آشنایی با ماشینکاری کتیا

ماشینکاری با کتیا

CATIA Machining

 

نویسندگان:

 مهندس فرهاد نوین، مدیر انجمن کتیای ایران

   مهندس امید سجادی مقدم، کارشناس ابزار / مدرس نرم افزارهای ماشینکاری

مقدمه

نرم افزار CATIA نامی شناخته شده در دنیای ساخت و تولید است که در زمینه های طراحی به کمک کامپیوتر (CAD)، مهندسی (تحلیل) به کمک کامپیوتر (CAE) و تولید به کمک کامپیوتر (CAM) از توانایی های بارزی برخوردار است. امروزه شرکتهای بزرگ و کوچک بسیاری در سطح جهان و از جمله کشورمان ایران، مراحل طراحی و تولید قطعات و محصولات خود را با استفاده از این نرم افزار انجام داده و از قابلیتهای منحصر بفرد آن در زمینه های مختلف طراحی و مدلسازی استفاده میکنند.

از آنجا که بسیاری از این شرکتها نیازمند تولید سریع قطعات و در عین حال استفاده بهینه از ابزارها و ماشین آلات خود برای تولید قطعات با بهترین کیفیت هستند، وجود یک نرم افزار پیشرفته برنامه ریزی عملیات ماشینکاری نیز در کنار یک نرم افزار قدرتمند طراحی، ضروری به نظر میرسد؛ نرم افزاری که بتواند ضمن در اختیار داشتن محیطی کاربردی و ساده، مراحل مختلف برنامه ریزی عملیات ماشینکاری را با سرعت و دقت بالا انجام داده و در نهایت بهترین خروجی (G-code) را برای ماشینهای CNC تهیه کند.  

علاوه بر محیطهای طراحی و مدلسازی پیشرفته نرم افزار CATIA، محیطهای ماشینکاری این نرم افزار نیز از امکانات و قابلیتهای شایان توجهی برخوردارند. در چند سال اخیر نرم افزار CATIA در زمینه تولید به کمک کامپیوتر (CAM) از پیشرفت بسیاری برخوردار بوده و هر روز بر تعداد کاربران آن در میان اپراتورهای ماشینهای CNC و علاقه مندان به یادگیری برنامه نویسی عملیات ماشینکاری، افزوده میشود.

 

محیط ماشینکاری نرم افزار CATIA، از دیروز تا امروز

بر اساس آمارهای بین المللی در میان نرم افزارهای ماشینکاری تولید شده توسط کمپانی های نرم افزاری مختلف در زمینه CAM، شرکت سازنده نرم افزار CATIA  (کمپانی Dassault) از محبوبیت بیشتری در قیاس با نرم افزار های مثل Simense NX (کمپانی UGS )، Creo (کمپانی PTC)، Power Mill (کمپانی Delcam) برخوردار است.

میزان محبوبیت نرم افزار های ماشینکاری در جهان

 

اما چه چیز باعث شده تا ماشینکاری با CATIA در مقایسه با سایر نرم افزارهای ماشینکاری تا این حد در سطح بین المللی مورد استقبال قرار گیرد؟

بی شک یکی از مهمترین دلایل آن وجود محیطهای طراحی و ماشینکاری این نرم افزار در قالب یک مجموعه بهم پیوسته است. بطوری که کاربر میتواند در هر لحظه موقتاً محیط ماشینکاری را ترک کرده و به محیط طراحی برود تا تغییرات مورد نظر را بر روی قطعه ایجاد کند، یا المان طراحی جدیدی (مانند نقطه، خط، سطح، صفحه و …) برای استفاده در محیط ماشینکاری ایجاد کند. سپس براحتی به محیط ماشینکاری بازگشته و با بروزرسانی پروسه ماشینکاری، تغییرات انجام شده را در برنامه ماشینکاری اعمال نماید. این نقطه ضعف بسیاری از نرم افزارهای ماشینکاری است که فاقد محیط طراحی بوده و کاربر را مجبور میسازند برای اعمال یک تغییر کوچک بر روی قطعه کار، زمان زیادی را صرف کرده و بعضاً مراحل کاری خود را بارها تکرار کنند.

محیط ساده و کاربری آسان برخی نرم افزارهای ماشینکاری موجود در کشورمان باعث شده است تا عده زیادی از کاربران CNC از قابلیتهای گسترده نرم افزار CATIA غافل شوند و سهولت استفاده از چنین نرم افزارهایی را بر  مجموعه کاملی از امکانات و توانایی های CATIA ترجیح دهند. مروری اجمالی بر مزایا و قابلیت های این نرم افزار کمک میکند تا ضمن مقایسه آن با سایر نرم افزارهای ماشینکاری، توانایی های CATIA در حوزه ماشینکاری را بهتر بشناسیم.

 

مزایای استفاده از نرم افزار CATIA در حوزه ماشینکاری

 

·         استفاده از آخرین نسخه بروز رسانی شده و کرک کردن اکثر نرم افزارهای ماشینکاری دشوار و بعضاً غیر ممکن است، اما همیشه آخرین نسخه های نرم افزار CATIA براحتی بر روی سیستم های PC یا LAPTOP نصب و اجرا میشوند. همچنین سازگاری نسخه های جدید نرم افزار با سیستم عامل های 64 بیتی موجب افزایش چشمگیر سرعت محاسبات مسیر حرکت ابزار و افزایش توانایی استخراج جی-کدهایی با حجم بسیار بالا شده است.

·         نرم افزار CATIA جزو معدود نرم افزارهایی در زمینه CAM است که تمامی محیطهای تراشکاری، فرزکاری 2.5 محور، 3 محور، 4محور، 5 محور، شبیه سازی، کنترل ابعادی و … را بطور کامل دارا میباشند. در هر یک از این محیط ها مجموعه ای از ابزارهای کاربردی و متنوع قرار داده شده اند تا کاربر با در اختیار داشتن آنها بتواند براحتی و با صرف زمان کوتاه تر، به هدف خود دست یابد.

·         نرم افزار CATIA محیط طراحی و محیط ماشینکاری را همزمان در اختیار کاربر قرار میدهد و میتوان در هر لحظه براحتی به درخت طراحی قطعه کار دسترسی داشته و در صورت نیاز تغییراتی در شکل و ابعاد قطعه کار ایجاد نمود. همچنین نمودار درختی در محیط ماشینکاری  به 3 قسمت مجزای پروسه ماشینکاری (Process List)، قطعات و المانهای ماشینکاری (Product List) و ابزارهای ماشینکاری (Resources List) تقسیم شده است که از سردرگمی کاربر حین انجام عملیات مختلف جلوگیری میکند.

·         بروزرسانی سریع عملیات انجام شده بعد از اعمال تغییرات بر روی هر یک از قسمتهای برنامه ماشینکاری، براحتی انجام میگیرد. در این مواقع نرم افزار بصورت اتوماتیک تاثیر آنرا بر روی سایر عملیات سنجیده، و در صورت نیاز تغییرات مورد نیاز را اعمال میکند.

·         ایجاد مسیر حرکت ابزار به لطف محیط کاملاً بصری نرم افزار براحتی انجام میگیرد. بطوریکه کاربر میتواند پارامترهای مختلف عملیات ماشینکاری مورد نظر خود را بکمک پنجره ها و آیکونهای گویا، براحتی شناسایی کند. وجود چراغهای راهنمایی در کنار هر یک از سربرگها از وضعیت پارامترهای تعریف شده برای تکمیل عملیات ماشینکاری اطلاع میدهد.  همچنین وجود علامت سوال (؟) در کنار گزینه های هر ابزار کمک میکند تا با کلیک کردن روی آنها، تصویری شماتیک از تاثیر آن گزینه بر روند ماشینکاری مشاهده شود.

·         عملیات ماشینکاری با ابزارهای متنوع بر روی کل قطعه کار یا سطوح تفکیک شده از کل قطعه کار انجام میشود و میتوان مقادیر آفست متفاوت برای سطوح مختلف قطعه کار اعمال نمود.

·         انجام عملیات ماشینکاری مجدد (Rework) بر روی قسمتهای ماشینکاری نشده از سطح قطعه کار بکمک استراتژی های متفاوت با ابزارهای متنوع بصورت اتوماتیک انجام میشود.

·         کنترل دقیق برخوردها بین ابزار یا هولدر با سطوح قطعه کار و فیکسچرها در هر لحظه ممکن است. بطوریکه نرم افزار بعد از شناسایی محل برخورد، کاربر را از بروز برخورد مطلع نموده و راهکاری مناسب برای جلوگیری از بروز برخورد در آن قسمت ارائه میدهد.

·         امکان ویرایش قسمتهای مختلف مسیر حرکت ابزار (Toolpath editing) و انجام عملیات برش، چسباندن، جابجایی، دوران، قرینه سازی و … (Toolpath modification) بر روی قسمتهای مورد نظر وجود دارد.

·         عملیات تعویض ابزار و تعویض محورهای ماشینکاری (در صورت نیاز) در هر مرحله از عملیات ماشینکاری به صورت اتوماتیک توسط نرم افزار برنامه ریزی میشوند.

·         پس از پایان عملیات ماشینکاری مورد نظر، امکان آنالیز نتیجه عملیات از لحاظ مقدار ماده خام باقیمانده روی سطوح نهایی قطعه کار و مقدار ماده ماشینکاری شده بیش از حد مجاز وجود دارد. همچنین امکان ابعاد برداری و اندازه گیری قسمتهای مختلف قطعه نهایی ماشینکاری شده وجود دارد تا ضمن مقایسه آن با ابعاد قطعه کار مورد نظر، وضعیت تلرانسی قطعه نیز کنترل شود.

·         تهیه خروجی دقیق از پروسه ماشینکاری در غالب استاندارد APT یا NC code برای ماشینهای تراش یا فرز بوسیله موتورهای پردازشگر (Post Processor) از پیش تعریف شده نرم افزار در قالب استاندارهای ICAM,IMS,CENIT امکانپذیر است. میتوان گفت CATIA بانک اطلاعاتی بسیار کاملی از انواع کنترلرهای صنعتی و تجاری رایج در دنیا را بصورت آماده در اختیار دارد. همچنین میتوان کنترلرهای غیر استاندارد و مخصوص را با اعمال تغییراتی روی کنترلرهای پیش فرض مشابه آن ایجاد نموده، و برای گرفتن جی-کد از آنها استفاده کرد.

·         کاربر میتواند براحتی از امکانات Copy/Paste برای سازماندهی برنامه ماشینکاری روی نمودار درختی استفاده کند یا ترتیب عملیات انجام شده را با جابجا نمودن آنها روی نمودار درختی تنظیم نماید.

·         امکان ساخت کاتالوگ برای مجموعه ابزارها و هولدرهای مورد نیاز کاربر در قالب یک فایل کاتالوگ در بانک اطلاعاتی نرم افزار وجود دارد و فراخوانی سریع ابزارها در زمان نیاز امکانپذیر است.

·         محاسبه زمانهای ماشینکاری، زمانهای مرده ماشینکاری و تهیه فهرستی از عملیات ماشینکاری انجام شده و ابزارهای استفاده شده برای ماشینکاری قطعه کار، بهمراه شرح مختصری از استراتژی های بکار رفته و پارامترهای ماشینکاری در قالب یک فایل مستند (Documentation) امکانپذیر است و کاربر میتواند بدینوسیله گزارش کاملی از روند ماشینکاری قطعه کار بصورت مستند در قالب یک فایل HTML در اختیار داشته باشد.

·         در تمامی محیطهای فرزکاری نرم افزار، امکان برنامه ریزی عملیات Probing برای کنترل ابعادی قطعه، آفست گیری و اندازه گیری مختصات نقاط مورد نظر وجود دارد و کاربر میتواند براحتی از ابزارهای مختلف و استراتژیهای متنوع Probing برای این منظور استفاده کند.

 

آشنایی با محیط‌های ماشین‌کاری در نرم‌افزار CATIA

 

در نرم‌افزار CATIA، محیط‌های مربوط به عملیات ماشین‌کاری در دو مجموعه اصلی قرار گرفته‌اند. مجموعه اول (Machining) شامل محیط های تراشکاری، فرزکاری، ماشینکاری چند ‌محور و … است که به کمک ابزارهای این مجموعه می‌توان عملیات مختلف و متنوعی برای ماشین‌کاری یک قطعه برنامه‌ریزی و اجرا کرد. مجموعه دوم (Machining Simulation) محیط‌های شبیه‌سازی توسط ماشین‌ابزار را در خود جای داده است و به کمک ابزارهای این مجموعه می‌توان نمونه‌ای از ماشین‌ ابزار را در نرم‌افزار وارد کرده و به کمک آن عملیات ماشین‌کاری را شبیه‌سازی نمود.

 

مجموعه محیطهای ماشینکاری و شبیه سازی در نرم افزار CATIA

 

اکنون به صورت خلاصه توانایی‌های هر یک از هشت محیط ماشین‌کاری نرم افزار CATIA را بررسی می‌کنیم.

 

محیط  Lathe Machining  

 

این محیط مخصوص انجام عملیات تراشکاری است و می‌توان کلیه عملیاتی که با ماشین‌های تراش انجام می‌شوند، شامل روتراشی، داخل‌تراشی، رزوه‌زنی، شیار‌زنی و … را بطور کامل برنامه ریزی کرد. علاوه بر آن انجام عملیات تراشکاری پیشرفته به وسیله ماشین‌های مالتی اسپیندل (Multi Spindle) و مالتی‌تارت (Multi Turret) در این محیط امکان‌پذیر است.

محیط Lathe Machining، محیطی کاربردی برای تلفیق عملیات تراشکاری و فرزکاری در یک برنامه ماشینکاری است که به کمک آن میتوان برنامه ریزی لازم برای عملیات ماشینکاری Mill-Turn (که ترکیبی از عملیات تراشکاری و فرزکاری بر روی ماشین تراش است) را نیز انجام داد.

 

تراشکاری قطعه کار در محیط Lathe Machining

 

محیط Prismatic Machining   

 

این محیط مخصوص انجام عملیات فرزکاری 5/2‌محور و سوراخ‌کاری است. یعنی مجموعه ابزارهای این محیط عملیات ماشینکاری را بصورت 3 محور همزمان انجام نمیدهند.  در این محیط می‌توان کلیه قطعاتی که از نظر شکل ظاهری پیچیدگی زیادی ندارند (سطوح آن‌ها قوس و انحنا ندارد) را براحتی ماشین‌کاری کرد. در این نوع عملیات ماشینکاری، محور ابزار برشی همواره راستای ثابتی نسبت به قطعه‌کار دارد که این راستا می‌تواند عمود، موازی و یا زاویه‌دار نسبت به موضع ماشین‌کاری قطعه‌کار باشد.

کاربر میتواند عملیات ماشینکاری 2.5 محور یا انواع عملیات سوراخکاری را پس از برنامه ریزی، در کاتالوگ نرم افزار ذخیره نماید تا در موارد مشابه بتواند مجدداً از آنها استفاده کند. این کار صرفه جویی در زمان برنامه ریزی عملیات ماشینکاری را بدنبال خواهد داشت.

فرزکاری 5/2 محور قطعه کار در محیط Prismatic Machining

 

محیط Surface Machining  

 

این محیط مخصوص انجام عملیات فرزکاری سطوح منحنی و پیچیده بصورت 3 محور همزمان است. در این محیط نیز محور ابزار برشی همواره راستای ثابتی نسبت به قطعه‌کار دارد که این راستا می‌‌تواند عمود، موازی و یا زاویه دار نسبت به موضع ماشین‌کاری قطعه‌کار باشد.

استراتژی های قوی خشنکاری و پرداخت نهایی در این محیط به کاربر کمک میکند تا در کمترین زمان برنامه ماشینکاری خود را بدست آورد. شناسایی دقیق مناطق ماشینکاری (Machining Features) و برنامه ریزی اتوماتیک ترتیب و توالی ماشینکاری آنها، و امکان استفاده از الگوهای ماشینکاری از پیش آماده شده برای سرعت بخشیدن به عملیات ماشینکاری روی قطعات مشابه از دیگر توانایی های این محیط ماشینکاری است.

عملیات خشنکاری در چند مرحله توسط ابزارهایی با قطرهای متفاوت (Rest Machining) و جستجوی اتوماتیک قسمتهای ماشینکاری نشده و انجام اتوماتیک عملیات ماشینکاری مجدد روی آنها در عملیات پرداخت سطح (Rework)، باعث کاهش زمان ماشینکاری، افزایش دقت و بدست آمدن نتیجه مطلوب تر میشود.

فرزکاری 3 محور سطح قالب در محیط Surface Machining

 

 

محیط Advanced Machining  

 

محیط ماشین‌کاری پیشرفته در واقع کاملترین محیط انجام عملیات فرزکاری در نرم‌افزار CATIA است؛ به نحوی که علاوه بر مجموعه ابزارهای محیط‌های Prismatic Machining و Surface Machining، ابزارهای پیشرفته‌تری برای ماشین‌کاری 2.5 تا 5 محور دارد و عملیات ماشین‌کاری چندمحور (Multi-Axis) در این محیط انجام میشود. محیط Advanced Machining در نرم افزار کتیا سالهاست برای ماشینکاری چند محور مورد استفاده قرار میگیرد و رویای ماشینکاری قطعات بسیار پیچیده مورد استفاده در صنایع هوافضا، خودرو سازی و … را به واقعیت تبدیل کرده است.

در این محیط ابزارهای تخصصی برای عملیات ماشینکاری قطعات خاص، مانند پره توربینها و ایمپلر ها، در نظر گرفته شده اند و استراتژی های متنوعی برای ماشینکاری دیواره ها و سطوح منحنی بصورت 5 محور همراه با امکان کنترل دقیق راستای ابزار در مجموعه نقاط مسیر حرکت ابزار در اختیار کاربر قرار دارند.

اما از آنجا که عملیات ماشینکاری چند محور به دانش مهندسی، تجربه و تخصص نیاز دارد، لازم است برای استفاده از این محیط ماشینکاری، آشنایی کاملی با محیطهای طراحی نرم افزار CATIA و همینطور اطلاعات جامعی درباره اصول ماشینکاری چند محور سطوح نیز داشته باشید.

 

     

 

فرزکاری 5 محور قطعات پیچیده در محیط Advanced Machining

 

 

محیط NC Manufacturing Review  

 

محیط بررسی نحوه انجام عملیات ماشین‌کاری در نرم‌افزار CATIA است. در این محیط می‌‌توان کلیه عملیات ماشین‌کاری انجام‌شده روی قطعه‌کار را بصورت گرافیکی مشاهده نمود، مسیر حرکت ابزار روی قطعه‌کار را بررسی و ویرایش کرده و در نهایت G-code خروجی و فهرست ابزارهای بکار‌برده ‌شده بر روی قطعه‌کار را تهیه کرد. اما از آنجا که ابزارهای این محیط در سایر محیط‌های ماشین‌کاری نرم‌افزار نیز موجود می‌باشند، کمتر از این محیط استفاده می‌ شود. در واقع چون در تمام محیط‌های ماشین‌کاری نرم‌افزار CATIA به مجموعه‌ابزارهای این محیط نیاز است، جعبه‌ابزارهای پرکاربرد این محیط در سایر محیط‌ها نیز آورده شده‌اند تا دسترسی به آنها راحت‌تر باشد.

 

محیط Stl Rapid Prototyping  

 

یکی از قابلیت‌های بی‌نظیر نرم‌افزار CATIA انجام مستقیم عملیات ماشین‌کاری بر روی فایل‌های مش، بدون نیاز به طراحی آن قطعه است. در این محیط می‌توان فایل‌های مش و ابر نقاط خروجی دستگاه‌های Optic و CMM را به نرم‌افزار CATIA وارد کرد و به ویرایش آنها پرداخت؛ سپس همان‌طور که گفتیم می‌‌توان عملیات ماشین‌کاری را مستقیماً بر روی این فایلها انجام داد.

قطعاتی که به دلیل داشتن شکل هندسی بسیار پیچیده و نامنظم، عملا مدلسازی سه‌بعدی آنها ممکن و یا به‌ صرفه نیست (مانند آثار هنری و تزئینی، تندیس‌ها و …) به این روش ماشین‌کاری می‌‌شوند.

 

 

 

محیط NC Machine Tool Simulation  

 

در این محیط می‌‌توان انجام عملیات ماشین‌کاری را به طور کامل بر روی ماشین CNC متحرک‌سازی نمود. ماشین CNC می‌‌تواند از مجموعه ماشین‌هایی که به‌طور پیش‌فرض در نرم‌افزار موجود است، یا ماشین طراحی شده توسط اپراتور انتخاب شود.

شبیه سازی چگونگی حرکت ابزار و مقدار ماده خام جدا شده در هر مرحله از عملیات ماشینکاری، بر اساس فایل ماشینکاری یا فایل NC وارد شده به نرم افزار انجام میگیرد. یعنی محیط شبیه سازی در نرم افزار CATIA قابلیت فراخوانی فایلهای NC تحت استاندارد ISO را نیز دارد. این کار برای اطمینان از صحت برنامه گرفته شده و رفع نواقص آن و محافظت از ماشین ابزار در مقابل بروز اشتباهات متداول حین ماشینکاری بسیار اهمیت دارد و در نهایت موجب کاهش زمان مفید ماشینکاری خواهد شد. علاوه بر عملیات ماشینکاری سه محور تا پنج محور، شبیه سازی برنامه های ISO برای انواع عملیات تراشکاری یا Mill-turn (شامل عملیات مولتی اسپیندل، مولتی تارت) نیز انجام پذیر است.

 

شبیه سازی عملیات ماشینکاری 5 محور روی ماشین CNC موجود در محیط Simulation

 

 

محیط  NC Machine Tool Builder 

 

محیط ساخت و مونتاژ ماشین CNC برای شبیه‌سازی بهتر و خروجی مناسب‌تر از نرم‌افزار CATIA است. برای افزایش بهره وری برنامه های NC لازم است توانایی های ماشین ابزار نیز هنگام بررسی صحت عملکرد برنامه مد نظر قرار گیرد. در این محیط می‌‌توان ماشین CNC موجود در کارگاه یا کارخانه را نمونه‌سازی کرده و انجام کلیه عملیات ماشین‌کاری را بر روی آن شبیه‌سازی نمود.

محیط NC Machine Tool Builder محیطی منحصر بفرد برای ساخت اجزاء متحرک ماشین CNC ، تعیین درجات آزادی حرکتی آنها و نقاط رفرنس ، بهمراه اجزاء جانبی مانند تعویض کننده ابزار یا تعویض کننده پالت است. همچنین امکان تخصیص پست پروسسور (Post Processor) و کنترلر (Controller) برای ماشین در این محیط وجود دارد. در نهایت از ماشین ساخته شده میتوان حین برنامه ریزی عملیات ماشینکاری برای شبیه سازی، کنترل برخوردها و گرفتن خروجی استفاده کرد.

نمونه ماشین CNC 5محور، طراحی شده در محیط NC Machine Tool Builder

 

نمایی از ماشین CNC نمونه سازی شده از روی مدل اصلی در نرم افزار

 

این مقاله در شماره 61 مجله ساخت و تولید مورخ اردیبهشت 1395 به چاپ رسیده است . هر گونه کپی برداری بدون ذکر منبع (وب سایت انجمن کتیای ایران) از این اثر پیگرد قانونی دارد.

دریافت فایل PDF