CATIA V5 umożliwia wspomaganie szeregu etapów projektowania i wytwarzania począwszy od koncepcji, aż do wytworzenia gotowego wyrobu. Modułowa budowa systemu umożliwia wykorzystanie modułów do rozwiązywania specjalistycznych zadań inżynierskich. W zakresie wspomagania projektowania procesu technologicznego wytwarzania części klasy wałek, tuleja, tarcza, do programowania obróbki skrawaniem oraz jej symulacji wykorzystywany jest moduł Lathe Machining.

Adrian Stadnicki, Michał Karpiuk

Moduł ten pozwala na definiowanie programów obróbki skrawaniem brył walcowych i cylindrycznych, na podstawie których generowany może być kod NC. Wszystkie procesy, zabiegi przeprowadzane są na obrabiarce (horyzontalnej lub wertykalnej), a co za tym idzie wykorzystywane narzędzia i technologie z nimi związane mogą pracować w ramach operacji dwuosiowych (toczenie), jak i jednoosiowych (np. wiercenie). Lathe Machining zawiera rozbudowane narzędzia do intuicyjnego tworzenia i definiowania wszelkiego rodzaju elementów procesu: począwszy od wyboru zasobów, poprzez stworzenie ścieżki narzędzia i na wygenerowaniu danych na obrabiarkę skończywszy. Dzięki komponentom wizualizacyjnym oprogramowanie umożliwia przeprowadzenia symulacji każdego zabiegu, na podstawie których technolog-programista może dokonywać korekt.
W artykule opiszemy przygotowanie modeli do symulacji procesu obróbki toczeniem dla części klasy tuleja oraz przeprowadzimy przykładową symulację właśnie w module Lathe Machining. Prezentowany przykład ma na celu jedynie opisanie metodyki programowania obróbki z wykorzystaniem systemu CATIA V5 i wykonywanie symulacji, nie zaś opracowywanie procesów technologicznych, wyznaczanie i wprowadzanie parametrów obróbki. Symulacja przeprowadzana będzie w celu zbadania ewentualnych kolizji w układzie N-PO oraz w celu wygenerowania kodu NC na obrabiarkę sterowaną numerycznie.

Założenia wstępne

• Produkcja jednostkowa lub małoseryjna.
• Posiadamy model części klasy tuleja, który został wykonany w module Part Design poprzez obrót profilu wykonanego na płaszczyźnie ZX wokół osi Z.
• Posiadamy opracowany proces technologiczny obróbki zadanej części.

Przygotowanie modeli geometrycznych do programowania obróbki toczeniem.
Mając narysowany i zapisany model części, dla której będziemy wykonywać symulację procesu toczenia, tworzymy w module Part Design model półfabrykatu, który nazywamy „Pręt walcowany” (rys.1).
Ponieważ szkic modelu części przewidzianej do obróbki został narysowany na płaszczyźnie ZX, to na tej samej płaszczyźnie rysujemy szkic półfabrykatu i wymiarujemy go, uwzględniając odpowiednie naddatki na obróbkę zewnętrznych powierzchni walcowych i powierzchni czołowych.
UWAGA! W ogólnym przypadku szkic półfabrykatu należy rysować na tej samej płaszczyźnie, na której został wykonany szkic modelu części do obróbki.

Szkic ten najlepiej narysować zaczepiając jeden z jego rogów w początku układu współrzędnych, w sposób podobny do tego (rysunek 2, po prawej), w jakim narysowany został szkic części (rysunek 2, po lewej). Inaczej mówiąc, aby możliwe było zaprogramowanie obróbki, szkic półfabrykatu powinien zawierać w sobie szkic części (obrazuje to rysunek 4).
Następnie zaznaczamy szkic i obracamy go wokół osi poziomej powiązanej z układem współrzędnych (operacja Shaft). Otrzymujemy model półfabrykatu dla tulei w postaci przeciętego już pręta walcowanego. Jeżeli szkic modelu jest ukryty, to odkrywamy go klikając na nim PPM (prawym przyciskiem myszy) i wybierając Hide/Show. Model będzie teraz widoczny wraz z włączonym szkicem.
W następnym kroku zmienimy nazwę elementu bryłowego na „Pręt walcowany” i własność przezroczystości modelu, co ułatwi nam pracę podczas programowania i symulacji obróbki w module Machining. W tym celu klikamy PPM na PartBody na drzewie po lewej i wybieramy Properties. W zakładce Feature Properties zmieniamy nazwę na „Pręt walcowany”, a w zakładce Graphic zmieniamy parametr Transparency na wartość około 100. Możemy również zmienić kolor pręta-półfabrykatu. Aby zatwierdzić zmiany klikamy Apply i OK. Następnie zapisujemy wykonany model półfabrykatu w tym samym folderze co model części i zamykamy dokument.

Przechodzimy teraz do modułu Assembly Design, w którym przygotujemy „produkt” do obróbki w postaci złożenia części z półfabrykatem. W module tym klikamy PPM na Product1, przechodzimy do Components i wybieramy Existing Component with Positioning, co pozwoli nam, w pojawiającym się oknie, wstawić model tulei do złożenia z zachowaniem pozycjonowania, ustawionego na poziomie Part Design (rys. 3).
W podobny sposób wstawiamy model „Pręta walcowanego”.
Otrzymujemy złożenie dwóch części: tulei i pręta walcowanego. Następnie musimy zdefiniować więzy między modelami. W tym celu z menu Constraints wybieramy Offset Constraint (Więź odsunięcia) (rys. 4), następnie wybieramy dwie pionowe linie – jedną należącą do szkicu półfabrykatu i drugą należącą do szkicu części – tulei. W pojawiającym się oknie Constraint Properties ustalamy odstęp między dwoma modelami. Odstęp ten będzie stanowił naddatek na obróbkę powierzchni czołowej (z jednej strony). Po wpisaniu odpowiedniej wartości zatwierdzamy  klikając OK.

Aby dokonane przez nas zmiany zostały zaktualizowane klikamy w ikonkę Update All (lub Ctrl + U). Po zaktualizowaniu model pręta przesunie się o podaną odległość.
Następnie musimy zdefiniować więź współosiowości. W tym celu z menu Constraints wybieramy Coincidence constraint i zaznaczamy osie kierunków H w obydwu modelach.
W kolejnym kroku zapisujemy złożenie jako CATProduct w folderze, w którym mamy zapisaną część i półfabrykat, a następnie zamykamy dokument złożenia.

Programowanie obróbki w module Lathe Machining – ustawienia główne
Do programowania obróbki toczeniem w systemie CATIA służy moduł Lathe Machining. Z lewej strony okna tego modułu znajduje się tzw. drzewo specyfikacji PPR (Process Product Resource), w którym zhierarchizowana jest wiedza i informacje dotyczące dokumentu procesu. Składa się ono z trzech list: procesu, produktu oraz zasobów. W liście procesu (Process List) odnaleźć można szczegóły dotyczące procesu technologicznego, a w ramach niego m.in. program wytwarzania. Dalej mamy listę produktów (Product List), która zawiera informacje dotyczące geometrii części. Na końcu mamy listę zasobów (Resources List), w której znajdują się wszelkie informacje na temat obrabiarki, zestawów narzędziowych i samych narzędzi użytych w procesie. W drzewie PPR klikamy dwukrotnie na PartOperation.1 i po chwili wyświetla się nam okno, jak na rysunku 5.
W pierwszej kolejności zmieniamy nazwę na Zamocowanie_1 – będzie to oznaczało pierwsze ustawienie przedmiotu wraz z półfabrykatem do obróbki.
Kolejnym krokiem jest zdefiniowanie produktu do programu obróbki. W oknie Part Operation klikamy na ikonkę Product or Part, w celu wyboru wcześniej utworzonego złożenia części z półfabrykatem i wstawienia go do drzewa Produktów. Wybieramy wcześniej zapisany Produkt TULEJA-PRET i klikamy Otwórz. Produkt zostanie otwarty i przypisany do drzewka po lewej stronie.

Pozostaje nam jeszcze kwestia wyboru maszyny, określenie domyślnego układu współrzędnych oraz przypisania (zdefiniowania) części i półfabrykatu do obróbki.
Wybór maszyny do obróbki: w oknie Part Operation klikamy na ikonkę Machine (rys. 6) i wybieramy dwuosiową tokarkę poziomą. Zwróćmy uwagę na to, iż domyślnie program ustawia oś obrotu wrzeciona tokarki na Z, a oś promieniową na X. Zatwierdzamy wybór maszyny klikając OK.