Автоматизированное проектирование конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде «СПРУТ» и «Техно-Про»

Введение 

     CAD/CAM -системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM-систем. За последние годы CAD/CAM-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

     Целью данного курсового проекта является автоматизированное проектирование конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде  SprutCAM 2007 и ТехноПро5+.

     Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. создать модель вала, определить необходимые параметры  производства детали;
2. разработать технологию изготовления детали в среде ТехноПро5+, сформировать технологическую документацию;
3. разработать управляющую программу для токарной обработки вала на станке с ЧПУ в среде SprutCAM2007.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     

     

     1 Исходные данные

1. Чертёж детали

 
---

       Для создания чертежа детали использовалась система КОМПАС – 3D V12. Чертёж представлен на рисунке 1.

     Рисунок 1 – Чертёж детали

     Подробный чертёж отображён в Приложении А.

     Характеристики  детали:

     Материал  – Сталь 40Х, ГОСТ 4543-71

     Масса – 2,09 кг. 

     1.2 Программа выпуска

     Программа выпуска изделия 5000 штук в год. 
 
 

     Тип производства деталей – серийный. Характеризуется одновременным  изготовлением на предприятии сравнительно широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой повторяется в  течение продолжительного времени. Наибольшее распространение имеет  в машиностроении и металлообработке.

     Серийное  производство является основным типом  современного производства и предприятиями  этого типа выпускается в настоящее  время 75-80% всей продукции машиностроительной продукции.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2 Метод получения заготовки 

       Поскольку выбор метода получения заготовки определяется следующими факторами:

1. технологическими свойствами материалов, его пластичностью;
2. конструктивными формами и размерами детали;
3. требуемой точностью размеров и качеством ее поверхности (шероховатость, остаточные напряжения и т.д.);
4. величиной программного задания, то есть объемом продукции или типом производства;
5. производственными возможностями оборудования;
6. временем, затрачиваемым на подготовку производства (изготовление моделей, штампов, пресс-форм и т.д.);
7. гибкостью производства, то есть возможностью быстрой переналадки оборудования и оснастки в условиях автоматизированного производства, -

       то  для изготовления требуемой заготовки  был выбран метод литья.

       Литье металлов - это процесс получения  металлических изделий способом заливки (литья) расплавленного горячего металла в специальную форму. Такая форма, из которой родится  будущая «отливка» (так называют полученное при литье металлов металлическое  изделие), получила название «литейной  формы». Рабочая часть литейной формы  представляет собой полость, в которой  металл при литье, охлаждаясь, затвердевает и получает вид конечного изделия. Чаще всего используется метод статической заливки, когда осуществляется заливка металла в неподвижную литейную форму. Чертёж заготовки представлен на рисунке 2.

       

       

     Рисунок 2 – Чертёж заготовки

     Подробный чертёж отображён в Приложении А. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

     

     3 Автоматизированное проектирование  конструкции

     3.1 Характеристика возможностей современных  CAD  систем  

     На  сегодняшний день существуют различные  CAD пакеты. К CAD пакетам, которые используют для построения твердотельной модели, можно отнести: «SolidWorks», «AutoCAD», «UnigraphiCS», «Inventor», КОМПАС – 3D V12.

       Основными особенностями большинства вышеперечисленных CAD пакетов являются:

• твердотельное и поверхностное параметрическое моделирование;
• полная ассоциативность между деталями, сборками и чертежами;
• богатый интерфейс импорта/экспорта геометрии;
• экспресс-анализ прочности деталей и кинематики механизмов;
• специальные средства по работе с большими сборками;
• простота в освоении и высокая функциональность;
• гибкость и масштабируемость;
• 100% соблюдение требований ЕСКД при оформлении чертежей;

–  русскоязычный пользовательский интерфейс и документация. 

     3.2 Система для построения чертежа  и конструкции 

     Из  всех представленных выше программных  пакетов был выбран  КОМПАС – 3D V12  – продукт компании ЗАО АСКОН. Так как он сочетает   очень продуманный CAD-пакет с простым и понятным интерфейсом.

     Система позволяет реализовать классический процесс трехмерного параметрического проектирования — от идеи к ассоциативной  объемной модели, от модели к конструкторской  документации.

     

     Основные  компоненты «КОМПАС-3D» — собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система  автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций.

     Система «КОМПАС-3D» предназначена для  создания трехмерных ассоциативных  моделей отдельных деталей и  сборочных единиц, содержащих как  оригинальные, так и стандартизованные  конструктивные элементы. Параметрическая  технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции  облегчают решение вспомогательных  задач проектирования и обслуживания производства.

     Ключевой  особенностью «КОМПАС-3D» является использование  собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных  специалистами АСКОН.

     Трёхмерная  модель детали представлена на рисунке 3.

     

     Рисунок 3 – 3D модель детали 
 
 

     4 Автоматизированное проектирование  технологии изготовления детали

     4.1 Характеристика возможностей CAPP системы 

       В качестве CAPP системы в рамках курсовой работы была использована система ТехноПро5+.

       Система ТехноПро предназначена для проектирования техпроцесса в электронном виде: операционных, маршрутно-операционных и маршрутных технологических процессов (ТП), включая формирование маршрута, операций и переходов, с выбором  оборудования, приспособлений, подбором инструментов, формированием текстов  переходов, расчетом технологических  размерных цепей, режимов обработки  и норм изготовления.

       ТехноПро  позволяет:

1. назначать операции;
2. подбирать необходимое оборудование, оснастку и т.д.;
3. назначать переходы, для которых назначать инструмент, приспособления, рассчитывать режимы резания;
4. формировать технологическую документацию;
5. использовать базы данных типовых элементов, оборудования, операция и переходов;
6. параметризировать технологический процесс;
7. назначать условия, оптимизирующие разработку техпроцесса.

 

     4.2 Разработка технологического процесса  изготовления детали в системе  ТехноПро 

     Все поверхности, где указана точность,  должны обрабатываться: валы (h) по 14 квалитету, отверстия(H) по 14 квалитету, допуск на все остальные поверхности  ±IT14/2.  

     

     

     Для получения детали «вал»  необходимы следующие операции:

     - токарная

     - сверлильная

     - фрезерная.

     Необходимо  выполнить следующее:

     Токарная  обработка:

• Установить заготовку в трехкулачковом патроне с поджатием задней бабкой;
• Подрезание торца;
• Точить поверхность  до диаметра 30 мм на длине 58 мм;
• Точить поверхность  до диаметра 32 мм на длине 20 мм;
• Точить поверхность  до диаметра 35 мм на длине 29 мм;
• Точить поверхность  до диаметра 42 мм на длине 93 мм;
• Точить поверхность  до диаметра 36 мм на длине 32 мм;
• Сверлить отверстие  диаметром 6 мм на глубину 24 м;
• Нарезать резьбу  М8-7Н на длине 20 мм;
• Расточить фаску   в размер 1,6 x 45 град. на диаметре 30 мм;
• Расточить фаску радиусом 1,6мм на диаметре 32 мм;
• Расточить фаску радиусом 1,6мм на диаметре 35 мм;
• Расточить фаску радиусом 1мм на диаметре 42 мм;

  Переустановить  и закрепить;

• Точить поверхность  до диаметра 35 мм на длине 25 мм;
• Расточить фаску радиусом 1мм на диаметре 42 мм;
• Подрезание торца;
• Расточить фаску в размер 1,6 x 45 град. на диаметре 35 мм.

Фрезерная обработка:

• Закрепить по внутреннему отверстию;
• Фрезеровать паз  шириной 8 мм, высотой 4 мм , на длине 50мм;
• Фрезеровать паз  шириной 10 мм, высотой 5 мм , на длине 32мм.

     

     

     Оборудование: токарно-револьверный станок, концевая фреза.

       Разработка  технологического процесса изготовления вала в системе ТехноПро начинается с выбора пункта Конкретные Тех. Процессы основного меню программы. Далее создаём новую деталь «Вал» и заносим в базу системы соответствующие данные (обозначение детали, наименование, материал, заготовка и др.) в соответствии с рисунком 4.  

       

       Рисунок 4 – Создание детали

       Следующим шагом следует сформировать операции  и назначить для каждой операции оборудование, приспособление и вспомогательный  материал в соответствии с рисунком 5.

       

       Рисунок 5 – Формирование операций

       

       Далее можно приступать к созданию технологических  переходов в каждой операции. Система  даёт возможность выбрать инструмент и необходимые параметры из уже  имеющейся базы. Также для каждого  перехода следует задать режимы резания, такие как глубина резания, количество проходов, подача, частота вращения шпинделя. Показано на рисунке 6.

       

       Рисунок 6 – Режимы резания

       Преимуществом системы естественно является её автоматизация расчётов.  Так для расчётов скорости резания и времени, необходимого для каждой операции, существует база условий и расчётов. После ввода условий, система рассчитает все требуемые значения параметров и будет их использовать для дальнейшей работы с деталью, а так же выдаст их в технической документации. Показано на рисунке 7.

       

       Рисунок 7 – Расчёт скорости резания и  времени

       

       

       Завершающим этапом необходимо прикрепить возможные  эскизы к операциям для наглядного отображения частей детали и сформировать технологическую документацию, как показано на рисунке 8.

       

       Рисунок 8 – Добавления эскизов к операциям

       Графическое представление проектирования технологического процесса в системе ТехноПро полностью  представлено в Приложении Б.

     Сформированная  технологическая документация в  полном объёме содержится в Приложении В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

      5 Разработка  управляющей программы

     5.1 Разработка управляющей программы  для станка с ЧПУ 16К20ФЗС32 

       Управление  ЧПУ предусматривает возможность  ввода в память программ на обработку  деталей с пульта управления или  с носителей, таких как магнитная  лента, картридж.

       Схема написания программ состоит из кадров. В начале программы стоит номер  кадра N (N001, N002 …). Каждый кадр состоит из переменного числа слов, причем любое слово может отсутствовать. Каждое слово состоит из буквы, называемой адресом, и следующей за ней группы цифр. Адрес Е (быстрый ход) не имеет числовых параметров. Нули в старших разрядах группы цифр значения не имеют. Порядок слов в кадре произвольный. В одном кадре недопустимо программирование двух слов с одинаковым адресом.

       В первом кадре как правило задается номер инструмента, величина подачи, число оборотов в минуту шпинделя. Например:

       N 001 F0,12 S 2 200 T01, где:

       F0,12 – величина подачи рабочего органа задается по адресу F в миллиметрах на один оборот (мм/об). В цикле нарезания резьбы адресу F задается шаг резьбы. Подача действует на обе оси одновременно.

       S 2 200 – число оборотов шпинделя задается по адресу S. Например, S 2–250 – минус означает вращение шпинделя по часовой стрелке (если минус отсутствует, то вращение против часовой стрелки);

       250 – число оборотов шпинделя  в минуту;

       2 – диапазон числа оборотов  шпинделя.

       Диапазон  регулирования числа оборотов шпинделя устанавливается механически с  помощью рукоятки на передней (шпиндельной) бабке станка.

       T01 – номер инструмента задается по адресу Т. Количество инструментов – 10.

       

       Во  втором кадре обычно задается точка  подхода режущего инструмента к  обрабатываемой заготовке.

       Обработка цилиндрических поверхностей программируется  изменением координаты Z в абсолютных значениях или в приращениях  на длину  цилиндрической поверхности.

     Существуют  так же вспомогательные функции, которые задаются по адресу М. Так например М02 означает конец программы, М17 – Конец описания детали для циклов L8, L9, L10.

     Текст программы представлен в Приложении Г. 

     5.2 Разработка управляющей программы в системе «Спрут-CAM» 

     SprutCAM — программное обеспечение для разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Это единственная российская CAM-система, и одна из немногих среди зарубежных, поддерживающая разработку УП для многокоординатного, электроэрозионного и токарно-фрезерного оборудования с учетом полной кинематической 3D-модели всех узлов в том числе.

     SprutCAM позволяет создавать 3D-схемы станков и всех его узлов и производить предварительную виртуальную обработку с контролем кинематики и 100 % достоверностью, что позволяет наглядно программировать сложное многкоординатное оборудование. Сейчас для свободного использования доступны более 45 схем различных типов станков. 

     Для создания управляющей программы в SprutCAM нужно импортировать трехмерную модель созданную средствами моделирования КОМПАС – 3 D в соответствии с рисунком 9. 
 

     

     

      

     Рисунок 9 – импорт 3D модели

     Далее назначить операции: токарное сверление, черновая токарная, чистовая токарная и обработка торца в соответствии с рисунком 10.

     

     Рисунок 10 – Назначение операций

     После чего можно сгенерировать текст управляющей программы, нажав на кнопку «Постпроцессор» во вкладке Технология, как показано на рисунке 11.

     

     

      

Рисунок 11 – генерация текста управляющей  программы 

     Полный  текст сгенерированного кода представлен  в Приложении Д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     

     

     Заключение 

       В ходе выполнения курсового проекта  были выполнены чертежи заготовки  и самого вала при помощи системы КОМПАС – 3D V12, а так же при её помощи была построена трёхмерная модель детали для вычисления необходимых характеристик. Исходя из условий задачи, были выбраны способы получения заготовки и тип производства. Автоматически был сформирован технологический процесс изготовления детали в среде ТехноПро5+. Сгенерирована технологическая документация, содержащая все переходы и значения параметров для изготовления детали. Создана управляющая программа для станков с ЧПУ при помощи модуля SprutCAM2007.

       Таким образом, при помощи различных программных  средств и инженерных пакетов, была достигнута главная цель курсового  проекта – автоматизация проектирования конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде ТехноПро5+ и SprutCAM2007. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

       

       Список  используемых источников 

1. Технология  машиностроения: Сборник задач и  упражнений: Учеб. пособие / В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова  и Е.А. Польского. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2006. — 288 с. — (Высшее  образование).
2. Производство заготовок. Листовая штамповка: Серия учебных пособий из шести книг. Книга 2/ А.С. Килов, К.А. Килов – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 182с.
3. Автоматизированное проектирование в системе Спрут: методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" для студентов специальности 220300/ Р.Г. Соколов – Б.: Изд-во АлтГТУ, 2009. – 63 с.
4. Руководство по системе ТехноПро.
5. Руководство по системе SprutCAM.