Система автоматизированного проектирования технологических процессов «Вертикаль»

• Введение
• Глава 1. Постановка задачи
• Глава 2. Анализ системы Вертикаль
• Глава 3. Создание операционных заготовок в Catia V5 Проектирование операционных заготовок методом добавляемых тел
• Глава 4. Создание 3D модели технологической оснастки в программе Solid Works.
• Заключение
• Список литературы

В современном мире использование компьютерных технологий просто необходимо. В данный момент существует огромное множество программных средств и систем для создания, автоматизирования, оптимизации, проектирования новых или уже имеющихся технологических процессов. Одной из таких программных средств является, Система автоматизированного проектирования технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ Российской фирмы АСКОН, ее мы и рассмотрим.

Так же существуют несколько САПР систем, используемых на производстве. Наш выбор пал на Систему автоматизированного проектирования — CATIA, французской фирмы Dassault Systиmes. Данная программа является лидером на рынке в сегменте САПР систем, и используется во многих крупных компаниях, таких как: Boeing, Airbus, BMW, Mercedes, Renault. Она занимает 75% авиастроительного рынка и 50% автомобилестроительного рынка.

В процессе нашей работы, мы попытаемся убедиться в целесообразности использования данных систем при проектировании технологического процесса, постараемся определить их плюсы и минусы.

Глава 1. Постановка задачи.

В ходе выпускной контрольной работы должна быть решены следующие задачи:

· Разработать технологический процесс в системе Вертикаль.

· Создание 3D моделей операционных заготовок в системе Catia.

· Создание 3D модель технологической оснастки в системе Solid Works.

· Провести анализ данных программ.

Глава 2. Анализ системы Вертикаль.

ВЕРТИКАЛЬ - система автоматизированного проектирования технологических процессов, решающая большинство задач автоматизации процессов ТПП.

САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ позволяет:

· проектировать технологические процессы в нескольких автоматизированных режимах;

· рассчитывать материальные и трудовые затраты на производство;

· формировать все необходимые комплекты технологической документации, используемые на предприятии;

· вести параллельное проектирование сложных и сквозных техпроцессов группой технологов в реальном режиме времени;

· формировать заказы на проектирование специальных средств технологического оснащения и создание управляющих программ;

· поддерживать актуальность технологической информации с помощью процессов управления изменениями.

САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ поддерживает все бизнес-процессы электронного инженерного документооборота, в том числе управление технологическими изменениями и заказ на разработку специальных средств технологического оснащения и управляющих программ. В системе применен качественно новый подход к организации данных о технологических процессах, основанный на объектной модели представления и обработки информации.

Систему может быстро освоить пользователь с любым уровнем «компьютерной» подготовки. САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ позволяет сделать работу технолога быстрой и удобной; возрастает как скорость, так и качество разработки технологических решений.

Система вертикаль:.

— для инженеров-технологов.

Конструкторская и технологическая информация — в окне одной программы.

Использование библиотеки часто повторяемых технологических решений.

Автоматизированное проектирование техпроцессов с использованием библиотеки конструкторско-технологических элементов (КТЭ).

Быстрый поиск необходимой информации, автоматический подбор данных при проектировании ТП.

Навигация по тексту технологии с использованием 3D-модели или чертежа. Тесная связь конструкторских и технологических данных.

Автоматизированный расчет временных и материальных затрат.

— для главных технологов.

Возможность хранения технологических процессов как локально, так и в среде любой PDM-системы.

Возможность использования любых существующих на предприятии технологических баз данных.

Различные механизмы быстрого доступа к необходимой информации, проверка и утверждение ТП за считанные минуты.

Возможность накапливать и использовать технологический опыт при работе в системе.

Различные варианты защиты информации. Разграничение прав доступа.

Модули расчета временных и материальных затрат.

— для IT-директоров.

Новый компонент единого информационного пространства предприятия.

Тесная интеграция с КОМПАС-3D, ЛОЦМАН: PLM.

Возможность интеграции справочников системы ВЕРТИКАЛЬ с любыми PDM-, ERP-, CAD-, CAM-системами.

Объектные модели данных.

Работа системы с СУБД FireBird, Microsoft SQL Server, Oracle.

Гибкость системы, развитые средства администрирования.

Квалифицированные специалисты по внедрению ПО АСКОН в разных регионах России и СНГ.

Система расчета режимов резания.

Система расчета режимов резания функционирует в среде САПР технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ. Она предназначена для расчета режимов обработки, основного (машинного) и вспомогательного времени на основной переход.

В основе алгоритмов — методики расчета режимов резания из справочников:

· Общемашиностроительные нормативы режимов резания: В 2-х т. / А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин, В. А. Батуев и др. — М.: Машиностроение, 1991.

· Справочник шлифовщика / В. А. Кащук, А. Б. Верещагин. — М.: Машиностроение, 1988. — 477 с.: ил.; 21 см.;

· Разрезка материалов: С. И. Веселовский — М.: Машиностроение, 1973, 360 с.

Рекомендуемые нормативы режимов резания позволяют выбрать подачу, глубину резания, скорость резания в зависимости от точности и качества обрабатываемых поверхностей, заданного эксплуатационного ресурса и необходимой производительности. Таблицы нормативов режимов резания и расхода режущего инструмента в сочетании с математическими моделями и алгоритмами сводят к минимуму необходимые расчеты и позволяют облегчить труд технолога.

Расчет осуществляется для следующих видов обработки:.

· Фрезерная обработка.

· Токарная обработка.

· Обработка отверстий осевым инструментом.

· Нарезание резьбы.

· Обработка зубчатых профилей.

· Шлифование.

· Разрезка на ленточно-отрезных и ножовочных станках.

В зависимости от вида обработки изменяется и набор рассчитываемых параметров: подача и число оборотов шпинделя, скорректированные по паспорту станка, скорость резания, сила резания, мощность резания и энергозатраты.

При расчете учитываются тип и геометрия обрабатываемого конструктивного элемента, жесткость системы «Станок-приспособление-инструмент-детель», физико-механические свойства материала и состояние поверхностного слоя заготовки, паспортные данные станка и параметры режущего инструмента. В Системе обеспечена возможность расчета режимов резания для случаев многоинструментальной механической обработки, в том числе в контексте автоматных токарных операций.

Особенностями Системы расчета режимов резания являются ее гибкость и настраиваемость. Специальный модуль администрирования позволяет быстро скорректировать имеющуюся методику расчета или создать свою, полностью отвечающую текущим задачам предприятия.

Рассмотрим основные элементы программы:

Создание нового ТП.

Далее в этом же поле осуществляется добавление всех операций ТП с дальнейшим их описанием. В каждую операцию можно добавлять:

· Основной переход.

· Основной переход с оснасткой.

· Вспомогательный переход.

· Исполнителя.

· Оборудование.

· Слесарный инструмент.

· Измерительный инструмент.

· Средства защиты.

· Режущий инструмент.

· Приспособление.

· СОЖ.

· И. т.д.

технологический процесс программное средство Добавление вышеперечисленных пунктов осуществляется по средствам выбора необходимых инструментов, приспособлений, и. т.п. из базы данных, и имеет следующий вид:

В итоге после окончательного составления ТП на деталь можно сформировать операционные карты с их дальнейшим импортом в формат PDF или XLS.

Глава 3. Создание операционных заготовок в Catia V5 Проектирование операционных заготовок методом добавляемых тел.

При проектировании деталей, получаемых традиционными способами механообработки, на основе CAD-моделей создаются операционные заготовки, которые содержат, помимо геометрической и конструкторской информации, геометрические и технологические данные о пооперационных преобразованиях заготовки в деталь — это могут быть элементы (примитивы), описывающие удаляемый материал, символы баз, технологические размеры, допуски формы и расположения поверхностей, параметры шероховатости. Таким образом, можно ввести понятие конструкторско-технологической модели детали (КТМД) — это разработанная конструктором модель (КМ), содержащая технологические данные (ТД):

.

Методика проектирования операционных заготовок, разработанная на кафедре технологии приборостроения СПб ТУ ИТМО, основана на обратном преобразовании моделей операционных заготовок, при котором преобразование T начинается от модели детали (D) и заканчивается получением модели исходной заготовки (Z₀₎: T: D? Z₀. В свою очередь, для каждой i-ой операции необходимо выполнить преобразование T_i модели Z_i^вых выходной заготовки в модель Z_i^вх входной операционной заготовки: T_i: Z_i^вых ® Z_i^вх. Преобразование T_i заключается в преобразовании формы и размеров выходной заготовки путем наращивания припусков на поверхностях выходной ТМОЗ.

Так как входная заготовка Z_i^вх для i-ой операции является выходной заготовкой Z_i-1^вых для i-1 операции, то имеет место преобразование: T_i^'_: Z_i^вх? Z_i-1^вых. Для этого преобразования возможны две ситуации. Если необходимо получить твердотельную модель Z_i-1^вых выходной заготовки для предшествующей операции, то Z_i-1^вых = Z_i^вх, где Z_i^вх твердотельная модель входной заготовки для i-ой операции. Если необходимо получить операционный эскиз, то сначала получают эскиз выходной заготовки Z_i-1^эвых путем проецирования твердотельной модели Z_i^вх на плоскости проекций чертежа. Далее Z_i-1^эвых дорабатывается до операционного эскиза. Доработка заключается в простановке баз и операционных размеров (ОР), выдерживаемых на i-1 операции, а также в указании качества обрабатываемых поверхностей (шероховатость, твердость, покрытие и т. д.). Таким образом, на основе ТМОЗ для выходных заготовок создается карта с операционным эскизом.

При проектировании КМОЗ необходимо, как минимум, следовать нижеприведенным условиям:

1. КМОЗ должна быть информативна, т. е. включать в себя максимум технологических данных о детали: базы, технологические размеры и припуски, параметры шероховатости и т. д.

2. КМОЗ должна быть ассоциативна с исходной моделью детали, т. е. изменения в модели детали должны отражаться и в моделях всех заготовок.

3. ТМОЗ и модель детали должны содержаться в едином файле, чтобы не загромождать файловую систему и не нарушать структуры файлов в папке со сборкой изделия.

Рисунок 1.

Общую схему проектирования ОЗ методом добавляемых тел можно выразить как показано на рис1.

На этом рисунке: MD — твердотельная модель исходной детали; MZ_i^вых — твердотельная модель выходной заготовки для i-той операции; MZ_i^вх — твердотельная модель входной заготовки для i-той операции; MDT_i — добавляемые тела для i-той операции; ПЭ_{i -} предварительный операционный эскиз для i-той операции; Э_i — окончательный операционный эскиз для i-той операции.

Как видно из рисунка имеет место двухпроходная схема проектирования ОЗ. На первом проходе проектируются операционные заготовки и создаются предварительные операционные эскизы. В этих эскизах проставлены технологические базы и показана простановка операционных размеров.

На втором проходе выполняется расчет операционных размеров, который заключается в определении их номинала и точности.

Методы создания операционных заготовок.

При работе в системе Catia можно выделить три основных метода создания операционных заготовок: метод булевых операций, метод сборки и метод логической операции сборки.

Для выявления наиболее оптимального способа создания операционных заготовок кратко рассмотрим все три метода.

Метод булевых операций.

Данный метод выполняется в модуле Part Design. При создании операционных заготовок, каждая операция представляется в дереве построения в виде какой либо булевой операции (призма, полость, тело вращения и т. д.) с присвоением ей номера операционной заготовки (операция 5, операция 10 и т. д.). Аннотации для моделей заготовок создаются в модуле Functional Tolerancing & Annotations..

Достоинством этого метода является его простота и скорость создания операционных заготовок. Что в итоге позволяет получить файл наименьшего размера.

К недостаткам стоит отнести длинное дерево построений, в котором тяжело ориентироваться и находить требуемую операцию, причем, чем больше операций для заготовки, тем длиннее и запутаннее будет дерево построений.

Таким образом, данный метод удобно использовать для несложных моделей заготовок с небольшим количеством операций.

Метод сборки.

В этом методе для создания операционных заготовок используется модуль сборки CATProduct. Каждый элемент сборки (Part6, Part5 и т. д.) содержит в себе добавляемой тело, созданное в модуле Part Design для какой-либо операции, а так же набор аннотаций, необходимых для данной операции. Аннотации создаются либо в модуле Functional Tolerancing & Annotations, для создания аннотаций в каждом элементе отдельно, либо в модуле Product Functional Tolerancing & Annotations, который используется для создания аннотаций на сборках.

Достоинством данного метода является удобство при работе с добавляемым телом, так как оно имеет отдельное дерево построения, что значительно упрощает процесс редактирования.

Недостатком метода сборки является то, что каждое добавляемое тело для какой-либо операции в контексте сборки является отдельным телом. Это приводит к появлению лишних линий и элементов на границах пересечения добавляемых тел (см. рис. слева), что значительно загружает модели операционных заготовок и усложняет их понимание конечному пользователю.

Еще одним недостатком является то, что в итоге получается несколько файлов, содержащих добавляемые тела, и один файл сборки, суммарный размер которых имеет довольно большой размер по сравнению с другими методами.

Метод логической операции сборки.

Этот метод, как и метод булевых операций, использует модуль Part Design для создания операционных заготовок. Но при этом для каждого добавляемого тела создается свое тело (Body) со своим деревом построения, которые в последствии объединяются в основном теле с помощью команды «логическая операция сборка». Аннотации так же как и в первом методе создаются с помощью модуля Functional Tolerancing & Annotations..

Достоинством данного метода являются удобное дерево построений, удобное редактирование добавляемых тел, единый файл, содержащий в себе все операции и добавляемые тела, относительно небольшой размер конечного файла, который немногим больше чем в методе булевых операций.

К недостаткам метода можно отнести более сложный способ создания аннотаций, чем в методе сборки, а так же высокую нагрузку на компьютер при отключении/включении добавляемых тел, так как это приводит к постоянным пересчетам формы модели заготовки.

После сравнения всех трех методов создания операционных заготовок, для выполнения данной ВКР был выбран метод логической операции сборки.

В своей работе я использовала метод Сборки..

Зенковка:

Сверление:

Точение:

Фрезерование 1 операция:

Фрезерование 2 операция:

Создание аннотаций.

Для создания аннотаций в Catia используется модуль Functional Tolerancing & Annotations..

Все созданные аннотации хранятся в дереве построения в отдельной ветке наборы аннотаций..

Открыв модель в одном из двух модулей, выбираем кнопку Dimensions для создания аннотаций размеров и проставляем все требуемые размеры. Редактирование размера происходит через меню свойства, где можно присвоить размеру какие-либо атрибуты.

Каждый размер закрепляется за плоскостью аннотаций. Для удобства можно создавать несколько плоскостей для каждой операции в отдельности, в которых будут содержаться размеры необходимые на данной операции. Это упрощает вид дерева модели, что в свою очередь облегчает поиск нужных размеров в дереве построения.

Модель с аннотациями имеет следующий вид:

После того как созданы все наборы, можно будет легко переключать их при переходе от одной операционной заготовки к другой.

В заключение можно так же отметить, что модуль аннотаций позволяет указывать на 3D модели заготовки так же шероховатости, базы, отклонения, так же подписывать пояснения.

Глава 4. Создание 3D модели технологической оснастки в программе Solid Works..

SolidWorks — система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Она представляет собой инструментальную среду, предназначенную для автоматизации проектирования сложных изделий в машиностроении и в других областях промышленности.

SolidWorks является системой гибридного (твердотельного и поверхностного) параметрического моделирования, она предназначена для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве (3-D проектирования), а также для оформления конструкторской документации.

Система относится к САПР «среднего класса». В отличие от «тяжелых» САПР (Unigraphics NX, Pro/Engineer, CATIA), разработанных для Unix-платформ, SolidWorks изначально создавалась для работы на персональных компьютерах в системе Microsoft Windows. SolidWorks имеет стандартный графический пользовательский интерфейс Windows, максимально использует все преимущества системы Microsoft Windows, такие как контекстные меню, режим copy-and-paste, режим drag-and-drop, быстрый просмотр, поиск и открытие файлов с помощью проводника, возможность «отката» и др. Кроме того, SolidWorks эффективно взаимодействует с такими Windows-приложениями, как Excel, Word и др. Очевидными достоинствами системы являются ее полная русификация и поддержка ЕСКД, что выгодно отличает SolidWorks от других зарубежных САПР. В системе SolidWorks поддерживаются все основные стандарты представления и обмена данными. В состав базового пакета SolidWorks входит более 20 трансляторов для экспорта и импорта. Решаемые задачи:

§ Конструкторская подготовка производства (КПП):.

3D проектирование изделий (деталей и сборок) любой степени сложности с учетом специфики изготовления. Создание конструкторской документации в строгом соответствии с ГОСТ. Промышленный дизайн. Реверсивный инжиниринг. Проектирование коммуникаций (электрожгуты, трубопроводы и пр.). Инженерный анализ (прочность, устойчивость, теплопередача, частотный анализ, динамика механизмов, газо/гидродинамика, оптика и светотехника, электромагнитные расчеты, анализ размерных цепей и пр.). Экспресс-анализ технологичности на этапе проектирования. Подготовка данных для ИЭТР. Управление данными и процессами на этапе КПП.

§ Технологическая подготовка производства (ТПП):.

Проектирование оснастки и прочих средств технологического оснащения Анализ технологичности конструкции изделия. Анализ технологичности процессов изготовления (литье пластмасс, анализ процессов штамповки, вытяжки, гибки и пр.). Разработка технологических процессов по ЕСТД. Материальное и трудовое нормирование. Механообработка: разработка управляющих программ для станков с ЧПУ, верификация УП, имитация работы станка. Фрезерная, токарная, токарно-фрезерная и электроэрозионная обработка, лазерная, плазменная и гидроабразивная резка, вырубные штампы, координатно-измерительные машины. Управление данными и процессами на этапе ТПП.

§ Управление данными и процессами:.

Работа с единой цифровой моделью изделия. Электронный технический и распорядительный документооборот. Технологии коллективной разработки. Работа территориально-распределенных команд. Ведение архива технической документации по ГОСТ Проектное управление. Защита данных. ЭЦП. Подготовка данных для ERP, расчет себестоимости.

3D модель технологической оснастки «Кондуктор» .

Деталь базируется с помощью установочного пальца, задней стенки кондуктора и прижимается сверху кондукторной плитой. Благодаря этому она лишается шести степеней свободы, что обеспечивает полное базирование в кондукторе.

1) Кондуктор.

2) Базирование детали в кондукторе.

3) Базирование детали в кондукторе.

Заключение.

В ходе проделанной работы были созданы операционные заготовки детали «Основание» с использованием метода добавляемых тел. Модели были выполнены в системе CATIA V5, ТП для данной детали разрабатывался в системе Вертикаль, модель технологической оснастки была создана в Solid Works.

Очевидно что создание технологического процесса с помощью данных программ во многом быстрее и автоматизированнее, и со временем заменит устаревшие способы создания ТП на производстве.

CATIA.

Система позволяет эффективно решать все задачи технической подготовки производства — от внешнего (концептуального) проектирования до выпуска чертежей, спецификаций, монтажных схем и управляющих программ для станков с ЧПУ. Созданные 3D модели, намного более информативные чем обычные чертежи. Недостатки же данной системы является лишь проблема переучивания специалистов.

" Вертикаль" .

Данная система действительно сможет решить большинство задач автоматизации ТП. Наличие Универсального технологического справочника упрощает выбор инструмента, так же плюсом является возможность его редактирования.

Так же общий минус этих программ является их цена, что непременно скажется на популярности их на производстве. Данные программы выполняют свои функции, но разработчикам стоит обратить внимание на дружественность интерфейса, подробные описания и руководства для пользователей.

Подводя итоги, можно сказать, что компьютерное моделирование всех этапов технологического процесса дает новые возможности его оптимизации. Использование на предприятии современных информационных технологий значительно сокращает время и стоимость проектирования и выпуска изделия.

1. Методические рекомендации по лабораторному практикуму «Создание 3D-аннотаций на виртуальной модели изделия» А. Л. Комисаренко.

2. «Проектирование операционных заготовок в CAD/CAM системах» Д. Д. Куликов, В. С. Бабанин, В. С. Гусельников, Н.А. Шувал-Сергеев.

3. «Справочник технолога-машиностроителя, том 2» А. Г. Косилова, Мещерякова Р. К.

4. Гузеев В. И. Режимы резания для токарных и сверл-фрез-раст станков с ЧПУ.