În sistemele avansate de prelucrare virtuală, este posibil să se includă și alte elemente, cum ar fi cadrul mașinii, dispozitivele de fixare, clemele și suporturile de scule. Acestea sunt necesare pentru detectarea coliziunilor. În unele pachete precum VERICUT și NCSIMUL, întreaga mașină poate fi, de asemenea, simulată pentru a vizualiza cinematica; acest lucru va fi deosebit de util în timpul prelucrării cu 5 axe, unde coliziunea suportului sculei și a dispozitivului de fixare poate distruge axul mașinii.

Model de mașină-unealtă

Un sistem de mașini-unelte este alcătuit din piese rigide (cadru, dispozitiv de ghidare, dispozitiv de fixare și suport de scule), tăietor portabil și piesa de prelucrat deformabilă, care se modifică continuu și trebuie modelată cu modelul în-proces pe bază de voxel (in-process model = IPM). IPM-urile bazate pe voxel sunt deformabile și costisitoare în ceea ce privește memoria computerului, în conformitate cu dimensiunea piesei de prelucrat. Un cadru de mașini-unelte, inclusiv dispozitivul de ghidare și dispozitivul de fixare, ar putea avea 10 m lungime și lățime, așa că este prea scump să le modelați în model voxel. În timpul simulării mașinii, doar interferența pieselor este verificată cu un algoritm de verificare a coliziunilor simplu și rapid, fără un calcul costisitor de îndepărtare a materialului.

În general, schema de reprezentare geometrică a mașinii-unelte este aceeași cu CAD-ul convențional, astfel încât este posibil să se simuleze mișcările întregii mașini cu CAD/CAM convențional. Construirea modelelor geometrice ale cadrului mașinii, constrângerea cinetică și controlul sunt sarcini descurajante care sunt de obicei realizate de dezvoltatorii CAD/CAM. Însă, schema de reprezentare geometrică pentru îndepărtarea materialului este diferită de CAD convențional, deci nu este posibilă simularea procesului de îndepărtare a materialului cu CAD/CAM convențional. Procesul de îndepărtare a materialului este simulat în afara CAD/CAM cu aplicații terțe, cum ar fi VERICUT. În plus, sistemele CAD/CAM convenționale au propria lor interfață grafică interactivă (graphical user interface = GUI) pentru crearea și editarea rapidă a unui model de design geometric și a desenului. Este dificil să personalizați această interfață grafică pentru a opera manual o mașină unealtă CNC virtuală, care funcționează mai mult ca un joc pe computer.

Simularea îndepărtării materialului de pe piesa de prelucrat și simularea cinematicii mașinii se poate face în diferite sesiuni (CAD/CAM pentru mișcarea mașinii și aplicații terțe pentru îndepărtarea materialului) sau simultan într-o singură sesiune de aplicație terță parte, ceea ce este mai realist și mai bun pentru pregătirea mașiniștilor. Deoarece cadrul pentru mașini-unelte și dispozitivele de ghidare-fixare sunt geometrie statică rigidă, acestea ar putea fi modelate cu CAD convențional și exportate ca rețea poliedrică triunghiulară prin format stereolitografie (stereo lithography = SLA) cu extensia de fișier STL, care este destul de similar cu formatul VRML. Figura 1 prezintă modelul cadru construit dintr-o mașină de frezat cu 3 axe, care începe cu axa X, axa Z și se termină cu axa Y.

Un sistem cuprinzător de mașini-unelte include, de asemenea, capacul opac al mașinii, ferestre transparente din sticlă, uși mobile, mâner/pârghie/pedală operabile, indicatoare de măsurare și panou de control CNC virtual, care este esențial pentru pregătirea operațională. Figurile 2 și 3 prezintă două modele de mașini-unelte virtuale: freza CNC și strung CNC, care sunt operabile manual CNC ca o mașină reală. Mai mult decât o adevărată mașină unealtă, mașina unealtă virtuală poate fi mărită din unghiuri diferite în mai multe ferestre de vizualizare evidențiate cu culori translucide pentru efecte de învățare îmbunătățite, care sunt mai mult ca un joc educațional pe computer.

Sistemul CAD/CAM convențional este potrivit pentru simularea mașinii-unelte cu traseul NC intern al sculei, care reprezintă date despre locația frezei (cutter location = CL) care sunt generate în interiorul sistemului, de obicei în format APT, care este un standard industrial. Însă, post-procesarea convertește APT în date de control al mașinii (machine control data = MCD) cu transformarea geometriei și specificațiile controlerului CNC, multe lucruri ar putea merge prost în această etapă. De exemplu, configurațiile cu 5 axe de masă plus masă și masă plus cap sunt total diferite. Chiar și cu aceeași configurație, FANUC și Siemens au nevoie de coduri diferite pentru compensare. Deci, este necesar să se simuleze codul MCD, cum ar fi codul GE FANUC G/M, codul Heidenhain G/M sau codul conversațional Heidenhain, astfel încât mașina unealtă se va mișca conform cu situația reală. Postprocesarea inversă va traduce MCD înapoi în format APT.

Post-procesare MCD inversă înapoi la APT Toolpath

Post-procesorul invers citește, analizează programul NC și îl traduce în traseul NC intern al sculei în format APT, așa cum este descris în diagrama de flux Fig. 4. Suportă programe structurate, variabile, cicluri și apeluri macro pentru o gamă largă de controlere NC disponibile comercial.

Analizarea datelor MCD, cum ar fi codul G/M, în special pentru un program scris manual, este esențială pentru a evita depanarea consumatoare de timp pe panoul de control al mașinii-unelte, când mașina funcționează, dar fără producție. Pentru majoritatea codului G/M generat de CAM, eroarea gramaticală nu mai este o problemă, așa că este posibil să ocoliți verificarea gramaticală și să obțineți o diagramă (backplot) mai rapidă a traseului sculei NC. Însă, analizarea este un pas critic pentru instruirea CNC, în care un nou cursant poate scrie cod ciudat și poate încerca să-l ruleze pe o mașină-uneltă.

Panoul de control CNC este echipat cu o tastatură pentru introducerea textului. Panoul de control virtual trebuie să analizeze această intrare manuală și să simuleze acțiunea cu semnale de avertizare. Controlerul CNC este un interpretor de limbaj computerizat de nivel înalt complet funcțional, la fel și controlerul CNC virtual. Există variabile, formule, subprograme și funcții matematice într-un script de cod de control al mașinii.

Unealta programată automat (Automatically Programmed Tool = APT) a fost un limbaj de programare la nivel înalt folosit pentru a genera instrucțiuni (MCD) pentru mașini-unelte NC înainte de revoluția CAD/CAM. Acum, software-ul CAM a înlocuit APT pentru generarea traseului sculei, dar l-a păstrat ca format intern de date CL pentru a exprima traseul sculei NC intern în text ASCII. Majoritatea sistemelor CAM pot salva traseul sculei NC intern ca format APT și pot utiliza un post-procesor terț (cum ar fi ICAM) pentru a genera MCD specific mașinii-unelte, cum ar fi codul FANUC 16M G/M. Deoarece APT este formatul intern al traseului sculei NC, nu există nicio etapă de procesare inversă în citirea fișierului de date text APT în traseul internă al sculei NC.

Majoritatea sistemelor de prelucrare virtuală acceptă traseul tăietorului sub formă de cod NC, specific mașinii CNC, sau sub forma unui format generic APT. Dacă intrarea este cod NC specific unei mașini-unelte CNC, ar fi nevoie, în plus, de un fișier de date al mașinii-unelte care să furnizeze detaliile procesului, cinematice și sintactice și fișierul de date al frezei. Un procesor invers NC le sintetizează pentru a genera fișierul CL corespunzător. Rețineți că toți ceilalți algoritmi folosesc în continuare numai fișier de date APT CL.

Acest proces necesită ca postprocesorul invers să fie configurat corespunzător pentru sintaxa particulară a limbajului NC și detaliile controlului CNC. Aceste configurații sunt specifice mașinii. De exemplu, fișierul Fanuc 10A conține o definiție completă a sintaxei și convențiilor utilizate cu acest control. În cazul mașinilor cu mai multe axe, acest proces necesită, de asemenea, ca definiția mașinii să fie configurată corespunzător pentru stilul particular al mașinii cu mai multe axe.

Fișierul de configurare post-procesor invers definește relația dintre codurile G & M din programul NC și funcționalitatea asociată. Acesta este același proces care are loc în controlul în sine, unde fiecare cod NC este interpretat înainte de a avea efect. Codurile G & M sunt identificate prin modele fixe. Postarea inversă va identifica modelele comparând conținutul programului NC cu definițiile modelului postului invers. Când un model este identificat, i se asociază o funcționalitate specifică, iar apoi mișcarea reală a sculei de ieșire sau simularea NC este generată și exprimată în format APT.

Backplot pentru traseul sculei

APT și MCD sunt scripturi bazate pe text în limbaj computerizat, care sunt greu de vizualizat în raport cu geometria piesei, prin urmare, prima idee evidentă a fost să se cupleze NC-ul la un plotter care să urmărească pe hârtie traiectoria sculei de tăiere. Desenul ar dezvălui imediat o eventuală greșeală. În zilele noastre, ecranul a înlocuit plotterul, dar această funcție de previzualizare a traseului sculei NC este încă numită backplotting, cea mai veche și mai populară verificare a codului NC. Numai după ce simularea arată că programul este lipsit de greșeli grave, mașina reală poate fi folosită. Backplot-ul traseului sculei urmărește mișcarea vârfului tăietorului și se afișează ca linii punctate (mișcare rapidă G0) sau solide (tăiere G1) cu culori diferite, care ar putea fi utilizate pentru diferite operații. Funcțiile bune de backplot ar putea evidenția poziția curentă, operația și informațiile despre tăietor. Animația cu mișcarea tăietorului este, de asemenea, o simulare vie a mișcării tăietorului. Setul modern de instrumente backplot lucrează împreună cu editorul de text cod NC, astfel încât editarea codului NC este vizualizată instantaneu și funcționează ca instrument de învățare a codului NC pentru studenți.

Urmele vârfului sculei sunt linii de imagine în spațiu, dar sunt utile în vizualizarea mișcării sculei, astfel încât aceste urme sunt modelate și ca traseu de scule, chiar dacă în realitate nu există astfel de linii. Dispozitivul de tăiere și suportul sculei se pot deplasa înainte și înapoi cu vârful pe traseul sculei, această animație vie poate fi folosită pentru programarea NC și verificarea vizuală a evaluării.

Structura clasică de date a listei de legături duble este utilizată pentru modelul de traseu al sculei care este modelat în Fig. 5. Indicatorul dublu permite tăietorului să se deplaseze înainte sau înapoi fără a trece în buclă prin fiecare nod. Pentru a șterge și adăuga un nod este ușor în comparație cu o structură de date matrice. Această structură de date funcționează și pentru bufferul Z extins și harta Z extinsă, unde ambele trebuie să ștergă și să modifice elemente în timp real.