Проектирование технологической оснастки с применением CAD/CAM технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование технологической оснастки с применением CAD/CAM технологий

Введение

Приспособление - это технологическая оснастка, предназначенная для установки или направления предмета труда или инструмента при выполнении технологической операции.

Использование приспособлений способствует повышению точности и производительности обработки, контроля деталей и сборки изделий, обеспечивает механизацию и автоматизацию технологических процессов, снижение квалификации работ, расширение технологических возможностей оборудования и повышение безопасности работ. Современное механосборочное производство располагает большим парком приспособлений, значительную часть которых составляют станочные приспособления. В промышленности эксплуатируется более 25 миллионов специальных станочных приспособлений. Затраты на изготовление технологической оснастки приблизились к затратам на изготовление металлорежущих станков.

Успешная деятельность различных предприятий во многом зависит от их способности накапливать и перерабатывать информацию. Сегодня без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную конкурентоспособную технику. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, работ по технологической подготовке производства.

С помощью САПР выполняется разработка чертежей, производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив.

Современные САПР применяются для технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления технической документацией. Объединение САПР с автоматизированной системой управления предприятием позволяет создать единый информационный комплекс.

1. Основные принципы проектирования

технологический изделие программирование

Кратко, процесс проектирования рассматривается как начальный этап создания нового изделия и заключается в получении и преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Проектирование, при котором проектные решения получают путем взаимодействия человека, ЭВМ и комплекса программных и других средств автоматизации его деятельности, называют автоматизированным (также бывает: ручное - реализуется без участия ЭВМ; автоматическое - без участия человека).

Проектирование сложных объектов основано на применении идей и принципов, изложенных в ряде теорий и подходов.

Для всех подходов к проектированию сложных систем характерны также следующие особенности.

1. Структуризация процесса проектирования, выражаемая декомпозицией проектных задач и документации, выделением стадий, этапов, проектных процедур. Эта структуризация является сущностью блочно-иерархического подхода к проектированию.

2. Итерационный характер проектирования.

3. Типизация и унификация проектных решений и средств проектирования.

Стадии проектирования - наиболее крупные части проектирования, как процесса, развивающегося во времени. В общем случае выделяют стадии научно-исследовательских работ (НИР), эскизного проекта или опытно-конструкторских работ (ОКР), технического, рабочего проектов, испытаний опытных образцов или опытных партий. Стадию НИР иногда называют предпроектными исследованиями или стадией технического предложения. Очевидно, что по мере перехода от стадии к стадии степень подробности и тщательность проработки проекта возрастают, и рабочий проект уже должен быть вполне достаточным для изготовления опытных или серийных образцов. Близким к определению стадии, но менее четко оговоренным понятием, является понятие этапа проектирования.

Техническое задание (ТЗ) является первичным, основополагающим документом. ТЗ отражает технические, технико-экономические характеристики будущего изделия, определяет основные характеристики конструкции и принципы работы. Требования ТЗ основываются на современных достижениях науки и техники, на выполнении научно-исследовательских и экспериментальных работах.

Техническое предложение - начальный этап проектирования. Основная задача этого этапа - проверка совместимости требований ТЗ с возможностями реализации технических решений. Техническое предложение содержит анализ возможных вариантов технических решений и обоснование предлагаемого варианта решения.

Эскизный проект - конструкторская проработка оптимального варианта изделия до уровня принципиальных конструкторских решений, дающих общее представление об устройстве и принципах работы изделия. В эскизном проекте закладываются основы применения типовых, стандартизованных и унифицированных составных частей разработки, формируются требования к специальным комплектующим.

Технический проект выполняют на основе согласованного и утвержденного эскизного проекта, а в тех случаях, когда последний не разрабатывается, - на основе согласованного и утвержденного технического задания (утвержденного технического предложения). Технический проект должен полностью определять проектируемую конструкцию и содержать окончательный технико-экономический расчет. Технический проект содержит технические решения и данные, достаточные для полного представления об устройстве и принципах работы устройства. В техническом проекте должны быть решены все вопросы, обеспечивающие высокий технический уровень нового изделия как в процессе изготовления, сборки, испытания, так и в процессе эксплуатации. Все расчеты технического проекта выполняются в окончательном виде, не требующем проверки или уточнения на этапе разработки рабочей документации.

Разработка рабочей документации составляет заключительный этап проектирования, задачей которого является полная детализация проектных решений, обеспечивающая возможность осуществления всех производственных операций, связанных с реализацией этих решений и созданием изделия.

На всех этапах проектирования и конструирования инженер разработчик даже при создании новых, ранее не существовавших установок, использует накопленный опыт предшествующих разработок аналогичных объектов. Такой опыт представляется ему в виде технической документации, созданной при разработке объектов, в виде результатов их эксплуатации, опубликованных в различных литературных источниках, в виде патентно-информационных материалов.

Стадии (этапы) проектирования подразделяют на составные части, называемые проектными процедурами. Примерами проектных процедур могут служить подготовка трех мерных моделей и деталировочных чертежей, анализ кинематики, моделирование переходного процесса, оптимизация параметров и другие проектные задачи. В свою очередь, проектные процедуры можно расчленить на более мелкие компоненты, называемые например, при анализе прочности детали сеточными методами. Операциями могут быть построение сетки, выбор или расчет внешних воздействий, собственно моделирование полей напряжений и деформаций, представление результатов моделирования в графической и текстовой формах.

Система, реализующая автоматизированное проектирование, представляет собой систему автоматизированного проектирования (САПР).

Классификация САПР по целевому назначению и их функции.

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР: тип объекта проектирования, разновидность объекта проектирования, сложность объекта проектирования, уровень автоматизации проектирования, комплексность автоматизации проектирования, характер выпускаемых документов, количество выпускаемых документов, количество уровней в структуре технического обеспечения.

По целевому назначению различают подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.

Функции САР-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного 2D и трехмерного 3D проектирования. К функциям 2D относятся черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D - получение трехмерных моделей, параметрические расчеты, реалистичная визуализация, взаимное преобразование 2D и 3D моделей.

САМ - средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) или ГАПС (Гибких Автоматизированных Производственных Систем). Русским аналогом термина является АСТПП - автоматизированная система технологической подготовки производства. Сюда входит и задача САПР ТП - разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и регламентирующей процесс изготовления детали.

Основные функции систем технологической подготовки производства (САМ): разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ, расчет норм времени обработки.

2. Общие сведения о УСП

Современное машиностроительное производство характеризуется высоким уровнем автоматизации и гибкости, за счет использования станков с ЧПУ и систем автоматизированного проектирования на различных этапах производства изделий. Для сокращения затрат на подготовку производства новых деталей в единичном и мелкосерийном производстве используют переналаживаемые станочные приспособления многократного применения. К этой группе приспособлений относятся универсально-сборные приспособления (УСП) (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 Набор деталей и сборочных единиц УСП

У СП являются общемашиностроительным видом оснастки, на детали и сборочные единицы которой разработаны и утверждены государственные стандарты (ГОСТ 31.111.41-93, ГОСТ 31.111.42-93 и др.). Элементы УСП изготавливают централизовано и применяют во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

Особенностью технологической подготовки производства с применением УСП заключается в том, что на предприятии, на котором используется этот вид приспособлений, из универсального набора деталей и сборочных единиц собирается приспособление для выполнения конкретной операции. После обработки заданной партии заготовок приспособление разбирают, а составляющие его элементы могут быть использованы для сборки новых приспособлений, предназначенных для обработки других заготовок. При этом отпадает необходимость в выполнении всего комплекса работ, относящихся к проектированию и изготовлению специальных приспособлений.

Техническая и экономическая обоснованность применения УСП объясняется тем, что цикл сборки приспособления из элементов УСП по времени в 40-50 раз и по трудоемкости в 10-15 раз меньше по сравнению с циклом изготовления специальных приспособлений. Кроме того, элементы УСП характеризуются высокой оборачиваемостью, т.е. каждый элемент УСП применяется в различных компоновках от 60 до 100 раз в течение года.

Срок службы основных элементов УСП достигает 12-15 лет, что определяет низкую себестоимость компоновок УСП.

Таким образом, применять приспособления УСП следует в тех случаях, когда специальную оснастку использовать нецелесообразно в силу высокой стоимости и большого цикла проектирования и изготовления.

Элементы приспособлений УСП соединяются между собой по схеме «шпонка-шпоночный паз» и фиксируются болтами, шпильками, винтами и гайками. Шпоночные пазы на элементах УСП выполняются Т и П-образными. В зависимости от ширины Т-образного шпоночного паза выделяют три серии таких приспособлений: УСП-8, У СП-12, У СП-16.

Обычно УСП собирается из элементов одной серии, в отдельных технически и экономически обоснованных случаях приспособление может собираться из элементов разных серий. Для этой цели служат переходные шпонки и шпильки.

Элементы УСП рассчитаны на длительный срок службы, поэтому их стоимость высока. Не рекомендуется их использовать для агрегатирования таких приспособлений, в которых масса заготовки или сила зажима создают контактные напряжения, вызывающие выкрашивание или продавливание элементов. Они не должны подвергаться действию ударных нагрузок, нагреваться свыше температуры 100°С, также необходимо исключить попадание на поверхность элементов брызг жидкого металла или химически активных веществ.

Все элементы УСП, входящие в комплект делятся по функциональному признаку на восемь групп: базовые, корпусные, установочные, направляющие, прижимные, крепежные, разные детали и сборочные единицы.

К универсально-сборным приспособлениям предъявляют такие же требования, как и к другим специальным приспособлениям. Установочные элементы, базирующие деталь на корпусе компоновки УСП, должны обеспечивать устойчивость ее положения как в закрепленном, так и в раскрепленном состоянии. Расстояние от установочной базовой поверхности корпуса до плоскости стола станка должно быть минимальным. Это обеспечивает наиболее устойчивое положение детали и снижает возможность появления вибраций при обработке. Зажимные и крепежные элементы должны обеспечить равномерность и надежность крепления детали, не вызывая деформации и повреждения поверхности. Зажимные элементы должны воспринимать по возможности минимальные составляющие сил резания. Для сверлильных приспособлений направляющие планки под кондукторные втулки должны иметь минимальный вылет.

Процесс конструирования УСП заключается в основном в подборе необходимых деталей и сборочных единиц, а также рациональном их сочетании в общей компоновке приспособления.

Исходными данными для сборки компоновки являются метод обработки (фрезерование, точение, сверление и др.), чертеж детали, схема базирования, тип станка и число деталей, обрабатываемых в приспособлении. Сборка компоновки УСП значительно упрощается, если кроме чертежа и технологического процесса имеется в наличии и заготовка детали.

Конструирование УСП целесообразно начинать с уточнения общей схемы приспособления. Разрабатывается несколько вариантов схем приспособления, затем проводят их сравнительную оценку с точки зрения надежности, безопасности в работе, габаритных размеров и массы, удобства обслуживания, возможности наладки и регулировки. После выбора окончательного варианта схемы по размерам заготовки подбирают элементы УСП.

Процесс сборки универсально-сборных приспособлений начинается с выбора базовой плиты, тип и размер которой определяется в зависимости от принятой схемы приспособления. Размеры базовой плиты должны обеспечить установку на ее рабочей поверхности деталей и сборочных единиц, воспринимающих основную нагрузку от сил резания. Общую компоновку УСП начинают с установки на базовой плите элементов базирования и крепления заготовки, затем устанавливают другие элементы, например прямоугольные опоры, на которых закрепляют направляющие планки с кондукторными втулками и др. Положение одного элемента относительно другого элемента определяется несколькими шпонками, которые с помощью винтов фиксируются в соответствующих пазах. Затем элемент УСП со шпонками устанавливают в пазы другого элемента приспособления и производят затяжку стыков болтами. Предварительное положение деталей определяют линейкой или штангенциркулем, а окончательный контроль размеров - набором концевых мер длины и микрометрами.

Часто в компоновках УСП корпуса, на которых монтируют другие элементы, представляют собой сборные конструкции. В зависимости от габаритных размеров и массы обрабатываемых деталей корпуса собирают из нескольких базовых плит и объединяют в каркас при помощи угольников и планок. Для финишных операций, с небольшими усилиями на заготовку при обработке, корпуса УСП могут быть собраны из отдельных корпусных деталей (прямоугольных планок, угольников и прямоугольных опор).

Не всегда из имеющихся в комплекте элементов УСП можно собрать необходимую компоновку приспособления. В некоторых случаях она получается громоздкой и неудобной в работе. Тогда рекомендуется вводить в компоновку одну или несколько специальных деталей, которые упрощают конструкцию и повышают эксплуатационные свойства приспособления.

С целью повышения безопасности работ на станках с УСП плотности соединения стыков приспособлений уделяется особое внимание. Поэтому на участке сборки рекомендуется использовать динамометрические ключи для контроля затяжки резьбовых соединений. Максимальная точность обработки заготовок в УСП при различных ее видах достигает 7 квалитета. На сборку одного приспособления средней сложности затрачивается примерно 3 часа рабочего времени. Для сокращения вспомогательного времени и механизации процесса закрепления заготовок разработаны пневматические силовые цилиндры, встроенные в прямоугольный корпус. На поверхности корпуса выполнена сетка шпоночных пазов и резьбовых отверстий для присоединения к деталям УСП.

3.Разработка технологической оснастки для реализации фрезерной обработки паза

Рисунок 3.1 Чертеж детали

Деталь устанавливается на плиту и сверху фиксируется планкой, которая закрепляется гайкой.

4. Построение 3-D моделей деталей УСП

Машинная графика становится все более доступным и популярным средством общения человека с ЭВМ. В настоящее время создано немало систем машинной графики, графических редакторов и пакетов прикладных графических программ, позволяющих успешно использовать средства машинной графики практически во всех сферах человеческой деятельности.

Наиболее широко применяемым средством при проектировании аппаратуры является отечественный пакет КОМПАС-3D

Система КОМПАС-3D предназначена для выполнения учебных проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности. Она может успешно использоваться студентами машиностроительных, приборостроительных, архитектурных, строительных ВУЗов и техникумов при выполнении домашних заданий, курсовых и дипломных работ.

КОМПАС-3D разработан специально для операционной среды MS Windows и в полной мере использует все ее возможности и преимущества для предоставления пользователю максимального комфорта и удобства в работе.

Данный пакет включает в себя средства, позволяющие пользователю создавать разного рода чертежи, описания к ним и многое другое необходимое как студенту ВУЗа, так и опытному конструктору или архитектору.

Результаты работы в среде КОМПАС-3D могут быть выданы на принтер, плоттер, фотошаблон. Кроме того, КОМПАС предоставляет пользователю ряд дополнительных сервисных возможностей, которые значительно облегчают получение твердых копий чертежей и фрагментов. Это реалистичный предварительный просмотр перед печатью, удобная компоновка на поле вывода, печать только заданной части документа.

Нужно особо отметить, что система автоматически разбивает печатаемое изображение на несколько листов в том случае, если устройство вывода имеет размер поля печати меньшее, чем размер документа. Последующая склейка отдельных листов позволяет получить готовый документ большого формата.

4.1 Создание и редактирование эскизов в среде Компас

Создание и редактирование эскиза выполняются в среде построения эскизов. Среда построения эскизов включает в себя плоскость эскиза, на которой располагается эскиз, и набор инструментов для создания и редактирования геометрии эскиза. Рабочая область не имеет границ и представляет собой плоскость эскиза, связанную с использовавшейся для ее создания геометрией.

При создании эскиза на рисуемые объекты автоматически накладываются некоторые зависимости. Например, если создаваемый отрезок почти горизонтален, на него автоматически накладывается зависимость горизонтальности; а если в ответ на запрос начальной точки щелкнуть вблизи от конца другого объекта, применяется зависимость совмещения. Любая из этих зависимостей может быть впоследствии изменена или удалена. На элементы эскиза можно накладывать зависимости вручную.Для завершения любой функции построения эскиза требуется нажать правую кнопку мыши и выбрать из контекстного меню пункт Завершить либо нажать клавишу <Esc>.

Создание трехмерной модели производится путем выдавливания контура эскиза или его вращения вокруг заданной оси. Модель, создаваемая в Autodesk Inventor, связана с нижележащими эскизами и данными эскизов. При изменении эскиза соответствующим образом изменяется и сама модель.

После того как из эскиза создана модель, можно вернуться в среду построения эскизов и внести необходимые изменения или начать новый эскиз для нового конструктивного элемента. При открытии существующего файла детали сначала необходимо выбрать эскиз в Браузере. После этого активизируются инструменты работы с эскизами, и пользователь может создавать конструктивные элементы деталей. Все изменения в эскизах отражаются и в модели.

4.2 Построение 3-D моделей в среде Компас

Система КОМПАС-3Dрасполагает весьма широкими возможностями создания трехмерных моделей самых сложных конструкций, как отдельных деталей, так и сборочных единиц. Причем процесс моделирования аналогичен технологическому процессу изготовления изделия. Осуществляя компьютерную сборку нескольких деталей в сборочную единицу, мы можем временно отключать изображение какой-либо детали, редактировать ее или выполнять любой сложный разрез. В КОМПАС-3D объемные модели и плоские чертежи ассоциированы между собой, любое редактирование модели повлечет за собой изменение в чертеже, созданном по данной модели.

Трехмерные модели могут задаваться различными способами. Каркасные - задаются вершинами и ребрами. Объемные (твердотельные) - формируются из элементарных объектов с использованием логических операций объединения, вычитания, пересечения. По таким моделям можно построить не только графические изображения (виды, разрезы, сечения), но и рассчитать их массоинерционные характеристики, такие как масса, объем, момент инерции и др., если указать материал, из которого выполнено изделие.

Построение 3-D моделей в среде Компас представлено на рисунках 4.2.1?4.2.5

Рисунок 4.2.1 3D модель детали

Рисунок 4.2.2 Плита

Рисунок 4.2.3 Планка

Рисунок 4.2.4 - Гайка

Рисунок 4.2.5 Сборка

4.3 Импортирование 3-D моделей из Компас в Autodesk Inventor

технологический изделие программирование

Autodesk Inventor это инженерный пакет для параметрического твердотельного и поверхностного моделирования машин и механизмов. Инструментальные средства Autodesk Inventor обеспечивают полный цикл конструирования и создания конструкторской документации. С помощью пакета можно создавать трехмерные модели деталей и изделий, а также их рабочие чертежи, создавать адаптивные конструктивные элементы, детали и узлы, реализовывать возможность совместной работы над конструкцией всех разработчиков, включая группы инженеров, находящихся на большом удалении друг от друга. Несмотря на то, что Inventor является одной из самых широко распространенных систем параметрического твердотельного моделирования на территории СНГ, в специализированных книжных магазинах практически отсутствуют русскоязычные версии руководства по его применению с целью создания твердотельных моделей.

Использование современных САПР предполагает не только создание цифровых прототипов, но и проведение инженерного анализа моделей деталей, узлов и изделий в целом. Система Autodesk Inventor включает в себя среду прочностного анализа, позволяющую реализовать проверку CAD-моделей и обойтись без испытаний опытных образцов. Запуск средств прочностного анализа производится в среде детали - пункт Stress Analysis(прочностные анализы) в меню инструментальной панели.

Заключение

Использование систем автоматизированного проектирования для создания оснастки является необходимым шагом на пути технического прогресса. Использование CAD/CAM систем для решения конструкторских, технологических, и других задач хоть и требует материального (для покупки и установки программного пакета, например) и временного вложений (на освоение программы),но хорошо окупает себя, так как во много раз снижает временные затраты на проектирование и подготовку производства нового изделия, документирование и при решении многих других задач; а также облегчает работу с библиотеками (банками данных) уже существующих приспособлений; спецификациями и т.д.

Библиографический список

1. Ансеров М.А., Приспособления для металлорежущих станков. Изд-е 4-е, исправл. и доп. Л., «Машиностроение» - 1975 г. 656 с.

2. Гжиров Р.И., Краткий справочник конструктора. Машиностроение, Ленингр. отделение, 1984.- 464 с., ил.

3. Антонюк В.Е., Справочник конструктора по расчёту и проектированию станочных приспособлений 1969г.

4. Косилов А.Г., Мещеряков Р.К.,Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т2. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 496 с., ил.

5. Артамонов Е.И., «Комплекс программных средств CAD/CAM Графика-81» // «Автоматизация проектирования», №1 , 1997 г.(http://www.uns.ru/ap/)

6. Бокшиц Э.Б., Ракович А.Г., «САПР фрезерных приспособлений» //«Автоматизация и современные технологии», №1,1992 г.

7. Малюх В.Н.,«CAD - вариант b» // «А.П.»,№1,1997.

Размещено на Allbest.ru