Твердотельное моделирование в САПР, основные принцы в 3D-моделирования.

Как неоднократно указывалось ранее, что современные САПР очень сложно разделить на конструкторские или технологические. Современные тенденции перехода к комплексным САПР вообще заставляют говорить об использовании на машиностроительных предприятиях интегрированных CAD / CAM / CAE. Поэтому все то, что ранее описывалось для систем конструкторской подготовки производства, полностью относится и к системам технологической подготовки

Системы твердотельного моделирования могут быть эффективными не только при их использовании конструкторами-проектировщиками. Не меньшую эффективность они могут показать и при их применении в технологических подразделениях. Особенность работы технологических отделов заключается в том, что они являются последним этапом подготовки производства, далее следует воплощение идеи конструктора в металле. Конструкторская документация, поступающая к технологу может иметь различные недостатки и ошибки, и если они выявляются только на стадии производства, то это приводит к тому, что затраты на ее исправления возрастают на порядок. Применение системы твердотельного моделирования для контрольной сборки изделия наиболее эффективная область ее использования.

Современная мощная компьютерная техника и математические методы моделирования геометрии твердого тела создали реальную предпосылку расширения областей применения САПР. Переход от двухмерного проектирования к твердотельному моделированию открывает для любого производства уникальные возможности для совершенствования конструкторской и технологической подготовки производства, прежде всего заключающееся в многократном улучшении точности обработки поверхностей и сокращении времени создания программ для станков ЧПУ. Повышение качества изделия требует многократного улучшения точности обработки поверхностей и создания высокоточных траекторий инструментов, а для этого нужно генерировать огромные объемы данных, т.к. режущему инструменту при этом необходимо сделать намного больше проходов по каждой траектории. Поэтому на первый план выходит вопрос решения задачи о сокращении времени создания программ для станков ЧПУ.

Изготовление технологической оснастки для большинства технологических процессов на основании проекта, разработанного в системе трехмерного моделирования, обеспечивает более высокую точность, а, следовательно, и более высокое качество изготовления изделия.

Традиционной областью твердотельного моделирования с имитацией движения является проектирование литьевых форм и литьевой оснастки. Специалисты оценили возможность имитации кинематики движения плит и знаков сложной литьевой формы, создания и оформления формообразующих.

Любую формообразующую технологическую оснастку характеризует повышенная сложность формы поверхности и высокие требования к точности изготовления, а конструкторские работы имеют существенно ограниченный объем при мелкосерийном производстве. Так, например, в основе производства формообразующей оснастки и моделей рабочих органов турбомашин (колеса, диффузора, направляющие и выправляющие аппараты и т.д.) лежит механическая обработка сложных поверхностей, и ее выполнение с повышенной точностью и производительностью требует специализированных средств программирования для станков с ЧПУ и контроля точности изготовления.

Ранее автоматизация процесса проектирования формообразующей технологической оснастки могла быть осуществлена на основе САПР высокого уровня для рабочих станций. Однако проведенный анализ, учитывающий их конструктивные и технологические особенности, показывает нерациональность такого подхода. Имеющиеся на рынке CAM -модули достаточно хорошо интегрируются в большинство САПР. Поэтому использование дорогостоящего ПО, например, для проектирования картера компрессора, корпуса турбокомпрессора или рабочего колеса водокольцевой машины явно становится нецелесообразным.

Технологические модули, входящие в CAD / CAM / CAE -системы представляют собой функциональную интегрированную среду, поддерживающую практически все технологические процессы, используемые в машиностроительном производстве: многокоординатного фрезерования, сверления, токарной обработки, электроэрозионной обработки, производства литейных форм, пресс-форм и штампов. В качестве исходной информации для генерации траекторий движения инструментов используется геометрическая модель изделия, которая может быть синтезирована в данной системе или импортирована из других систем геометрического моделирования

В современных САПР процесс проектирования и производства сложных и многокомпонентных изделий требует одновременной работы всех участвующих в проектировании электронной модели деталей, узлов, агрегатов, систем и всего изделия в целом. Не дожидаясь полного окончания разработки нового изделия в конструкторском отделе, информация о нем должна использоваться для технологической подготовки производства и всего производства в целом. Это требует одновременного:

- решения задачи концептуального проектирования

- проведения всевозможных видов инженерного анализа

- моделирования эксплуатационных ситуаций

- создания компоновки изделия и формирования внешних обводов.

Диапазон применения на различных производствах CAD/CAM-систем достаточно широк - от проектирования простых объектов до полного электронного представления самых сложных изделий современной техники. Однако необходимо заметить, что в практике конструкторов и технологов наиболее часто встречаются типовые задачи, для решения которых необходимо на базе универсальной системы разрабатывать и применять хорошо взаимодействующие с ней прикладные проблемно-ориентированные системы.

Анализ проблем, вынуждающих предприятие приобретать CAD/CAM-системы, позволяет определить те требования, которые САПР такого типа должна:

- обеспечивать параллельную работу над проектом

- наличия механизма ведения всей конструкторско-технологической документации для сопровождения процесса подготовки производства и самого производственного процесса

- позволять моделировать процесс сборки объектов с большим числом элементов

- обеспечивать построение сложных поверхностей для создания твердотельных моделей и организации нового производства сложных формообразующих деталей

- разрабатывать корректные управляющие программы для изготовления деталей на станках с ЧПУ

- генерировать технологическую документацию

- разрабатывать технологический процесс механообработки по 3D модели (фрезерование 2х и 2,5-й координатное, фрезерование 3-х координатное, фрезерование 5-ти координатное, фрезерование позиционное, токарная, сверление)

- иметь возможность достаточно простой адаптации к имеющемуся станочному парку – иметь библиотеку постпроцессоров и/или возможность самостоятельного их написания

- обеспечивать проектирование технологической оснастки на основе стандартных решений и узлов. Использование библиотек и подмены стандартных узлов в сборке, можно значительно повысить скорость проектирования

- быть открытой, что наряду с полной параметризация библиотек и БД позволяет пользователю самому дополнять и сопровождать их

- гарантировать выполнение различного вида разработок в одной среде, что исключает некорректную передачу данных и возможную потерю информации

- обладать модулями проектирования пресс-форм и литейной оснастки, в т.ч. обеспечивать моделирование процесса литья деталей из пластических материалов

разрабатывать объемно-листовые конструкции и процесс последовательного выполнения технологических операций по гибке и объемно-листовой штамповке.