Введение
CAD/CAM -системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM-систем. За последние годы CAD/CAM-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.
Целью данного курсового проекта является автоматизированное проектирование конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде SprutCAM 2007 и ТехноПро5+.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1) создать модель вала, определить необходимые параметры производства детали;
2) разработать технологию изготовления детали в среде ТехноПро5+, сформировать технологическую документацию;
3) разработать управляющую программу для токарной обработки вала на станке с ЧПУ в среде SprutCAM2007.
1 Исходные данные
1.1 Чертёж детали
Для создания чертежа детали использовалась система КОМПАС – 3D V12. Чертёж представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Чертёж детали
Подробный чертёж отображён в Приложении А.
Характеристики детали:
Материал – Сталь 40Х, ГОСТ 4543-71
Масса – 2,09 кг.
1.2 Программа выпуска
Программа выпуска изделия 5000 штук в год.
Тип производства деталей – серийный. Характеризуется одновременным изготовлением на предприятии сравнительно широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой повторяется в течение продолжительного времени. Наибольшее распространение имеет в машиностроении и металлообработке.
Серийное производство является основным типом современного производства и предприятиями этого типа выпускается в настоящее время 75-80% всей продукции машиностроительной продукции.
2 Метод получения заготовки
Поскольку выбор метода получения заготовки определяется следующими факторами:
а) технологическими свойствами материалов, его пластичностью;
б) конструктивными формами и размерами детали;
в) требуемой точностью размеров и качеством ее поверхности (шероховатость, остаточные напряжения и т.д.);
г) величиной программного задания, то есть объемом продукции или типом производства;
д) производственными возможностями оборудования;
е) временем, затрачиваемым на подготовку производства (изготовление моделей, штампов, пресс-форм и т.д.);
ж) гибкостью производства, то есть возможностью быстрой переналадки оборудования и оснастки в условиях автоматизированного производства, -
то для изготовления требуемой заготовки был выбран метод литья.
Литье металлов - это процесс получения металлических изделий способом заливки (литья) расплавленного горячего металла в специальную форму. Такая форма, из которой родится будущая «отливка» (так называют полученное при литье металлов металлическое изделие), получила название «литейной формы». Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой металл при литье, охлаждаясь, затвердевает и получает вид конечного изделия. Чаще всего используется метод статической заливки, когда осуществляется заливка металла в неподвижную литейную форму. Чертёж заготовки представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 – Чертёж заготовки
Подробный чертёж отображён в Приложении А.
3 Автоматизированное проектирование конструкции
3.1 Характеристика возможностей современных CAD систем
На сегодняшний день существуют различные CAD пакеты. К CAD пакетам, которые используют для построения твердотельной модели, можно отнести: «SolidWorks», «AutoCAD», «UnigraphiCS», «Inventor», КОМПАС – 3D V12.
Основными особенностями большинства вышеперечисленных CAD пакетов являются:
– твердотельное и поверхностное параметрическое моделирование;
– полная ассоциативность между деталями, сборками и чертежами;
– богатый интерфейс импорта/экспорта геометрии;
– экспресс-анализ прочности деталей и кинематики механизмов;
– специальные средства по работе с большими сборками;
– простота в освоении и высокая функциональность;
– гибкость и масштабируемость;
– 100% соблюдение требований ЕСКД при оформлении чертежей;
– русскоязычный пользовательский интерфейс и документация.
3.2 Система для построения чертежа и конструкции
Из всех представленных выше программных пакетов был выбран КОМПАС – 3D V12 – продукт компании ЗАО АСКОН. Так как он сочетает очень продуманный CAD-пакет с простым и понятным интерфейсом.
Система позволяет реализовать классический процесс трехмерного параметрического проектирования — от идеи к ассоциативной объемной модели, от модели к конструкторской документации.
Основные компоненты «КОМПАС-3D» — собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций.
Система «КОМПАС-3D» предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.
Ключевой особенностью «КОМПАС-3D» является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН.
Трёхмерная модель детали представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – 3D модель детали
4 Автоматизированное проектирование технологии изготовления детали
4.1 Характеристика возможностей CAPP системы
В качестве CAPP системы в рамках курсовой работы была использована система ТехноПро5+.
Система ТехноПро предназначена для проектирования техпроцесса в электронном виде: операционных, маршрутно-операционных и маршрутных технологических процессов (ТП), включая формирование маршрута, операций и переходов, с выбором оборудования, приспособлений, подбором инструментов, формированием текстов переходов, расчетом технологических размерных цепей, режимов обработки и норм изготовления.
ТехноПро позволяет:
а) назначать операции;
б) подбирать необходимое оборудование, оснастку и т.д.;
в) назначать переходы, для которых назначать инструмент, приспособления, рассчитывать режимы резания;
г) формировать технологическую документацию;
д) использовать базы данных типовых элементов, оборудования, операция и переходов;
е) параметризировать технологический процесс;
ж) назначать условия, оптимизирующие разработку техпроцесса.
4.2 Разработка технологического процесса изготовления детали в системе ТехноПро
Все поверхности, где указана точность, должны обрабатываться: валы (h) по 14 квалитету, отверстия(H) по 14 квалитету, допуск на все остальные поверхности ±IT14/2.
Для получения детали «вал» необходимы следующие операции:
- токарная
- сверлильная
- фрезерная.
Необходимо выполнить следующее:
Токарная обработка:
– Установить заготовку в трехкулачковом патроне с поджатием задней бабкой;
– Подрезание торца;
– Точить поверхность до диаметра 30 мм на длине 58 мм;
– Точить поверхность до диаметра 32 м
– Точить поверхность до диаметра 35 мм на длине 29 мм;
– Точить поверхность до диаметра 42 мм на длине 93 мм;
– Точить поверхность до диаметра 36 мм на длине 32 мм;
– Сверлить отверстие диаметром 6 мм на глубину 24 м;
– Нарезать резьбу М8-7Н на длине 20 мм;
– Расточить фаску в размер 1,6 x 45 град. на диаметре 30 мм;
– Расточить фаску радиусом 1,6мм на диаметре 32 мм;
– Расточить фаску радиусом 1,6мм на диаметре 35 мм;
– Расточить фаску радиусом 1мм на диаметре 42 мм;
Переустановить и закрепить;
– Точить поверхность до диаметра 35 мм на длине 25 мм;
– Расточить фаску радиусом 1мм на диаметре 42 мм;
– Подрезание торца;
– Расточить фаску в размер 1,6 x 45 град. на диаметре 35 мм.
Фрезерная обработка:
– Закрепить по внутреннему отверстию;
– Фрезеровать паз шириной 8 мм, высотой 4 мм , на длине 50мм;
– Фрезеровать паз шириной 10 мм, высотой 5 мм , на длине 32мм.
Оборудование: токарно-револьверный станок, концевая фреза.
Разработка технологического процесса изготовления вала в системе ТехноПро начинается с выбора пункта Конкретные Тех. Процессы основного меню программы. Далее создаём новую деталь «Вал» и заносим в базу системы соответствующие данные (обозначение детали, наименование, материал, заготовка и др.) в соответствии с рисунком 4.
Рисунок 4 – Создание детали
Следующим шагом следует сформировать операции и назначить для каждой операции оборудование, приспособление и вспомогательный материал в соответствии с рисунком 5.
Рисунок 5 – Формирование операций
Далее можно приступать к созданию технологических переходов в каждой операции. Система даёт возможность выбрать инструмент и необходимые параметры из уже имеющейся базы. Также для каждого перехода следует задать режимы резания, такие как глубина резания, количество проходов, подача, частота вращения шпинделя. Показано на рисунке 6.
Рисунок 6 – Режимы резания
Преимуществом системы естественно является её автоматизация расчётов. Так для расчётов скорости резания и времени, необходимого для каждой операции, существует база условий и расчётов. После ввода условий, система рассчитает все требуемые значения параметров и будет их использовать для дальнейшей работы с деталью, а так же выдаст их в технической документации. Показано на рисунке 7.
Рисунок 7 – Расчёт скорости резания и времени
Завершающим этапом необходимо прикрепить возможные эскизы к операциям для наглядного отображения частей детали и сформировать технологическую документацию, как показано на рисунке 8.
Рисунок 8 – Добавления эскизов к операциям
Графическое представление проектирования технологического процесса в системе ТехноПро полностью представлено в Приложении Б.
Сформированная технологическая документация в полном объёме содержится в Приложении В.
5 Разработка управляющей программы
5.1 Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ 16К20ФЗС32
Управление ЧПУ предусматривает возможность ввода в память программ на обработку деталей с пульта управления или с носителей, таких как магнитная лента, картридж.
Схема написания программ состоит из кадров. В начале программы стоит номер кадра N (N001, N002 …). Каждый кадр состоит из переменного числа слов, причем любое слово может отсутствовать. Каждое слово состоит из буквы, называемой адресом, и следующей за ней группы цифр. Адрес Е (быстрый ход) не имеет числовых параметров. Нули в старших разрядах группы цифр значения не имеют. Порядок слов в кадре произвольный. В одном кадре недопустимо программирование двух слов с одинаковым адресом.
В первом кадре как правило задается номер инструмента, величина подачи, число оборотов в минуту шпинделя. Например:
N 001 F0,12 S 2 200 T01, где:
F0,12 – величина подачи рабочего органа задается по адресу F в миллиметрах на один оборот (мм/об). В цикле нарезания резьбы адресу F задается шаг резьбы. Подача действует на обе оси одновременно.
S 2 200 – число оборотов шпинделя задается по адресу S. Например, S 2–250 – минус означает вращение шпинделя по часовой стрелке (если минус отсутствует, то вращение против часовой стрелки);
250 – число оборотов шпинделя в минуту;
2 – диапазон числа оборотов шпинделя.
Диапазон регулирования числа оборотов шпинделя устанавливается механически с помощью рукоятки на передней (шпиндельной) бабке станка.
T01 – номер инструмента задается по адресу Т. Количество инструментов – 10.
Во втором кадре обычно задается точка подхода режущего инструмента к обрабатываемой заготовке.
Обработка цилиндрических поверхностей программируется изменением координаты Z в абсолютных значениях или в приращениях на длину цилиндрической поверхности.
Существуют так же вспомогательные функции, которые задаются по адресу М. Так например М02 означает конец программы, М17 – Конец описания детали для циклов L8, L9, L10.
Текст программы представлен в Приложении Г.
5.2 Разработка управляющей программы в системе «Спрут-CAM»
SprutCAM — программное обеспечение для разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Это единственная российская CAM-система, и одна из немногих среди зарубежных, поддерживающая разработку УП для многокоординатного, электроэрозионного и токарно-фрезерного оборудования с учетом полной кинематической 3D-модели всех узлов в том числе.
SprutCAM позволяет создавать 3D-схемы станков и всех его узлов и производить предварительную виртуальную обработку с контролем кинематики и 100 % достоверностью, что позволяет наглядно программировать сложное многкоординатное оборудование. Сейчас для свободного использования доступны более 45 схем различных типов станков.
Для создания управляющей программы в SprutCAM нужно импортировать трехмерную модель созданную средствами моделирования КОМПАС – 3 D в соответствии с рисунком 9.
Рисунок 9 – импорт 3D модели
Далее назначить операции: токарное сверление, черновая токарная, чистовая токарная и обработка торца в соответствии с рисунком 10.
Рисунок 10 – Назначение операций
После чего можно сгенерировать текст управляющей программы, нажав на кнопку «Постпроцессор» во вкладке Технология, как показано на рисунке 11.
Рисунок 11 – генерация текста управляющей программы
Полный текст сгенерированного кода представлен в Приложении Д.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта были выполнены чертежи заготовки и самого вала при помощи системы КОМПАС – 3D V12, а так же при её помощи была построена трёхмерная модель детали для вычисления необходимых характеристик. Исходя из условий задачи, были выбраны способы получения заготовки и тип производства. Автоматически был сформирован технологический процесс изготовления детали в среде ТехноПро5+. Сгенерирована технологическая документация, содержащая все переходы и значения параметров для изготовления детали. Создана управляющая программа для станков с ЧПУ при помощи модуля SprutCAM2007.
Таким образом, при помощи различных программных средств и инженерных пакетов, была достигнута главная цель курсового проекта – автоматизация проектирования конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде ТехноПро5+ и SprutCAM2007.
Список используемых источников
1. Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие / В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А. Польского. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2006. — 288 с. — (Высшее образование).
2. Производство заготовок. Листовая штамповка: Серия учебных пособий из шести книг. Книга 2/ А.С. Килов, К.А. Килов – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 182с.
3. Автоматизированное проектирование в системе Спрут: методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" для студентов специальности 220300/ Р.Г. Соколов – Б.: Изд-во АлтГТУ, 2009. – 63 с.
4. Руководство по системе ТехноПро.
5. Руководство по системе SprutCAM.