Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Технологии производства

Автоматизированные системы конструкторского и технологического проектирования: новые возможности

• Что нужно знать о конструкторско-технологической подготовке производства?
• Какие задачи выполняет автоматизация конструкторского и технологического проектирования?
• Как и зачем автоматизировать работу конструктора?

При организации производственного процесса необходимо соединить временные, размерные, экономические и информационные связи, а также принять во внимание свойства материалов.

Все это учитывается на этапе конструкторско-технологической подготовки производства.

С П Р А В К А
Технологическая подготовка производства — вид производственной деятельности предприятия (группы предприятий), обеспечивающий технологическую готовность производства к изготовлению изделий, отвечающих требованиям заказчика или рынка данного класса изделий (разд. 3 ГОСТ Р 50995.3.1–96 «Технологическое обеспечение создания продукции. Технологическая подготовка производства»).

Конструкторско-технологическая подготовка производства

Разработка технологии изготовления изделия представляет собой элемент конструкторско-технологической подготовки производства (далее — КТПП), которая как проектная процедура должна решать задачи, направленные на обеспечение выпуска нового изделия с определёнными качественными характеристиками и в требуемом количестве (схема 1).

Схема 1
Задачи КТПП для выпуска нового изделия

 

Разработка технологических процессов содержит ряд этапов.

ЭТАП 1
Выбор исходных заготовок

ЭТАП 2
Выбор технологических баз

ЭТАП 3
Поиск типового технологического процесса

ЭТАП 4
Задание последовательности операций и их нормирование и т. д.

С целью выполнения каждой из проектных процедур исполнитель (конструктор, технолог) использует значительный объем информации, которую можно подразделить на три вида (таблица).

Виды информации, используемой при КТПП

Проектная процедура

Информация

нормативная, общая для всей отрасли

относящаяся к конкретному предприятию

относящаяся к изделию, для которого выполняется КТПП

Разработка конструкторской документации

Справочники свойств материалов; требования Единой системы конструкторской документации (далее — ЕСКД); классификаторы продукции

Каталог конструкторских проектных решений

Технические требования к проектируемому изделию

Разработка технологических процессов и проектирование оснастки

Требования Единой системы технологической документации; каталоги стандартных оборудования и оснастки; нормы времени

Каталоги типовых технологических процессов; каталоги имеющихся оборудования и оснастки

Рабочие чертежи деталей

Маршрутизация

Каталоги имеющегося оборудования

Технологические процессы изготовления деталей

Календарное планирование

Нормы времени

Каталоги имеющихся складов для хранения заделов

Маршруты прохождения деталей по цехам

Техническое задание на проектирование

Техническое задание на проектирование делится на два вида.

Вид 1
Ориентированное на модификацию ранее созданного проектного решения.
Задача значительно облегчается при заимствовании конструкторских и технологических проектных решений из архива.

Вид 2
Ориентированное на достижение заданных заказчиком свойств (схема 2).

Схема 2
Процесс проектирования

Задачи автоматизации конструкторского и технологического проектирования

Задачами автоматизации конструкторского и технологического проектирования является сокращение времени на подготовку рабочей конструкторской и технологической документации, формирование технологического процесса, генерирование текста управляющей программы для станков с числовым программным управлением (далее — ЧПУ). Разработчики современных компьютерных систем утверждают, что внедрение комплекса программных продуктов CAD/CAM/CAE/PDM-систем позволяет выполнять следующие действия (схема 3).

Схема 3
Внедрение комплекса CAD/CAM/CAE/PDM-систем

Автоматизация конструкторского проектирования

Основными объектами, с которыми оперирует конструктор, являются рабочие чертежи и трехмерные геометрические модели.

CAD-системы дают возможность подготовить параметрические чертежи деталей и построить их 3-мерные модели.

Параметры модели могут являться исходными данными для автоматического создания технологии изготовления детали в CAPР-системах, что существенно облегчает труд технолога. Действительно, в области CAD-систем разработчики достигли значительных успехов и сейчас их функциональные возможности не ограничиваются набором задач по образу и подобию кульмана. Современные CAD-системы, такие как T-FLEX-CAD, SPRUT-CAD и др., имеют примерно одинаковые возможности и решают следующие задачи:

1. Подготовка чертежей деталей

2. Оформление чертежей в соответствии с требованиями ЕСКД

3. Создание трехмерных моделей деталей

4. Пересчёт параметров чертежей однотипных деталей и сборок

5. Отбор из таблиц стандартных элементов и баз данных и назначение необходимых по чертежу детали параметров

6. Оптимизация геометрических параметров

7. Создание собственных параметрических элементов библиотек

8. Подготовка параметрических сборочных чертежей, спецификации и других конструкторских документов, проведение математических расчетов, имитация движения конструкции, анализ прочности на основе метода конечных элементов 

ВАЖНО!
Все операции выполняются в динамическом режиме, изменение одного параметра или размера автоматически ведет к пересчету всей модели детали, узла, изделия.

Система автоматизации проектных работ САПР или CAD

Computer Aided Design(далее — CAD) — организационно-техническая система, предназначенная для выполнения проектной деятельности с применением вычислительной техники, позволяющая создавать конструкторскую и/или технологическую документацию.

Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Термин «САПР» (система автоматизированного проектирования), применяемый в России, по отношению к промышленным системам имеет более широкое значение, чем термин «CAD» — он включает в себя как CAD, так и элементы CAM (Computer Aided Manufacturing), а иногда и элементы CAE (Computer Aided Engineering).

Компоненты САПР приведены на схеме 4.

Схема 4
Компоненты САПР

Основные классификационные характеристики САПР условно можно разделить на следующие группы:

1. Общие характеристики определяют взаимодействие САПР как единого целого

2. Программные характеристики разделяют системы по отдельным особенностям программных решений  

3. Технические характеристики определяют особенности используемых в САПР средств вычислительной техники и периферийного оборудования

4. Эргономические характеристики, оценивающие эффективность взаимодействия пользователя с программно-техническими средствами САПР

Что же касается технологической подготовки производства, то CAM-системы дают возможность:
задать тип и параметры обработки детали;
выбрать соответствующий инструмент;
получить в автоматическом режиме управляющую программу (далее — УП) для станка с ЧПУ;
проверить ее правильность с помощью имитатора обработки.

Возможность режима имитации обработки детали позволяет контролировать перемещение инструмента в ходе выполнения УП и устранить все ошибки и недочеты, что увеличивает точность обработки детали и сокращает время на подготовку УП. Кроме того, на основе параметрических моделей можно незамедлительно получать УП для обработки ряда однотипных деталей.

ВАЖНО!
Фактически многие функциональные возможности CAM-систем сводятся к поиску и обработке необходимой информации в справочниках и классификаторах.

Для технолога важно составить технологический процесс таким образом, чтобы сократить время обработки детали и увеличить производительность, что актуально для предприятий в условиях современной конкурентной борьбы. Для этого технолог должен просчитать далеко не один вариант обработки детали, подобрать наиболее подходящие параметры инструмента и режимы резания. Например, для операции фрезерования поверхности концевой фрезой на станке с ЧПУ необходимо учесть следующие операции.

Этапы подготовки к фрезерованию поверхности концевой фрезой

1. Выбрать инструмент (диаметр фрезы, материал режущей части, число зубьев) и число стадий обработки (черновая и получистовая)

2. Назначить глубину резания и подачу на зуб

3. Рассчитать скорость и мощность резания 

Диаметр фрезы определяют для каждого участка детали исходя из его конфигурации, окончательно принимают наименьший из выбранных диаметров.

Если конфигурация не накладывает ограничения на диаметр фрезы, то выбирают фрезу максимально возможного диаметра. Выбор числа стадий обработки принимают исходя из отношения минимального и максимального припуска к диаметру фрезы и показателя числа стадий обработки.

Показатель числа стадий обработки равен допуску выполняемого размера, умноженному на составляющие показателя числа стадий обработки в зависимости от твердости обрабатываемого материала, отношения вылета фрезы к ее диаметру, отношения ширины фрезерования к диаметру фрезы. Выбор глубины резания зависит от припуска на обработку.

Обработка на черновой стадии

Обработка на черновой стадии может производиться за один, два или три рабочих хода, на получистовой стадии — за один рабочий ход. Подачу на зуб выбирают исходя из обрабатываемого материала, диаметра и числа зубьев фрезы, ширины и глубины фрезерования, а затем корректируют с учетом поправочных коэффициентов:
коэффициента твердости обрабатываемого материала;
коэффициента материала режущей части фрезы;
коэффициента отношения фактического числа зубьев к нормативному;
коэффициента отношения вылета фрезы к ее диаметру.
Полученное значение подачи на зуб для последнего рабочего хода сравнивают с допустимым значением подачи при заданной шероховатости обрабатываемой поверхности.

Окончательная стадия

Окончательно выбирают меньшее значение подачи. Скорость и мощность резания назначают в зависимости от:
обрабатываемого материала;
диаметра и числа зубьев фрезы;
ширины и глубины фрезерования;
выбранного значения подачи.

Полученные табличные значения умножают на поправочные коэффициенты в зависимости от группы обрабатываемого материала, твердости обрабатываемого материала, материала режущей части фрезы, периода стойкости инструмента, отношения фактической ширины фрезерования к нормативной, состояния поверхности заготовки, наличия охлаждения.

По рассчитанному значению скорости резания определяют частоту вращения шпинделя, и по паспорту станка принимают ближайшее значение. С учетом этого значения пересчитывают фактическую скорость резания и фактическую мощность двигателя станка.

ВАЖНО!
Решить данную задачу оптимизации  — значит подобрать значение всех параметров таким образом, чтобы значение основного технологического времени было минимальным.

Автор: Дмитрий Чернобровкин, эксперт в области автоматизации производства

Источник: «Журнал главного инженера», №8, 2018

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Подписаться на рассылку