Разбираемся с Manufacturing Extension во Fusion 360. Что? Для чего? Как?

Что такое Manufacturing Extension?

Расширение Manufacturing Extension для Fusion 360 предоставляет дополнительные функциональные возможности тем, кто в них нуждается. В настоящее время оно открывает доступ к аддитивному производству, распознаванию отверстий, контролю поверхностей и замерам геометрии, а также стратегии Steep and Shallow. Иными словами, это стратегии для автоматизации сверления, проведения замеров и надежной чистовой обработки. Подписаться на Manufacturing Extension можно непосредственно в среде Fusion 360. Месяц пользования обойдется вам всего в 125 облачных кредитов, которые можно получить с пробной версией программы или приобрести дополнительно.

Если вы оформите подписку на расширение и добавите в проект операции, выполненные с использованием его стратегий, даже отказавшись от продления подписки, вы всё равно сможете просматривать траектории и создавать управляющие программы для этих операций. Просто не сможете их редактировать. Цель Manufacturing Extension – обеспечить гибкий подход к работе, чтобы вы использовали определенную функциональность только тогда, когда она необходима. Вам не придется тратить много денег, устанавливать дополнительное ПО, вводить серийные номера и ключи. Благодаря этому базовая стоимость Fusion 360 остается доступной для тех, кто использует расширенные возможности не постоянно, а время от времени.

Что ж, круто! А что же такое Steep and Shallow?

Steep and Shallow – это стратегия для чистовой 3D-обработки, входящая в состав Manufacturing Extension. Она позволяет целиком обрабатывать детали со сложной поверхностной геометрией, используя только одну траекторию движения инструмента. В одной операции вы сможете задавать параметры как для крутых наклонных, так и для плоских участков детали. Думаю, вы уже догадались, почему эта технология называется именно так! Алгоритм, способный определить тип поверхности и автоматически назначить корректный вид обработки уже есть в крутой программе для написания управляющих программ Autodesk PowerMill. Теперь он доступен и пользователям Fusion 360. 

В таком общем представлении может показаться, что ничего действительно крутого в этой стратегии нет. Кто-то скажет, что объединение функций Scallop и Contour приведет к такому же результату. Я тоже сначала так думала. Но, как любит говорить Тим Пол, автор блога о Fusion 360, «дьявол кроется в деталях». А в Steep and Shallow деталей – хоть отбавляй!

Для начала я обработала 4 одинаковых детали на вертикально-фрезерном станке Haas VF2SS, используя разные стратегии. Хочу сравнить нюансы и выяснить, действительно ли стоит использовать Steep и Shallow или можно обойтись стандартными инструментами.

Пороговый угол и расстояние перекрытия

Давайте начнем с верхней части вкладки, где задаются параметры проходов, – Steep and Shallow Passes. Параметр Threshold Angle позволяет убедиться, что стратегии обработки для выпуклых и плоских частей охватывают соответствующие области детали. Это контрольный угол, при достижении которого стратегия Steep переключается на Shallow. Если я установлю значение в 30 градусов, на все поверхности с наклоном менее 30 будет распространяться стратегия плоских проходов. А на участках, чей угол наклона превышает 30 градусов, будет применена стратегия крутых проходов. Параметр Overlap Distance указывает расстояние для наложения стратегий, чтобы уменьшить появление швов на готовой детали.

Если вы комбинируете стратегии Scallop или Parallel с контурной стратегией (Contour), вам удастся получить траектории, охватывающие большую часть детали, если будете использовать ограничивающий уклон, доступный в большинстве стратегий 3D-обработки (0 градусов – плоские поверхности, 90 градусов – вертикальные поверхности относительно оси Z). Таким образом, для достижения результата, сравнимого с использованием стратегии Steep and Shallow, при пороговом угле в 45 градусов нужно будет указать ограничивающий уклон от 0 до 45 градусов для стратегий Scallop или Parallel, и от 45 до 90 градусов – для стратегии Contour. Но вы не сможете влиять на перекрытия.

Действительно ли расстояние перекрытия имеет значение?

Важность получения такого перекрытия может определяться разными факторами, от типа детали до требований к ней. Кто-то говорит, что это не нужно и просто тратит время цикла обработки, другой посчитает это важным для получения однородного качества поверхности. Важно, что Steep and Shallow предлагает параметр, который вы можете использовать для точного контроля расстояния перекрытия. Если перекрытие необходимо, для начала установите его расстояние, равное диаметру инструмента, а затем редактируйте в зависимости от результата.

Чтобы заставить отдельные стратегии перекрываться, вам нужно убедиться, чтобы ограничивающие уклоны также перекрывались. В данном случае я установил максимальный угол для обработки Scallop на 45,5 градуса, а минимальный угол для обработки Contour – на 44,5 градуса. Таким образом траектории должны перекрываться примерно на 1 градус, но я не могу сказать, каким будет линейное расстояние. Преимущество Steep и Shallow состоит в том, что мы точно знаем, насколько они будут перекрываться, в то время как для отдельных стратегий можем только предполагать.

Раскрываем потенциал Steep and Shallow

Каких результатов можно добиться изменением порогового угла (Threshold Angle) в стратегии Steep and Shallow? Вы можете заставить его покрыть всю деталь на крутых или плоских проходах, установив пороговый угол на 0,1 или 89,9 градуса соответственно. Объедините это с ограничениями наклона, и можно использовать Steep и Shallow для создания оптимизированных гребешковых, параллельных, контурных или наклонных траекторий инструмента. Это может быть особенно полезно владельцам 5-осевых станков, которые могут использовать опцию Tool Orientation для наклона инструмента, чтобы он отрезал кончик, сохраняя то же движение резания. Кроме того, вы можете превратить стратегию Steep и Shallow в улучшенную версию стратегий Scallop или Parallel, основываясь на преимуществах, о которых поговорим ниже.

Непрерывные проходы для Scallop

Немного ниже в диалоговом окне в разделе плоских проходов Shallow есть несколько опций, характерных для стратегии Scallop. В нашем случае, для геометрии данной детали гребешковая стратегия имеет больше смысла, чем параллельная, поэтому остановимся на ней.  Флажок Continuous преобразует траекторию Scallop в непрерывную спираль, а не в отдельные проходы со смещением, обычно включающими холостые ходы. Это может помочь уменьшить следы на детали, поскольку инструмент постоянно погружен в материал. Такое взаимодействие уменьшает изменение прогиба фрезы, которое приводит к появлению следов в тех местах, где инструмент увеличивает прогиб при врезании и выпрямляется при выходе из металла.

Непрерывные проходы также помогают шпинделю двигаться более плавно. Обычно для врезания/отхода и рабочего хода инструмента назначается разная скорость подачи, заданная для инструмента и унаследованная операцией. Существует множество факторов, влияющих на создание наиболее оптимального движения фрезы, но поддержание постоянной подачи определенно может помочь. Это означает, что станку не нужно ускоряться и замедляться слишком часто, что может усугубить проблемы с прогибом инструмента.

В настоящее время во Fusion 360 непрерывные проходы в стратегии Scallop недоступны. А значит, вы можете использовать Steep и Shallow для создания улучшенной версии Scallop, но не сможете повторить это в её базовой версии.

Плавные смещения для стратегии Scallop

Далее, есть два варианта, которые помогают сгладить движение инструмента для получения более однородной поверхности детали.

Траектории Scallop имеют тенденцию «распадаться», поскольку проходы продолжают смещаться к центру детали. Это может привести к острым углам траектории. Такие углы означают, что инструмент и станок должны резко изменить свой курс (развернуться), что приводит к значительному ускорению и замедлению по крайней мере на одной оси перемещения. Как я упоминал выше, это приводит к проблемам с отклонением инструмента и появлению следов на детали. Чтобы справиться с этим, Steep and Shallow имеет опцию Smooth Offsets, которая скругляет  острые углы, помогая сгладить движение машины.

К сожалению, даже Smooth Offsets не является идеальным решением. У нас остаются проблемы с внутренними углами – расстояние между ними больше, чем запрограммированный шаг. Это может привести к появлению острых выступов по внутренним углам. К счастью, у Steep and Shallow есть еще один вариант решения именно этой загвоздки! Инструмент Remove Cusps at Junctions добавляет проход по внутренним углам, где расстояние больше, чем перекрытие, помогая сгладить этот выступ и добиться более равномерной поверхности.

Эти параметры доступны только в Steep и Shallow, поэтому вы не сможете добиться того же результата, используя стандартную траекторию Scallop.

Равномерное сглаживание

И напоследок о новом варианте сглаживания, который доступен в стратегии Steep и Shallow. Fit Lines and Arcs делает по существу то же, что и опция сглаживания в стандартной функциональности Fusion 360 – аппроксимирует линии и дуги, чтобы уменьшить общее количество точек в траектории инструмента. Этот способ отлично подходит для старых станков, где наличие чрезмерного множества точек может привести к нехватке данных. Недостаток данных означает, что станок останавливается и ждет следующей строки кода для обработки. Это может повлечь за собой проблемы с движениемю. В то время как большие и сложные траектории перемещения инструментов могут вызвать проблемы в старых элементах управления с меньшей вычислительной мощностью. Новые элементы управления с современными процессорами, возможно, не столкнутся с этой проблемой.

Для более современных машин обработка больших объемов данных не является проблемой. Даже практичнее добавлять точки, чтобы расстояние между ними было как можно более равномерным. Это удерживает траекторию инструмента ближе к исходной поверхности, сохраняя более жесткий общий допуск, а также сглаживает движение фрезы между точками. Я опробовала все три варианта сглаживания – результаты приведены ниже. К сожалению, фото не отображает в полной мере того, как это выглядит в реальности. Тем не менее, очевидно, что качество поверхности значительно улучшилось. Вы даже можете увидеть, как неправильное распределение точек в траектории приводит к изломам и несоответствиям на готовой детали.

Подведем итоги

Итак, должны ли вы использовать стратегию Steep и Shallow? Вряд ли мы получим универсальный ответ. С технической точки зрения, вы можете воспользоваться функциональностью, которая просто недоступна при комбинировании других доступных стратегий обработки. Непрерывные проходы, плавные смещения и равномерно распределенные точки – всё это дает явные преимущества для вашего станка и отделки поверхности. Поэтому, если вы обрабатываете детали с жесткими допусками на поверхность, которые требуют нестандартной ручной обработки, эти усовершенствования, возможно, будут полезны. Если вы выполняете дробеструйную обработку после фрезерования, то по большому счету можно обойтись стандартными технологиями Scallop и Contour.

Лично я считаю, что преимущество Manufacturing Extension именно в том, что вам не нужно мучительно выбирать, какие модули или какой уровень программного обеспечения приобрести. Попробуйте это и решите, подходит ли данный инструмент для вашего технологического процесса. Если не подходит, просто не продлевайте подписку! Вы потратите только 125 облачных кредитов – на порядок меньше, чем стартовые цены многих CAM-пакетов. Кроме того, вы всё равно сможете получить доступ к любым траекториям, которые вы создали ранее.

MARTI DEANS, Autodesk