Wie einige CAD-Tools automatische Konstruktionsergebnisse für die Herstellbarkeit liefern

Mar 03, 2024

CNC-Steuerungen verwendeten einst gelochtes Papierband zum Speichern und Abrufen von Programmen. Die Länge des Bandes war entscheidend. Kürzer war besser. NataGolubnycha/iStock/Getty Images Plus

In den späten 1970er Jahren wurde ich dafür bezahlt, mit vorgefertigten G-Code-Zyklen herumzuspielen, festen Programmieranweisungen, die CNC-Geräten dabei helfen, sich wiederholende Vorgänge auszuführen. Die Länge des Papierstreifens war ein Maß für die Programmqualität.

Zusätzlich zu den standardmäßigen vorgefertigten Fräszyklen verfügten (und verfügen) CNCs über markenspezifische G-Codes für Bolzenlochkreise, Lochreihen und Kurvenmuster aller Art. In den Tagen, als Programme auf Lochstreifen gespeichert und abgerufen wurden, war die Verwendung von G-Code-Makros und vorgefertigten Zyklen durch den Hersteller wichtig.

Um den G-Code effektiv zu nutzen, erkannten CNC-Programmierer Muster und programmierten sie, um die Leistungsfähigkeit der Steuerung zu nutzen. Ehrlich gesagt bin ich nicht mehr so ​​gut in CAM. Die Software hat sich in den letzten Jahrzehnten verbessert und meine Fähigkeiten mit Klebeband auf den fehlerhaften Peitschenhaufen verbannt.

Aus Sicht dieses Kibitzers können einfache X-, Y- und Z-Bewegungen das Ergebnis sein, wenn CAM-Apps den G-Code automatisch generieren. Der Programmierer muss sich nicht um eine bestimmte Controller- oder Postprozessormarke, das Erkennen von Mustern oder die Programmlänge kümmern. (Oldtimer halten inne und kichern.)

Im Bereich des Mainstream-3D-CAD ist eine Extrusion ein kleiner Teil des gesamten Modellierungsprozesses, vergleichbar mit einer G-01-XYZ-Bewegung in einem CAM. Im CAD kann das Modell mit genügend Vorsprüngen und Schnitten wahrscheinlich erstellt werden. Mit genügend X-, Y- und Z-Bewegungen und Werkzeugwechseln kann das Teil wahrscheinlich geschnitzt werden.

Um die Analogie zwischen CAM- und CAD-Tools weiter zu verschärfen, möchte dieser CAD-Jockey CAD-Operationen diskutieren, die, wie vorgefertigte Zyklen im G-Code, zur Effizienz beitragen und den Modellierungsaufwand verringern. Betrachten Sie als Beispiel bitte den Cut Sweep mit Solid Profile.

Abbildung 1 zeigt drei Versionen eines Teils im Querschnitt. Der gekrümmte Schlitz ist der Unterschied zwischen diesen Versionen, die entweder extrudiert, gerundet oder gekehrt sind. Links in Abbildung 1 wird ein einfaches Cut-Extrude als Ausgangspunkt verwendet, dann wird Move-Face zum Drehen des Bodens verwendet. Dabei handelt es sich jedoch um elementare CAD-Modellierung. Das resultierende 3D-Modell wäre mit einem rotierenden Fräser nur schwer zu bearbeiten.

Um dieses Problem der Herstellbarkeit des Designs zu lösen, könnten die Kanalkanten abgerundet werden. Das Ergebnis sieht aus wie etwas, das eine Kugelmühle schnitzen könnte. Allerdings folgt jedes Filet im Paar einem separaten Weg – nicht ganz das, was ein einziger Durchgang mit einer Kugelmühle hinterlassen würde.

Um dieses Problem zu lösen, wurde das Modell ganz rechts in Abbildung 1 erstellt, indem ein fester Körper (der den rotierenden Fräser darstellt) entlang eines einzelnen Pfades geführt wurde. Dadurch wird Material abgetragen, genau wie bei einem Schaftfräser.

Abbildung 2A zeigt die Einstellungen im Feature Manager für Cut-Sweep mit Volumenprofil. Beachten Sie die Optionsfeldeinstellung zur Auswahl von Solid Profile. Damit diese Option funktioniert, muss der Werkzeugkörper zuerst vorhanden sein. Also gehen wir einen Schritt zurück, um den Werkzeugkörper zu modellieren. Im wirklichen Leben würde der CAD-Jockey die erforderliche Reihenfolge der Modellierung kennen.

ABBILDUNG 1. Dargestellt ist ein Vergleich von drei Modellierungstechniken für eine Spiralnut. Auf der linken Seite eine geschnittene, extrudierte/gedrehte Fläche; in der Mitte ein Modell mit hinzugefügten Filets; und rechts ein Beispiel, das mit einem geschwungenen Werkzeugkörper modelliert wurde, wobei das Design im Hinblick auf die Herstellbarkeit berücksichtigt wurde.

Abbildung 2B zeigt den Aufbau zum Erstellen des Werkzeugkörpers aus einer gedrehten Skizze. Beachten Sie, dass die Einstellung (deaktiviert) für „Zusammenführungsergebnis“ den erforderlichen separaten Körper für das Schneidwerkzeug erstellt. Der in Abbildung 2B gezeigte Werkzeugkörper hat ein abgerundetes Ende, das einer Kugelmühle ähnelt. Eine der Einschränkungen des Werkzeugkörpers besteht darin, dass es sich um ein Grabenwerkzeug handelt. Es darf keine Hinterschnitte (einen dünnen Schaft) haben, wie es bei manchen Kugelmühlen der Fall ist. Eine weitere zu berücksichtigende Überlegung ist der Ausgangspunkt des Pfades, dem das Werkzeug folgen wird. Der Startpunkt muss mit der Ebene übereinstimmen, die zum Erstellen des gedrehten Werkzeugkörpers verwendet wurde.

Kugelmühlen, Radiusfräser und Fasenfräser werden auf die gleiche Weise modelliert. Abbildung 2C zeigt, wie ein Schaftfräser mit flacher Stirnfläche eine Spiralnut fräsen würde. Der Boden der Rille wäre aufgrund der tangentialen Bewegung der rotierenden Messer bei der Bewegung des Fräsers entlang der Spirale nicht flach.