane wyjściowe” i wybieramy przycisk „Pełna symulacja maszynowa”.
Rysunek 16. Przycisk PSM
Pojawia się nowe okno „ZWFMS1”, z którego poziomu możemy wybrać maszynę na której chcielibyśmy rozpocząć symulację (Drzewo zadania -> Machine(None) -> PPM -> Wczytaj).
W tym momencie musimy przejść do kreatora maszyny, więc do tego celu wybieramy skrajny prawy przycisk na wstędze, po czym okno zostaje przełączone na edytor symulatora.
Rysunek 17. Przejście do kreatora maszyny
Rozpoczynamy od budowy kinematyki. Klikamy PPM w drzewie maszyny na „Machine(None)” i wybieramy Nowe -> Złożenie. Pojawi się nowe okno i tam definiujemy nazwę struktury i jej rodzaj, czyli czy jest to część maszyny, czy oś liniowa, obrotowa czy wrzeciono. Wszystkie kroki wykonujemy zgodnie z hierarchią, czyli od podstawy maszyny do ostatniego jej punktu czyli wrzeciona (w przypadku frezarki 3x).
Rysunek 18. Budowa drzewa kinematyki
Po utworzeniu pierwszego stopnia kinematyki jako „Baza maszyny”, teraz możemy przejść do zaczytania modeli 3D, należących do tego poziomu. Klikamy PPM na strukturę kinematyczną i wybieramy „Nowe” -> „Bryła Mesh” i zaczytujemy z dysku odpowiedni kształt.
Rysunek 19. Budowa drzewa kinematyki – model 3D
Modele zaczytają się odpowiednio względem układu 0,0,0 maszyny, skąd je exportowaliśmy, po czym możemy dokonać zmiany koloru poszczególnych kształtów, w celu podniesienia kontrastu symulatora.
Rysunek 20. Budowa drzewa kinematyki – modele 3D, właściwości
Drzewo kinematyki powinno być zbudowane zgodnie ze sztuką, a jego forma powinna wyglądać jak poniżej po procesie przejścia wszystkich zabiegów tj. tworzenia osi liniowych i zaczytywania modeli 3D do danej struktury.
Rysunek 21. Kompletna kinematyka frezarki 3 osiowej
Na koniec budowy symulatora bardzo istotną rzeczą, jest wyznaczenie punktu „Początek” dla środka wrzeciona symulatora. Są to współrzędne mierzone względem układu 0,0,0 maszyny, czyli ten układ który leży na środku stołu (osi X).
W projekcie złożeniowym maszyny wybieramy funkcję „Współrzędne” z zakładki „Badaj” po czym zapisujemy odczytane dane ze środka krzywizny krawędzi wrzeciona.
Rysunek 22. Koordynaty wrzeciona
Powyższe dane wpisujemy we właściwości wrzeciona klikając uprzednio na tą strukturę kinematyki w drzewie maszyny w edytorze symulatora:
Rysunek 23. Punkt początek wrzeciona
Rysunek 24. Pliki symulatora maszyny
Po tych etapach zapisujemy symulator do pliku .mch i już prawie możemy z niego korzystać.
Pozostał jeszcze moment skopiowania projektu .mch oraz brył 3D do folderu instalacyjnego ZW3D, by móc wybrać go przy uruchamianiu weryfikacji. Dlatego na początku projektu dążyliśmy do tego, by liczba brył była jak najmniejsza.
C:\ProgramFiles\ZWSOFT\ZW3D2021\languages\pl_PL\resource\machine_library\Symulator Haas VF2 09.2020
Masz pytania?
Napisz do nas!
Nie masz jeszcze ZW3D CAD/CAM?
Wypróbuj bezpłatnie wypełniając poniższy formularz!
