Изготовление детали типа «корпус насоса окислителя»

Современное машиностроение, характеризуемое стремлением к гибкой автоматизации промышленного производства, неразрывно связанно с эффективным внедрением оборудования и числовым программным управлением (ЧПУ), а также создаваемых на его основе гибких производственных систем (ГПС). В этих условиях одной из важнейших технологических задач производства является подготовка управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ. Разработка и отладка управляющих программ — сложный и трудоемкий процесс, во многом определяющий эффективность использования оборудования с ЧПУ. Именно поэтому наибольшее внимание уделяется вопросу автоматизации подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ.

Для решения этой проблемы были созданы системы автоматизированного программирования (САП) оборудования с ЧПУ.

САП — это комплекс технологических, программных, языковых, информационных средств, осуществляющих преобразование данных чертежа детали и технологии обработки в коды устройства управления оборудованием с ЧПУ.

За последние десятилетия системы автоматизированной подготовки программ для станков с ЧПУ интенсивно развивались.

Различают три поколения САП. Первые САП, где на электронных вычислительных машинах (ЭВМ) решались лишь отдельные вычислительные задачи для определённых типов деталей и станков. Второе поколение САП, в которых проводятся не только вычислительные работы, но и формируются кадры управляющей программы, решаются отдельные задачи проектирования операционной технологии. Третье поколение — развитые САП, обеспечивающие оптимизацию и контроль решений для всего комплекса задач проектирования технологической операции. В результате создаётся не только управляющая программа, но и операционная технология. САП в этом случае является составной частью, подсистемой, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления технологическими процессами (АСУТП). [1, с. 4]

В данной работе представлена методика проектирования на проблемно-ориентированных автоматизированных рабочих местах с использованием различных САПР при решении задач подготовки кадров управляющей программы для станков с числовым программным управлением.

Целью данной работы является разработка комплекса мероприятий, с целью повышения эффективности изготовления детали типа «корпус насоса окислителя», за счёт автоматизации процесса подготовки производства. Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи: провести анализ технологичности детали, создать её 3D-модель, произвести анализ имеющегося оборудования, провести анализ программного обеспечения и выбрать рабочую среду, задать стратегию обработки, сгенерировать траектории движения инструмента, провести верификацию программы, сгенерировать коды управляющей программы.

деталь насос корпус твердотельный

1. Аналитическая часть

В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность).

1.1 Назначение и анализ конструкции детали

Корпус насоса окислителя представляет собой деталь сложной пространственной формы с коническими и цилиндрическими поверхностями, с отверстиями различных размеров и формы, расположенными под углом к оси, присутствует поверхность с резьбой. Данный корпус в ходе эксплуатации испытывает большие нагрузки, подвергается коррозии, поэтому материал, из которого изготавливается корпус, должен быть коррозионно-стойким.

Корпус насоса окислителя в совокупности с крыльчаткой, посаженной на валу, образуют насос окислителя. Наибольшей точности обработки требуют отверстия O60H8, O62H7, O103H8, O130H7, O137H8.

Рис. 1.1. Чертёж корпуса насоса окислителя

1. Перед механической обработкой необходимо проведение термической обработки для снятия внутренних напряжений.

2. Точность размеров O137H8 и O130H7 характеризуется сопряжением с корпусом турбины. Отверстия O60H8 и O103H8 предназначены для установки упорных колец. В отверстие O62H7 устанавливается подшипник качения.

3. Предельные отклонения на угловой шаг и любую сумму угловых шагов ±15'. Такое ограничение необходимо, т.к. в противном случае в местах сопряжения корпуса с другими сборочными единицами не будет обеспечен линейный контакт из-за возможного перекоса деталей.

4. Заданная шероховатость поверхности Ra 2,5, Ra 5, Ra 20 соответствует требованиям, предъявленным к их точности.

Корпус насоса окислителя изготавливают из стали 07Х16Н6-Ш ТУ 14−1-1660−76. Характеристики стали 07Х16Н6-Ш приведены в таблице 1.1. Химический состав стали 7Х16Н6-Ш приведен в таблице 1.2. Механические свойства при Т=20^oС стали 07Х16Н6-Ш приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.1 — Характеристики стали 07Х16Н6-Ш ТУ 14−1-1660−76

Таблица 1.2 — Химический состав стали 07Х16Н6-Ш по ТУ 14−1-1660−76

Таблица 1.3 — Механические свойства стали 07Х16Н6-Ш

Деталь имеет сложную конструкцию с большим количеством поверхностей, для формирования которых необходимы различные виды механической обработки.

1.2 Анализ технологичности детали

Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для служебного назначения.

Анализ технологичности сводится:

1) Качественная оценка технологичности [2, с. 41]:

— Точность размеров основных поверхностей находятся в пределах IT06-IT16, размеры с неуказанными отклонениями выполняются по IT14;

— Конструкция допускает обработку плоскостей и отверстий на проход, но не всех;

- В качестве базирующих поверхностей используется наружная цилиндрическая поверхность, внутренняя цилиндрическая поверхность и плоскость.

— Свободный доступ инструмента обеспечивается практически ко всем поверхностям, кроме отверстий, которые требуют использования специальной технологической оснастки.

— В конструкции имеются отверстия находящихся не под прямым углом к плоскости входа, изменить их не возможно, их наличие обусловлено служебным назначением детали.

— В конструкции есть внутренняя резьба большого диаметра.

Конструкция в целом технологична, кроме нескольких точных поверхностей, наличие которых обусловлено служебным назначением детали. Допускается применение высокопроизводительных режимов обработки. Заданные чертежом точность размеров поверхностей, их относительного расположения и параметры качества поверхностных слоев могут быть достаточно экономично обеспечены традиционными методами обработки.

2) Количественная оценка технологичности [2, с. 41]:

Выражается показателями, численное значение которых характеризует степень удовлетворения требований к технологичности. К ним относится коэффициент точности К_т и шероховатости К_ш:

Из чертежа детали видно, что суммарное количество указанных на чертеже размеров составляет 99, из которых один размер выполняется по 6-му квалитету, два по 7-му квалитету, пять по 8-му квалитету, семь по 11-му квалитету, семнадцать по 12-му квалитету, семь по 13-му квалитету, сорок пять один по 14-му квалитету, десять по 15-му квалитету, двенадцать по 16-му квалитету. Три поверхности имеют шероховатость Ra=2.5, две поверхности Ra=5, девяносто поверхностей с шероховатостью Ra=20.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод о том, что по таким параметрам как коэффициент точности, шероховатости и использования материала деталь можно признать технологичной. Тип производства является мелкосерийным, для повышения производительности труда и качества изготавливаемых деталей необходимо использовать современные станки с ЧПУ.

1.3 Характеристика станка и системы с ЧПУ

Деталь типа «корпус насоса окислителя» используется в аэрокосмической промышленности и изготавливается в мелкосерийном производстве. Для обработки детали будет использовано оборудование использование которого возможно при обновлении станочного парка предприятия.

Необходимо произвести выбор оборудования из базы станков с ЧПУ имеющихся у дилеров технологического оборудования. На выбор типов станков в значительной мере влияют необходимая степень точности размеров и формы детали и качество обрабатываемых поверхностей. Выбор станков следует производить в соответствии с размерами обрабатываемой детали и характером обработки, чтобы использование всех технических возможностей станка и мощностей станка было как можно более полное. Так же немалую роль играет стоимость металлорежущего станка.

Исходя из выше сказанных соображений, для изготовления детали типа «корпуса насоса окислителя» выбираем станок CKE 6166Z — токарный станок с ЧПУ. В таблице 1.4 приведены основные технические характеристики этого станка.

Таблица 1.4 — Техническая характеристика станка CKE 6166Z

Рис. 1.2. Внешний вид токарного станка с ЧПУ CKE 6166Z

Характеристика системы ЧПУ Система ЧПУ Fanuc 0i mate TC используется для токарной обработки на станках с 2-х осевым перемещением. Данная система позволяет управлять простыми машинными инструментальными средствами. Управляющее устройство CNC интегрировано в дисплейное устройство, чтобы минимизировать свой размер и проводку.

Опции системы ЧПУ:

— CNC для токарных 2-х осевых станков, чтобы управлять 2 осями перемещения шпинделя;

— Представляет 10,4″ дисплейное устройство LCD, с дополнительной сенсорной панелью (опция);

— Операторы Опор с программирующим управлением.

Характеристика системы ЧПУ Fanuc 0i mate TC:

· тип — замкнутый;

· количество осей управления — 2 + шпиндель (2D);

· память на 63 программы;

· таблица корректоров на 64 инструмента.

Рис. 1.3. Внешний вид системы ЧПУ Fanuc 0i mate TC

Токарный станок с ЧПУ CKE 6166Z с системой ЧПУ Fanuc 0i mate TC позволяет обрабатывать деталь с размерами и характером обработки присущим деталям типа «корпус насоса окислителя». Необходимая степень точности размеров и формы детали, а также чистота обрабатываемых поверхностей достигается при обработке на данном станке со встроенной системой ЧПУ Fanuc 0i mate TC.

1.4 Анализ существующих CAM систем для подготовки и создания кадров управляющей программы

Целью анализа существующих CAM систем является выявить следующие функции:

— назначение пакета;

— возможность отображать графическую информацию;

— возможность изменять базы данных пакета;

— способность адаптироваться к конкретным условиям предприятия;

— наличие собственного редактора (3D модуль) как 2D изометрии, так и 3D;

— возможность импорта графической информации;

— наличие баз данных типов графических элементов и типовых технологий;

— возможности работы в Интернете;

— разработка новых постпроцессоров;

— наличие визуализации обработки;

Разработка управляющей программы для обработки детали типа «корпус насоса окислителя» возможна при помощи специального пакета CAM систем.

Система «T-FLEX ЧПУ» — программа, предназначенная для создания управляющих программ (УП) на оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). Программа T-FLEX ЧПУ поддерживает различные типы систем управления 2D, 2,5D, 3D и 5D и разделена на две независимые системы T-FLEX ЧПУ 2D и T-FLEX ЧПУ 3D.

Программа подготовки УП для станков с ЧПУ T-FLEX ЧПУ является встраиваемым модулем для САПР T-FLEX CAD и функционирует исключительно совместно с ней. Таким образом, получается полноценное CAD/CAM-решение.

Данный подход обеспечивает:

полную ассоциативность конструкторско-технологических данных (однажды созданная траектория обработки будет автоматически перестраиваться после изменения геометрии детали);

единство интерфейсов (пользователь, знакомый с принципами работы в T-FLEX CAD, без труда овладеет программой подготовки УП для станков с ЧПУ T-FLEX ЧПУ).

всё богатство инструментария конструкторской системы для доработки технологом приходящей информации под свои нужды (поскольку геометрию детали приходится каким-либо образом дорабатывать, например, пересчитать геометрию детали в середину поля допуска, а конструкторская система может сделать это автоматически).

Программа подготовки УП для станков с ЧПУ T-FLEX ЧПУ — гибко настраиваемая система, построенная по модульному принципу (к базовому модулю можно подключать любой набор методов обработки).

С помощью программы T-FLEX ЧПУ 2D технолог-программист создает траектории обработки, опираясь на двухмерную геометрию (штриховки или 2D-пути). Траектория поддерживает линейную и круговую интерполяцию с заданной точностью.

Программа T-FLEX ЧПУ построена по модульному принципу. Обязательным является наличие базового модуля программы T-FLEX ЧПУ 2D, к которому можно подключить любой набор из модулей конкретных обработок:

электроэрозионная.

лазерная.

токарная.

сверлильная.

2.5-D фрезерная.

штамповка.

С помощью программы подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ T-FLEX ЧПУ 3D технолог-программист создает траектории обработки, опираясь на трехмерную геометрию (тела, грани, ребра, 3D-пути, ЛСК — локальные системы координат).

Данный вид программы подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ T-FLEX ЧПУ предназначен для создания управляющих программ для следующих видов обработки:

3D-фрезерование;

5D-фрезерование.

Система «SprutCAM» — система генерации управляющих программ для обработки деталей любой сложности на электроэрозионных, токарных, фрезерных и токарно-фрезерных 2, 2.5, 3, 4 и 5 координатных станках с любым типом устройств ЧПУ. Функциональное наполнение и широкий набор инструментальных средств системы обеспечивает эффективное использование системы при изготовлении штампов, пресс-форм, литейных форм, прототипов изделий, мастер-моделей, деталей машин и конструкций, оригинальных изделий, изделий из дерева, шаблонов, а также при гравировке надписей и изображений.

SprutCAM — система нового поколения, работает непосредственно с геометрическими объектами исходной модели (в том числе и NURBS-представлении) без предварительной аппроксимации или триангуляции, что позволяет экономно использовать ресурсы компьютера и производить расчет траектории движения инструмента с любой необходимой точностью.

Основные режимы работы SprutCAM:

импорт и работа с моделью;

плоские построения;

формирование процесса обработки;

моделирование процесса обработки.

Управление режимами работы производится выбором соответствующих закладок на панели главного окна системы (3D Модель, 2D Геометрия, Технология, Moделирование).

Геометрическая модель может быть подготовлена в любой CAD-системе и передана в SprutCAM через файл формата IGES, DXF, STL, VRML, PostScript, 3 dm или SGM. Система имеет множество функций преобразования модели, а также встроенную среду двумерных параметрических построений. Широкий набор типов технологических операций и функции управления их параметрами позволяют формировать оптимальные процессы изготовления деталей различных видов. Контроль полученной траектории движения инструмента может производиться во встроенной среде моделирования обработки. Для генерации управляющих программ имеется множество файлов настройки на распространенные системы ЧПУ. Коррекция имеющихся файлов настройки и создание новых производится в Инвариантном постпроцессоре.

Система «CATIA» (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) — одна из самых распространенных САПР высокого уровня. Это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ), включающая в себя передовой инструментарий трёхмерного моделирования, подсистемы программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства анализа и единую базу данных текстовой и графической информации. Система позволяет эффективно решать все задачи технической подготовки производства — от внешнего (концептуального) проектирования до выпуска чертежей, спецификаций, монтажных схем и управляющих программ для станков с ЧПУ.

Система CATIA имеет модульную структуру, когда вокруг базового ядра формируется набор программных модулей. Модули сгруппированы по областям применимости следующим образом:

Mechanical Design — Механическое проектирование;

Shape Design and Styling — Проектирование форм;

Product Synthesis — Модули работы с базами знаний;

Equipment and Systems Engineering — Проектирование оборудования и систем;

Plant Design — Проектирование инженерных коммуникаций

Analysis — Инженерный анализ;

NC Manufacturing — Программирование ЧПУ;

Infrastructure — Инфраструктура.

Базовые возможности CATIA по работе со станками с ЧПУ включают проверку траекторий движения инструмента, моделирование съема материала, анализ оставшегося материала, редактирование траектории движения инструмента и создание производственной документации. Технологам-программистам станков с ЧПУ предоставляется инфра — структура для работы со всеми продуктами по программированию станков с ЧПУ с возможностью просмотра и анализа технологических схем обработки деталей, созданных средствами данной системы. Более того, поддерживается импорт и просмотр различных производственных данных, включая файлы формата APT, CL и коды ISO (УП в G-кодах).

Система «Pro/ENGINEER» представляет собой комплекс программных средств, предназначенный для создания моделей деталей и сборочных единиц, разработки управляющих программ и оформления чертежей, а также автоматического выпуска текстовых конструкторских документов.

В данной системе имеется собственный редактор (3D модуль), как 2D изометрии, так и 3D. Основной пакет 3D CAD многофункционален, удобен и полностью масштабируем. В нем предусмотрен наиболее широкий диапазон базовых возможностей моделирования и проектирования, что позволяет выполнять работу с высоким качеством и за меньшее время. К возможностям пакета относятся:

· полное твердотельное 3D-моделирование;

· подробная документация для 2Dи 3D-чертежей;

· моделирование сборок;

· моделирование сварных швов и подготовка соответствующей документации;

· проектирование механизмов и анимация проектов;

· средство проверки проектов ModelCHECK обмен данными и восстановление импортированных данных;

· встроенные возможности работы в Интернете;

· полная библиотека деталей, функций, инструментов и т. д.;

· проектирования технологической оснастки при помощи пакета Pro/ENGINEER Tool Design;

· возможность описания практически любых комбинаций расположения осей, в том числе для фрезерных станков (3?5-осевых), токарных (2?4-осевых), токарных центров (оси C и Y), установок лазерной и пламенной резки, электроэрозионных станков (2?5-косевых), вырубных прессов (2?3-осевых);

· возможность разработки постпроцессоров, с помощью пакета Pro/NC GPOST;

· имитации процесса обработки с динамическим удалением материала;

· многооконный интерфейс визуализации обработки;

· автоматическое обнаружение зарезов и столкновений инструмента с заготовкой или с зажимными приспособлениями;

· опция динамического моделирования и анализа движения механизма (пакет Pro/ENGINEER Mechanism Dynamics).

Основными недостатками рассматриваемой Cam системы являются: отсутствие справки на русском языке, трудность освоения данной системы, нет возможности связать масштаб с параметром чертежа, высокая стоимость по сравнению с другими Cam системами.

Система «Mastercam» — это ведущий мировой программный продукт в области создания управляющих программ обработки для станков с ЧПУ, токарной, фрезерной и электроэрозионной групп, разработанный американской компанией CNC Software, Inc.

Мощный CAD пакет, позволяющий выполнять сложные задачи 3-х мерного конструирования и моделирования и поверхностной геометрии произвольной формы.

Приложение к Design, позволяющее в среде Mastercam использовать весь набор функций твердотельного моделирования, поддерживаемых мощным ядром Parasolid. При наличии в Mastercam Mill модуля Solids, твердотельная геометрия без дополнительных преобразований может быть использована для создания траекторий обработки.

Данная Cam система позволяет проектировать и подготавливать управляющие программы 2-, 3-, 4-, и 5-координатной фрезерной, токарной, электроэрозионной.

Дополнительные возможности Mastercam:

— черновая обработка многих поверхностей в одной траектории контурным, параллельным, радиальным методами и методами проецирования, просверливания и выборкой кармана;

— чистовая обработка многих поверхностей в одной траектории параллельным, радиальным, контурным методами и методами проецирования, доводкой вертикальных и почти вертикальных стенок, кривых и зон стыков поверхностей, методом постоянной шероховатости;

— контроль на касание необрабатываемых поверхностей;

— полностью ассоциативная связь между УП, геометрией и параметрами обработки;

— программирование для токарно-фрезерных обрабатывающих центров при объединении с Mastercam Mill;

— визуализация процесса обработки;

— пополняемые библиотеки инструментов и материалов;

— возможность разработки постпроцессоров.

Результаты сравнения рассмотренных выше программных продуктов приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5 — Результаты сравнения рассмотренных выше программных продуктов

Система Mastercam позволяет решить любые задачи, связанные с созданием УП обработки детали типа «корпус насоса окислителя», благодаря подключению различных подсистем, с помощью которых появляются возможности создавать и работать с базами данных металлорежущего инструмента, необходимых для токарной обработки, представленной в данной работе и материалов; проектировать, как 2D, так и 3D модели деталей и заготовок для обработки; создавать постпроцессоры, к возможностям этого пакета также относиться импорт моделей детали и заготовки из других программных продуктов. В базе данных металлорежущего инструмента системы Mastercam имеется практически весь инструмент, необходимый для обработки. Специальный инструмент, разработанный в курсовом проекте по ТМС, будет помещен в базу данных металлорежущего инструмента системы Mastercam. Материал детали 07Х16Н6 был внесен в базу данных материалов системы Mastercam. В стандартный набор постпроцессоров входит постпроцессор станка с ЧПУ CKE 6166Z (Fanuc 0i mate TC), предназначенный для токарной обработки.

Ввиду того, что программы T-FLEX и SprutCAM имеют недостаточный функционал, не имеют актуальных версий ПП, а программы ProEngineer и CATIA имеют избыточный функционал, а так же высокую стоимость, для решения целей курсовой работы выбираем систему Mastercam, которая имеет оптимальные характеристики, чтобы осуществить большинство видов обработки за умеренную цену.

1.5 Описание трехмерной модели

Чертёж корпуса насоса окислителя выполнен в CAD-системе КОМПАС-3D отечественной компании АСКОН. На основе чертежа разработана твердотельная 3D-модель, в CAD-системе SolidWorks, разработанной французской фирмой Dassault Systemes. Твёрдотельная модель детали представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Твердотельная модель корпуса насоса окислителя, разработанная в «SolidWorks»

Каркасная модель представляет геометрию детали в трёхмерном пространстве, описывая положение её контуров и граней. Каркасный вид модели приведён на рис. 1.5.

Модель состоит из следующих частей: многоступенчатых цилиндрических элементов, представляющего непосредственно корпус насоса окислителя; нескольких круговых массивов отверстий; сквозного отверстия; одной резьбовой поверхности; многоступенчатого центрального отверстия.

Эскиз поворотного элемента был создан согласно чертежу детали с учетом требований размерной цепи конструкторских размеров в плоскости YZ. Во фронтальной плоскости через точку начало координат параллельно оси YZ построена осевая линия. Контур детали построен последовательными отрезками.

Рис. 1.5. Каркасная модель корпуса насоса окислителя С помощью команды «Повернутая бобышка» построено тело корпуса, на котором далее строиться все остальные основные элементы.

Эскиз части многоступенчатого центрального отверстия построен с помощью команды «Повернутый вырез» по размерам заданным на чертеже. Эскизом для этой операции является контур внутренней поверхности корпуса.

Затем была создана резьба М105 на длину 13 мм. После этого была создана выпуклая часть центрального отверстия командой «Вытянутая бобышка» по размерам чертежа.

Рис. 1.6. Эскиз цилиндрического тела вращения корпуса насоса окислителя Рис. 1.7. Эскиз части центрального многоступенчатого отверстия

Затем создана остальная часть многоступенчатого отверстия командой «Повернутый вырез».

Рис. 1.8. Эскиз части центрального многоступенчатого отверстия После этого на наружной поверхности были созданы местные утолщения и утоньшения командами «Повернутая бобышка» и «Повернутый вырез», было сделано несколько скруглений. Взаимное расположение этих поверхностей было задано угловыми размерами, числовые значения которых взяты из рабочего чертежа.

Затем с помощью эскиза полученного из оригинального рабочего чертежа детали и командой «Вытянутая бобышка» были построены 5-ть сложных отверстий.

Рис. 1.9. Эскиз части центрального многоступенчатого отверстия Рис. 1.10. Пять сложных отверстий Затем в этих отверстиях были сделаны скругления с помощью команд «Скругление» и «Круговой массив».

После этого было сделано отверстие под углом к оси корпуса.

Были созданы 3 массива отверстий с размерами заданными рабочим чертежом под различными углами к оси корпуса командами «Вытянутый вырез» и «Круговой массив».

Значительное сокращение сроков технологической подготовки производства при разработке технологии механической обработки возможно за счёт применения САПР. Задача технологической подготовки решается в два этапа: структурный синтез альтернативных технологий на основе конструкторско-технологического модуля и технологических решений, их образующий; выбор оптимального решения, определение параметров технологических решений, на базе которых создаётся детальный технологический процесс и управляющая программа для оборудования с ЧПУ.

В результате анализа проведённого в первой главе курсового проекта, было найдено решение по выбору Cam системы для разработки УП; детально проанализирован станок с системой ЧПУ, необходимый для токарной обработки; проанализирована технологичность детали, с целью определения последовательности обработки; проанализировано технологическое назначение изделия; был описан процесс построения, а также программные продукты, необходимые для создания твердотельной модели детали типа «корпус насоса окислителя».

2. Программная часть

Современные САПР существенно упрощают задачу автоматизации этапа подготовки производства. С их применением удаётся быстро реализовать проблемно-ориентированные автоматизированные рабочие места по решению ряда инженерных и других задач. Значительное сокращение сроков технологической подготовки производства при разработке технологии механической обработки стало возможным за счёт применения САПР.

В данной главе курсовой работы описана методика проектирования задачи подготовки кадров управляющих программ для станков с ЧПУ.

Структурная схема данной методики содержит в себе три основных модуля: формирования модели детали, формирования УП и верификации (моделирования) обработки.

В модуль построения твердотельной модели детали (заготовки) входят следующие блоки: ввода исходных данных; создания 3D-модели детали с использованием системы «SolidWorks»; экспорта данных из CAD-системы в CAM-систему Mastercam. Сохранение осуществляется в формате SLDPRT.

В модуль формирования УП входят следующие блоки: верификация импорта модели из CAD-системы в систему CAM; принятия решения (если импорт данных прошёл без ошибок, то осуществляется переход к следующему блоку); программирования процесса обработки в системе CAM.

Особенностью САПР Mastercam является дальнейшее разветвление на блоки выбор геометрии и выбор стратегий.

Блок «Выбор геометрии» включает в себя следующие пункты: выбор рабочих и обрабатываемых поверхностей, линий, граней, рёбер трёхмерной модели; выбор контролируемых элементов; выбор геометрии заготовки; определение положения относительно нулевой точки.

Блок «Выбор стратегий» содержит следующие пункты: выбор плоской обработки, объёмной обработки, радиальной обработки, контурной обработки.

Далее следует блок обработка, который содержит в себе следующие компоненты: выбор и назначение инструмента, назначение параметров обработки, выбор режимов резания, функция бэкплот (визуализация переходов).

В модуль верификации полученной УП входят следующие блоки: генерация CLDATA-файла; перевода кадров УП с универсального языка в формат конкретной СЧПУ в постпроцессоре, содержащий паспортные данные станков с ЧПУ, а также трансляторы; визуализация процесса обработки; принятия решения (если обнаружены ошибки обработки, то необходимо устранить их в блоке программирования); выбор постпроцессора, постпроцессирование CLDATA-файла; передачи УП в БД либо на стойку станка с ЧПУ.

Алгоритм формирования кадров УП. Модель из CAD системы импортируется в САПР Mastercam, интерфейс которой показан на рис. 2.2.

Несмотря на то, что существует множество CAM систем, и все они отличаются интерфейсом и возможностями, порядок работы с ними примерно одинаков.

Выбор геометрии. Самым первым действием технолога-программиста является выбор геометрических элементов, подлежащих обработке. Такие геометрические элементы называются рабочими или обрабатываемыми. Это могут быть линии, поверхности, грани и рёбра 3D-моделей и т. д.

САПР Mastercam позволяет контролировать перемещение инструмента не только относительно рабочих элементов, но и относительно других геометрических элементов. То есть необходимо выбрать контролируемые элементы, которых инструмент не должен касаться ни при каких условиях. Также на начальном этапе проектирования обработки необходимо определиться с геометрией заготовки. Это означает, что система «видит» заготовку и рассчитывает траектории исходя из припуска на обработку.

При выборе геометрических элементов, подлежащих обработки необходимо учитывать положение детали и заготовки относительно нулевой точки. Нулевая точка смещается относительно модели, «привязывая» её к определённому геометрическому элементу.

Трёхмерная модель корпуса насоса окислителя импортировалась из CAD системы SolidWorks в САПР Mastercam без ошибок, следовательно, дерево построения правильно и корректно построено.

Выбор стратегии и инструмента, назначение параметров обработки. На втором этапе создания УП обработки изделия необходимо выбрать стратегию и параметры обработки, назначить инструмент и режимы резания.

Все стратегии разделяются на черновые и чистовые, стратегии плоской и объёмной обработки.

В данной работе рассматривается стратегия объёмной черновой и объёмной чистовой обработки внешнего элемента корпуса насоса окислителя.

Стратегии объёмной черновой обработки предназначены для быстрой послойной выборки большого объёма материала и подготовки детали к последующей чистовой обработке. Стратегии объёмной чистовой обработки используется для окончательного точения поверхностей с требуемым качеством.

После выбора стратегии и определения основных параметров обработки назначается режущий инструмент, либо выбирается из библиотеки инструментов. На этом же этапе определяются режимы резания: скорость рабочей подачи, обороты шпинделя и программируется включение и выключение СОЖ. Результатом этого этапа является сформированная траектория. В дереве операции системы Mastercam появляется технологическая операция.

Функция Бэкплота. Она позволяет отслеживать перемещения режущего инструмента, с целью проверки правильности созданных траекторий и настройки технологических параметров операции.

Окончательная проверка осуществляется с помощью верификации. Инструменты верификации предоставляют возможности проверки движения инструмента, для оценки качества и общей технологии изготовления детали. Основной смысл верификации заключается в демонстрации процесса удаления материала заготовки и возможности посмотреть на окончательный результат работы УП — модель изготовленной детали.

Постпроцессирование. Постпроцессор — программа, которая преобразует файл траектории движения инструмента и технологических команд (промежуточный файл), сформированный CAM системой, в файл УП в соответствии с требованиями конкретного комплекса «станок — СЧПУ».

Для того чтобы абстрагироваться от большого разнообразия станков, систем ЧПУ и языков программирования обработки, Cam система генерирует промежуточный файл, содержащий информацию о траектории, угле поворота инструмента и обобщённые команды управления станком. Этот промежуточный файл называется CLDATA-файлом.

Далее происходит выбор постпроцессора. Постпроцессор преобразует этот промежуточный файл в программу обработки в строгом соответствии с форматом программирования конкретного станка с ЧПУ. Такая технология позволяет во время проектирования обработки не задумываться о том, на какой конкретно станок попадёт УП и какой будет её формат.

После постпроцессирования САПР Mastercam открывает файл УП в специальном редакторе «Mastercam X Editor», то есть произошел вывод УП в БД. Данный редактор является простым и удобным инструментом для правки и передачи программ на станок с ЧПУ.

Таким образом, в результате проведения данной работы была сформирована УП обработки детали типа «корпус насоса окислителя».

За счёт применения программного продукта Mastercam удалось сократить время, затрачиваемое и отладку УП, решить задачу автоматизации процесса подготовки производства детали типа «корпус насоса окислителя», и следовательно повысить эффективность изготовления деталей типа «корпус насоса окислителя», за счёт автоматизации процесса подготовки производства.

В данной главе приведена методика решения задачи автоматизированной подготовки производства за счёт моделирования процесса обработки деталей в проблемно-ориентированном рабочем месте, построенном на базе САПР.

Заключение

Технология программирования в производстве АКТ является комплексной задачей, связанной с представлением, формализацией, хранением и обработкой данных.

Системы автоматизированного проектирования представляют собой готовый инструментарий для решения определённых инженерных задач. От инженера требуются знания в области проектирования и изготовления изделий АКТ, а также умение работать в среде САПР. Все рутинные задачи по обработке, хранению и представлению данных решаются в фоновом режиме и скрыты от инженера.

Необходимость повышения эффективности общественного производства и ускорения научно-технического прогресса ставит перед Российским машиностроением задачи широкого внедрения прогрессивных технологий на базе создания и освоения нового современного оборудования на базе станков с ЧПУ. Комплексная автоматизация и механизация, основанная на применении станков с ЧПУ является важнейшим направлением в решение задач интенсификации производства. В соответствии с этим инженеру, работающему в области машиностроительного производства, требуется глубокие знания технологии, станочного оборудования (станки с ЧПУ), компьютерной и информационно-измерительной техники.

В результате выполнения данного курсового проекта был проведен комплекс мероприятий, с целью повышения эффективности изготовления деталей типа «корпус насоса окислителя», за счёт автоматизации процесса подготовки производства. Для этого были выполнены следующие задачи:

— произведён анализ конструкции и технологичности детали;

— разработан технологический маршрут механической обработки с детали с применением станков с ЧПУ;

— произведен анализ станка и системы с ЧПУ;

— произведён анализ существующих CAM систем для подготовки и создания кадров управляющей программы;

— разработана методика создания твердотельной модели детали типа «корпус насоса окислителя»;

— формирование УП обработки деталей типа «корпус насоса окислителя».

Библиографический список

1. Аскалонова Т. А. Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ с использованием систем автоматизированного программирования: методические указания к лабораторной работе по курсу «Технологические основы ГАП» для студентов направления 151 000 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» по специальности 151 001 «Технология машиностроения» / Т. А. Аскалонова, А. М. Леонов; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. — Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2009. — 60 с.

2. Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие / В. И. Аверченков и др. Под общ. ред. В. И. Аверченкова — М.: ИНФРА-М, 2005. — 288 с.

3. ГОСТ 3.1121−84. Единая система технологической документации. Общие требования к комплектности и оформлению комплектов документов на типовые и групповые технологические процессы (операции). — М.: Издательство стандартов. — 45 с.

4. Левко, В. А. Технология программирования в производстве аэрокосмической техники: учеб. пособие / В. А. Левко, С. К. Сысоев, А. С. Сысоев; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. — Красноярск, 2009. — 132 с.

5. Ловыгин А. А., Васильев А. В., Кривцов С. Ю. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM система. — М.: «Эльф ИПР», 2006. — 286 с.

6. Сосонкин В. Л., Мартинов Г. М. Методика программирования станков с ЧПУ на наиболее полном полигоне вспомогательных G-функций. — М.: Логос, 2004. — 101 с.

7. Сосонкин В. Л., Мартинов Г. М. Системы числового программного управления. — М.: Логос, 2005. — 185 с.

8. Справочник технолога — машиностроителя. В 2-х т. Т. 1 / A.M. Дальский, А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков, А. Г. Суслов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1986. — 656 с.

9. Справочник технолога — машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / A.M. Дальский, А. Г. Косилова, Р. К. Мещеряков, А. Г. Суслов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. — 496 с.

10. Сысоев, С. К. Проектирование технологических процессов в машиностроении: учеб. пособие / С. К. Сысоев, А. С. Сысоев, В. А. Левко; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. — 2-е изд., перераб. и доп. — Красноярск, 2007. — 308 с.

11. Технология машиностроения. Дипломное проектирование: учеб. пособие / С. К. Сысоев, Ю. А. Филиппов, В. А. Левко [и др.]; под общ. ред. С. К. Сысоева; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. — Красноярск, 2006. — 268 с.

12. Технология машиностроения. Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 151 001 «Технология машиностроения» всех форм обучения / Н. А. Амельченко, В. Д. Утенков, Л. С. Добрынина; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. — Красноярск, 2007. — 92 с.