Помощь студентам в учебе
Разработка и оснащение операций технологического процесса изготовле- ния детали "Штуцер", с визуальной верификацией траекторий обработки
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 9
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ………………….……………………………………… 17
1.1 Назначение и описание работы детали…………………………………. 17
1.2 Технические требования, предъявляемые к детали…………………… 17
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………… 19
2.1 Анализ технологичности детали ………………………..………………. 19
2.2 Анализ действующего технологического процесса…………………… 21
2.2.1 Анализ документации действующего технологического процесса 21
2.2.2 Анализ оборудования, режущего инструмента, оснастки……….. 22
2.2.3 Выводы из анализа и предложения по разработке проектного технологического процесса………………………………………………. 26
2.3 Разработка проектного технологического процесса ……………….…. 27
2.3.1 Выбор и обоснование метода получения исходной заготовки…… 27
2.3.2 Разработка маршрута и плана операций и переходов проектного технологического процесса….………………………………………… 33
2.3.3 Выбор оборудования для реализации технологического процесса 36
2.3.4 Размерный анализ проектного технологического процесса……… 38
2.3.5 Расчет режимов резания и норм времени……….…………………. 48
2.4 Подготовка управляющей программы с последующей верификацией траекторий движения инструмента, с использованием автоматизирован
ной системы NX CAM……………..……………………………………….. 57
2.4.1 Создание твердотельных моделей………………………………… 57
2.4.2 Программирование обработки в NX CAM……………………… 58
3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ……………………………………………… 71
3.1 Проектирование зажимного приспособления для обработки отверстий 71
3.1.1 Разработка теоретической схемы базирования …………………… 71
3.1.2 Определение величины сил закрепления на основе расчета по уси
лиям резания……………………………………………………………….. 71
3.1.3 Расчет сил резания на фрезерную операцию……………………… 72
3.1.4 Расчет требуемой силы зажима заготовки…………………………. 78
3.1.5 Компоновка приспособления……………………………………….. 83
3.1.6 Расчет погрешности базирования………………………………….. 84
3.2 Проектирование режущего инструмента………………………………. 86
3.2.1 Определение требуемой мощности станка………………………… 86
3.2.2 Расчет исполнительных размеров зенкера и геометрические параметры…………………………………………………………………. 87
3.3 Проектирование приспособления для контроля радиального
биения…………………………………………………………………………. 90
3.3.1 Обоснование выбранных материалов приспособления…………… 90
3.3.2 Расчет мерительного приспособления……………………………… 924 ПЛАНИРОВКА УЧАСТКА…………………………………………………… 95
4.1 Разработка планировки и описание работы участка механической об
работки…………………………………………………..…………………….. 95
4.1.1 Определение количества оборудования и рабочих………………… 95
4.1.2 Выбор и определение транспортных средств……………………… 98
4.1.3 Расчѐт площадей для складирования заготовок и деталей…….. 100
4.1.4 Выбор способа транспортирования стружки ……………………… 101
4.1.5 Планировка оборудования и определение производственной площади……………………………………………………………………. 101
4.1.6 Выбор типов, формы и определение размеров задания………… 102
4.2 Описание мероприятий по охране труда ……………………………… 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….. 115
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………….. 116
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 9
1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ………………….……………………………………… 17
1.1 Назначение и описание работы детали…………………………………. 17
1.2 Технические требования, предъявляемые к детали…………………… 17
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………… 19
2.1 Анализ технологичности детали ………………………..………………. 19
2.2 Анализ действующего технологического процесса…………………… 21
2.2.1 Анализ документации действующего технологического процесса 21
2.2.2 Анализ оборудования, режущего инструмента, оснастки……….. 22
2.2.3 Выводы из анализа и предложения по разработке проектного технологического процесса………………………………………………. 26
2.3 Разработка проектного технологического процесса ……………….…. 27
2.3.1 Выбор и обоснование метода получения исходной заготовки…… 27
2.3.2 Разработка маршрута и плана операций и переходов проектного технологического процесса….………………………………………… 33
2.3.3 Выбор оборудования для реализации технологического процесса 36
2.3.4 Размерный анализ проектного технологического процесса……… 38
2.3.5 Расчет режимов резания и норм времени……….…………………. 48
2.4 Подготовка управляющей программы с последующей верификацией траекторий движения инструмента, с использованием автоматизирован
ной системы NX CAM……………..……………………………………….. 57
2.4.1 Создание твердотельных моделей………………………………… 57
2.4.2 Программирование обработки в NX CAM……………………… 58
3 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ……………………………………………… 71
3.1 Проектирование зажимного приспособления для обработки отверстий 71
3.1.1 Разработка теоретической схемы базирования …………………… 71
3.1.2 Определение величины сил закрепления на основе расчета по уси
лиям резания……………………………………………………………….. 71
3.1.3 Расчет сил резания на фрезерную операцию……………………… 72
3.1.4 Расчет требуемой силы зажима заготовки…………………………. 78
3.1.5 Компоновка приспособления……………………………………….. 83
3.1.6 Расчет погрешности базирования………………………………….. 84
3.2 Проектирование режущего инструмента………………………………. 86
3.2.1 Определение требуемой мощности станка………………………… 86
3.2.2 Расчет исполнительных размеров зенкера и геометрические параметры…………………………………………………………………. 87
3.3 Проектирование приспособления для контроля радиального
биения…………………………………………………………………………. 90
3.3.1 Обоснование выбранных материалов приспособления…………… 90
3.3.2 Расчет мерительного приспособления……………………………… 924 ПЛАНИРОВКА УЧАСТКА…………………………………………………… 95
4.1 Разработка планировки и описание работы участка механической об
работки…………………………………………………..…………………….. 95
4.1.1 Определение количества оборудования и рабочих………………… 95
4.1.2 Выбор и определение транспортных средств……………………… 98
4.1.3 Расчѐт площадей для складирования заготовок и деталей…….. 100
4.1.4 Выбор способа транспортирования стружки ……………………… 101
4.1.5 Планировка оборудования и определение производственной площади……………………………………………………………………. 101
4.1.6 Выбор типов, формы и определение размеров задания………… 102
4.2 Описание мероприятий по охране труда ……………………………… 106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….. 115
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………….. 116
Современное машиностроение в настоящее время требует гибкости производства, высокой точности и надежности. Это обеспечивается переходом от механизации тяжелого труда к комплексной автоматизации производства, к принципиально новым технологическим процессам с применением электронновычислительной техники, переходом от старого универсального инструмента к новым видам специального.
Зарубежные технологии отличаются высоким уровнем автоматизации, применением робототехнических установок, более усовершенствованного инструмента и приспособлений, облегчающие процесс обработки. Наше машиностроение стоит на пороге развития более совершенных технологий, все больше в эксплуатацию входят станки с ЧПУ, вытесняя старые станки с ручным управлением, все больше проектируют специальный инструмент для обработки, исключая универсальный.
Современный этап развития производительных сил как за рубежом, так и у нас в стране характеризуется высоким уровнем конкуренции между производителями. Главным направлением в конкурентной борьбе становится повышение качества продукции при сохранении приемлемого уровня цен на нее. Для удовлетворения потребностей многочисленных заказчиков производителям часто приходится переходить на мелкосерийное производство и создание многочисленных модификаций разрабатываемых изделий. При сокращении объема партии и увеличении числа модификаций в себестоимости каждого изделия возрастет доля затрат, приходящаяся на этапы подготовки его производства (ПП): проектирование, испытания, освоение — причем на изготовление изделия будет затрачиваться незначительная часть всего времени выполнения заказа. Следовательно, основные резервы сокращения времени производственного цикла изделия и затрат на его производство лежат в сфере комплексной подготовки производства (КПП) [1].
Возникающая проблема оптимизации процессов КПП разрешается путем проведения их автоматизации. По опыту многих предприятий известно, что наиболее эффективной является автоматизация всего производственного цикла изделия, включая маркетинговые исследования, формирование портфеля заказов, конструкторскую, технологическую, экономическую ПП, планирование и оперативное управление производством, хранение, сбыт, а также функционирование всех вспомогательных отделов и служб. Здесь уместно вспомнить о таком понятии, как комплексная автоматизация, которая с большим трудом пробивает себе дорогу на отечественных предприятиях [2].
Основными тенденциями в современном машиностроении являются увеличение рабочих параметров машин и конструкций, снижение их материало- и энерго-емкости. При этом существенное значение имеют сроки разработок, их качество и стоимость. Чтобы соответствовать требованиям сегодняшнего дня, процесс автоматизации проектирования необходимо рассматривать в комплексе, как систему взаимосвязанных конструкторских, расчетных и технологических программных инструментов на всех стадиях проекта. Все современные CAD/CAM/CAE системы в зависимости от решаемых ими задач можно разделить на две группы:
- специализированные;
- универсальные.
Специализированные программные комплексы могут использоваться как автономно, так и включаться в состав универсальных систем. По функциональному признаку они классифицируются на [2]:
– программы для графического (CAD) ядра системы (Design Base, положенной в основу функционирования универсальной системы Helix и ряда специализированных систем, производимых и используемых в Японии, Parasolid, Unigraphics, Solid Works, ACIS-ADEM, AutoCAD, Solid Edge);
– системы для функционального моделирования (САЕО, реализующие метод конечных элементов, которые, в свою очередь, также делятся на системы общего применения (NASTRAN, ANSYS, COSMOS/M и др.) и проблемноориентированные системы (ADAMS, MARS и др.);
– системы для подготовки управляющих программ для технологического оборудования (САМ) (SmarrCAM, Euclid, и др.).
Универсальные системы предназначены для комплексной автоматизации процессов проектирования, анализа и производства продукции машиностроения. В зависимости от функциональных возможностей различают системы низкого уровня (AutoCAD, TopCAD,Caddy), среднего уровня (Cimatron, Pro/JUNIOR) и полномасштабные (САТIА, UNIGRAPHICS, Pro/ENGINEER).
Следует отметить, что время не связанных друг с другом программ и систем, автоматизирующих отдельные звенья технологической цепи производства, как это было на заре компьютерной эры, прошло. Теперь пользователь-профессионал требует от разработчиков прикладных программных продуктов законченные решения, обеспечивающие сквозную технологию в рамках единой интегрированной системы автоматизированного проектирования. Такой подход позволяет моделировать изделие на компьютере и выдавать в производство готовые оптимальные решения путем перебора большого числа вариантов на этапе проектирования и таким образом в несколько раз сокращать время выпуска готового изделия.
Чтобы составить представление об имеющихся в настоящее время прикладных программных продуктах, рассмотрим структуру и возможности некоторых современных зарубежных и отечественных интегрированных САD/CAM систем.
Autodesk Mechanical Desktop (AMD) продукт американской компании Autodesk – объединяет новые версии нескольких программных продуктов:
- AutoCAD R13 – базовый графический пакет, включающий твердотельное моделирование.
- AutoCAD Designer 2.0 – параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов.
- AutoSurf 3.0 – моделирование однородных и неоднородных трехмерных поверхностей.
- Assembler – средство создания сборочных единиц.
- AutoCAD IGES – транслятор обмена файлами графических данных с другими системами САПР.
Идеология работы в AMD базируется на использовании параметрических объектов. Основу такого объекта составляет набросок, выполненный средствами AutoCAD, – вид изделия, наиболее полно отражающий будущую конструкцию. В дальнейшем AMD откорректирует этот набросок – эскиз: линии почти вертикальные или почти горизонтальные станут таковыми, почти соосные окружности станут соосными и т.д. Конструктору остается лишь внести дополнительные логические связи между отдельными элементами эскиза или изменить те, которые система внесла сама, а также проставить необходимые размеры или зависимости. Они могут быть заданы в виде конкретных значений, формул; значения одних параметров могут быть выражены через другие; параметры могут быть глобальными – в этом случае они доступны для всех разрабатываемых деталей. Изменение любого размера приводит к модификации всей конструкции, а не только отдельного элемента, как было в AutoCAD более ранних версий [1].
После того, как эскиз нарисован, приступают к разработке твердотельной модели. «Тело» образуется либо «выдавливанием» эскиза в третье измерение, либо вращением, либо его перемещением вдоль заданной кривой. В дальнейшем базовый элемент конструкции можно с помощью логических (булевых) операций объединить с другими деталями или, наоборот, удалить отдельные части. Набросок строится в определенной плоскости, что помогает достраивать модель, изменять внешний вид любой детали. Некоторые конструктивно-технологические элементы (фаски, скругления, отверстия под болты – сквозные и глухие, гладкие, зенкованные, под головку впотай, резьбовые) могут быть внесены непосредственно в твердотельную модель. Каждый выбранный элемент отображается в окне диалога, где наглядно показывается, какие изменения произойдут после его внесения в конструкцию. Построив твердотельную модель, конструктор может определить ее массу, площадь поверхности, инерционные характеристики. AMD предлагает
простой механизм получения отдельных видов, разрезов, сечений готовой твердотельной модели. Любое изменение размера в модели отразится в чертеже, и наоборот. Использование глобальных параметров при образмеривании модели позволяет создавать варианты однотипных сборочных узлов. AMD обеспечивает также взаимодействие твердых тел с поверхностями и формирование сборочной конструкции на основе отдельных деталей. Операция сборки похожа на ту, которая применяется на практике: на экране монитора, как на столе, выкладывается необходимое количество деталей, которые необходимо включить в сборочный узел изделия. Каждая деталь при этом характеризуется пространственными степенями свободы. Первая является базовой, к ней подсоединяются все остальные. После того как все детали установлены на свои места, конструктор получает сборочный чертеж всего узла в разных проекциях с необходимыми разрезами и сечениями. Дополнительно можно создать спецификацию на этот сборочный чертеж с автоматическим включением всех деталей сборки. При генерировании рабочих чертежей происходит автоматическое удаление штриховых и невидимых линий. Рабочие чертежи могут быть получены в строгом соответствии с международными промышленными стандартами и ЕСКД. САМ часть в AMD отсутствует [2].
Отечественными представителями простых универсальных систем типа AutoCAD являются параметрическая система автоматизированного проектирования и черчения Т-FLEX CAD фирмы «Топ Системы» и ADEM – продукт создаваемый и распространяемый фирмой «Omega Technologies ltd» [2].
Ключевое достоинство T-FLEX CAD – параметризация. Чертеж с момента его создания становится параметрическим.
Далее можно легко изменять его параметры. При этом сохранятся все отношения, которые были заданы между элементами чертежа, и вся конструкция останется целостной. Параметрами чертежа могут назначаться переменные. С помощью математических формул переменные можно связывать между собой. Все это делает возможности по модификации чертежа безграничными. Прежде чем нарисовать реальные окончательные линии, необходимо создать геометрическую основу чертежа в тонких линиях. Окончательное изображение потом обводится по этим линиям. Все элементы оформления полученного технического чертежа также могут быть связаны с его параметрами, что приводит к их автоматическому изменению при необходимости модификации чертежа. В среде системы можно получать сложные сборочные параметрические чертежи, в которых его отдельные части взаимосвязаны. При этом обеспечивается удаление невидимых линий в случае, если отдельные части чертежа перекрывают друг друга. Меняя параметры сборочного чертежа можно за короткое время получить готовые чертежи нового
пользователь получает измененную спецификацию и чертежи его составных частей (деталей), а также другие сопутствующие документы. Созданные в системе на основе двумерных чертежей трехмерные поверхностные и твердотельные модели можно легко модифицировать. Система позволяет передавать данные о геометрии в последующую обработку. Для систем подготовки данных для станков с ЧПУ программа может выдавать информацию в специализированных форматах.
В комплект системы включены параметрические библиотеки стандартных элементов чертежей – болты, гайки, подшипники, элементы электрических схем и т.д. Пользователю предоставлена возможность самостоятельного создания своих библиотек. CAD/CAM ADEM – полностью интегрированная, универсальная система, предназначенная для организации и поддержки сквозного проектирования. Система обеспечивает подготовку конструкторской документации, создание твердотельных геометрических (объемных) моделей изделия и формирование управляющих программ на станки с ЧПУ. В системе ADEM возможны две стратегии проектирования: от двумерного (плоского) эскиза и от трехмерной твердотельной модели.
Многофункциональность системы совместно с интуитивно понятным интерфейсом делают возможным применение ADEM как в отделах САПР, так и непосредственно на производстве. Наличие учебной версии системы ADEM for Education, практически почти не отличающейся от самой последней модели для профессионалов, и простого ее описания на русском языке позволяет ее использование в учебном процессе различных учебных заведений.
Плоско-графический редактор ADEM позволяет использовать комплексные объекты, особенность которых заключается в ассоциативности (взаимосвязи) контура, скруглений и штриховки, что повышает эффективность редактирования графики, так как сохраняются все условия сопряжения, а штриховка автоматически отслеживает произошедшие изменения. Нанесение размеров представляет собой образец «разумной» автоматизации, когда найдена «золотая середина» между полностью автоматическим, жестко ограниченным режимом, и полностью «ручным», очень трудоемким и утомительным. В системе реализованы два вида параметризации: «параметризация без программирования» и «параметризация без параметризации». С помощью первого вида параметризации пользователь параметризует свой чертеж, используя уже проставленные размеры. Создав один раз параметрический чертеж, всегда можно получить множество чертежей изделий одного класса. Новый метод «параметризация без параметризации» не требует от пользователя каких-либо действий по созданию модели. Система сама распознает
смысл чертежа и перестраивает его в соответствии с новыми значениями размеров. То же самое можно произвести над чертежом, импортированным из любой другой системы. В объемно-графическом редакторе реализовано твердотельное моделирование, имеется возможность использовать все виды аффинных преобразований с моделями. Пользователю предоставлены широкие возможности изменения топологии модели, выполнения над ними всех видов логических (булевых) операций, построения сложных сечений, расчета геометрических характеристик моделей. В редакторе также есть возможность изменять точку зрения на модель, использовать различные цвета и методы закраски, в частности нанесение на поверхность модели текстуры, и многое другое. Ассоциативность контуров, объемно-графических объектов и наличие булевых операций дает пользователю возможность изменять объекты, входящие в объемно-графическую модель, что делает процесс внесения серьезных изменений простым и эффективным.
ADEM NC (CAM часть системы) готовит управляющие программы для 2-х, 2,5-х, З-х координатной обработки на фрезерных, сверлильно-расточных, токарных, электроэрозионных станков, листопробивных прессов с ЧПУ.
Внутреннее строение ADEM NC обеспечивает создание оптимальной управляющей программы без необходимости программирования под каждую конкретную стойку станков с ЧПУ. Система автоматически выполняет подбор в необработанных зонах после замены инструмента. Ассоциативность геометрии модели и технологии ее обработки позволяет автоматически получить новую управляющую программу после внесения любых изменений в геометрию модели [2].
Одним из главных игроков на мировом рынке является NX от компании SIEMENS.
NX – это лидирующая CAD/CAM/CAE/CSE система, построенная на лучших технологиях, предназначенных для создания изделий любой сложности. В России NX занимает прочные позиции, благодаря широким возможностям использования системы в различных областях промышленности (авиакосмическая промышленность, двигателестроение, автомобилестроение, машиностроение и т.д.) и применению современных технологий, обеспечивающих пользователя передовыми решениями в области MCAD на всех этапах создания изделия.
Области применения:
Комплексная CAD/CAM/CAE/CSE – система
Производитель:
Разработчик: Siemens PLM Software.
В NX CAM реализованы преимущества каждой ключевой функции программного пакета, включая дополнительные возможности программирования, посто-
бработки и имитационного моделирования. В каждом модуле NX предусмотрен расширенный, по сравнению с типовыми пакетами программ для подготовки УП, набор функций. Например, интегрированный модуль имитационного моделирования работы станка работает на основе кода УП, полученного из постпроцессора NX, а не на основе траектории движения инструмента. Таким образом, NX обеспечивает более высокий уровень проверки программы непосредственно внутри CAM-системы.
NX предоставляет полный набор средств для программирования станков с ЧПУ в единой CAMсистеме, а также интегрированный пакет программных приложений для производства деталей. Данные приложения позволяют моделировать детали, проектировать оснастку и создавать программы контроля для КИМ на основе признанных технологий NX.
Эффективное программное обеспечение для проектирования и изготовления деталей в сочетании с новейшими контроллерами, станками и другим оборудованием позволяет обеспечить максимальную производительность предприятия. Компания Siemens является признанным лидером в области разработки передовых технологий систем управления станко и приводного оборудования. Профессиональный опыт в областях разработки программного обеспечения и производственного оборудования позволяет создавать эффективные решения для изготовления деталей, которые предоставляют пользователям уникальные значительные преимущества [3].
Новые технологии, которые внедряются в процесс производства, дают возможность выпускаемым изделиям быть всегда конкурентоспособными в сложных условиях рыночной экономики, а предприятию оставаться рентабельным.
Таким образом, происходит модернизация и развитие как отрасли в целом, так и отдельных предприятий в частности. А это, в свою очередь, залог конкурентоспособности и рентабельности производства.
Цель выпускной квалификационной работы – разработка и оснащение операций технологического процесса изготовления детали «Штуцер», с визуальной верификацией траекторий обработки.
Задачи работы:
– разработать технологический процесс механической обработки;
– выполнить размерный анализ детали;
– разработать зажимное приспособление;
– разработать режущий инструмент;
– разработать приспособление для контроля радиального биения;
– разработать управляющую программу для станка с ЧПУ;
– спроектировать участок механической обработки.
Объект работ – технологический процесс изготовления детали «Штуцер».Предмет работы – создание усовершенствованного технологического процесса изготовления детали «Штуцер».
Результаты работы можно использовать на производстве для более эффективного изготовления детали «Штуцер
Зарубежные технологии отличаются высоким уровнем автоматизации, применением робототехнических установок, более усовершенствованного инструмента и приспособлений, облегчающие процесс обработки. Наше машиностроение стоит на пороге развития более совершенных технологий, все больше в эксплуатацию входят станки с ЧПУ, вытесняя старые станки с ручным управлением, все больше проектируют специальный инструмент для обработки, исключая универсальный.
Современный этап развития производительных сил как за рубежом, так и у нас в стране характеризуется высоким уровнем конкуренции между производителями. Главным направлением в конкурентной борьбе становится повышение качества продукции при сохранении приемлемого уровня цен на нее. Для удовлетворения потребностей многочисленных заказчиков производителям часто приходится переходить на мелкосерийное производство и создание многочисленных модификаций разрабатываемых изделий. При сокращении объема партии и увеличении числа модификаций в себестоимости каждого изделия возрастет доля затрат, приходящаяся на этапы подготовки его производства (ПП): проектирование, испытания, освоение — причем на изготовление изделия будет затрачиваться незначительная часть всего времени выполнения заказа. Следовательно, основные резервы сокращения времени производственного цикла изделия и затрат на его производство лежат в сфере комплексной подготовки производства (КПП) [1].
Возникающая проблема оптимизации процессов КПП разрешается путем проведения их автоматизации. По опыту многих предприятий известно, что наиболее эффективной является автоматизация всего производственного цикла изделия, включая маркетинговые исследования, формирование портфеля заказов, конструкторскую, технологическую, экономическую ПП, планирование и оперативное управление производством, хранение, сбыт, а также функционирование всех вспомогательных отделов и служб. Здесь уместно вспомнить о таком понятии, как комплексная автоматизация, которая с большим трудом пробивает себе дорогу на отечественных предприятиях [2].
Основными тенденциями в современном машиностроении являются увеличение рабочих параметров машин и конструкций, снижение их материало- и энерго-емкости. При этом существенное значение имеют сроки разработок, их качество и стоимость. Чтобы соответствовать требованиям сегодняшнего дня, процесс автоматизации проектирования необходимо рассматривать в комплексе, как систему взаимосвязанных конструкторских, расчетных и технологических программных инструментов на всех стадиях проекта. Все современные CAD/CAM/CAE системы в зависимости от решаемых ими задач можно разделить на две группы:
- специализированные;
- универсальные.
Специализированные программные комплексы могут использоваться как автономно, так и включаться в состав универсальных систем. По функциональному признаку они классифицируются на [2]:
– программы для графического (CAD) ядра системы (Design Base, положенной в основу функционирования универсальной системы Helix и ряда специализированных систем, производимых и используемых в Японии, Parasolid, Unigraphics, Solid Works, ACIS-ADEM, AutoCAD, Solid Edge);
– системы для функционального моделирования (САЕО, реализующие метод конечных элементов, которые, в свою очередь, также делятся на системы общего применения (NASTRAN, ANSYS, COSMOS/M и др.) и проблемноориентированные системы (ADAMS, MARS и др.);
– системы для подготовки управляющих программ для технологического оборудования (САМ) (SmarrCAM, Euclid, и др.).
Универсальные системы предназначены для комплексной автоматизации процессов проектирования, анализа и производства продукции машиностроения. В зависимости от функциональных возможностей различают системы низкого уровня (AutoCAD, TopCAD,Caddy), среднего уровня (Cimatron, Pro/JUNIOR) и полномасштабные (САТIА, UNIGRAPHICS, Pro/ENGINEER).
Следует отметить, что время не связанных друг с другом программ и систем, автоматизирующих отдельные звенья технологической цепи производства, как это было на заре компьютерной эры, прошло. Теперь пользователь-профессионал требует от разработчиков прикладных программных продуктов законченные решения, обеспечивающие сквозную технологию в рамках единой интегрированной системы автоматизированного проектирования. Такой подход позволяет моделировать изделие на компьютере и выдавать в производство готовые оптимальные решения путем перебора большого числа вариантов на этапе проектирования и таким образом в несколько раз сокращать время выпуска готового изделия.
Чтобы составить представление об имеющихся в настоящее время прикладных программных продуктах, рассмотрим структуру и возможности некоторых современных зарубежных и отечественных интегрированных САD/CAM систем.
Autodesk Mechanical Desktop (AMD) продукт американской компании Autodesk – объединяет новые версии нескольких программных продуктов:
- AutoCAD R13 – базовый графический пакет, включающий твердотельное моделирование.
- AutoCAD Designer 2.0 – параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов.
- AutoSurf 3.0 – моделирование однородных и неоднородных трехмерных поверхностей.
- Assembler – средство создания сборочных единиц.
- AutoCAD IGES – транслятор обмена файлами графических данных с другими системами САПР.
Идеология работы в AMD базируется на использовании параметрических объектов. Основу такого объекта составляет набросок, выполненный средствами AutoCAD, – вид изделия, наиболее полно отражающий будущую конструкцию. В дальнейшем AMD откорректирует этот набросок – эскиз: линии почти вертикальные или почти горизонтальные станут таковыми, почти соосные окружности станут соосными и т.д. Конструктору остается лишь внести дополнительные логические связи между отдельными элементами эскиза или изменить те, которые система внесла сама, а также проставить необходимые размеры или зависимости. Они могут быть заданы в виде конкретных значений, формул; значения одних параметров могут быть выражены через другие; параметры могут быть глобальными – в этом случае они доступны для всех разрабатываемых деталей. Изменение любого размера приводит к модификации всей конструкции, а не только отдельного элемента, как было в AutoCAD более ранних версий [1].
После того, как эскиз нарисован, приступают к разработке твердотельной модели. «Тело» образуется либо «выдавливанием» эскиза в третье измерение, либо вращением, либо его перемещением вдоль заданной кривой. В дальнейшем базовый элемент конструкции можно с помощью логических (булевых) операций объединить с другими деталями или, наоборот, удалить отдельные части. Набросок строится в определенной плоскости, что помогает достраивать модель, изменять внешний вид любой детали. Некоторые конструктивно-технологические элементы (фаски, скругления, отверстия под болты – сквозные и глухие, гладкие, зенкованные, под головку впотай, резьбовые) могут быть внесены непосредственно в твердотельную модель. Каждый выбранный элемент отображается в окне диалога, где наглядно показывается, какие изменения произойдут после его внесения в конструкцию. Построив твердотельную модель, конструктор может определить ее массу, площадь поверхности, инерционные характеристики. AMD предлагает
простой механизм получения отдельных видов, разрезов, сечений готовой твердотельной модели. Любое изменение размера в модели отразится в чертеже, и наоборот. Использование глобальных параметров при образмеривании модели позволяет создавать варианты однотипных сборочных узлов. AMD обеспечивает также взаимодействие твердых тел с поверхностями и формирование сборочной конструкции на основе отдельных деталей. Операция сборки похожа на ту, которая применяется на практике: на экране монитора, как на столе, выкладывается необходимое количество деталей, которые необходимо включить в сборочный узел изделия. Каждая деталь при этом характеризуется пространственными степенями свободы. Первая является базовой, к ней подсоединяются все остальные. После того как все детали установлены на свои места, конструктор получает сборочный чертеж всего узла в разных проекциях с необходимыми разрезами и сечениями. Дополнительно можно создать спецификацию на этот сборочный чертеж с автоматическим включением всех деталей сборки. При генерировании рабочих чертежей происходит автоматическое удаление штриховых и невидимых линий. Рабочие чертежи могут быть получены в строгом соответствии с международными промышленными стандартами и ЕСКД. САМ часть в AMD отсутствует [2].
Отечественными представителями простых универсальных систем типа AutoCAD являются параметрическая система автоматизированного проектирования и черчения Т-FLEX CAD фирмы «Топ Системы» и ADEM – продукт создаваемый и распространяемый фирмой «Omega Technologies ltd» [2].
Ключевое достоинство T-FLEX CAD – параметризация. Чертеж с момента его создания становится параметрическим.
Далее можно легко изменять его параметры. При этом сохранятся все отношения, которые были заданы между элементами чертежа, и вся конструкция останется целостной. Параметрами чертежа могут назначаться переменные. С помощью математических формул переменные можно связывать между собой. Все это делает возможности по модификации чертежа безграничными. Прежде чем нарисовать реальные окончательные линии, необходимо создать геометрическую основу чертежа в тонких линиях. Окончательное изображение потом обводится по этим линиям. Все элементы оформления полученного технического чертежа также могут быть связаны с его параметрами, что приводит к их автоматическому изменению при необходимости модификации чертежа. В среде системы можно получать сложные сборочные параметрические чертежи, в которых его отдельные части взаимосвязаны. При этом обеспечивается удаление невидимых линий в случае, если отдельные части чертежа перекрывают друг друга. Меняя параметры сборочного чертежа можно за короткое время получить готовые чертежи нового
пользователь получает измененную спецификацию и чертежи его составных частей (деталей), а также другие сопутствующие документы. Созданные в системе на основе двумерных чертежей трехмерные поверхностные и твердотельные модели можно легко модифицировать. Система позволяет передавать данные о геометрии в последующую обработку. Для систем подготовки данных для станков с ЧПУ программа может выдавать информацию в специализированных форматах.
В комплект системы включены параметрические библиотеки стандартных элементов чертежей – болты, гайки, подшипники, элементы электрических схем и т.д. Пользователю предоставлена возможность самостоятельного создания своих библиотек. CAD/CAM ADEM – полностью интегрированная, универсальная система, предназначенная для организации и поддержки сквозного проектирования. Система обеспечивает подготовку конструкторской документации, создание твердотельных геометрических (объемных) моделей изделия и формирование управляющих программ на станки с ЧПУ. В системе ADEM возможны две стратегии проектирования: от двумерного (плоского) эскиза и от трехмерной твердотельной модели.
Многофункциональность системы совместно с интуитивно понятным интерфейсом делают возможным применение ADEM как в отделах САПР, так и непосредственно на производстве. Наличие учебной версии системы ADEM for Education, практически почти не отличающейся от самой последней модели для профессионалов, и простого ее описания на русском языке позволяет ее использование в учебном процессе различных учебных заведений.
Плоско-графический редактор ADEM позволяет использовать комплексные объекты, особенность которых заключается в ассоциативности (взаимосвязи) контура, скруглений и штриховки, что повышает эффективность редактирования графики, так как сохраняются все условия сопряжения, а штриховка автоматически отслеживает произошедшие изменения. Нанесение размеров представляет собой образец «разумной» автоматизации, когда найдена «золотая середина» между полностью автоматическим, жестко ограниченным режимом, и полностью «ручным», очень трудоемким и утомительным. В системе реализованы два вида параметризации: «параметризация без программирования» и «параметризация без параметризации». С помощью первого вида параметризации пользователь параметризует свой чертеж, используя уже проставленные размеры. Создав один раз параметрический чертеж, всегда можно получить множество чертежей изделий одного класса. Новый метод «параметризация без параметризации» не требует от пользователя каких-либо действий по созданию модели. Система сама распознает
смысл чертежа и перестраивает его в соответствии с новыми значениями размеров. То же самое можно произвести над чертежом, импортированным из любой другой системы. В объемно-графическом редакторе реализовано твердотельное моделирование, имеется возможность использовать все виды аффинных преобразований с моделями. Пользователю предоставлены широкие возможности изменения топологии модели, выполнения над ними всех видов логических (булевых) операций, построения сложных сечений, расчета геометрических характеристик моделей. В редакторе также есть возможность изменять точку зрения на модель, использовать различные цвета и методы закраски, в частности нанесение на поверхность модели текстуры, и многое другое. Ассоциативность контуров, объемно-графических объектов и наличие булевых операций дает пользователю возможность изменять объекты, входящие в объемно-графическую модель, что делает процесс внесения серьезных изменений простым и эффективным.
ADEM NC (CAM часть системы) готовит управляющие программы для 2-х, 2,5-х, З-х координатной обработки на фрезерных, сверлильно-расточных, токарных, электроэрозионных станков, листопробивных прессов с ЧПУ.
Внутреннее строение ADEM NC обеспечивает создание оптимальной управляющей программы без необходимости программирования под каждую конкретную стойку станков с ЧПУ. Система автоматически выполняет подбор в необработанных зонах после замены инструмента. Ассоциативность геометрии модели и технологии ее обработки позволяет автоматически получить новую управляющую программу после внесения любых изменений в геометрию модели [2].
Одним из главных игроков на мировом рынке является NX от компании SIEMENS.
NX – это лидирующая CAD/CAM/CAE/CSE система, построенная на лучших технологиях, предназначенных для создания изделий любой сложности. В России NX занимает прочные позиции, благодаря широким возможностям использования системы в различных областях промышленности (авиакосмическая промышленность, двигателестроение, автомобилестроение, машиностроение и т.д.) и применению современных технологий, обеспечивающих пользователя передовыми решениями в области MCAD на всех этапах создания изделия.
Области применения:
Комплексная CAD/CAM/CAE/CSE – система
Производитель:
Разработчик: Siemens PLM Software.
В NX CAM реализованы преимущества каждой ключевой функции программного пакета, включая дополнительные возможности программирования, посто-
бработки и имитационного моделирования. В каждом модуле NX предусмотрен расширенный, по сравнению с типовыми пакетами программ для подготовки УП, набор функций. Например, интегрированный модуль имитационного моделирования работы станка работает на основе кода УП, полученного из постпроцессора NX, а не на основе траектории движения инструмента. Таким образом, NX обеспечивает более высокий уровень проверки программы непосредственно внутри CAM-системы.
NX предоставляет полный набор средств для программирования станков с ЧПУ в единой CAMсистеме, а также интегрированный пакет программных приложений для производства деталей. Данные приложения позволяют моделировать детали, проектировать оснастку и создавать программы контроля для КИМ на основе признанных технологий NX.
Эффективное программное обеспечение для проектирования и изготовления деталей в сочетании с новейшими контроллерами, станками и другим оборудованием позволяет обеспечить максимальную производительность предприятия. Компания Siemens является признанным лидером в области разработки передовых технологий систем управления станко и приводного оборудования. Профессиональный опыт в областях разработки программного обеспечения и производственного оборудования позволяет создавать эффективные решения для изготовления деталей, которые предоставляют пользователям уникальные значительные преимущества [3].
Новые технологии, которые внедряются в процесс производства, дают возможность выпускаемым изделиям быть всегда конкурентоспособными в сложных условиях рыночной экономики, а предприятию оставаться рентабельным.
Таким образом, происходит модернизация и развитие как отрасли в целом, так и отдельных предприятий в частности. А это, в свою очередь, залог конкурентоспособности и рентабельности производства.
Цель выпускной квалификационной работы – разработка и оснащение операций технологического процесса изготовления детали «Штуцер», с визуальной верификацией траекторий обработки.
Задачи работы:
– разработать технологический процесс механической обработки;
– выполнить размерный анализ детали;
– разработать зажимное приспособление;
– разработать режущий инструмент;
– разработать приспособление для контроля радиального биения;
– разработать управляющую программу для станка с ЧПУ;
– спроектировать участок механической обработки.
Объект работ – технологический процесс изготовления детали «Штуцер».Предмет работы – создание усовершенствованного технологического процесса изготовления детали «Штуцер».
Результаты работы можно использовать на производстве для более эффективного изготовления детали «Штуцер
В данной выпускной квалификационной работе разработан усовершенствованный вариант технологического процесса механической обработки детали «Штуцер», с использованием токарной обработки с ЧПУ, с учетом анализа современных отечественных и зарубежных технологий и решений. В качестве заготовки выбрана штамповка в закрытом штампе.
Технологический процесс разработан с учётом принципов постоянства баз и совмещения измерительной и технологической баз. Разработанное приспособление для фрезерования, позволяет сократить время на зажим и позиционирование детали. Спроектирован режущий инструмент – комбинированный зенкер. Спроектировано контрольное приспособление для контроля радиального биения.
Выполнена планировка участка. Оборудование на участке расположено по ходу технологического процесса. Принята механизированная система удаления стружки; определено требуемое количество рабочих и оборудования; определены тип, форма и размер здания.
Рассмотрены безопасные условия работы на участке изготовления изделия.
Выполнен размерный анализ технологического процесса. Благодаря чему припуски на механическую обработку минимально необходимые, что ведёт к экономии металла, времени обработки, снижению себестоимости.
Таким образом, цель работы достигнута, задачи – решены.
Технологический процесс разработан с учётом принципов постоянства баз и совмещения измерительной и технологической баз. Разработанное приспособление для фрезерования, позволяет сократить время на зажим и позиционирование детали. Спроектирован режущий инструмент – комбинированный зенкер. Спроектировано контрольное приспособление для контроля радиального биения.
Выполнена планировка участка. Оборудование на участке расположено по ходу технологического процесса. Принята механизированная система удаления стружки; определено требуемое количество рабочих и оборудования; определены тип, форма и размер здания.
Рассмотрены безопасные условия работы на участке изготовления изделия.
Выполнен размерный анализ технологического процесса. Благодаря чему припуски на механическую обработку минимально необходимые, что ведёт к экономии металла, времени обработки, снижению себестоимости.
Таким образом, цель работы достигнута, задачи – решены.
