Граф технологических размерных цепей

Выявление технологических цепей по размерной схеме является затруднительным. Это объясняется тем, что размерные цепи на схеме в явном виде не проявляются. Облегчить решение задачи выявления тех-нологических размерных цепей позволяет применение графов.

Рис. 3.46. Граф: а, в – вершины; Е – ребро

Граф – это фигура, состоящая из точек и линий, соединяющих эти точки (рис. 3.46). Точки называются верши-нами графа, линии – ребрами. Для построе-ния графа (или граф-дерева) технологи-ческих размерных цепей (по рис. 3.44, в) сначала строим граф-дерево технологичес-ких размеров (рис. 3.47, а), для чего все по-верхности на размерной цепи нумеруют строго в порядке их расположения. Построение граф-дерева начинают с вершины, которая используется в качестве базы на первой операции.

Правильность построения граф-дерева проверяют следующим образом: на графе не должно быть разрывов и замкнутых контуров операционных размеров. Если на граф-дереве технологических раз-меров появился замкнутый контур, это значит, что имеется лишний тех-

нологический размер. Если появился разрыв, значит какого-то технологического размера не достает. Если на граф-дереве нанести конструкторские размеры и припуски, то получим граф-дерево технологической размерной цепи

Рис. 3.47. Граф-дерево: а – технологических размеров; б – технологической размерной цепи

(рис 3.47, б).

3.16. Применение cad/cam-систем для проектирования технологических процессов

Эффективность машиностроительного производства в рыночных условиях определяется степенью автоматизации подготовки производства, которая во многом определяет производительность и качество процесса изготовления изделия. В последние годы проектируются конструкции машин и узлов, содержащие детали очень высокой сложности. Такие детали обрабатываются в основном на станках с ЧПУ. Современное оборудование с ЧПУ подразумевает обязательное использование систем автоматизированного проектирования (САПР) для выполнения различного рода подготовительных работ, начиная с построения геометрии деталей и выпуска конструкторской документации и заканчивая расчетом траектории движения режущего инструмента с передачей управляющей программы на станок.

В зависимости от выполняемых задач, САПР подразделяются по степени сложности. Чем сложнее разрабатываемое изделие, тем более сложной и многофункциональной должна быть САПР. Наибольшее распространение получили системы CAD/CAM/САЕ. Функции автоматизированного проектирования распределяются в них следующим образом: модули CAD (Computer Aided Design) – для геометрического моделирования и машинной графики, модули подсистемы САМ (Computer Aided Manufacturing) – для технологической подготовки производства и модули CAE (Computer Aided Engineering) – для инженерных расчетов и анализа с целью проверки проектных решений. Таким образом, современная система CAD/CAM/CAE способна обеспечить автоматизированную поддержку работ инженеров и специалистов на всех стадиях цикла проектирования и изготовления новой продукции. В последние годы часть разработчиков добавляет в своих системах возможности PDM (Product data management – система управления данными об изделии).

В настоящее время в России получили распространение следующие CAD/CAM-системы: КОМПАС (разработчик «АСКОН»), ADEM (Omega ADEM Technologies Ltd.), СПРУТ, T-FLEX (АО «Топ Системы») – системы среднего уровня. Эти системы в России наиболее оптимальны с позиций цена/возможности. Каждая из этих систем имеет свою стратегию развития. «Аскон» развивает свои разработки по направлению CAD/CAM/PDM/ERP-систем. АО «Топ Системы» – CAD/CAM/CAE/PDM. Omega ADEM Technologies Ltd продолжает развитие интегрированной системы CAD/CAM/CAE.

В CAD/CAM-системах в качестве геометрического образа детали используется объемное моделирование. Объемное моделирование развивается в двух направлениях. Первое – поверхностное моделирование, второе – твердотельное. В поверхностном моделировании (яркий представитель – Cimatron) основными инструментами являются поверхности, а базовыми операциями моделирования на их основе – продление, обрезка и соединение. Таким образом, конструктор предлагает описать изделие семейством поверхностей.

При твердотельном способе (например, SolidWorks) основными инструментами являются тела, ограниченные поверхностями, а главными операциями – булевы объединения, дополнения, пересечения. В этом случае конструктор должен представить изделие семейством простых (шар, тор, цилиндр, пирамида и т.п.) и более сложных тел. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки. Поверхностное моделирование популярно в первую очередь в инструментальном производстве, твердотельное – в машиностроении.

Система CAD/CAM/CAE ADEM предназначена для автоматизации проектно-конструкторских и технологических задач в области машиностроения. Система ADEM позволяет работать как с телами, так и с отдельными поверхностями, используя булевы и поверхностные процедуры.

С модели может быть получена не только информация о координатах любой точки на поверхности, но и другие локальные характеристики (нормали, кривизна и т.д.) и интегральные характеристики (объем, площадь поверхности, моменты инерции и т.д.). На ее основе всегда можно получить плоские модели: виды, сечения и разрезы.

В отличие от чертежа модель является однозначным представителем геометрии и количественного состава объекта [7].

Результат черчения ассоциативен с моделью. При изменении модели все виды, разрезы, сечения со штриховками и обозначениями перестраиваются автоматически по команде пользователя.

Получение чертежей не зависит от того, была ли создана модель непосредственно в ADEM или импортирована из других систем: AMD, CadKey, CimatronE, IronCAD, ProE, SolidEdge, SolidWorks.

Это означает, что моделировщик системы ADEM является гибридным.

По своей основной специализации ADEM предназначена для автоматизации проектно-конструкторских и технологических задач в области машиностроения. ADEM – система сквозного проектирования, решающая полный спектр задач от формирования облика изделия до подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, включая полный комплект конструкторской и технологической документации.

Главными функциями системы ADEM являются:

• плоское конструирование, выпуск чертежной

конструкторской документации;

• выпуск технологической документации;

• объемное моделирование;

• плоская и зонная механообработка;

• объемная механообработка;

• хранение и управление конструкторско-технологическими

документами и данными.

На предприятиях с помощью системы ADEM решаются следующие задачи: проектирование новых узлов и изделий с необходимыми расчетами, проектирование технологической оснастки, штампов и прессформ; проверка сборочных узлов на собираемость с учетом допусков и смещений; разработка технологических процессов; проектирование карт технологических процессов на базе конструкторских чертежей; проверка технологических процессов на правильность определения припусков по операциям при механической обработке или их графический расчет; проектирование и расчет поверхностей механической обработки и их последующая обработка; проектирование и расчеты режущего, вспомогательного и измерительного инструмента; определение центра тяжести узлов и деталей для статической балансировки или расчетов; расчеты площадей проходных сечений, площадей деталей сложной конфигурации в сечениях; проектирование информационных каталогов режущего, вспомогательного и измерительного инструмента; автоматизация прикладных расчетов для конструкторов и технологов (за счет подключения расширенного расчетного модуля и др.); построение и расчет эквидистантных контуров (для сложной формообразующей оснастки) с выдачей твердой копии, таблично заданных, новых координат точек; разработка постпроцессоров для любых станков с ЧПУ.

Рис 3.48. Блок-схема системы CAD/CAM/CAE ADEM

Система ADEM представлена тремя основными модулями (рис. 3.48): ADEM CAD, ADEM CAM, ADEM TDM.

Данные модули объединяют в едином конструкторском и технологическом пространстве все известные методы проектирования и моделирования, подготовку управляющих программ для всех типов стоек станков с ЧПУ. Они обеспечивают целостность графической, технологической и расчетной информации, управление базами данных предприятия, генерацию любых отчетных документов.

Проектирование технологического процесса в системе ADEM начинают с создания модели в модуле CAD. Чаще удобнее строить твердотельную модель, но возможно построение 2D-модели или использование отредактированных сканированных чертежей (рис. 3.49). Структура ADEM позволяет из 3-мерной модели получить 2-мерный чертеж (рис. 3.50).

Переход из модуля CAD в модуль CAM производится обычным переключением. Модель при этом сохраняется.

С помощью модуля CAM производится технологическая подготовка производства детали: выбор оборудования, оснастки, режимов резания; генерируется траектория движения инструмента, как при 2.5-координатной обработке (рис. 3.51), так и при 3-…5-координатной (рис. 3.52);

Рис. 3.49. Модели в CAD/CAM-системах: а – твердотельная 3D-модель (отредактирована для увеличения контрастности); б – 2D-модель (чертеж) детали "Крышка"

выполняется подготовка управляющих программ для различных станков с ЧПУ, с использованием модуля генератора постпроцессоров (GPP). В модуле СAM реализованы следующие виды обработки: точение, фрезерование (2-, 2.5-, 3-, 5-координатная обработка, при этом доступны все схемы обработки: эквидистантная, зигзаг/петля, спираль, контурный зигзаг и др.), сверление, резка, гравировка, электроэрозионная (4,5-координатная обработка), листопробивка и др.

Рис. 3.50. Структура ADEM с распределенными функциями

Модуль TDM также является частью интегрированной системы ADEM и предназначен для автоматизации выпуска технологической документации – технологических процессов, карт наладок, ведомостей материалов, ведомостей оснастки и т.д. Модуль TDM в своем составе содержит библиотеку техпроцессов, разработанных различными пользователями. Эти техпроцессы можно использовать как заготовки для формирования новых техпроцессов, что значительно сокращает сроки внедрения.

Рис. 3.51. Траектория движения фрезы при 2,5-координатной обработке

Наличие твердотельной модели позволяет упростить многие инженерные расчеты (модуль CAE) и с наличием их ассоциативности обеспечить цепочку цикла проектирования: 2D-чертеж – твердотельная модель – траектория резания – технологическая оснастка. Это позволяет автоматически модифицировать все части проекта при внесении изменения в создаваемое изделие.

Одним из важных элементов системы CAD/CAM является ее открытость. Это позволяет наращивать систему дополнительными подсистемами, улучшающими характеристики основной системы.

Развитие CAD/CAM систем происходит в следую-щих направлениях:

1. единая структура базы данных, сквозная параметризация и модульная структура построения системы, позволяющие сделать систему полностью ассоциативной и осуществить возможность параллельной работы коллектива разработчиков над одним проектом;

2. проектирование с использованием фичерсов (объектно-ориен-тированных конструкторских операций) резко повышает производительность проектных работ и позволяет ориентировать систему на конструкторов, инженеров и технологов, а не на специалистов в области математики или вычислительной техники;

3. Рис. 3. 52. Траектория движения фрезы при 3-х координатной обработке, спроектированная в CAD/CAM системе ADEM

   независимость от программно-аппаратной платформы позволяет предприятиям самостоятельно закупать оборудование по оптимуму цена/производительность.

В последние годы получают развитие CAE-системы как отдельные си-стемы для автоматизированного расчета, моделирования и проектирования механических конструкций и оборудования в машиностроении. Отечественный представитель таких систем АРМ WinMachine компании НТЦ АПМ. Система позволяет производить расчет напряженно-деформи-рованного состояния изделий методом конечных эле-ментов, анализ динамического состояния механических конструкций и их устойчивость и т.д., – выполнять весь комплекс инженерных расчетов.