1. Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине 1.1. Вид деятельности выпускника. Дисциплина охватывает круг вопросов относящиеся к проектноконструкторской и производственно-технологической деятельности выпускника. 1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника. В дисциплине рассматриваются указанные в ФГОС задачи профессиональной деятельности выпускника: • использование современных информационных технологий при проектировании машиностроительных изделий, производств; • выбор средств автоматизации технологических процессов и машиностроительных производств; • участие в разработке н внедрении оптимальных технологий изготовления машиностроительных изделий; • выбор материалов и оборудования и других средств технологического оснащения и автоматизации для реализации производственных и технологических процессов; • использование современных информационных технологий при изготовлении машиностроительной продукции. 1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС. Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося следующие компетенции: − владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-17); − знает основные закономерности, действующие в процессе изготовления машиностроительной продукции, н способен их использовать для производства изделий требуемого качества, заданного количества при наименьших затратах общественного труда (ПК-1); − знает и готов использовать прикладные программные средства при решении практических задач профессиональной деятельности, методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и технологических показателей материалов н готовых машиностроительных изделий, стандартные методы их проектирования, прогрессивные методы эксплуатации изделий (ПК-3); − способен участвовать в разработке проектов изделий машиностроения с учетом технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических и управленческих параметров (ПК-8); − готов использовать современные информационные технологии при проектировании машиностроительных изделий, производств (ПК-11); 2 − способен выбирать средства автоматизации технологических процессов и машиностроительных производств (ПК-12); − готов использовать информационные, технические средства при разработке новых технологий и изделий машиностроения (ПК-19). − способен участвовать в разработке н внедрении оптимальных технологий изготовления машиностроительных изделии (ПК-21); − владеет современными информационными технологиями при изготовлении машиностроительной продукции (ПК-25); − способен выполнять работу по определению соответствия выпускаемой продукции требованиям регламентирующей документации (ПК-32); − способен участвовать в организации выбора технологий, средств технологического оснащения, вычислительной техники для реализации процессов проектирования, изготовления, технологического диагностирования и программных испытании изделий машиностроительных производств (ПК-39); 1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС. Студент после освоения программы настоящей дисциплины должен: знать: − методы проектно-конструкторской работы: подход к формированию множества решений проектной задачи на структурном и конструкторском уровнях; общие требования к автоматизированным системах проектирования: − требования к точности и качеству рабочих элементов: методы, расчет конструктивных и геометрических параметров основных видов инструментов; − методы автоматизированного проектирования инструментов; уметь: − пользоваться инструментальными программными средствами интерактивных графических систем, актуальных для современного производства: − использовать современные методы проектирования изделий, автоматизации с использованием компьютерной техники; − работать на персональных компьютерах с прикладными программными средствами, в том числе с выходом в Internet; владеть: − навыками работы на компьютерной технике с графическими пакетами для получения конструкторских, технологических и других документов; − навыками работы на контрольно-измерительном и испытательном оборудовании; − навыками проектирования типовых технологических процессов изготовления машиностроительной продукции. 3 2. Цели и задачи освоения программы дисциплины. В настоящее время в машиностроении существует программное обеспечение, позволяющее автоматизировать практически всю техническую и инженерную деятельность предприятия на этапах проектирования и производства. Каждый класс этого программного обеспечения позволяет автоматизировать конкретный участок деятельности инженерного труда. Целью изучения дисциплины является приобретение студентами знаний о системе автоматизированного проектирования изделий (инструментов), интеграции процессов проектирования и изготовления изделия. Получение студентами навыков разработки элементов САПР и эксплуатации САПР режущего инструмента. Задачи изучения дисциплины: получение знаний об организации САПР; разработке проектных модулей по выбору и расчету конструктивных элементов режущих инструментов; формировании системы проектно-программных модулей; моделях взаимодействия САПР деталей с САПР инструмента и базами его данных. 3. Место дисциплины в структуре ООП Для изучения дисциплины, необходимы знания и умения из дисциплин: ♦ информатика, компьютерные технологии, прикладное программирование; компьютерная графика; ♦ специальных дисциплин: режущий инструмент, проектирование инструментов, расчет и конструирование станков. Знания и умения, приобретаемые студентами после изучения дисциплины, будут использоваться: ♦ в дисциплинах специализации (в разделах разработки технологических процессов и проектирования режущих инструментов); ♦ в дипломном проектировании. 4. Компетенции обучающегося, формируемые освоения дисциплины (результаты освоения дисциплины) В результате освоения дисциплины обучающийся должен: уметь: ♦ Работать в наиболее распространенных CAD/CAM/CAE пакетах, на примере прикладных программ: Power SHAPE, Power Mill, Power INSPECT; ♦ иметь навыки компьютерного проектирования, создания электронной модели в CAD системах; ♦ генерировать управляющие программы черновой и чистовой механообработки в системе Power Mill; ♦ составить карту наладки станка для изготовления спроектированного изделия; ♦ определять погрешности формы детали при помощи системы Power INSPECT; 4 ♦ разработать алгоритм программного модуля САПР РИ (конкретного инструмента). знать: ♦ содержание программных модулей САПР РИ; ♦ проектирующие подсистемы РИ, интеграцию проектирующих подсистем; ♦ обслуживающие подсистемы САПР РИ; ♦ подсистемы автоматизированного инструментального обеспечения технологического процесса; ♦ развитие проектирующих подсистем САПР РИ; ♦ формирование баз данных по режущему инструменту; ♦ взаимодействие САПР Д и САПР РИ; ♦ подсистемы автоматизированного проектирования конкретных видов инструмента: зенкеров, разверток, протяжек; ♦ автоматизированные системы научных исследований по режущему инструменту АСНИ. иметь представление: ♦ о компьютерном интегрированном производстве (CIM); ♦о системах САПР/АСТПП, интеграции систем автоматизации проектирования и технологической подготовки производства; ♦ Стратегии автоматизированного проектирования инструмента; анализе задач; модульной организации вычислительных программ. ♦ о программном обеспечении САПР, уровнях компьютерного и программного обеспечения; ♦ о базах данных САПР; ♦ о средствах трехмерного моделирования, возможностях трехмерных систем; ♦ о каркасном моделировании, поверхностном моделировании, твердотельном моделировании; ♦ о системах САПР режущего инструмента. 5. Основная структура дисциплины. Таблица 1 – Структура дисциплины Вид учебной работы Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия, в том числе: лекции лабораторные занятия практические-семинарские занятия Самостоятельная работа (в том числе курсовое проектирование) Вид промежуточной аттестации (итогового контроля по дисциплине) Трудоемкость часов Всего Семестр 8 144 144 60 60 24 24 36 36 57 57 27 Экзамен 5 6. Содержание дисциплины: 6.1. Перечень основных разделов и тем дисциплины 1. Что такое САПР? 1.1. Ступени развития САПР 1.2. Расшифровки и толкования аббревиатуры САПР 1.3. Английский эквивалент 1.4. Цели создания и задачи 2. Состав и структура САПР 2.1. По ГОСТ 2.2. Подсистемы САПР 2.3. Компоненты и обеспечение САПР 2.4. Состав САПР по функциональному назначению. 2.5. Программное обеспечение САПР 2.6. Требования, которым должно удовлетворять ПО САПР 2.7. Прикладное ПО 2.8. ПО, созданное пользователем (приложения) 3. Классификация САПР 3.1. Классификация САПР по ГОСТ 3.2. Классификация САПР по приложениям 3.3. Классификация САПР по целевому назначению 3.4. Классификация САПР с использованием английских терминов 4. САПР режущих инструментов 4.1. Организационная структура САПР РИ 4.2. Состояние и развитие проектирующих подсистем САПР РИ 4.3. Формирование баз данных по режущему инструменту 5. Методы профилирования фасонных резцов 5.1. Аналитическое профилирование фасонных резцов 5.2. Графическое профилирование фасонных резцов 5.3. САПР фасонных резцов 6.2. Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем дисциплины Что такое САПР? Свое начало существования термин САПР берет в 70-х годах прошлого столетия. САПР расшифровывается как Система Автоматизированного проектирования. Говоря простыми словами, Система Автоматизированного Проектирования предназначена для выполнения или создания проектных работ с помощью компьютерной техники, которая позволяет создавать технологическую и конструкторскую документацию на отдельные здания, сооружения, изделия. 6 Область применения системы САПР очень велика. Возможности САПР во многом определяются программным обеспечением, которое зачастую делят на уровни, опираясь на сложность системы и область ее возможностей. Системы автоматизированного проектирования нижнего уровня в основном применяются при выпуске конструкторской документации, обычно она не связана друг с другом. А также САПР, которые обеспечивают выпуск комплектов конструкторской документации (КД), включая документы (экспликации, спецификации и т.п.) текстовые, сборочные, подсборочные, увязанные друг с другом. Применяются такие системы в создании проектов с различной степенью сложности в области строительства, архитектуры, геодезии, генплана, машиностроения и других. САПР среднего уровня обеспечивает поверхностное и твердотельное моделирование в трехмерном пространстве, а также выпуск документации на проектируемые модели. Область применения САПР этого уровня машиностроение (трехмерное проектирование), архитектура, геодезия и многое другое. Оно позволяет инженерам-конструкторам, которые работают в различных областях электроники, механики, архитектуры сильно повысить производительность контроля, документирования и проектирования изделий. САПР верхнего уровня позволяет производить комплексное решение задач в моделировании объектов, выпуска конструкторской документации, расчетов, помогает решить специфические прикладные задачи. Примером может послужить расчет и прокладка газового трубопровода. Системы САПР верхнего уровня применяются в различных областях архитектуры, строительства, машиностроения и многих других. С помощью САПР увеличивается эффективность выполняемых проектных работ за счет: * очень удобных и принципиально новых средств рисования схем; * в программном обеспечении заложено автоматическое формирование монтажно-коммутационных схем; * средств, которые управляют проектом, состоят из множества документов; * повышение уровня качества выпускаемой продукции. Результатами САПР служат законченные проекты или части его. Они могут быть использованы как другими САПР, так и сделаны в виде уже законченного проекта, который открывается самостоятельно без необходимости установки дополнительного программного обеспечения. Система автоматизированного проектирования - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР. 7 Ступени развития САПР Примеры использования были далее до того, как сформировался термин САПР. В1955-59 году в МТИ под руководством Росса была разработана система программирования APT (авт. прог. станки). APT дает возможность подготовки программ для станков с чипом, путем описания длины рабочего кода инструмента В дальнейшем в процессе разработки систем подготовки программ для станков с чипом не задавать длину кода, а описывать саму деталь. В противоположность сегодняшнему понятию САПР, тогда понималась растущая возможность использования ЭВМ. CAD придумал Сайзерленд. В настоящее время под САПР процесс проектирования с использованием машинной графики поддерживаемых пакетами ПО для решения на компьютерах аналитических квалификационных экономических и эргономических проблем связанных с проектной деятельностью. Широкое применение САПР началось с использованием микроЭВМ. Лидером в разработке была фирма Computer Visual. Ступени развития САПР: 1. В 70х годах были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации. В соответствии с веяниями времени в этот период основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения. 2. В 80-х годах внедрились микрокомпьютеры, которые стали доступны даже малым фирмам. Когда стол для черчения заменяется на дисплей, то повышается скорость работы, повышается уровень опытного чертежника в 3 раза. На цветном дисплее в 3,5 раза. В это время поставщики АПЧ стали применять не только автоматизированное черчение, но и моделирование 3D. Сначала в 3D были простые поверхности, затем твердотельные изображения. 3. 90-е годы — период зрелости, осознаны многие реальные задачи практики, исправлены многие ошибки при разработке. Решаются вопросы интеграции, позволяющих вести речь об автоматизации всего процесса проектирования, конструирования. Усложнение ряда ключевых функций и операций, связанных с распознаванием и обработкой особенностей форм, привел к существенному улучшению интерфейса. Актуальны методы отката назад (roll back), которые восстанавливают конкретно проект, несмотря на ошибки как собственные, так и ошибки алгоритмов данных. 4. В наше время самыми актуальными стали вопросы, связанные с интеграцией разнообразных возможностей, позволяющей вести речь об автоматизации не отдельных элементов, а всего процесса проектирования, конструирования и производства. Бурный рост функциональности САПР с одновременным усложнением ряда функций, привел к тому, что на первом плане оказались проблемы пользовательского интерфейса. Среди достижений последнего 10-летия следует отметить более отчетливое расслоение классов систем. Стало понятно, что поскольку в промышленности имеются большие предприятия, средние, и вообще мелкие, то 8 и автоматизация для них должна быть разной. Сейчас на рынке CAD/CAM/CAE систем имеется большая гамма систем, различающихся по стоимости, по функциональности и по степени охвата проектно-технологической и производственной сферы предприятия. Расшифровки и толкования аббревиатуры САПР: • Система автоматизированного проектирования. Наиболее популярная расшифровка. В современной технической, учебной литературе и государственных стандартах аббревиатура САПР раскрывается именно так. • Система автоматизации проектных работ. Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре, однако более тяжеловесна и используется реже. • Система автоматического проектирования. Это неверное толкование. Понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы, без участия человека. А в САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово «автоматизированный», по сравнению со словом «автоматический», подчёркивает участие человека в процессе. • Программное средство для автоматизации проектирования. Это излишне узкое толкование. В настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства. Английский эквивалент Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer-aided design), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Понятие CAD не является полным эквивалентом САПР, как организационнотехнической системы. Термин САПР на английский язык может также переводится как CAD system, automated design system, CAE system. В ряде зарубежных источников устанавливается определенная соподчиненность понятий CAD, CAE, САМ. Термин САЕ определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и САМ. Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин САх (англ. computer-aided technologies). Цели создания и задачи В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Основная цель создания САПР - повышение эффективности 9 труда инженеров, включая: • сокращения трудоёмкости проектирования и планирования; • сокращения сроков проектирования; • сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию; • повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования; • сокращения затрат на натурное моделирование и испытания. Достижение этих целей обеспечивается путем: • автоматизации оформления документации; • информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений; • использования технологий параллельного проектирования; • унификации проектных решений и процессов проектирования; • повторного использования проектных решений, данных и наработок; • стратегического проектирования; • замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием; • повышения качества управления проектированием; • применения методов вариантного проектирования и оптимизации. а) в) б) г) Рис. 1. Примеры электронных моделей, выполненных в САПР: а) - 3D модель аэропорта Внуково-1 выполнена в САПР Tekla Structures; б) - визуализация результатов моделирования столкновения выполненная в NTNU с использованием метода конечно-элементного анализа; в) - анимированная модель поршневого двигателя, созданная в Autodesk Inventor; г) - 3D-модель болта и чертёж, сгенерированный на её основе 10 Состав и структура САПР По ГОСТ В соответствии с ГОСТ 34.003-90 «Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения» и Г0СТ 23501.101-87 «Системы автоматизированного проектирования. Основные положения», в структуре САПР выделяют следующие элементы: • КСАП САПР — комплекс средств автоматизации проектирования САПР • подсистемы САПР, как элемент структуры САПР, возникают при эксплуатации пользователями КСАП подсистем САПР. Рис. 2 Структура САПР • КСАП подсистемы САПР — совокупность ПМК. ПТК и отдельных компонентов обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединенная общей для подсистемы функцией. • ПТК—программно-технические комплексы − компоненты обеспечения ПТК САПР − ПМК — программно-методические комплексы − компоненты обеспечения ПМК САПР • компоненты обеспечения САПР, не вошедшие в ПМК и ПТК 11 Совокупность КСАП различных подсистем формируют КСАП всей САПР в целом. Подсистемы САПР По ГОСТ 23501-101-87 составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Каждая подсистема — это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально-законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие. • Обслуживающие подсистемы — объектно-независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР. • Проектирующие подсистемы — объектно-ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на: − Объектные — выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования. − Инвариантные — выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах. Типичными обслуживающими подсистемами являются: • подсистемы управления проектными данными • обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР • подсистемы графического ввода-вывода • Система управления базами данных (СУБД). Компоненты и обеспечение САПР Каждая подсистема, в свою очередь состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы. Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. n.). 12 Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР: • Техническое обеспечение (ТО) — совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства). • Математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части: − математические методы и построенные на них математические модели: − формализованное описание технологии автоматизированного проектирования. • Программное обеспечение (ПО) Подразделяется на общесистемное и прикладное − прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР). − общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО является операционная система. • Информационное обеспечение (ИО) — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР — базы данных. • Лингвистическое обеспечение (ПО) — совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога проектировщик-ЭВМ и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания. − В лингвистическом обеспечении выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS). • Методическое обеспечение (МетО) — описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы 13 анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят также МО и ПО • Организационное обеспечение (ОО) — совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования... В ОО входят штатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п. В САПР как проектируемой системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения. • Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте. • Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования. Состав САПР по функциональному назначению. Программное обеспечение САПР Составными функциональными частями САПР являются: 1. Техническое; 2. Математическое; 3. Программное; 4. Информационное; 5. Лингвистическое; 6. Организационное; 7. Методическое обеспечение; Информационное обеспечение САПР представляется в виде БД, содержащей сведения, необходимые для проведения проектирования. В БД входят справочные данные об унифицированных элементах, ГОСТах, сведения о типовых проектных решениях, сведения о предыдущих этапах проектирования, графические данные. Графические данные могут быть сгруппированы следующим образом: геометрия (точки, типы линий, окружности), тексты, способы штриховки и закраски, данные о слоях, ассоциативные данные, которые регулируют соотношения. Определение геометрической ассоциативности требуется при определении стандартных форм компоновки символов, данных связи, определении способов проектирования компонентов сборки, атрибутных данных, которые связаны с изображением чертежа, но не имеют отображения на дисплее. Лингвистическое обеспечение САПР - есть совокупность языков для записи. 14 Организационное обеспечение совокупность положений, устанавливающих состав и функции, формы. Методическое — совокупность документов, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования, этапы технологического проектирования. Требования, которым должно удовлетворять ПО САПР 1. Адаптивность, приспособленность к функционированию в различных условиях. 2. Гибкость 3. Компактность 4. Мобильность 5. Надежность 6. Реактивность - обеспечение быстрого решения задачи при ориентации на пользователя. 7. Модифицируемость - пополнение программами, расширение возможностей системы. Прикладное ПО Прикладное ПО обычно представляет собой пакет прикладных программ, реализованных на языках высокого уровня фирмой, которая специализируется на изготовлении такого ПО. Кроме развитых пакетов для САПР, существуют тысячи простых пакетов. Типичным приложением таких программ является: простой расчет расположения напряжений, нахождение центроидов, вычисление допустимых нагрузок, несложные операции над поверхностями. ПО, созданное пользователем (приложения) 1. Генерация параметрических форм. 2. Вычисление размеров компонентов по заданным параметрам, с последующей передачей сгенерированной формы с систему САПР. 3. Составление календарных планов и вычисление затрат по атрибутивным данным проекта, полученных из системы САПР. Логичным развитием установленного интерфейса пользовательских программ с САПР является разработка средств, позволяющих пользователю самому искать приемы, работающие в рамках ПО САПР. Например, пакет AutoCAD дает возможность пользователю создавать параметрические макросы и функции с использованием языка AutoLisp. Классификация САПР Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например, по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы − ядра САПР. 15 Классификация САПР по ГОСТ ГОСТ 23501.108-85 «Системы автоматизированного проектирования Классификация и обозначение» устанавливает следующие признаки классификации САПР: • тип/разновидность и сложность объекта проектирования • уровень и комплексность автоматизации проектирования • характер и количество выпускаемых документов • количество уровней в структуре технического обеспечения Рис. 3 Классификация САПР по ГОСТ Классификация САПР по приложениям Наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР: - САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами. - САПР для радиоэлектроники. Их названия − ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы. - САПР в области архитектуры и строительства. Кроме того, известно большое число более специализированных систем автоматизированного проектирования, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких систем являются САПР режущего инструмента (САПР РИ); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т.п. Классификация САПР по целевому назначению По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования. Так, в составе MCAD 16 появляются CAE/CAD/CAM системы: - САПР функционального проектирования, иначе САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы. - конструкторские САПР общего машиностроения — САПР-К, часто называемые просто CAD системами; - технологические САПР общего машиностроения — САПР-Т, иначе называемые автоматизированными системами технологической подготовки производства АСТПП или системами CAМ (Computer Aided Manufacturing). По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например, комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечения. По характеру базовой системы различают следующие разновидности систем автоматизированного проектирования: - САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Поэтому к этой группе систем относится большинство графических ядер САПР в области машиностроения. В настоящее время появились унифицированные графические ядра, применяемые в более чем одной системе автоматизированного проектирования. - САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в техникоэкономических приложениях, например, при проектировании бизнес-планов, но имеют место также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики. - САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматического управления и т.п. Часто такие САПР относятся к системам CAE. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD. - комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды. 17 Классификация САПР с использованием английских терминов В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению. По отраслевому назначению • MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроение, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA); • EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD); • АЕС CAD (англ. architecture, engineenng and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, который включает: Revit Architecture. AutoCAD и AutoCAD Architecture, Piranesi, ArchiCAD). По целевому назначению По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования. • CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения. − CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей. − CAGD (англ. computer-aided geometnc design) — геометрическое моделирование. • САЕ (ангп. computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий. − САА (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств САЕ, используемых для компьютерного анализа. • САМ (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию 18 программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. • САРР (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и САМ. Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач относящихся к различным аспектам проектирования: CAD/CAM; CAD/CAE; CAD/CAE/САМ. Такие системы называют комплексными или интегрированными. С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах САМ и на основе которой в системах САЕ формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса. САПР режущих инструментов Современное направление развития проектирования всех типов режущих инструментов связано с созданием систем автоматизированного проектирования режущих инструментов (САПР РИ), позволяющих с помощью современных вычислительных средств комплексно решать вопросы, возникающие на всех этапах проектирования. Примером САПР РИ являются программы, написанные на языках программирования (FORTRAN, С++, Basic и т.д.), конечным результатом которых являются рассчитанные данные о проектируемом инструменте, а также интегрированные программные модули, в которых объединяются проектные расчеты, создаваемые на специальных языках программирования с CAD системой, в которой происходит автоматический процесс вычерчивания проектируемого инструмента (например AutoLISP + AutoСAD). Однако разработка и модернизация данных модулей весьма трудоемка и требует от разработчиков глубоких познаний не только в предметной области, но и в программировании. В связи с этим подобные программы до сих пор не нашли широкого применения на производстве. В то же время многие современные САПР могут в значительной мере автоматизировать процесс проектирования фасонных инструментов без разработки сложных программ — используя только встроенные функции. К числу подобных систем можно отнести 3D - системы: Unigraphics NX, Cimatron, T-FLEX, PowerSHAPE (используемый в данной дипломной работе) и т.д. Основной особенностью перечисленных CAD – систем является визуальная параметризация, существенно упрощающая наложение различных геометрических ограничений и создание взаимосвязей между разными элементами чертежа. Наличие визуальной параметризации позволяет отказаться от аналитических расчетов и определять размеры деталей и профиля инструмента с помощью сравнительно несложных геометрических построений. 19 Изготовление современных деталей характеризуется наличием большой номенклатуры деталей, которую в некоторых случаях Некоторые САПР позволяют автоматизировать как процесс конструирования, так и изготовления благодаря системам CAD/CAM, которые базируются на основе компьютерной (математической) модели изделия как единственного, точного исходного источника информации об изделии. К числу подобных относится Power Solution, в которую входит интегрированная система PowerSHAPE/PowerMILL, интерактивная система Unigraphics NX и др. Подсистема CAM обеспечивает автоматизированную подготовку управляющих программ для оборудования с ЧПУ на основе математической модели детали, созданной в подсистеме CAD. Применение САМ при изготовлении изделий позволит повысить производительность, в некоторых случаях сократить технологию изготовления путем автоматизированного создания управляющих программ, уменьшить парк задействованных станков, так как один станок с ЧПУ заменяет несколько станков с ручным управлением. САПР РИ можно представить как автоматическое проектирование и конструирование с помощью ЭВМ с использованием сложных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения, для решения на компьютерах задач связанных с проектной деятельностью [6]. Под автоматизацией проектирования понимается такой способ выполнения процесса разработки, когда проектные процедуры и операции осуществляются разработчиком при тесном взаимодействии с ЭВМ. Автоматизация проектирования предполагает систематическое использование средств вычислительной техники при рациональном распределении функций между проектировщиком и ЭВМ и обоснованном выборе методов решения задач. САПР инструмента – человек машинная система, причем обеспечение связей человека с ЭВМ – один из важнейших принципов построения и эксплуатации САПР. В соответствии с этими принципами построение САПР РИ заключается в определении целей и задач автоматизированного проектирования, описании структуры САПР и разработке содержания всех подсистем и элементов, обеспечивающих требуемый режим функционирования САПР. САПР РИ объединяет технические средства, математическое и программное и другие виды обеспечения, параметры и характеристики которых выбирают с максимальным учетом особенностей задач инженерного проектирования и конструирования. В САПР РИ обеспечивается удобство использования программ за счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных проблемно-ориентированных языков (объектноориентированных) и информационно справочной базы. Основная функция САПР РИ – выполнение автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей. При создании САПР и их составных частей следует руководствоваться принципами системного единства, совместимости, 20 типизации, развития. В системах подготовки производства ведущее место занимают вопросы выбора, проектирования, изготовления и эксплуатации режущего инструмента и оснастки для него. Современные системы автоматизированного проектирования режущих инструментов предназначены для оперативного поиска стандартного (или имеющегося) инструмента для заданного технологического процесса, расчета и проектировании специального инструмента, выбора типового технологического процесса изготовления режущего инструмента, расчета норм расхода режущего инструмента, формирования оптимальных инструментальных наладок, выбора и проектирования вспомогательного инструмента (оправок, переходников и др.), компоновки инструментальных магазинов и решения других задач, обеспечивающих функционирование автоматизированных производств в режиме безлюдной технологии. Вопросам автоматизированного проектирования металлорежущего инструмента уделяется достаточно большое внимание. Теоретические работы, посвящённые САПР РИ. условно можно разделить на шесть групп: 1) разработка общеметодологических вопросов автоматизированного проектирования режущих инструментов; 2) описание САПР РИ режущего инструмента одного вида или инструментов однородной группы; 3) описание формирования информационно-поисковых систем и баз данных по режущему инструменту; 4) описание автоматизированных систем обеспечения инструментом с учетом норм расхода режущего инструмента; 5) формирование инструментальных наладок и размещение их в магазинах многоцелевых станков; 6) определение роли САПР РИ в единой системе технологической подготовки производства для заданного технологического процесса обработки деталей определенной группы. Организационная структура САПР РИ На машиностроительных предприятиях САПР РИ является составной частью автоматизированной системы технологической подготовки производства АСТПП. АСТПП РИ объединяет в единый процесс работу взаимосвязанных подсистем САПР РИ, САПР ТП РИ, САПР ВИ, САПР ТП ВИ. Они являются системами второго порядка по отношению к САПР основного производства. Если продукцией основного производства является режущий инструмент, то организационная структура САПР РИ (рис. 4) позволяет представить в полном объеме основные направления по разработке систем автоматизированного проектирования в инструментальном производстве. Эта структура, в первом приближении наиболее полно отражающая компоновку 21 подсистем САПР РИ, при определении набора составляющих может быть использована как в инструментальном производстве, так и при производстве деталей машиностроения. В каждом конкретном случае выбор составляющих подсистем САПР зависит от объекта производства, постановки задачи проектирования и условий функционирования системы. В состав САПР РИ входят подсистемы, подразделяющиеся по своему назначению на проектирующие и обслуживающие. Каждая подсистема может функционировать как самостоятельная система. Проектирующие подсистемы, предназначенные для выполнения проектных процедур, имеют свои особенности и могут работать с различным набором обслуживающих подсистем. САПР РИ Проектирующие подсистемы Обслуживающие подсистемы 1 САПР РИЦ 10 БД РИН 2 САПР РИС 11 БД РИОН 3 САПР ТП РИ 12 БД РИСС 4 САПР ВИ 13 БД РИСК 5 САПР ИН 14 БД ТП РИ 6 САПР ИП 15 БД ИП 7 САПР УЦЗ РИ 16 БД УЦЗ РИ 8 САПР ГПС РИ 17 БД УПС РИ 9 САПР УПС РИ 18 БД УПС РИ 19 СУБД РИ 20 АОИ ТП 21 Графика РИ Рис. 4. Схема организационной структуры САПР РИ 22 Проектирующие подсистемы режущего инструмента цельного (САПР РИЦ) функционируют как подсистемы проектирования цельных резцов, протяжек, сверл, разверток, зенкеров и др. Проектирующие подсистемы режущего инструмента сборного (САПР РИС) функционируют как подсистемы проектирования узлов и деталей сборного режущего инструмента. Если задачей САПР РИЦ является проектирование одной детали (инструмента), то САПР РИС предназначена для проектирования нескольких деталей (от двух и более) с последующей их компоновкой для получения чертежа инструмента. Подсистемы проектирования технологических процессов изготовления режущих инструментов (САПР ТП РИ) предназначены для проектирования технологических процессов механической обработки режущего инструмента как изделия основного производства с соответствующей обработкой технологической документации в виде маршрутных и операционных технологических карт и операционных эскизов. Подсистемы проектирования вспомогательного инструмента (САПР ВИ) необходимо включать в общую структуру САПР РИ, т. к. расчет его размеров непосредственно связан с размерами режущего инструмента. Подсистемы проектирования инструментальных наладок (САПР ИН) предназначены для формирования групп стандартного н специального инструментов, необходимых для реализации технологического процесса на станках с ЧПУ и многоцелевых станках в условиях автоматизированного производства. Подсистемы проектирования инструментальных приспособлений (САПР ИП) для изготовления режущего инструмента отличаются от подсистем проектирования обычных станочных приспособлений, поэтому САПР ИП можно выделить из системы проектирования станочных приспособлений. Подсистемы проектирования участка, цеха, завода (САПР УЦЗ РИ) по производству режущего инструмента предназначены для разработки вариантов размещения оборудования, планировки помещений и т. д. на участках по производству режущего инструмента определенного вида. Подсистемы проектирования ГПС (гибких производственных систем) для изготовления режущего инструмента (САПР ГПС РИ) предназначены для проектирования ГПС по производству режущих инструментов определенных видов в режиме безлюдной технологии. Подсистема автоматизированного проектирования управляющих программ станков (САПР УПС РИ) осуществляет представление расчетных данных в виде программ к станкам с ЧПУ для обеспечения возможности изготовления инструмента без использования его чертежа. Взаимодействие проектирующих подсистем между собой и степень их перекрытия друг другом по составляющим модулям зависят от задачи САПР РИ, вида режущего инструмента, серийности производства и других факторов. Каждая подсистема может функционировать самостоятельно, однако по мере развития и расширения возможностей подсистем, а также их количественного 23 накопления степень интеграции возрастает. Обслуживающие подсистемы САПР РИ необходимы для поддержания функционирования проектирующих систем. Обслуживающие подсистемы можно подразделить на три категории: первая - базы данных (БД); вторая графические программы; третья - автоматизированное инструментальное обеспечение технологических процессов (АИО ТП). База данных может быть определена как совокупность данных, предназначенных для машинной обработки, которая служит для удовлетворения многих пользователей в рамках одной или нескольких организаций. Формирование БД по режущему инструменту (БД РИ) целесообразно реализовать в виде следующих БД: по режущему инструменту нормализованному (БД РИН); по режущему инструменту, выполненному по отраслевым нормативам (БД РИОН); по режущему инструменту, ранее спроектированному специальному (БД РИСС); по типовым технологическим процессам изготовления режущего инструмента (БД ТП РИ); по режущему инструменту, хранимому па складе (БД РИСК); по приспособлениям инструментального производства (БД ИП); по вспомогательному инструменту (БД ВИ); по типовым проектам участков, цехов и заводов по производству режущего инструмента (БД УЦЗ РИ); по системам управления базами данных (СУБД РИ); по управляющим программам станков для изготовления режущих инструментов (БД УПС РИ). На предприятии связующим звеном между проектирующими и обслуживающими подсистемами, а также между подсистемами однородных групп является подсистема автоматизированного инструментального обеспечения технологических процессов (АИО ТП). Подсистема «Графика РИ» обеспечивает выпуск документации в виде рабочих чертежей режущего и вспомогательного инструментов и приспособлений, маршрутных и операционных технологических карт, операционных эскизов, планов участков, цехов и заводов по производству режущего инструмента. Для каждого конкретного случая формирования структуры САПР РИ зависит от типа производственного подразделения (участка, цеха или завода), вида основного изделия, серийности производства, номенклатуры изделий, характеристик средств вычислительной техники и пр. При разработке САПР РИ для отрасли или крупного машиностроительного завода можно объединить подсистемы всех видов в общую систему. На машиностроительных заводах количество составляющих подсистем сокращается, и разрабатываются подсистемы под номерами 1—3, 10—13, 19—21 (см. рис. 4). При проектировании ГПС для производства режущего инструмента определенного вида организационная структура САПР РИ будет иметь следующий вид: 1—5, 8—13, 19—21. На небольших заводах и в конструкторских бюро инструментальных цехов функционируют одна - три подсистемы. В этом случае решается только одна задача — конструирование режущего инструмента (подсистемами 1 и 2) или конструирование и составление 24 технологического процесса изготовления режущего инструмента (подсистемами 1—3). Проектирующие и обслуживающие подсистемы взаимодействуют в процессе работы и по отдельным модулям перекрывают друг друга. Один из вариантов схемы взаимодействия проектируемых и обслуживающих подсистем представлен на рис. 5. Исходные данные Графика РИ САПР РИЦ БД РИН Нет Да Команда на выдачу БД РИОН Да Да БД РИСК Нет Заказ на РИ Нет БД РИСС Да Нет САПР РИЦ САПР ТП РИ САПР УПС РИ Изготовление РИ Рис. 5. Подсистема автоматизированного инструментального обеспечения технологического процесса По исходным параметрам детали подсистемой САПР РИ определяются основные параметры инструмента. Поиск нормализованного режущего инструмента по параметрам инструмента осуществляется подсистемой БД РИН по ГОСТам и подсистемой БД РИОН по отраслевым нормалям. Подсистемой БД РИСС производится поиск ранее спроектированного специального инструмента. При соответствии параметров искомого режущего инструмента параметрам инструмента, имеющегося в документации, одной из указанных подсистем подается команда на поиск инструмента на складе (БД РИСК), а в противном случае необходимо проектирование нового специального инструмента (САПР РИЦ) с последующими командами на проектирование технологического процесса (САПР ТП РИ), составление программ для станков (САПР УПС РШ и изготовление инструмента. Если по данным подсистемы БД РИН или БД РИОН инструмент находится на складе (БД РИСК), то подастся команда на выдачу; если его там нет — на изготовление инструмента или составление заказа на его 25 приобретение. Реализация данной схемы осуществляется в ранге подсистемы АИО ТП. Таким образом, приведенная на рис. 4 схема организационной структуры САПР РИ содержит перечень основных подсистем, варианты наборов которых могут обеспечить решение вопросов технологической подготовки любого автоматизированного производства. Схема, представленная в полном объеме, может быть основой для расширения набора подсистем, а также может быть использована в перспективном плане развития работ по САПР РИ на предприятиях. Состояние и развитие проектирующих подсистем САПР РИ Проектирующие подсистемы САПР РИ являются основой развития автоматизированного проектирования в инструментальном производстве. Для автоматизированных систем технологической подготовки производства наиболее предпочтительным является использование аппаратных средств, позволяющих вести проектирование инструмента в диалоговом режиме. В этом случае можно спроектировать инструмент оптимальной конструкции. Для режущего инструмента любого вида проектирующие подсистемы разрабатываются в следующей последовательности: отработка общих методических принципов проектирования; описание параметров обрабатываемых деталей; составление методики расчета параметров конструктивных элементов режущего инструмента (параметров технологического процесса и др.); отработка блок-схемы порядка расчета; определение составов и функций программных модулей; разработка программ расчета параметров инструмента (технологического процесса и др.). Непременным условием создания высокоэффективной системы проектирования является определение правильной информационной структуры инструмента. Для того чтобы САПР РИ могла функционировать в режиме разработки оптимальной конструкции, должны быть раскрыты следующие связи: - просгранственные, определяющие место и (последовательность расположения отдельных элементов (например, главной и калибрующей режущих кромок, хвостовика и др.); - функциональные, определяющие величины параметров (например, параметры конструктивных элементов, обеспечивающие достаточные прочность и жесткость); - внешние, обусловленные характером и условиями взаимодействия инструмента с обрабатываемой деталью. Внешние связи определяют формирование исходных данных. Режущий инструмент работает в определенных условиях, характеризуемых режимами резания, применяемой СОЖ, используемым оборудованием и др. Число внешних факторов достигает нескольких десятков, и поэтому их следует сгруппировать. Можно выделить три группы таких факторов. Первая характеризует обрабатываемую деталь и определяет связи непосредственно 26 между заготовкой н инструментом. К ней относятся: - химические, физические и механические свойства материала детали; - шероховатость обрабатываемой поверхности; - точность обрабатываемой детали; - геометрическая форма обрабатываемой детали; - метод получения заготовки детали; - основные размеры и касса детали; - дополнительные данные. Вторая группа факторов относится непосредственно к самому инструменту. В нее входят: - особенности конструкции инструмента; - основные размеры инструмента; - материал инструмента; - необходимость перетачивания; - особенности термообработки и методы нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность; - дополнительные данные. К третьей группе внешних факторов относятся условия эксплуатации режущего инструмента: - режимы резания; - характер производства (единичное, серийное и пр.); - вид СОЖ и способ подхода ее в зону резании; - регламентация стойкости инструмента; - форма и необходимость отвода стружки; - вид оборудования, на котором предполагается использование инструмента; - дополнительные данные. Из приведенных выше программных модулей с точки зрения формализации наибольший интерес представляет программа «материал». При выборе материала режущего инструмента невозможно установить определенные математические зависимости. Решение задачи выбора материала было реализовано в форме реляционной БД, формирование которой описано ниже. Выявление внешних и внутренние связей у осевых инструментов позволяет учитывать до 20—30 факторов, влияющих на структуру САПР осевых режущих инструментов, из которых значительная часть влияет на выбор инструментального материала. Но учитывать все факторы нецелесообразно, т. к. усложняется практическое использование САПР РИ из-за увеличения необходимых исходных данных, а также трудно учесть ряд факторов (применение СОЖ, нанесение покрытий и др.) из-за отсутствия экспериментальных данных. Поэтому более рационально выделить определяющие факторы. При выборе материала для осевого инструмента определяющими факторами являются: 1) материал обрабатываемой детали; 27 2) характер предварительной подготовки детали с указанием состояния поверхности заготовки; 3) диаметр обрабатываемого отверстия; 4) режим резания; 5) тип производства деталей; 6) вид и степень автоматизации оборудовании; 7) жесткость системы СПИД; 8) особенности технологического процесса получения заготовки инструмента; 9) наличие данного инструментального материала. Указанные девять факторов являются необходимыми для достаточно обоснованного выбора инструментального материала и частично учитывают другие факторы, не входящие в число этих девяти. Каждый фактор инвариантен. Обычно для выбора предлагается от 10 до 200 марок материалов для обрабатываемых деталей. Если карта выбора составляется для конкретного предприятия (отрасли), то число марок следует ограничить с учетом потребностей данного предприятия. Формирование баз данных по режущему инструменту Проектирующие подсистемы по САПР РИ практически не могут функционировать без БД РИ. Содержание и структура БД зависят от вида проектирующей подсистемы, характера производства и типа изделия. На стадии проектных работ системы автоматизированного проектирования изделий и деталей (САПР Д) и базы данных на изделия и детали (БД Д) должны взаимодействовать с подсистемами САПР РИ и БД РИ. На рис. 6 представлена схема взаимодействия указанных подсистем. Направление связей обозначено цифрами 1. 2, 3..., а возможные варианты связей — 1—2—8.... Рассмотрим основные варианты взаимодействия подсистем САПР Д и САПР РИ для решения задачи обеспечения режущим инструментом технологического процесса изготовления детали. В приведенной схеме предполагается, что управление БД осуществляется с помощью универсальных систем управления базами данных (СУБД) или элементов проектирующих подсистем, т. е. локальных СУБД. Вариант 1: (2—8—9—10—11). САПР Д и САПР ТП Д (система автоматизированного проектирования технологического процесса детали) не обслуживаются БД Д и БД ТП Д (база данных на технологические процессы на деталь). Сначала САПР РИ по параметрам технологического процесса определяет параметры режущего инструмента, затем в системе баз данных (СБД) выбирает тип режущего инструмента, а в БД на конкретные стандарты или нормали (БД РИ1, БД РИ2 и т. д.) - инструмент с конкретными размерами, а в случае использования БД на элементы инструментов (БД ЭРИ) хвостовики, посадочные отверстия и пр. Если для изготовления детали нельзя использовать стандартный инструмент, то САПР РИ проектирует специальный режущий инструмент. 28 Вариант 2: (2—17—10—11). Режущий инструмент выбирается без предварительного расчета по данным технологического процесса на деталь через универсальную СУБД. Вариант 3: (2—8—9—10—нет—12). На запрос в БД РИ1 следует ответ, что стандартный инструмент не подходит для заданного технологического процесса, и, следовательно, нужно проектировать специальный режущий инструмент с последующей разработкой на него технологического процесса (САПР ТП РИ). СУБД 5 1 САПР Д БД Д СУБД 2 7 СУБД 4 6 17 СУБД САПР ТПД 8 САПР РИ 9 3 БД ТПД 12 САПР ТП РИ СБД РИ 13 14 СБД ТП РИ 10 БД РИ1 БД ЭРИ БД РИ2 11 15 БД … БД … БД ЭТП РИ БД ТП РИ2 БД ТП РИ1 16 Рис. 6. Схема взаимодействия САПР Д и САПР РИ Вариант 4: (2—8—9—10—нет—12—14—15—16). Проектируется специальный инструмент с последующей разработкой технологического процесса с использованием БД ТП РИ. Вариант 5: (2—17—10—11—есть—13—15—16). Подбирается стандартный режущий инструмент для САПР ТПД через универсальную СУБД с составлением технологии на РИ с использованием СБД ТП РИ (системы баз данных на технологические процессы на режущий инструмент) и БД ТП РИ (базы данных на типовые технологические процессы по режущему инструменту конкретного типа). Этот вариант взаимодействия возможен и при необходимости изготовления стандартного инструмента. Вариант 6: (2—17—10—11— есть—13—15—16). Решается такая же задача, что и в варианте 5, однако в этом случае используется универсальная 29 СУБД для подбора инструмента. Вариант 7: (2—6—18). Выбирается режущий инструмент для типового технологического процесса на деталь, имеющегося в БД ТП Д, непосредственно из БД РИ (БД РИ1, БД РИ2...). Вариант 8: (1—2—3—4—8—9—10—11). Решается та же задача, что и в варианте 1, но с использованием БД Д и БД ТП Д через локальные СУБД. Вариант 9: (2—5—7—8—9—10—П). Решается та же задача, что и в варианте 8, но с использованием универсальных СУБД. При хорошо развитых информационных БД возможен вариант (5—7—18) без использования проектирующих подсистем САПР ТПД и САПР РИ. Если в данной схеме деталь заменить режущим инструментом, то вся система взаимодействия отразит процесс проектирования данного инструмента н технологический процесс его изготовления с выбором для него инструмента второго порядка. БД РИ можно разбить на несколько групп, каждая из которых обслуживает однородные проектирующие или технологические системы (рис. 7). Подобная классификация позволяет ориентироваться в БД различных типов и при разработке определять их тип. I группа. БД, предназначенные для обслуживания подсистем по проектированию режущего инструмента (БД ПРИ): 1) БД неформализуемых параметров (БД НФП) режущего инструмента, детали или условий эксплуатации, например, материалы деталей и их свойства, материалы инструментов и их свойства, геометрические параметры инструментов, виды покрытий, способы охлаждения инструмента и их характеристики и др.; 2) БД элементов режущих инструментов (БД Э) — хвостовиков, посадочных отверстий, буртиков, (передних и задних направляющих и др.; 3) БД режущих элементов (БД РЭ) — твердосплавных многогранных неперетачиваемых минералокерамических пластин, режущих элементов из эльбора и др.; 4) БД корпусов режущих инструментов (БД К); 5) БД формализуемых параметров (БД ФП) — формы зубьев инструмента, торцовых и осевых сеченнй и др. 6) БД нормативов режимов резания (БД НРР); 7) БД по «графике» режущих инструментов (БД ГР). Наличие БД I группы позволяет унифицировать процесс проектирования режущих инструментов, т. к. одна и та же БД может обслуживать разнотипные САПР РИ при проектированин разнотипных инструментов. II группа. БД по обслуживанию технологических процессов изготовления режущих инструментов (БД ТП РИ): 1) БД маршрутной технологии (БД МТ); 2) БД операций технологических (БД ОТ); 3) БД по нормированию времени технологических процессов (БД НВ); 4) БД управляющих программ для станков с ЧПУ (БД УПР); 30 5) БД по «графике» технологических процессов (БД ГРТП). При достаточной информативности БД II группы можно формировать технологический процесс изготовления режущего инструмента конкретного вида из набора типовых решений. БД РИ 1 I II БД ПРИ БД ТПРИ БД НФП 1 БД МТ III 1 IV БД ИНТС БД РИН 1 БД ОП БД УРИ V 1 БД СУБД СУБД 1 2 БД Э 2 БД ОТ 2 БД РИОН 2 БД ЦРИ 2 3 БД РЭ 3 БД НВ 3 БД РИСС 3 БД ЗРИ 3 4 БД К 4 БД УПР 4 БД ВИ 4 БД ЭГПС 4 5 БД ФП 5 БД ГРТП 5 БД МЦС 5 БД АИО ТП 6 БД НРР 6 БД ГМЦС 6 БД ГРПЛ 7 БД ГР 7 БД ИС 8 БД ГРИН СУБД 2 СУБД 3 СУБД 4 Рис. 6. Схема взаимодействия САПР Д и САПР РИ III группа. БД по обслуживанию инструментальных наладок технологических систем (БД ИНТС): 1) БД нормализованных инструментов (БД РИН); 2) БД режущих инструментов по отраслевым нормалям (БД РИОН); 3) БД ранее спроектированного специального инструмента (БД РИСС); 4) БД вспомогательного инструмента (БД ВИ); 5) БД компоновки магазина многоцелевого станка (БД МЦС); 6) БД компоновки магазинов группы многоцелевых станков (БД ГМЦС); 7) БД инструментальных складов (БД ИС); 8) БД по «графике» инструментальных наладок технологических систем (БД ГРИН). 31 Набор БД III группы позволяет решать задачи компоновки наладок технологических систем и для единичного станка, и для набора инструментов на инструментальном складе (до 5000—10000 режущих инструментов). IV группа. БД по организации и планировке автономных участков по производству режущего инструмента (БД ОП): 1) БД по планировке участков инструментальных цехов (БД УРИ); 2) БД по планировке инструментальных цехов (БД ЦРИ); 3) БД по планировке инструментальных заводов (БД ЗРИ); 4) БД элементов ГПС для производства инструмента (БД ЭГПС); б) БД систем автоматизированного инструментального обеспечения технологических процессов (БД АИО ТП); 6) БД по «графике» планирования инструментального производства (БД ГРПЛ). Набор БД IV группы позволяет решать задачи оптимальных планировок и состава оборудования участков по производству инструмента. V группа. БД по универсальным и локальным СУБД. Методы профилирования фасонных резцов Среди многообразия типов и форм режущих инструментов значительную часть составляют инструменты со сложными рабочими и, в частности, винтовыми поверхностями. Необходимость их применения диктуется не только конструктивными особенностями инструмента, но и обусловлено тем, что, как правило, они обеспечивают более высокие эксплуатационные показатели, позволяющие в ряде случаев повысить производительность обработки, снизить динамические нагрузки на станок и увеличить тем самым точность обработки, улучшить условия резания, повысить качество обрабатываемой поверхности, обеспечить транспортировку стружки из зоны резания и т.д. Одним из представителей такого типа режущих инструментов являются фасонные резцы. Проектирование фасонных резцов является одним из наиболее трудоемких и сложных этапов технологического проектирования. Трудоемкость процесса проектирования вызвана тем, что для каждой новой детали разрабатывается конкретная индивидуальная конструкция резца. Конструктор вынужден повторять трудоемкие проектные процедуры, связанные со значительным объемом расчетов. Наряду с обычными проектными расчетами выполняются и расчеты, связанные с определением профиля фасонной режущей кромки (профилированием). Сложность и трудоемкость таких расчетов тем выше, чем более сложными являются исходные данные для профилирования: профиль обрабатываемой детали и относительные движения заготовки и режущего инструмента. Профилирование фасонного резца – это расчет (определение) высотных размеров профиля проектируемого инструмента. Необходимость профилирования фасонных резцов связана с передним γ и задним α углами. Создание этих углов приводит к тому, что радиальные размеры профиля резца 32 tðåç. r1 R1 отличны от соответствующих размеров профиля изделия. (При обычной установке на станке осевые размеры резца и детали одинаковы). Расчет сводится к определению профиля задней поверхности в расчетном сечении, положение которого зависит от разновидности фасонного резца. Для изготовления круглых резцов на токарных и круглошлифовальных станках необходимо знать размеры профиля резца в осевом (радиальном) сечении. Призматические резцы изготавливаются на строгальных, фрезерных и плоскошлифовальных станках. Здесь требуется знание параметров профиля задней поверхности в нормальном сечении, перпендикулярном опорной поверхности резца. Профиль обрабатываемой фасонным резцом детали задается в её осевом сечении. Сечения – осевое сечение детали и расчетное сечение круглого или призматического резца – находятся в разных плоскостях из-за наличия заднего α и переднего γ углов. Поэтому размеры их профилей различны. Величина искажения профиля резца возрастает с увеличением угла коррекции ψ = α + γ . Высота профиля круглого резца в диаметральном сечении получается меньше соответствующей высоты профиля детали, т. е. R1 − R2 < r2 − r1 , где R1 и R2 - радиусы профиля резца (рис. 7); r1 и r2 - радиусы профиля детали. Соответственно для призматического резца имеем h < r2 − r1 , где h - высота профиля призматического резца в сечении, перпендикулярном к базе крепления (рис. 7). R2 täåò . r1 α γ γ α r2 r2 täåò . α . hðåç Рис. 7 Схема сравнения высоты профиля деталей с резцами Коррекции подлежат радиальные (высотные) размеры всех фасонных резцов. Как было сказано выше, осевые размеры остаются неизменными. Корректированию осевые размеры должны подвергаться только для резцов с наклонным расположением оси отверстия или базы крепления, а также для резцов с профилем, расположенным по винтовой линии. В связи с изменением угла ψ = α + γ для разных точек профиля резца в процессе работы профиль задней поверхности фасонного резца в расчетном сечении определяют двумя способами: на основе коррекционного расчета координатным методом, используя тригонометрические зависимости и 33 графическим способом характеризующие взаимосвязь положения исходных и расчетных (определяемых) точек профиля. К профилю фасонных резцов предъявляются большие требования в отношении к точности размеров. Коррекционные расчеты необходимо производить с точностью до 0,001 мм для линейных размеров и до 1’ – для угловых. Окончательные результаты округляются до 0,01 мм. Аналитическое профилирование фасонных резцов Существует несколько способов аналитического расчета профиля фасонных резцов. Рассмотрим общий способ решения задачи профилирования резцов, основанный на решении трехчленных уравнений, который является точным, простым и наглядным. Расчет начинают с вычерчивания расчетной схемы детали и определения узловых точек фасонного профиля детали. Нумерация узловых точек производят произвольно, но рекомендуется следующая нумерация точек: 1. Исходный радиус детали (rmin – для наружной обработки, rmax – для внутренней обработки) и соответствующую ему узловую точку для резцов с λ=0 обозначают индексом «0». В том случае, если минимальный радиус имеют несколько узловых точек, то в качестве нулевой следует применять точку, в которой наиболее резко происходит переход от одной поверхности к другой. Если деталь заканчивается фаской, то меньший радиус фаски при наружной обработке или больший радиус фаски при внутренней обработке не может служить исходным и его не нумеруют. 2. При проектировании резца с заточкой под углами γ0 и λ, за исходный принимают меньший радиус конического участка детали. Соответствующую ему точку обозначают индексом «1». Точку, соответствующую большему радиусу конического участка, нумеруют индексом «2». Точкам профиля, примыкающего к коническому участку со стороны его меньшего радиуса, присваивают нечетные номера, а точкам, расположенным с противоположной стороны, - четные. При наличии на профиле детали криволинейного участка на нем дополнительно наносят несколько узловых точек. Если предполагается выполнения на резце криволинейного участка в виде дуги окружности, на детали достаточно нанести одну дополнительную точку посередине криволинейного участка. В том случае, когда предполагается кривую на профиле резца проводить по точкам, их число должно быть таким, чтобы расстояние между ними было не более двух миллиметров. Чаще всего на производстве с учетом облегчения изготовления криволинейного участка фасонного резца выполнять его по дуге окружности. Графическое профилирование фасонных резцов Графический метод профилирования фасонных резцов по сравнению с аналитическим методом более наглядный, он позволяет понять суть рассматриваемых вопросов, зачастую является базой для аналитических 34 решений. Графическое профилирование основывается на методах начертательной геометрии. При использовании большого масштаба построений они давали приемлемую точность, достаточную при обработке неответственных деталей. Однако, от исполнителя требовалась достаточно высокая квалификация, т.к. проектирование было связано с ручным вычерчиванием весьма трудоемких и сложных построений. Поэтому зачастую их недостатком являлась малая точность, неудовлетворяющая производство. Рассмотрим на примерах профилирование фасонных резцов графическим методом. В настоящее время, для достижения высоких результатов, предприятия вынуждены снижать себестоимость изготовления продукции при повышении ее качества, предлагать новые виды продукции, что заставляет переходить на использование новых технологий. К числу наиболее эффективных технологий, снижающих время изготовления продукции, относятся системы автоматизированного проектирования. Сегодня мировой рынок этих систем стремительно развивается, позволяет подобрать системы различной направленности, с различным набором функциональных возможностей. САПР фасонных резцов В общем случае САПР фасонных резцов рассматривается как совокупность взаимосвязанных подсистем различного функционального назначения, обеспечивающих автоматическое проектирование в соответствии с установленными техническими требованиями и критериями качества. По своему функциональному назначению САПР инструмента представляют собой информационно-вычислительные системы, позволяющие выполнять конструктивный и параметрический анализ и синтез конкретных конструкций инструментов. По своему содержанию САПР инструмента содержит комплекс вычислительно-поисковых программ, включающих отдельные информационные массивы, банки данных и управляющие программы, с помощью которых обеспечивается связь пользователей с ЭВМ посредством периферийных устройств. Алгоритм полного расчета фасонных резцов, состоящий из восьми модулей, приведен на рис. 8. Каждый модуль состоит из блоков, которые решают поставленную задачу с учетом оптимизации конструктивных параметров по минимальной погрешности обработки, максимальной стойкости и др. Для этого в блоках имеются циклы возврата и задаются специальные условия, а проектирование ведется в диалоговом режиме, что повышает качество и ускоряет процесс проектирования. Применение модульного принципа позволяет также упростить составления программ и в зависимости от поставленной задачи использовать любой из требуемых модулей. Исходными данными при проектировании являются: обрабатываемый материал и его свойства σ в , осевые, угловые и диаметральные размеры детали 35 и допуски на них; передние и задние углы в базовой точке, расположенной на оси детали; наружный радиус для круглых резцов и др. Пуск Вопрос 1 16 Какой резец (ПН-1, КН-2,КВ-3)? Да 03=1 Нет Модуль 4 01 Расчет высотных размеров профиля и геометрических параметров резцов Да 01=1 Нет Вопрос 4 04 01=1 Модуль 1 Модуль 2.2 Модуль 2.2 Да Печать результатов Вопрос 2 02 Расчет погрешности на торовых участках детали Модуль 3 Есть торовые участки (1-да, 2-нет)? Вопрос 5 05 Да 01=1 Вопрос 3 03 04=1 05=1 Вопрос 6 Есть кониченские участки (1-да, 2-нет)? 06 Да 06=1 16 Расчет погрешности на конических участках детали Будете расситывать мощность (1-да, 2-нет)? Нет Модуль 5 Расчет составляющих силы и мощности резания Будете расситывать стойкость (1-да, 2-нет)? Нет Модуль 6 Расчет состойкости для узловых точек резца Будете расситывать калибр (1-да, 2-нет)? Нет Модуль 7 Расчет допусков на осевые и высотные размеры калибра Печать результатов Останов Рис. 8. Укрупненная блок-схема алгоритма расчета параметров фасонных резцов (ПН – призматический резец; КН – круглый резец для наружной обработки; КВ – круглый резец для внутренней обработки) Определяются параметры: размеры и допуски на профиль резца, передние и задние углы в характерных точках лезвия резца; максимальная погрешность ∆ м при обработке деталей, имеющих торовые и конические участки; допуски, осевые и высотные размеры калибра для контроля профиля резца, тангенциальная Pz и радиальная Py составляющие силы резания, диаметр оправки или хвостовика для круглых резцов, мощность резания, период стойкости (Т) в характерных точках лезвия резца. Трудоемкость расчетов зависит от поставленной задачи, количества характерных точек профиля, выбранных параметров и типа резца. Расчет параметров призматических резцов для наружной обработки производится с помощью модуля 1; круглых резцов для наружной обработки – с помощью модуля 2.1, а для внутренней обработки – с помощью модуля 2.2. Модули 1; 2.1 и 2.2 являются основными и проводят расчет высотных размеров профиля и геометрических параметров резцов от принятой базовой точки до всех характерных точек лезвия резца. При разработке алгоритма применяется тригонометрический метод расчета, в котором используется наименьшее количество формул. При этом ряд формул является общим для всех типов фасонных резцов. Размеры профиля резца и допуски рассчитываются с точностью до 0,001 мм, а угловые размеры – до 1’. Для расчета погрешности на торовых участках детали предназначен 36 модуль 3, а погрешности на конических участках – модуль 4. Исходными данными являются: осевые и диаметральные размеры характерных точек этих участков, а также параметры и тип применяемого резца. Максимальная погрешность и её положение по длине участков детали определяются методом итерации, для чего задаются осевыми размерами с выбранным шагом 0,1 … 0,3 мм. В результате расчета находится положение точки на профиле детали с максимальной погрешностью, которая должна составлять часть допуска на изготовление детали. Если это условие не выдерживается, то изменяются параметры или тип резца и проводится новый расчет. Такой расчет необходим при окончательной обработке фасонными резцами деталей, имеющих точность диаметров по JT8 … JT9, так как погрешность обработки может превысить эти размеры. Значение ∆ м рекомендуется также учитывать и при расчете размера припуска на последующую технологическую операцию детали. Модуль 5 предназначен для расчета составляющих силы и мощности резания. Исходными данными являются: обрабатываемый материал и его физико-механические свойства, число, ширина, угол в плане и угол резания участков режущего лезвия, материал фасонного резца и принятые режимы обработки. По значениям Pz и Py рассчитывается диаметр оправки или хвостовой части у круглых резцов, а по значению Pz определяется мощность, расходуемая на резание, и сравнивается с помощью станка. В модуле 6 проводится расчет периода стойкости Т в характерных точках профиля лезвия резца, которой зависит от материала резца, принятых режимов резания (скорости и подачи), конфигурации профиля (углов в плане и углов сопряжения лезвия) и нормального заднего угла в точках лезвия. Точки лезвия, имеющие минимальный период стойкости, и будут определять эксплуатационный период стойкости всего резца в целом, после чего резец должен сниматься со станка и перетачиваться. На этой стадии проектирования конструктору очень важно сделать оценку периода стойкости характерных точек резца и по принятым и геометрическим параметрам резца определить его ожидаемую эксплуатационную стойкость. Если резец работает на автоматах или полуавтоматах, то рекомендуется его период стойкости согласовать с работой режущих инструментов на других позициях. В модулях 5 и 6 при определении величин Pz , Py и Т применятся эмпирические формулы. Для контроля профиля резца применяются калибры, допуски, осевые и высотные размеры которых рассчитываются в модуле 7. При этом учитываются рассчитанные допуски на размеры профиля резца и вид (входящий или охватывающий) участков профиля калибра. Практика показывает, что калибры с такими размерами имеют максимальный срок службы. Разработанная система автоматизированного проектирования с использованием всех модулей позволяет решить комплексную задачу, связанную с проектированием и эксплуатацией фасонных резцов, повысить качество проектирования и эффективность применения резцов в производстве. При этом проектирование ведется с учетом заданной оптимизации и ускоряется 37 в зависимости от поставленной задачи от 4 до 10 раз и более. 6.3. Краткое описание лабораторных работ: 6.3.1. Перечень рекомендуемых лабораторных работ: Знакомство с программой POWERMILL (механообработка инструмента). Программа POWERMILL. Основы черновой механообработки. Программа POWERMILL. Основы чистовой механообработки. Часть 1. Основы чистовой механообработки. Часть 2. Проверка и редактирование управляющих программ. Модуль визуализации обработки VIEWMILL. Работа с границами, шаблонами, 2D-элементами. Использование САПР при проектировании и изготовлении призматических фасонных резцов. 9. Изготовление детали на фрезерном станке. 10.Контроль точности изготовления детали с использованием программного обеспечения Power-INSPECT. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 6.3.2. Методические указания по выполнению лабораторных работ (отдельно по каждой лабораторной работе) Лабораторная работа №1 Ознакомиться с интерфейсом программы PowerMILL Цель работы: Ознакомиться с интерфейсом и программой PowerMILL. Задание: Ознакомиться с интерфейсом программы PowerMILL. Выполнить действия по динамическому отображению различных проекций модели, выделению поверхностей. Обзор PowerMILL PowerMILL предназначен для получения управляющих программ (УП) механообработки для станков с ЧПУ по представленной CAD модели. Систему можно использовать для фрезерной и ротационной обработки, однако, основное внимание уделено именно фрезерованию. Данный вид механообработки пригоден для получения поверхностей практически любой степени сложности. PowerMILL предоставляет возможность получить траекторию чистовой или черновой обработки в зависимости от имеющегося припуска и необходимых параметров качества поверхности после фрезерования. Направление осей координат совпадает с осями вертикального фрезерного станка: плоскость XY – плоскость основания, ось X – вправо от оператора, Y – от оператора и Z – ось шпинделя станка. При запуске PowerMILL появляется окно, разделенное на несколько основных областей: - Меню, - Главная панель инструментов, - Панель инструментов View/Вид, - Графическое окно – рабочая область, 38 - Командное окно – для ввода команд с клавиатуры. При необходимости его размеры можно менять, либо закрыть, - Панель состояния, - Проводник PowerMILL – используется для отображения созданных УП и существующих макросов. Вызываемый в меню объект разворачивается вниз и содержит различные подменю и команды. Если объект затенен, использовать его в текущем активном виде нельзя. Многие команды PowerMILL могут быть выбраны и запущены нажатием одной кнопки главной панели. Например, слева направо расположены следующие группы кнопок: начальной установки, черновой и чистовой обработки, редактирования и визуализации обработки. Лабораторная работа №2 Основы черновой механообработки Цель работы: Рассмотреть вопросы, связанные с черновой механообработкой в системе PowerMILL. Задание: Выполнить черновую обработку для модели мыши (mouse.tri) по растровой стратегии, число слоев выборки назначить равным 5. Определение заготовки При нажатии соответствующей пиктограммы появится диалоговая панель, позволяющая задать форму, размер и ориентацию исходной заготовки. Существует несколько способов задания заготовки. Прямоугольный блок – по max и min координатам для каждой из осей XYZ. Значения XYZ могут быть вычислены автоматически нажатием кнопки Вычислить – в зависимости от элемента, указанного в меню Тип. Кнопка с замком позволяет фиксировать отдельный размер. Контур – позволяет задать заготовку произвольного профиля с постоянной высотой. Профиль задается плоским контуром, переданным из CAD – системы. Он должен быть замкнутым и не должен иметь пересечений. Модель – позволяет задать объемную заготовку произвольной формы (в виде отливки или предварительно обработанной болванки). Граница – для данного типа необходимо определить границу, а затем ввести ограничения по оси Z Определение геометрии инструмента В данной программе используются несколько типов фрез: концевая, сферическая, со скругленными кромками, конусная и др. и сверла. Определение режимов резания Задание значений вертикальной и горизонтальной подачи, скорости холостых перемещений, оборотов шпинделя доступно после нажатия соответствующей пиктограммы. Безопасные высоты Безопасная Z - используется для быстрых перемещений инструмента вблизи заготовки или установочных зажимных приспособлений. Ниже 39 Безопасной Z все горизонтальные перемещения в плоскости XY осуществляются с рабочей горизонтальной подачей. Вертикальные перемещения остаются ускоренными. Z врезания - начальная высота Z для вертикального подвода инструмента на рабочей подаче. Она устанавливается так, чтобы все обрабатываемые поверхности находились ниже ее. Ниже Z врезания все движения инструмента делаются на рабочей подаче. Выбор значения Z врезания должен быть оптимальным, так чтобы не тратилось много времени на подвод инструмента, и в то же время инструмент не врезался в деталь на ускоренной подаче. Данные величины можно задавать как в абсолютных, так и в относительных координатах. Для второго случая высоты пересчитываются системой относительно обрабатываемого слоя. Определение точки старта и возврата инструмента В диалоговом окне задаются начальная и конечная точки инструмента. Имеется возможность автоматически установить инструмент на высоте безопасности и при изменении блока автоматически пересчитать ее. Определение подводов и переходов Соответствующее диалоговое окно позволяет задать подводы, отводы и переходы между участками УП. Определение стратегии обработки и ввод необходимых параметров На данном этапе выполнены все подготовительные операции, и теперь мы перейдем непосредственно к получению траектории движения инструмента. Для выполнения данной операции необходимо выбрать соответствую стратегию обработки: растровую, по профилю или смещением. Определение высот резания Перед началом выполнения расчета УП необходимо определить высоты резания. Существуют различные методы задания высот обработки, которые можно комбинировать в любом порядке: Количеством – разбивает заготовку на заданное количество равных слоев. При этом нижний слой лежит на дне заготовки. Шагом – создает слои шаг за шагом, начиная сверху заготовки. Шаг определяется заданным значением и состоянием флага Сделать постоянным (если флаг включен – заготовка разбивается на равные слои, с шагом максимально приближенным к заданному значению). Значением – создает слой с заданной высотой Z. Промежуточными – добавляет заданное количество слоев между существующими. Лабораторная работа №3 Основы чистовой механообработки. Часть 1 Цель работы: Рассмотреть вопросы, связанные с чистовой механообработкой в системе PowerMILL. Задание: Выполнить чистовую обработку для модели mouse.tri шаровой 40 фрезой диаметром 10 мм по следующим стратегиям: − растровой - с шагом 15 мм с включенным флагом перпендикулярных ходов; − радиальной - начальный радиус 100, конечный 5 мм; угол обработки от 0 до 270 градусов; шаг обработки 5 градусов с отключенным флагом соединения проходов; − спиральной - шаг между проходами назначьте 10 мм, начальная точка в центре блока, стартовый радиус 0, конечный 100 мм, обход против часовой стрелки; − обработка с постоянной высотой Z (строчками) с шагом по высоте 10 мм; − 3-D offset (3-х мерное смещение) с минимальным шагом 5 мм; − карандашная обработка на высоте Z = 6 с углом обработки 30 градусов; − поперечная обработка с перекрытием (для данного примера используем модель chamber.tri); предыдущий инструмент – шаровая фреза диаметром 10 мм; новый инструмент – концевая фреза диаметром 5 мм; обработка поперечная; высота гребешка 0.2; угол обработки 30 градусов; перекрытие - 5 мм. Также как и при черновой обработке в данной работе необходимо ввести начальные параметры, т.е. определить блок, инструмент, режимы резания, начальное положение инструмента и т.п. Лишь только после выполнения данных процедур появляется возможность приступить непосредственно к финишной обработке. Определение типа обработки и соответствующих параметров Программа PowerMILL предоставляет возможность чистовой механообработки следующими способами: • обработка по шаблону (растровый, спиральный, радиальный, картинка); • фрезерование с постоянной высотой Z (строчками); • обработка 3-D смещением; • доработка углов фрезой меньшего диаметра; • четырехосевая (ротационная) обработка; • проекционная обработка и другие. Растровая стратегия обработки (змейкой) Данная стратегия позволяет создать траекторию обработки путем проецирования плоского растрового шаблона на модель. При этом появится меню определения параметров обработки, где флаги и параметры определяют: Шаг – задает расстояние между проходами; Угол – задает угол наклона траектории к оси Х; Стартовый угол – задает угол начала обработки; Перпендикулярные ходы - флаг перпендикулярных ходов (если он включен, резание производится по взаимно перпендикулярным направлениям); Тип проходов – определяет будут ли соединены растровые проходы. Радиус дуги – определяет соединение дугой заданного радиуса. Обработка по радиальному шаблону Такая обработка подходит для обработки пологих круглых участков модели. Флаги и параметры определяют: Шаг – задает угловой шаг между 41 соседними проходами; Соединять – радиальные растровые проходы могут быть соединены или нет, в зависимости от состояния этого флага. Задаются также начальный радиус, конечный радиус, угол обработки. Спиральная стратегия обработки Эта стратегия наиболее приспособлена для обработки круглых моделей. Обработка производится путем проецирования спирального шаблона на модель. Флаги и параметры определяют: Шаг – задает радиальное расстояние между соседними проходами; Направление – задает направление движения инструмента по часовой или против часовой стрелки. Задаются также начальная точка, стартовый радиус, конечный радиус, направление обхода (против или по часовой стрелке). Обработка по произвольному Шаблону Такая стратегия позволяет использовать в качестве шаблона любой контур, который затем будет проецироваться на модель. Контур может состоять из открытых и замкнутых сегментов. Флаги и параметры определяют: Файл шаблона – задает имя файла, содержащего контур. Обработка с постоянной высотой Z (строчками) Для расчета данной обработки необходимо нажать пиктограмму, вызывающую диалоговую панель, позволяющую создать траекторию обработки путем послойного обхода модели с заданным шагом по Z. Данная стратегия обработки применяется для деталей, которые имеют высокие вертикальные стенки. Флаги и параметры определяют: Вычислить по гребешку – для каждого прохода вычисляется индивидуальный шаг, зависящий от: высоты гребешка – задает максимальную высоту гребешка, оставляемого между двумя соседними проходами фрезы, которая используется для вычисления шага обработки, - максимального шага – задает максимально допустимый шаг обработки, что позволяет предотвратить чрезмерное увеличение шага на вертикальных стенках; коррекция внутренних углов – позволяет произвести коррекцию траектории инструмента в зависимости от установленного типа (нет, точная, по дуге). 3-D offset (3-х мерное смещение) При помощи этой стратегии создается траектория обработки путем эквидистантного смещения Границы или Шаблона. Причем шаг эквидистанты считается по обрабатываемой поверхности. Таким образом, данная стратегия одинаково хорошо работает и на отвесных, и на пологих участках. Также она хорошо подходит для доработки оставшегося материала. Доработка углов Данная стратегия создает траекторию доработки углов. Эта опция позволяет создать траекторию для обработки материала, оставленного предыдущей фрезой. Программа автоматически находит углы на модели и создает траекторию их доработки внутри существующей границы. Существует несколько типов доработки углов: Карандашная – просто одиночный проход фрезой вдоль угла, Многопроходная – многократный проход фрезой вдоль угла, 42 Поперек – осуществляет подборку материала поперечными проходами вдоль угла (с учетом геометрии предыдущей фрезы), Вдоль – осуществляет подборку материала продольными проходами вдоль угла (с учетом геометрии предыдущей фрезы), Автоматически – система вычисляет область, направление и порядок обработки в автоматическом режиме. Необходимо также задать: Предыдущую УП – загружает параметры предыдущей УП, с содержащейся в ней информацией о предыдущей фрезе; Пороговый угол – данное значение угла определяет поверхности, которые удовлетворяют этому условию и затем происходит их механообработка; Перекрытие – параметр, определяющий регион обработки (отступ от угла). Лабораторная работа №4 Основы чистовой механообработки. Часть 2 Цель работы: Продолжить рассмотрение вопросов, связанных с чистовой механообработкой в системе PowerMILL (ротационная и проекционная обработка). Задание: Выполнить ротационную обработку модели bottle.tri; с шагом 10 мм; тип обработки – окружность; остальные параметры - по умолчанию; − выполнить чистовую проекционную обработку для модели chamber.tri от плоскости с параметрами: координата точки (0 –50 10), угол вращения 0, угол наклона 35 градусов, направление - наружу, стиль обработки горизонтально, высота плоскости от 0 до 50, ширина от –50 до 50 мм, шаг 5 мм; − от точки с параметрами: направление проецирования – к точке, тип обработки – радиальный, угол элевации от 0 до 90 градусов, угол охвата от 0 до 270 градусов, шаг обработки 15 градусов. Ротационная обработка Данная стратегия позволяет создать траекторию 4-х осевой обработки. Эта стратегия обработки предназначена для станков, оборудованных управляемой делительной головкой. В процессе обработки деталь вращается вокруг оси, а линейные перемещения осуществляются вдоль оси X и Z. Данный вид обработки применяется для деталей, имеющих форму тел вращения. Для данной обработки задаются параметры: абсолютные пределы обработки модели вдоль оси X (ввод вручную либо по габаритам заготовки); Стратегия – определяет тип обработки: окружность, линия и спираль; Направление - направление резания: встречное, попутное и любое; Шаг - шаг обработки; Y Смещение – задает смещение инструмента по оси Y относительно центра. Это делается для того, чтобы избежать работы центром фрезы, режимы резания в котором не оптимальны. Для типов обработки окружность и линия доступны опции, задающие угловые пределы обработки. Поле Начало задает угол начала сектора обработки, а поле Конец – угол конца сектора обработки. Проекционная обработка Используется для обработки поверхностей, близких к вертикальным. 43 Трехмерный образец проецируется на поверхность модели. Существует три типа проекционной обработки: проекция от точки (создается шаблон на поверхности сферы), проекция от прямой (создается шаблон на поверхности цилиндра), проекция от плоскости (шаблон создается на плоскости). Флаги и параметры, общие для всех стратегий: Направление – задает направление проецирования: Внутрь – осуществляет проецирование к точке / линии / плоскости (этот метод подходит для обработки внешних участков модели); Наружу – осуществляет проецирование от точки/линии/плоскости (этот метод подходит для обработки внутренних скруглений, отверстий и карманов); Шаблон – каждая из стратегий имеет ряд шаблонов, которым будет следовать инструмент (эта часть диалоговой панели также задает обрабатываемую область и шаг обработки); Соединить – этот флаг контролирует, будут ли соединены соседние проходы обработки; Однонаправленно – этот флаг задает осуществление обработки: в одном направлении или в обоих. Проекционная обработка от плоскости Этот метод позволяет спроецировать на деталь шаблон, расположенный на плоскости. Положение плоскости определяется начальной точкой, углом поворота вокруг оси Z и углом наклона к вертикали. Размер шаблона задает высота и ширина этой плоскости. Такая стратегия подходит для обработки вертикальных и наклонных стенок, требующих сохранения постоянного шага обработки. Проекционная обработка от точки Этот метод обработки позволяет спроецировать на деталь шаблон, расположенный на поверхности сферы. Положение центра сферы, являющегося фокусом проецирования, задается координатами X, Y, Z. Размер сектора шаблона определяется углами азимута и элевации. Проекционная обработка от линии Этот метод позволяет спроецировать на модель шаблон, расположенный на поверхности цилиндра. Положение оси цилиндра, являющейся фокусом проецирования, задается положением точки основания цилиндра, а так же углами наклона оси цилиндра (азимутом и элевацией). Т.о., имеется возможность проецировать шаблон к/от не вертикальной линии (чаще горизонтальной), что удобно для обработки полуцилиндричных деталей. Проецирование внутрь – для выпуклых деталей, проецирование наружу – для матриц. Установив угол элевации в 90 град., ось проецирования становится горизонтальной, что очень удобно при обработке прессформ для изготовления деталей типа бутылок. Лабораторная работа №5 Проверка и редактирование управляющих программ Цель работы: Рассмотреть вопросы, связанные с проверкой управляющих программ на столкновение и их редактирование различными методами. Задание: Выполнить контроль ударных столкновений растровой 44 траекторией обработки модели chamber.tri; - сгенерировать для модели chamber.tri растровую стратегию обработки с шагом 5мм с углом обработки 0 градусов и 90 градусов. Соединить полученные УП в одну; - выполнить все возможные варианты редактирования управляющих программ для модели chamber.tri (редактирование подводов и переходов, преобразование УП, ограничение УП, разбиение траектории). Проверка столкновений Для предотвращения столкновений шпинделя станка или оправки инструмента с деталью необходимо провести операцию контроля. После выполнения данной операции система выдает рекомендации по изменению параметров (т.е. длины инструмента, габаритов оправки, либо исключение участков траектории инструмента, где такие столкновения возможны). В диалоговом окне задаются параметры (верхний, нижний диаметр, длина) патрона и хвостовика, длина фрезы, перекрытие между ними. Редактирование УП В PowerMILL существует возможность редактирования управляющих программ. УП могут быть изменены в соответствии с предъявляемыми требованиями. Для выполнения операции необходимо, чтобы редактируемая управляющая программа была активной. Редактирование подводов и переходов При необходимости имеется возможность изменять подводы и переходы, определять каким образом инструмент будет подходить к детали в начале УП, в начале и конце каждого сегмента УП, а также каким образом он будет перемещаться между отдельными сегментами УП. Причем изменение этих параметров не затрагивает основную УП, что значительно сокращает время анализа и проверки различных вариантов. Однако, в связи с продлением траектории, существует вероятность зарезов материала. Поэтому при выполнении данного редактирования флаг Проверка зарезов должен быть обязательно включен. Преобразование УП Создает новую УП путем перемещения, отражения, или вращения исходной УП. Для этого необходимо правой клавишей мыши вызвать системное меню (указывая на УП в проводнике PowerMILL) и выбрать строку Правка – Трансформировать…. Разбиение траектории Для этого необходимо правой клавишей мыши вызвать системное меню (указывая на УП в проводнике PowerMILL) и выбрать строку Правка – Разбить…. Существует четыре метода разбиения УП: Угол - разбивает УП на две части, в зависимости от угла наклона траектории движения фрезы к плоскости XY. Направление - разбивает УП на части, в зависимости от направления движения инструмента. Различаются перемещения Вверх, Вниз и Плоские. 45 Обеспечивается возможность сохранить разные комбинации перемещений этих типов. Эта опция может использоваться с целью создания специфичной обработки для отвесных участков детали или для обработки плоских частей детали торцевым инструментом. Длина - разбивает УП на несколько частей, длина рабочих перемещений которых не превышает заданного значения. Эта опция применяется для учета износа инструмента. Время - разбивает УП на несколько частей, время обработки которых не превышает заданного значения. Время выполняется с учетом заданных подач. Эта опция также применяется для учета износа инструмента. Лабораторная работа №6 Модуль визуализации обработки viewmill Цель работы: Рассмотреть вопросы, связанные с визуализацией механообработки в модуле ViewMILL. Задание: Открыть с диска файлы черновой и чистовой механообработки модели powerdrill.tri, включить режим высокого разрешения, выбрать опцию закрашенной фрезы, включить опцию показа снятого материала и непрерывного отображения координат, включить опцию окрашивания встречных ходов инструмента, выполнить визуализацию черновой механообработки, выполнить однократно функцию сглаживания заготовки, закрасить заготовку, включите опцию окрашивания попутных ходов инструмента, выполните визуализацию чистовой механообработки. ViewMill позволяет провести эмуляцию на экране процесса выполнения УП Выборки, Сверления, Чистовой или Активной УП. Это позволяет визуально оценить качество созданной УП до выхода на станок. ViewMill имеет собственную панель инструментов. Панель инструментов модуля ViewMILL позволяет переключаться между графическими окнами PowerMILL и ViewMill. Программа позволяет выполнять последовательную эмуляцию УП на одной заготовке. Для выбора какая из УП - Выборка, Чистовая, Сверление будут эмулироваться, необходимо сделать ее активной в проводнике PowerMILL. Доступны следующие опции визуализации: включить режим высокого графического разрешения изображения; возвратить заготовку к виду, который она имела до начала всех обработок; закрасить поверхность заготовки (таким образом, вновь обработанная часть детали может быть легко отличена от обработанной до закраски); остановить эмуляцию в случае обнаружения ошибки; окрасить перемещение фрезы со встречным (или попутным) направлением резанья в зеленый цвет; задать покадровый режим эмуляции; вызвать диалоговую панель, отображающую объем снимаемого 46 материала; отображать текущие координаты фрезы (остановив эмуляцию можно посмотреть координату фрезы в конкретной точке); запустить эмуляцию в непрерывном режиме; останавить эмуляцию; возвратить заготовку к виду, в котором она находилась до запуска эмуляции последней УП. выполняет эмуляцию каждого кадра УП пошагово; отображать процент выполнения программы эмуляции для выбранной УП. Лабораторная работа №7 Работа с границами, шаблонами, 2d-элементами Цель работы: Рассмотреть вопросы, связанные с созданием и редактированием границ, шаблонов и 2D-элементов. Задание: Создать границы для модели chamber.tri следующими способами: по блоку, контуру, модели, силуэту, по выбранным поверхностям, доработки (задав предыдущую фрезу), произвольную (начертив ее контур); - создать шаблон по произвольной границе и выполнить обработку модели по созданному шаблону. Граница Панель инструментов «Границы» позволяет создавать границы, используемые для определения обрабатываемых областей детали. Создание границ Границы могут быть созданы либо путем вычисления непосредственно с панели задания границ, либо при вычислении управляющих программ. Первый путь допускает редактирование границ вручную, а второй путь исключает двухступенчатый процесс создания УП. PowerMILL единовременно оперирует только с одной границей, которая, однако, может состоять из множества сегментов. Когда Вы создаете новую границу, PowerMILL автоматически перезапишет предыдущую границу после нажатия кнопки Выполнить. Все следующие УП будут учитывать эту границу. Если Вы не хотите, чтобы следующие УП учитывали существующую границу, просто удалите ее с помощью меню Удалить - Граница. Тип границы PowerMILL допускает следующие типы границы: Эскиз - выберите эту опцию, если хотите создать границу самостоятельно, используя кнопку создания эскиза расположенную на диалоговой панели Редактор границ. Заготовка - создает границу по контуру Заготовки и соответственно зависит от вида Заготовки: • Блок – задает прямоугольную границу в соответствии с размером заготовки. 47 • Контур - задает границу в виде плоского контура, позволяя передать границы из CAD-системы. • Модель – задает прямоугольную границу по габариту заданной модели. • Граница - граница определяется сечением заготовки. Доработка - граница создается по контуру участков детали, которые невозможно было обработать предыдущей фрезой. Такая граница позволит использовать фрезу малого диаметра только для обработки отдельных участков, а не для обработки всей детали. Перед вычислением необходимо задать параметры в секции Поиск необработанных участков. Пологие - граница создается по контуру пологих участков модели, которые наклонены не более, чем это задано в Поиск пологих участков. Использование такой границы поможет избежать высоких "гребешков" при обработке пологих участков с постоянным шагом по Z. Силуэт - граница создается по контуру проекции модели на плоскость. Использование такой границы позволит избежать лишних подъемов инструмента в местах, где фреза теряет контакт с моделью. Файл — импортирует границу из файла. Импортируемые контуры должны быть замкнуты, а также НЕ ДОЛЖНЫ пересекаться. При выборе этой опции становится доступной кнопка ИЗ, которая вызывает стандартный диалог открытия файла. УП - создает границу из замкнутых сегментов Активной УП. Модель - граница создается из крайних кромок выбранных поверхностей или замкнутых выбранных кривых. Если граница не существует, то при попытке создания УП, учитывающей границы, PowerMILL попытается создать новую границу, используя текущие установки с диалоговой панели Граница. Если Вы не хотите, чтобы PowerMILL создал какую-либо границу, то убедитесь в том, что необходимая граница уже создана; затем на диалоговой панели Граница выберите из меню-переключателя Тип границы пункт Эскиз. Шаблон Шаблон по своей сути схож с границей, с той разницей, что сегменты шаблона могут быть незамкнутыми. Панель инструментов Шаблон Шаблоны имеют собственную панель инструментов, которая открывается нажатием кнопки на главной панели инструментов. При выполнении чистовой обработки имеется возможность выполнить траекторию по существующему (ранее созданному) шаблону. 6.4. Краткое описание видов самостоятельной работы: 6.4.1. Общий перечень заданий для самостоятельной работы. − Проектирование компьютерной модели детали (инструмента) в системе Power SHAPE. − Определение стратегии обработки (черновой, чистовой), получение управляющих программ для станка с ЧПУ с помощью программы Power Mill. 48 − Составление карты наладки. − Изготовление детали на фрезерном станке. − Контроль точности изготовления детали с использованием программного обеспечения Power-INSPECT. − Написание и защита отчета. − Подготовка к защите лабораторных работ. 6.4.2. Методические рекомендации для выполнения заданий самостоятельной работы. Студенты получают чертежи деталей, для которых необходимо самостоятельно спроектировать призматические фасонные резцы, создать для них управляющую программу обработки и проконтролировать точность изготовления. При выполнении самостоятельной работы применяется способ обучения с помощью ролевых игр, когда один студент выполняет роль конструктора, другой – технолога, третий – контролера. При выполнении работы необходимо руководствоваться следующими указаниями. Профилирование радиального призматического фасонного резца и построение 3D модели в программе PowerSHAPE Исходные данные: - Чертеж детали с указанием формы и размеров получаемых поверхностей. - Исходная заготовка, представленная на рисунке 9. 6 60° 30 50 30° 30 50 Рис. 9. Заготовка В связи с используемой исходной заготовкой для решения задачи профилирования примем следующие допущения: Сумма переднего и заднего углов ψ = γ + α = 30 0 ; Поэтому передний угол принимаем γ = 20 0 , а задний угол - α = 10 0 . Размеры ласточкина хвоста по заготовке (рис. 2). Профилирование осуществляется на основании чертежа детали по следующей методике. 1. Создаем контур детали; 2. Поверхность вращения на основе этого контура для получения 3D – детали; 49 3. Создаем систему координат в горизонтальной диаметральной плоскости XY: а) для резца с углами γ , α в точке с координатами: Х-половина длины детали; Y=- rmin ; Z=0 (направление осей, как и в первой системе координат). б) для резца с углами γ , α , λ в точке с координатами меньшего радиуса конического участка детали (направление осей, как и в первой системе координат). 4. Для резцов с углом λ ≠ 0 создаем базовую линию, совпадающую с образующей конического участка детали, которая проходит через начало системы координат, так чтобы концы базовой линии выступали за границы детали. 5. Поворачиваем новую систему координат на величину переднего угла γ вокруг оси Х против часовой стрелки. 6. Создаем плоскость передней поверхности. а) для резцов с λ = 0 создаем плоскость, проходящую через точку с координатами Х=0; Y=0; Z=0 и такими размерами, чтобы плоскость пересекала деталь. б) для резцов с углом λ ≠ 0 создаем поверхность вытяжки (представляющую собой плоскость передней поверхности резца) из базовой линии вдоль оси Y. Размеры и положение плоскости выбираем с таким расчетом, чтобы она пересекала деталь. 7. Создаем линию пересечения детали и плоскости. 8. Поворачиваем активную систему координат на угол минус ψ = α + γ (по часовой стрелке). 9. Проецируем линию пересечения на плоскость XY. 10. Полученный ранее профиль резца видоизменяем согласно рисунку 10, добавляя дополнительные режущие кромки резца и элемент его крепления. 50 2 Lä 1,5 2 30 3,7 ϕ 15° 6 15° 30 Рис. 10. Рабочий профиль с габаритными размерами резца и элементом крепления 50 Угол наклона дополнительной режущей кромки для подрезки торца детали без фаски принимаем ϕ = 150 с фаской ϕ = 450 . 11. Создаем поверхность вытяжки в отрицательном направлении вдоль оси Z, длиной 60…70 мм (больше длины резца, которая равна 50 мм). 12. Ограничиваем поверхность вытяжки с одной стороны наклонной плоскостью под углом 30° к оси детали. 13. Ограничиваем поверхность вытяжки с другой стороны горизонтальной плоскостью, так, чтобы длина резца была равна длине заготовки 50 мм. Разработка процесса механообработки фасонного резца с использованием программы PowerMILL Исходными данными для разработки процесса механообработки является файл dgk трехмерной электронной модели резца, выполненный в системе PowerSHAPE. Разработка процесса механообработки включает следующие этапы: 1. Создание управляющих программ (УП) (черновой, чистовой); 2. Определение заготовки; 3. Определение инструмента; 4. Определение режимов резания; 5. Безопасные высоты; 6. Определение точки старта и возврата инструмента; 7. Определение подводов и переходов; 8. Определение стратегии обработки; 9. Редактирование УП. Размеры фрез необходимо выбирать такими, чтобы обработать все плоскости оптимально. Наклонные участки рекомендуется обрабатывать шаровой фрезой при окончательной обработке. Для обработки использовать не более 2-х инструментов, и программы составлять таким образом, чтобы суммарное время обработки не превышало 30 мин. Для предотвращения столкновений оправки инструмента с деталью необходимо провести операцию контроля – проверку столкновений. После выполнения данной операции система выдает рекомендации по изменению параметров (т.е. длины инструмента, габаритов оправки, либо исключение участков траектории инструмента, где такие столкновения возможны). Составление карты наладки станка Для того чтобы правильно установить заготовку на станке, а также инструмент в стартовую точку и соблюсти последовательность команд, необходимо выполнить карту наладки. Карта наладки должна включать в себя: чертеж заготовки в плане и сверху, направление осей X Y Z, стартовую точку инструмента, способ крепления заготовки на станке, номера программ 51 размеры инструмента (диаметр, общую длину, длину вылета) временя выполнения программы, ваши замечания, если необходимо. Изготовление на станке В качестве станка используется 3D фрезерный станок фирмы ROLAND марки MDX-500. Перед изготовлением необходимо: − Закрепить заготовку на деревянной плите согласно карте наладки; − Закрепить плиту с заготовкой на станке; − Совместить системы координат заготовки и станка. После выполнения перечисленных пунктов запустить программу на выполнение. Контроль с помощью программы PowerInspect Контроль соответствия размеров фасонного резца с размерами, полученными в системе PowerSHAPE, осуществлялся с помощью координатноизмерительной руки (КИМ) MicroScribe и с использованием программного обеспечения PowerInspect. Этапы контроля: 1. Выбрать метод совмещения систем координат КИМ и CAD-модели с помощью двух методов: а) Призматическое позиционирование; б) Привязка свободной формы. 2. Совместить системы координат КИМ и CAD-модели выбранным методом; 3. Выполнить контроль детали. Выполнения отчета по самостоятельной работе После выполнения всех этапов работы составляется отчет самостоятельной работе. Отчет должен содержать: − Исходные данные (чертеж детали, углы заточки); − Этапы профилирования фасонного профиля режущей кромки; − Этапы разработки УП − Для каждой программы описать − Режимы резания; − Безопасные высоты; − Стратегии обработки − Используемый инструмент; − Редактирование; − Карту наладки; − Отчет из PowerINSPECT, выполненный в программе Microsoft Excel. по 52 7. Применяемые образовательные технологии При реализации данной программы применяются образовательные технологии, описанные в таблице 2. Таблица 2 – Применяемые образовательные технологии Технологии Виды занятий Лекции Слайд - материалы Виртуальное моделирование Ролевые игры Игра Проблемное обучение Проектный метод Исследовательский метод Тренинг + Лабораторные работы + + СРС + + + + 8. Контрольно-измерительные материалы и оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины 8.1. Краткое описание контрольных мероприятий, применяемых контрольно-измерительных технологий и средств. Успешность освоения студентом дисциплины оценивается по результатам сдачи экзамена, выполнения всех лабораторных работ, выполнения самостоятельной работы, изготовления на станке модели резца, сдачи и защиты отчета по самостоятельной работе. Лабораторные работы оцениваются по критерию «выполнено». Студенту необходимо продемонстрировать по каждому заданию лабораторного практикума созданную управляющую программу на экране компьютера в специализированном программном модуле. 8.2. Описание критериев оценки уровня освоения учебной программы. Студент считается положительно аттестованным по дисциплине, если он сдал экзамен и защитил отчет по самостоятельной работе на положительную оценку. Студент считается допущенным к экзамену, если он: - прослушал курс лекций, - выполнил и защитил все лабораторные работы по PowerMILL, - смоделировал модель фасонного резца в программе PowerSHAPE, - сгенерировал управляющую программу в PowerMILL, - составил карту наладки, 53 - при помощи оператора изготовил деталь на фрезерном станке с ЧПУ, - произвел контроль точности изготовления детали при помощи программы PowerINSPECT, - составил отчет по самостоятельной работе. Во время экзамена студент должен ответить на один теоретический вопрос и сгенерировать траекторию черновой или чистовой обработки в программе PowerMILL по заданной преподавателем стратегии с заданными параметрами, а также защитить отчет по самостоятельной работе 8.3. Контрольно-измерительные материалы для итоговой аттестации по дисциплине Контрольно-измерительные материалы по дисциплине «САПР инструментов» включают задания для самостоятельной работы, экзаменационные вопросы и практические задания. Примеры заданий для самостоятельной работы (чертеж детали с указанием формы и размеров получаемых поверхностей) Примеры практических заданий для экзамена − Выполнить черновую обработку для модели powerdrill.tri со следующими параметрами: прямоугольная заготовка с припуском 6 мм по высоте блока; цилиндрическая фреза с закругленными кромками диаметром 20 мм, высотой 50 мм, радиусом закругления 2,5 мм; параметры резания следующие: быстрое перемещение – 1000 мм/мин; подачи врезания – 200 мм/мин и резания – 300 мм/мин; частота вращения шпинделя – 500 об./мин; абсолютный тип задания высоты безопасности и быстрых перемещений; начальная точка инструмента X=0, Y=0, Z=Zsafe; высоты резания выполните с шагом равным 5 мм; стратегия обработки - растровая с оптимальным шагом, углом направления 30 градусов; остальные параметры по умолчанию. − Выполнить чистовую обработку модели powerdrill.tri по оптимальной стратегии, если по заданию требуется получить изделие в окончательном 54 виде. − Выполнить контроль ударных столкновений для черновой или чистовой стратегий обработок модели. Контрольные вопросы экзамена 1. Расшифровки и толкования аббревиатуры САПР 2. Ступени развития САПР 3. Состав и структура САПР 4. Подсистемы САПР 5. Состав САПР по функциональному назначению 6. Программное обеспечение САПР 7. Требования, которым должно удовлетворять ПО САПР 8. Классификация САПР по ГОСТ 9. Классификация САПР по приложениям 10. Классификация САПР по целевому назначению 11. Классификация САПР с использованием английских терминов 12. САПР режущих инструментов 13. Организационная структура САПР РИ 14. Формирование баз данных по режущему инструменту 15. Методы профилирования фасонных резцов 16. Аналитическое профилирование фасонных резцов 17. Графическое профилирование фасонных резцов 18. САПР фасонных резцов 19. Интеграция систем автоматизации проектирования и технологической подготовки производства. 20. Сравнение интегрированной системы САПР/АСТПП с системой машинного черчения. 21. Стратегия автоматизированного проектирования инструмента. Анализ задач, разработка стратегии проектирования. Модульная организация вычислительных программ. 22. Программное обеспечение САПР. 23. Уровни компьютерного и программного обеспечения. 24. Базы данных САПР. 25. Системы автоматизированного проектирования элементов режущего инструмента. 26. Содержание программных модулей САПР РИ. 27. Проектирующие подсистемы РИ. 28. Интеграция проектирующих подсистем. 29. Обслуживающие подсистемы САПР РИ. 30. Подсистемы автоматизированного инструментального обеспечения технологического процесса. 31. Развитие проектирующих подсистем САПР РИ. 32. Взаимодействие САПР Д и САПР РИ. 55 33. Подсистемы автоматизированного проектирования конкретных видов инструмента: зенкеров, разверток, протяжек. 34. Автоматизированные системы научных исследований по режущему инструменту АСНИ 9. Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины 9.1. Основная учебная литература 1. Технические средства автоматизации : учеб. для вузов по специальности «Автоматизация машиностроит. процессов и пр-в (машиностроение)» направления подгот. «Автоматизир. технологии и пр-ва» / Б. В. Шандров, А. Д. Чудаков. - 2-е изд., стер. . - М.: Академия, 2010. -360 с. 25 экз. 2. Режущий инструмент : учеб. для вузов по направлению подгот. дипломир. специалистов «Конструктор.-технол. обеспечение машиностроит. пр-в» / Д. В. Кожевников [ и др. ]; под ред. С. В. Кирсанова . - М.: Машиностроение, 2004. 511 с. 73 экз. 3. Введение в современные САПР : курс лекций / В. Н. Малюх . - М.: ДМК, 2010. 190 с. 28 экз. 4. Теоретические основы автоматизированного управления : учеб. по специальности «Автоматизир. системы обраб. информ. и упр.» ... / Б. Я. Советов, В. В. Цехановский, В. Д. Чертовский . - М.: Высш. шк., 2006. - 461 с. 25 экз. 9.2. Дополнительная учебная и справочная литература. 1. Гречишников В.А., Маслов А.Р., Соломенпов Ю.М., Схиртладзе А.Г. Инструментальное обеспечение автоматизированного производства. Учебник. М: Высшая школа, 2003 - 270 с. 9.3. Электронные образовательные ресурсы: 9.3.1. Ресурсы ИрГТУ, доступные в библиотеке университета и в локальной сети: 1. Автоматизированное проектирование и производство деталей сложной геометрии на базе программного комплекса PowerSolution. Иркутск, ИрГТУ, 2005. 2. Использование САПР при проектировании и изготовлении призматических фасонных резцов: Методические указания по выполнению практической работы. Иркутск: ИрГТУ, 2011. 9.4. Рекомендуемые средства: специализированные программные • система геометрического моделирования PowerSHAPE, • система автоматизированного составления программ для оборудования с ЧПУ PowerMILL, • система Powerlnspect, предназначенная для работы с КИМ PowerINSPECT. • система инженерного анализа Nastran. 56 Приложение Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт «Авиамашиностроения и транспорта» Кафедра «Оборудования и автоматизации машиностроения» УТВЕРЖДАЮ Директор института _____________ Ахатов Р.Х. "____"____________20 ___ г. САПР ИНСТРУМЕНТОВ КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН Направление подготовки: 151900 “Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств” Профиль подготовки: 151002 “Металлообрабатывающие станки комплексы” (МСК) бакалавр Квалификация (степень): и РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИН ПО ВИДАМ ЗАНЯТИЙ № пп ЛЕКЦИИ Семестр 8 Разделы и темы дисциплины по учебной программе Введение. 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2 2.1 Что такое САПР? Ступени развития САПР Расшифровки и толкования аббревиатуры САПР Английский эквивалент Цели создания и задачи Состав и структура САПР По ГОСТ Кол-во часов 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 58 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3 3.1 3.2 3.3 3.4 4 4.1 4.2 4.3 5 5.1 5.2 5.3 Подсистемы САПР Компоненты и обеспечение САПР Состав САПР по функциональному назначению Программное обеспечение САПР Требования, которым должно удовлетворять ПО САПР Прикладное ПО ПО, созданное пользователем (приложения) Классификация САПР Классификация САПР по ГОСТ Классификация САПР по приложениям Классификация САПР по целевому назначению Классификация САПР с использованием английских терминов САПР режущих инструментов Организационная структура САПР РИ Состояние и развитие проектирующих подсистем САПР РИ Формирование баз данных по режущему инструменту Методы профилирования фасонных резцов Аналитическое профилирование фасонных резцов Графическое профилирование фасонных резцов САПР фасонных резцов ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Семестр 8 Название работы 1 1 0,5 1 1 1 1 0,5 0,5 1 0,5 1 1 1 1 1 1 Всего № пп 1 Лабораторная работа № 1. Знакомство с программой POWERMILL (механообработка инструмента). 2 Лабораторная работа №2. Программа POWERMILL. Основы черновой механообработки. 3 Лабораторная работа №3. Программа POWERMILL. Основы чистовой механообработки. Часть 1. 4 Лабораторная работа №4. Основы чистовой механообработки. Часть 2. 5 Лабораторная работа №5. Проверка и редактирование управляющих программ. 6 Лабораторная работа №6. Модуль визуализации обработки VIEWMILL. 24 Кол-во часов 2 2 4 8 4 6 59 7 1 2 3 4 5 № пп 1 2 3 4 5 6 7 8 Лабораторная работа №7. Работа с границами, шаблонами, 2Dэлементами. Выполнить моделирование детали по заданию преподавателя в программе PowerSHAPE, перенести ее так, чтобы глобальная система координат находилась в верхнем углу детали, сохранить модель в формате dgk. Открыть деталь в программе PowerMILL, выполнив импорт; задать заготовку, параметры обработки, инструмент, выполнить черновую и чистовую обработки, контроль ударных столкновений, редактирование подводов и переходов, ограничение траектории наклонной плоскостью, визуализацию. Использование САПР при проектировании и изготовлении призматических фасонных резцов. Изготовление детали на фрезерном станке. 4 20 10 30 4 Контроль точности изготовления детали с использованием 4 программного обеспечения Power-INSPECT. Всего 36 САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА Семестр 6 Вид работы Кол-во часов 2 2 2 2 2 2 2 (инструмента) 12 Подготовка к защите лабораторной работы №1 Подготовка к защите лабораторной работы №2 Подготовка к защите лабораторной работы №3 Подготовка к защите лабораторной работы №4 Подготовка к защите лабораторной работы №5 Подготовка к защите лабораторной работы №6 Подготовка к защите лабораторной работы №7 Проектирование компьютерной модели детали в системе Power SHAPE. 9 Определение стратегии обработки (черновой, чистовой), 16 получение управляющих программ для станка с ЧПУ с помощью программы Power Mill. 10 Составление карты наладки. 8 11 Оформление отчета 7 Всего 57 60