有助于制造具挑战性的运动控制器件的模型。
采用以实体造模为基础的CNC(电脑数控)和线EDM(电火花机)编辑软件﹐模型制造商可以方便地生产CAD/CAM和视觉仿真所用的高度复杂的运动控制器件的模型﹐这类模型常常是复杂和具挑战性的﹐因为运动控制器件中采用了3D轮廓线﹐器件制造商制定了有关尺寸公差和曲面修整的严厉规格。
在最短的时间内对模型进行编程的关键在于制造商所用的软件﹐这些软件能够将器件制造商以Pro/Engineer CAD软件开发的实体模型毫无差错地汇入系统﹐一旦汇入几何形状﹐只需挑选加工功能和输入一些加工参数﹐即可生成制造模型所用的CNC和线EDM 程序。
3D运动控制器是由Logitech公司的LogiCad3D制造的﹐该产品在北美以Magellan命名﹐在欧洲名称为Space Mouse﹐它是世界领先的3D输入器件之一。用户通过操纵Magellan的弹簧帽来控制三维移动﹐手指在帽上轻压即可控制目标物体﹐方式多达六种(X﹑Y﹑Z﹑间距﹑滚动和偏转运动)。在CAD/CAM﹑CAE和视觉仿真应用中﹐3D运动控制器与普通的鼠标一起使用﹐当用户用Magellan定位3D目标物时﹐不需要来回参照菜单﹐这样可以减少20至30%的制图时间﹐从而全面提高生产率﹐其它的好处包括提高设计综合力﹐检测设计错误更容易﹐可使产品更快上市和节省设计过程中的成本。
复杂的几何形状
Magallan/Space Mouse最复杂的部件是该器件和帽子的外壳﹐两者均由ABS材料制成﹐外壳具有非常复杂的外部3D轮廓线﹐内部则有诸多的机械细节﹐这两者都要求精密的尺寸公差。为了与穿过模型的质流相平衡﹐外壳的厚度必须保持在连续的2.3至3.8毫米之间﹐这些部件的几何形状太复杂了﹐以致于不能用传统的CNC编程方法从CAD系统中汇入线框架几何形状﹐然后在某一时间生成曲面补丁﹐问题是每一个曲面补丁仅仅是实际几何形状的近似值﹐事实上﹐采用这种方法﹐用足够的细节来描述线框架和生成补丁﹐达到这项工作的公差要求是不可能的。
LogiCad3D的总裁Berndt Gombert指出﹐许多被要求投标这项工作的模型制造商说﹐他们无法处理这项工作﹐一家回答能够完成这项工作的公司是一个小型家庭企业RZ-Werkzeugbau﹐这家企业位于德国奥格斯堡。该企业的副总裁Ivan Rozman说﹐如果他们早几个月收到来自LogiCad3D的报价要求﹐其公司的反应会与其它的投标者相同。“过去﹐我们通过向机器控制装置键入指令﹐对CNC加工中心进行编程﹐采用机器制造商提供的软件包﹐对线EDM机进行编程﹐”Rozman说：“对于简单的2.5尺寸元件来说﹐这两种方法都很有效。但无法处理像LogiCad3D的两个模型那样复杂的物件﹐幸运地﹐在收到他们的查询的数月前﹐我们意识到大多数客户需要制造复杂度日益提高的部件﹐我们开始调查新的编程工具。”
新的编程工具
“我们有两个主要的要求﹐”Rozman说：“因为我们的工作量平均地分为CNC加工和线EDM两部分﹐我们需要的是能够处理这两类工作的套件﹐购买和学习使用两种独立的套件是无意义的和麻烦的。我们的第二个要求是基于大多数客户采用高档实体造模软件﹐如Pro/ENGINEER和CATIA﹐来设计其部件。我们需要能完美无暇地汇入客户的部件模型的套件﹐这样无需重新编辑﹐就可以直接生成刀具行程和线EDM程序。在我们所考虑的套件中﹐只有一个能够达到这些要求﹐即位于California的Camarillo的DP Technology的ESPRIT软件﹐它是基于CNC和线EDM两者来设计的。此外﹐ESPRIT采用Parasolid实体造模引擎﹐可以与大多数CAD软件进行无缝综合。
我们用客户的文件进行测试﹐将来自Pro/ENGINEER, CATIA, Unigraphics和其它的CAD程序的数据汇入ESPRIT﹐从来没有丢失一个实体信息。”
“我们安装这个软件后不久﹐”Rozman说：“就收到来自LogiCad3D的提议要求﹐在过去﹐仅仅确定我们是否能够对这种复杂度的几何形状进行编程就会是一个较大的项目﹐而现在﹐我们下载一个由LogiCad3D的设计人员用Pro/ENGINEER开发的Initial Graphics Exchange Specification(IGES)文件﹐将它汇入ESPRIT﹐立即可以看到完全的完整无损的几何形状﹐所有的曲面经过修整﹐处于适当的方位。仅在几分钟内﹐我们就知道可以毫无困难地将这一部件编程﹐我们提交了包括最低CNC编程费用的报价﹐然后等待LogiCad3D的回音。”
Gombert说﹐RZ的模型工场是响应其报价要求的极少数公司之一﹐“我们的几个经常供应商说﹐因为几何形状太复杂﹐以致于无法制造这个部件﹐这家公司以前从未为我们制造模型﹐所以我们参观了他们的工场以确定其具备完成这项工作的条件。尽管这是一家非常小的仅有三名雇员的家族公司﹐他们的设备却是现代化的﹐很显然足以担当这项任务﹐给我们留下深刻印象的是他们已经将几何形状转入其CNC编程系统﹐我们看到汇入的几何形状﹐发现它确实是完整无缺的﹐极好地反映出我们的设计意图﹐我们相信RZ可以达到我们的设计规格。”
部件编程
一旦任务交予他的公司﹐Rozman开始生成建模的实际程序﹐采用Rozman设在加工中心的具有电极的EDM﹐完成多数的剖腔工作﹐特别是外壳的外表面加工﹐其余大部分模型在一个机加工中心制造﹐一些细节采用线EDM完成﹐Rozman将部件转到所要求的成型朝向﹐增加一分界线﹐然后采用ESPRIT的CAD功能围绕部件的几何形状来构造模型主体。
下一步是确定需加工的曲面﹐Rozman运用编程系统提供的自动粗加工功能﹐生成将大批材料从空腔中除去的刀具行程﹐然后﹐他利用软件中的优化数学算法﹐确定修整切削﹐这一算法可将所需的3D刀具行程计算的时间降低75%﹐当编程完成后﹐Rozman在电脑屏幕在模拟每一个切削动作﹐以确保得到的几何形状的确是他所期望的。
虽然在模型完成前﹐这家工场收到几项新的部件模型的迭代法﹐RZ Tooling在加工上损失的时间极少﹐在每一次情况下﹐Rozman将新的IGES文件引入CNC编程系统﹐ESPRIT就更新现有的程序﹐根据新的部件的几何形状进行重建﹐这一过程只需几分钟﹐无需对新的几何形状的部件进行重新编程。“仅在一周时间内﹐我们完成了制造两个模型的所有元素的经过验证的程序﹐”Rozman说：“运用先前的编程方法﹐是无法制造这些模型的。”
Gombert说﹐按时交到公司的最终模型符合规格﹐“这个模型满足我们的所有要求﹐自交货之日起﹐就开始生产完美的部件﹐”Gombert说：“我们对RZ完成的这个项目非常满意﹐他们已成为我们的关键供应商﹐他们的价值的关键在于﹐能够将我方设计者设计的实体模型加工成为满足所有设计规格的金属部件。”
