Системы автоматизированного проектирования

Системы автоматизированного проектирования

САПР означает проектирование с помощью ЭВМ. Человеку в этом процессе отводится активная роль. САПР как система включает в себя:
- технические средства,
- системное программное обеспечение,
-прикладное программное обеспечение проектировщика.

Задачи САПР

1. Эффективность работы, которая заключается в следующих показателях:

·     Более быстрое выполнение чертежей. Конструктор, использующий САПР, может выполнять чертежи в среднем в три раза быстрее, чем работая за кульманом. Это ускоряет процесс проектирования в целом, позволяет в более сжатые сроки выпускать продукцию и быстрее реагировать на рыночную коньюктуру.

·      Повышение точности выполнения чертежей. Точность чертежа, выполненного вручную, определяется остротой зрения конструктора и толщиной грифеля карандаша. На чертеже, построенном с помощью САПР, место любой точки определено очень точно (обычно с точностью 0.01 - 0.0001 мм).

·      Повышение качества выполнения чертежей. Качество изображения на обычном чертеже полностью зависит от мастерства конструктора, тогда как графопостроитель САПР рисует высококачественные линии и тексты независимо от индивидуальных способностей человека, использующего эту систему. Кроме того, большинство обычных чертежей имеют следы ластика, что придает им неряшливый вид. Редактор САПР позволяет быстро стереть любое число линий без каких-либо последствий для конечного вида чертежа.

·      Возможность многократного использования чертежа. Записанный в память ЭВМ чертеж может быть использован многократно

·      Специальные чертежные средства, такие как перенос, поворот, копирование, масштабирование изображений, увеличения изображения при просмотре и т.п., которые обычно недоступны при ручном черчении.

· Ускорение расчетов и анализа при проектировании. В настоящее время существует большое разнообразие программного обеспечения (модуль САЕ), которое позволяет выполнять на компьютерах часть проектных расчетов заранее (расчет режимов резания, нормирование работ, задачи сопромата и др.).

·      Высокий уровень проектирования. Мощные средства CAE моделирования освобождают конструктора от использования традиционных формул и позволяют проектировать нестандартные геометрические формы (кулачки, резьбы и др.).

 

2. Удобство САПР в значительной мере определяется видом связи с проектировщиком. Наиболее эффективный вид связи - графический диалог, который обеспечивает большую наглядность при передаче информации и позволяет оптимально разграничить функции между человеком и ЭВМ при одновременном улучшении качества принимаемых человеком решений.

 

3.      Гибкость САПР с точки зрения расширения возможностей ее использования может быть увеличена, если программное обеспечение является универсальным и открытым.

 

 

Классификация САПР

1. Локальные САПР, ориентированные на решение конкретных задач, например, только на изготовление конструкторской документации. Они часто используются в производственной практике на начальной стадии внедрения.

2. Интегрированные САПР объединяют подсистемы конструирования, моделирования, разработки технологии изготовления проектируемых изделий, разработки конструкторской и технологической документации.

 

Автоматизация процесса КТПП

Выпуску любого изделия предшествует конструкторско-технологическая подготовка производства. Этот процесс занимает основное время от идеи до реализации, поэтому сокращение сроков подготовки производства является основой повышения конкурентоспособности. Особенно в условиях серийного производства (МС и СС).

Наилучший результат м.б. достигнут при тесном взаимодействии основных участников процесса – конструктора и технолога.

Для автоматизации такой совместной работы нужна система, которая позволяет в едином информационном пространстве решать разнородные задачи. Программные продукты, обеспечивающие единое конструкторско-технологическое пространство – называются интегрированными CAD/CAM системами. «Интеграция» - объединение. Такие системы обеспечивают:

· Единое графическое представление данных

· Результат работы технолога и конструктора хранятся в общей модели

· Автоматическое или полуавтоматическое внесение изменений в технологию в результате изменения геометрии

· Упрощенное взаимодействие участников

Одной из систем для автоматизации сквозного процесса КТПП является отечественный продукт CAD/CAM/TDE ADEM фирмы «Omega Adem Technologies Ltd».

В переводе с английского ADEM:
Automated – автоматизированное
Design – проектирование
Engineering – расчет
Manufacturing – изготовление.

 

Традиционная схема программирования станков с ЧПУ

КБ

CAD/CAM  файлы

ТБ

ЦЕХ

УП

 

После разработки любого ТП и составления УП производится ее отладка непосредственно на рабочем месте. Изменения в УП вносит технолог-программист. Затем процесс повторяется снова, что занимает значительное время.

КБ

CAD/CAM  файл

ТБ

ЦЕХ

CAD/CAM  файл

Решение – цеховой CAD / CAM, с которым непосредственно работает оператор станка с ЧПУ. Все изменения во время отладки УП вносятся прямо в главный файл CAD/CAM.

 

Применение такой схемы:

+ экономит время
+ экономит денежные средства
+ сокращает бумажную работу

- требует более высококвалифицированных работников

 

Структура CAD / CAM ADEM

CAD/CAM/TDM ADEM – глубоко интегрированная система, условно разделенная на три модуля.

ADEM CAD – конструкторская часть – универсальный 2D и 3D редактор, обеспечивающий выпуск конструкторской документации, а также трехмерное твердотельное и поверхностное моделирование.

ADEM САМ – технологическая часть – построение ТП с выбором заготовки; подготовка УП для плоскостной и объемной обработки деталей.

ADEM TDM – подготовка полных комплектов КД и ТД.

Объемное моделирование

Объемное моделирование позволяет:

- создавать параметрические детали и сборки

- использовать элементы этих деталей для оформления чертежной документации и создания УП

- упрощает работу технолога и конструктора

- сокращает затраты и время на подготовку производства

Различают:

1. Твердотельное моделирование – построение элементарными геометрическими фигурами: сфера, цилиндр и т.д.

Способ проще.

Применяют для деталей с несложной геометрией.

2. Поверхностное моделирование – деталь представлена набором поверхностей. Например: цилиндр = цилиндрическая поверхность + 2 дна.

Позволяет строить более сложные поверхности, например, полости штампов.

3. Гибридное моделирование – совмещает функции обоих методов.

 

В системе ADEM CAD плоское черчение и объемное моделирование являются взаимозаменяемыми, т.е. по чертежу можно построить модель и наоборот - модель разложить на виды.

 

Редактирование моделей

 

1. Локализация – выделяется часть модели, которая подвергается изменениям, и лишь этот фрагмент перестраивается заново, а затем присоединятся к модели.

2. Редактирование истории создания:

1) Откат до некоторого состояния, на котором создавалась исправляемая часть модели. Дальнейшее моделирование ведется с учетом изменений.

2) Редактирование с автоматическим изменением дерева истории. При этом система сама восстанавливает геометрические модели по информации, записанной в истории.

+ исключается повторение всех действий, кроме самого редактирования

- регенерация не всегда возможна после внесения изменений

- невозможность обмена историями между различными системами.

3) восстановление по измененному каркасу. Применяют для редактирования импортированных моделей из других систем. Суть метода: геометрическая модель состоит из поверхностей, ребер и вершин. Необходимо изменить положение вершин в пространстве, затем восстановить по ним модель. Вершины переносят вручную или изменяют линейные размеры.

+ метод простой

- невозможно редактировать скругления. Их необходимо строить заново.

3. Операции с группой тел:

· Масштабирование

· Перенос

· Совмещение

· Поворот

· Копирование

· Зеркальное отражение

Режущий инструмент

Расходы на инструмент составляют около 3% от себестоимости изготовления изделия. Правильный подбор РИ позволяет в несколько раз сократить время обработки и количество тех.операций, поэтому нет никакого смысла экономить на качестве инструмента.

 

Инструментальные материалы

1. Быстрорежущие стали – уступают по всем показателям тв.сплаву в 10…15 раз. Поэтому практически не применяют или применяют с износостойким покрытием Ti Al N.

P.S. единственное, что удерживает этот материал в нашей стране, это наличие огромного парка устаревшего оборудования, которое не может развивать высокие скорости вращения необходимые для современного инструмента.

2. Твердый сплав - из него изготавливают большинство инструмента. Переточке тв.сплав не подлежит, поэтому наиболее рационально применение сменных многогранных пластин СМП.

Международной организацией стандартов принято классифицировать тв.сплав не по химическому составу, а по области применения в зависимости от обрабатываемого материала.

Различают 6 групп:

Группы резания

Группа (цвет маркировки)	Область применения
P (синий)	Обработка материалов, дающих сливную стружку (незакаленные стали с низкой твердостью)
M (желтый)	Сливная стружка и стружка надлома. Промежуточная группа (закаленные стали, коррозионностойкие стали и сплавы)
K (красный)	Чугун
N (зеленый)	Мягкие цветные сплавы (на основе Al, Cu, Sn…)
S (коричневый)	Труднообрабатываемые материалы (жаропрочные стали и сплавы, на основе Ti…)
H (серый)	Закаленные и литейные чугуны

 

Подгруппы применения

Обозначаются цифровым индексом. Чем больше цифровое значение, тем выше назначают подачи и глубины резания, но скорость резания и стойкость инструмента при этом ниже.

01…09 - тонкаяобработка

10…19 – чистовая

20…29 –получистовая

30…39 – черновая

40…49 – нагруженные черновые операции.

 

Как показывает практика, причиной низкого ресурса режущего инструмента является быстрый износ или разрушение его рабочих поверхностей.

Наиболее нагруженным является его поверхностный слой. Поэтому для устранения или торможения процессов, негативно воздействующих на работоспособность инструмента, применяют различные методы модификации поверхностей, заключающиеся в изменении физико-механических свойств или кристаллическом строении поверхностного слоя.

Методы модификаций:

· Нанесение покрытий

· Поверхностное легирование

· Термическая обработка

· Деформационная обработка

· Комбинированная обработка

Эффекты, достигаемые от модификации:

· Повышение микротвёрдости и теплостойкости

· Снижение шероховатости

· Снижение адгезии

· Уменьшение коэффициента трения и, следовательно, сил резания

· Уменьшение наростообразования

↓↓↓

· повышение стойкости и скорости

· повышение производительности

· улучшение качества обрабатываемой поверхности

· снижение потребляемой мощности

· снижение расхода инструмента

↓↓↓

Снижение себестоимости изделия

 

Износостойкие покрытия

80% всех тв.сплавных пластин в мире изготавливают с различными износостойкими покрытиями.

Покрытия различают:

· однослойные (TiC, TiN, TiCN)

- возможно более быстрое отслоение во время работы

· многослойные

1-й слой – наружный – обеспечивает заданные режущие свойства

2-й слой – связка

3-й слой – обладает максимальной химико-кристаллической совместимостью с материалом пластины.

Суммарная толщина покрытия 4…15 мкм. Чем более спокойная обработка, тем меньше толщина покрытия.

TiN – золотистый	Наиболее распространенное, универсальное, химически пассивное, твердость 25 НV
TiСN – серо-голубой	+ твердость выше + коэф.трения ниже - выше хрупкость
CrN – серебристо-металлический	+ пониженное наростообразование при обработки мягких материалов + выше теплостойкость + химически пассивно
MoS2 -	+ низкий коэф.трения +применяют при обработке без СОЖ - ниже твердость
(TiAl)N – фиолетово-черный	+ химически пассивнное + повышенная твердость + повышенная теплостойкость + применяют при повышенных глубинах резания и силовых нагрузках

 

Требования к режущему инструменту

1. максимальное использование СМП

2. использование наиболее рациональных форм СМП, обеспечивая универсальность

3. допускать возможность работы всех инструментов в прямом и перевернутом положении

4. предусматривать применение в левом положении

5. обеспечивать повышенную точность

6. удовлетворительно формировать стружку и отводить ее

7. обеспечивать возможность предварительной наладки вне станка

8. быть быстросменным

 

Требования к вспомогательному инструменту

1. минимальная, но необходимая номенклатура

2. минимальная стоимость

3. должен обеспечивать точность установки режущего инструмента и, следовательно, точность обработки

4. д.б. жестким и виброустойчивым

5. обеспечивать регулирование режущих кромок по возможности прямо на станке

6. быть быстросменным

7. иметь унифицированные присоединительные размеры

Классификация ВИ

Сверлильно-расточная и фрезерная группа		Токарная группа
С ручной сменой ИБ	С автоматической сменой ИБ	ВИ для крепления в револьверной головке	ВИ для крепления на суппорте или в инструментальном магазине
Быстродействующие патроны:	Базовые оправки	Базовые оправки
· сверлильные · цанговые · для метчиков самовыключающиеся · расточные · плавающие для разверток · оправки для фрез · расточные оправки · расточные головки · удлинители · регулируемые втулки · быстросменные вставки		Суппорт + ИБ   Крепление: · зубчатым венцом · базирующей призмой · цилиндрическим хвостовиком с лыской и рифлением · коническим хвостовиком с лапкой

 

Инструментальный блок – это совокупность РИ и ВИ.

Базовые оправки – оправки, которые устанавливаются непосредственно в гнездо инструментального магазина наружной частью, а внутренняя часть служит для установки и закрепления инструментального блока.

Для инструмента, работающего на высоких скоростях применяют специальные оправки с балансировочными кольцами.

 

Скоростная обработка

Практически все современные системы обработки (станок + инструмент + САМ система) рассчитана на высокоскоростные методы обработки. Предельные частоты вращения шпинделя более 12.000 об/мин. При обработке небольших деталей или прессформ около 30.000 об/мин.

Особенности:

1. высокие значения подач и частот вращения шпинделя

2. очень маленькие глубины резания

3. траектории без резких смен направления и скорости

Усилие резания при переходе от обычного фрезерования к высокоскоростному сначала увеличивается, затем, по мере повышения оборотов и подачи, резко снижается. Все тепло выделяемое при резании уходит со стружкой (иногда она полностью сгорает). Инструмент практически не греется. Поэтому обработку ведут без СОЖ, рекомендуется подавать воздух для удаления стружки. Качество поверхности резко улучшается. Последующие шлифование или доводка не требуются.

При использовании монолитного твердосплавного инструмента возможно обрабатывать самые твердые закаленные стали и чугуны с очень низкой шероховатостью, тем самым заменяя электро-химическую обработку.

К станку предъявляют требования:

· высокой динамической жесткости

· возможности перемещения с ускорением до 100 м/сек²

 

Работа в модуле ADEM САМ

Основные понятия

Любую деталь, подлежащую механической обработке, можно разложить на конструктивные элементы.

КЭ – геометрический элемент детали, имеющий свои особенности изготовления.

Характеристики КЭ:

1. тип элемента (колодец, окно, уступ, отверстие, стенка, поверхность)

2. параметры элемента (основной размер, диаметр, глубина, припуск и др.)

3. геометрия элемента (контуры, ломанные и т.п.)

Весь процесс изготовления описывается элементарными технологическими шагами – технологическими переходами.

ТП – это набор технологических параметров, определяющих стратегию обработки одного КЭ.

Характеристики ТП:

1. тип перехода (точить, сверлить…)

2. параметры перехода (подача, частота вращения, многопроходность и др.)

3. параметры инструмента (его тип, диаметр …)

 

Технологический объект ТО - это КЭ с определенным ТП.

 

Технологическая команда ТК – это вспомогательные команды или переходы не связанные с непосредственным снятием стружки (начала цикла обработки, задание плоскости х.х. и др.)

CLDATA – последовательность команд станку. Содержит все команды режущему инструменту, вспомогательные команды и справочную информацию. CLDATA является постпроцессором - это согласующая программа САП, учитывающая особенности данного станка и формирующая кадр. Процессор – программа первичной обработки информации.

Маршрут обработки – последовательность ТО, которые описывают ЧТО, КАК и В КАКОЙ последовательности будет обрабатываться.

Управляющая программа УП – последовательность команд на языке программирования.. Перед генерацией УП в модуле САМ ADEM необходимо рассчитать траекторию движения инструмента и выбрать конкретный вид оборудования (модель станка или ОЦ).

 

Схема маршрута обработки:

КЭ + ТП

КЭ + ТП

ТК (1)