CC BY
43
ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «APRIORI. CЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»
№ 1 2016
УДК 621. 992. 7
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ ЧПУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD/САМ
СИСТЕМЫ CATIA V5
Стржемечный Михаил Михайлович
кандидат технических наук Московский государственный машиностроительный университет «МАМИ», Москва
Аннотация. Рассмотрены основные задачи моделирования операционной заготовки на примере электронной модели детали типа «втулка», выполнения технологических расчетов и оптимизации структуры токарной операции на станках с ЧПУ в системе ОаНа у5.
Ключевые слова: деталь, заготовка, электронная модель, моделирование, токарная обработка, операция, переход, координатная система, станок ЧПУ.
THE LATHING SIMULATION OF THE UNITS ON THE CNC MACHINES
USING THE CAD/CAM-SYSTEM
Strjemechny Mihail Mihailovich
candidate of technical sciences Moscow state university of mechanical engineering (MAMI), Moscow
Abstract. In this article the main tasks of the operational billet simulation, the technological estimates, and the optimization of the lathe operation structure on the CNC machines in the CAD system Catia v5 on the example of the electronic model of the type 'bush' unit are considered.
Key words: unit, billet, electronic model of unit, simulation, lathing,
process step, machining step, SET, coordinate system, CNC machine.
1
В настоящее время в производстве изделий уменьшение времени выхода продукции на рынок заставляют предприятия повышать производительность, чтобы успешно конкурировать в условиях рынка. Решение указанной задачи предполагает модернизацию проектно-технологических и производственных процессов. Реинжинеринг «классического» предприятия в «расширенное» является оптимальным решением модернизации производства и внедрением интегрированных информационных технологий основанных на концепции PLM-решений (Product Lifecycle Management - управление жизненным циклом изделия). Идеология PLM-решений является главной особенностью системы CAD/CAM/CAE Catia v5. До появления средств электронного моделирования продукции исходной информацией для выполнения технологической подготовкой производства служила чертежно-конструкторская документация. В настоящее время электронные модели изделия рассматриваются как составные части конструкторско-технологической документации на изделие (ГОСТ 2.052-2006). Исходные данные для моделирования операций обработки находятся в электронной модели детали (рис. 1), созданной при помощи инструментария CAD-системы Catia v5. Визуализация электронной модели детали может быть представлена, как в виде трехмерной фигуры (рис. 1), полученной вращения контура детали вокруг оси «Z», так и в виде дерева спецификаций электронной модели детали. Электронная модель детали построена в соответствии требованиями ГОСТ 2.052-2006 в модулях Catia v5 «Sketcher», «Part Design», «Functional Tolerancing & Annotations» и используется как для моделирования операции обработки детали на станках ЧПУ, так и в задачах технологической подготовки производства.
Система Catia v5 позволяет создавать электронные модели операционных заготовок путем изменения размеров электронной модели детали (добавление припуска) [2-5] в соответствие с выполняемыми на
данной токарной операции технологическими переходами. Добавление
2
припуска осуществляется с помощью инструментальных средств CAD системы и сохраняется в дереве построения операции. Процесс проектирования электронной модели операционной заготовки может выполняться одним из методов: булевых операций, сборки, логической операции сборки [3].
Электронная модель операционной заготовки - виртуальное тело, состоящее из материала заготовки, удаляемого режущим инструментом на переходах операции, и содержащее всю необходимую информацию об операционном процессе обработки заготовки. Указанная информация находится в соответствующих листах книги электронной управляющей таблице «Desing Table», связанной с созданной электронной моделью заготовки. Электронная модель операционной заготовки состоит из электронных моделей заготовок переходов, входящих в состав операции обработки детали. Количество и форма тел электронных моделей заготовок определяется структурой операции. Геометрия электронной модели операционной заготовки соответствует принятой технологом структурой операции (последовательность установок, переходов обработки заготовки, схемой базирования и установки, геометрией режущих инструментов, технологической и инструментальной оснасткой и т.д.). В основу метода сборки положен принцип сборки электронной модели операционной заготовки детали (.CATProduct) в модуле «Сборка» Catia v5. «Сборка» состоит из электронной модели детали и электронных моделей операционных заготовок техно-логических переходов, хранится в отдельных файлах (рис. 1 и рис. 2). Каждая модель операционной заготовки (например, операция 005 переход_01, операция 005_02 и т.д.) состоит из тела, созданного в модуле «Part Design» для конкретного переход операции, а так же набора операционных размеров, допусков и аннотаций, необходимых для выполнения перехода операции на станке.
Электронная модель операционной заготовки (перехода) создается в следующей последовательности:
- формирование в основной плоскости «приблизительного» контура при-пуска, снимаемого на данном переходе;
- вращением контура вокруг оси «Z»;
- заполнения тела припуска материалом и получение электронной модели операционного припуска перехода;
- уточнение конфигурации, параметров и геометрии «приблизительного» тела операционного припуска в соответствии с результатами расчета в управляющей таблице «Desing Table».
Рис. 1. Визуализация электронной модели детали типа «втулки»
Для моделей операционных (переходов) заготовок аннотация и допуски на операционные размеры создаются в модуле Catia v5 «Functional Tolerancing & Annotations». Для «общей» электронной модели операционной заготовки в модуле «Product Functional Tolerancing & Annotations».
4
Расчет припусков и операционных размеров электронной модели заготовки в управляющей таблице (Desing Table лист «Припуск») предполагает режим диалога: выбор метода получения заготовки, определение маршрута обработки, баз и операционных размеров для всех переходов операции, назначение технологом баз и простановка операционных размеров выполняются. Использование интегрально-аналитического метода расчета припусков и операционных размеров, позволяет снизить трудоемкость расчета при его автоматизации [4; 5].
В состав системы CATIA V5 входит модуль «Functional Tolerancing and Annotations», который используется для оформления информации необходимой для производства детали. Указанная информация размещается в дереве построения электронной модели заготовки. Операционные размеры электронной модели заготовки, припуски, допуска (размерные и геометрические) и аннотации ассоциативно связаны с электронной моделью «общей» заготовки, поэтому изменения модели отражаются и на связанных с ними аннотациях. Операционные размеры создаются и редактируются в плоскости рассматриваемого перехода операции, что позволяет найти необходимый размер в дереве построения модели заготовки. В модуле CATIA V5 «Functional Tolerancing & Annotations» указываются параметры шероховатости на поверхностях модели операционной заготовки.
В результате проектирования «общей» операционной заготовки методом сборки в рабочей папке появится вариант электронной модели операции обработки (CATProduct), и ряд ассоциированных файлов электронных моделей операционных заготовок (CATPart) (рис. 3) для переходов, выполняемых в данной операции. Таким образом, в файле, содержится информация об электронной модели детали, о припусках, об операционных размеров для всех переходов операции изготовления детали [3].
а б
Рис. 2. Электронные модели операционных заготовок; а) операция 005, переход_01 «точение получистовое», б) операция 005, переход_02 «растачивание получистовое»; операции выполняются на токарном станке «Pitler Petra 250»
Выполнение технологических расчетов и анализ структуры операции происходит в книге управляемой таблицы (Desing Table «Excel») состоящей из взаимосвязанных листов:
- лист «Станок» - технические параметры станка (выбор);
- лист «Инструмент» - параметры режущего инструмента и инструментальной оснастки (код твердосплавной пластины и державки инструмента);
- лист «Инструментальная оснастка» - технические параметры инструментальной оснастки;
- лист «Технологическая оснастка» - технические параметры оснастки;
- лист «Режимы» - расчет режимов резания для операции обработки; (режимы высокопроизводительные, высокоскоростные);
- лист «ТЭО» - оптимизация структуры операции механической обработки - критерий стоимость.
Листы управляющей таблице «Desing Table», в которой выполняются технологические расчеты, соответствуют алгоритму моделирования операции обработки заготовки на токарном станке ЧПУ:
- Анализ электронной модели детали.
- Выбор оборудования.
- Выбор технологической оснастки, схемы базирования и установки.
- Определение последовательности переходов обработки операции и метода получения заготовки.
- Расчет припусков (Zmin) и операционных размеров.
- Выбор режущего инструмента и инструментальной оснастки.
- Выбор (расчет) режимов резания.
- Оптимизации структуры операции механической обработки.
а)
б)
в)
Рис. 3. а) Визуализация электронной модели «общей» заготовки детали и дерева построения процесса обработки; б) Визуализация электронная модели операционной заготовки (переход 002_10_02_03); в) Визуализация электронная модели детали
Созданная электронная модель операционной заготовки обладает
всей необходимой информацией для выполнения следующих этапов
моделирования операции изготовления детали:
7
- оптимизация структуры операции. В качестве критерия оптимальности принимают стоимость операции;
- формирование управляющих программ для обработки деталей на станках с ЧПУ в модулях Са^а v5 «Механическая обработка» и «Моделирование механической обработки».
D1 L1 D2 L2 D3 L3
max, мм min, мм max, мм min, мм тах, мм тт, мм тах, мм тт, мм
80,200 80,000 15,050 14,950
Операция 10 Переход 03 «Расточить диаметр 80 мм в упор на длину 15 мм начисто».
Шпиндель 02
Переход 03 Переходы ^тлп Т, мкм Атах, мм Атт, мм 7тах, мм 7тт, мм
1 2 3 4 5 6 7
Деталь 200 80,200 80,000
03_ начисто 4,900 10 75,300 75,290 4,91 4,900
Переход 0 под 3 «Подрезать торец диаме резать торец диаметр 80-4 ;тр 100-80 мм начисто; Ю мм начисто».
Переходы ^тлп Т, мкм Атах, мм Атт, мм 7тах, мм 7тт, мм
1 2 3 4 5 6 7
Деталь 100 15,050 14,950
03_ начисто 2,200 10 17,250 17,260 2,21 2,200
Рис. 4. Фрагмент управляющей таблицы лист «Припуск»
Верификация и оптимизация управляющих программ для обработки заготовок на станках с ЧПУ выполняется в системе <^епсаЬ>.
Выводы:
В результате моделирования операции токарной обработки на станке ЧПУ создается документ - электронная модель операционной заготовки, которая содержат, не только геометрическую и конструкторскую информацию о детали, но и геометрические и технологические данные о
преобразовании заготовки в деталь. Примитивы, созданные в процессе моделирования, описывают удаляемый материал, схемы базирования и установки, технологические размеры, допуски формы и расположения поверхностей модели деталей, параметры шероховатости, режущий инструмент, инструментальную и технологическую оснастку, режимы резания.
Таким образом, электронная модель операционной заготовки позволит:
- обеспечить безбумажный обмен информацией;
- формировать числовую программу управления (ЧПУ) обработкой на станке в модуле Catia «Lathe Machining».
Список использованных источников
1. Аверченков В.И. Автоматизация проектирования технологических процессов. Брянск: БИТМ, 1984.
2. Яблочников Е.И., Куликов Д.Д. Моделирование приборов, систем и производственных процессов. Учебное пособие. СПб.: СПбГУИТМО, 2008.
3. Куликов Д.Д., Гусельников В.С., Бабанин В.С., Шивал-Сергеев Н.А. Проектирование операционных заготовок в среде CAD-систем. Методическое пособие. СПб.: СПбГУИТМО, 2009.
4. Стржемечный М.М., Хренов А.С. Проектирование технологического процесса обработки детали на основе 3D модели с использованием системы Catia v5 // Современные технологии сборки. Сборник докладов международного научно-технического семинара. М., 2011.
5. Стржемечный М.М., Симонов К.С. Использование системы Siemens NX7.5 для проектирования технологического процесса обработки деталей машин // Автомобиле- и тракторостроение в России: Приоритеты развития и подготовка кадров. 77-я Междунар. науч.-техн.
конф. АФИ. МГТУ «МАМИ», 2012.
9
