CC BY
68
УДК 621.9.047
ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ КОМБИНИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ
О.Н. Кириллов, В.И. Гунин, А.А. Никитин
В статье рассмотрены задачи, стоящие при отработке технологичности корпусных деталей для комбинированных методов обработки и использования для этих целей конструкторских и технологических систем САПР. Представлена технология моделирования корпуса планетарного редуктора однорядного звездообразного поршневого девятицилиндрового авиадвигателя АИ-14 в системе «Компас-3Б»
Ключевые слова: корпус, модель, сборка, САПР, технология
Основными задачами, решаемыми технологом при отработке изделия на технологичность, являются:
• максимально возможное приближение формы заготовки к форме изделия;
• снижение трудоёмкости подготовки производства.
В процессе проектирования изделия его форма приспосабливается к особенностям каждого из этапов технологического процесса. Для обработки тонкостенных корпусных деталей необходимо особо тщательно и правильно провести настройку станка, для чего требуется пространственная геометрическая модель обрабатываемого корпуса, причём при её проектировании нужно учитывать изменение геометрии изделия под действием сил резания. Наиболее распространённые конструкторские и технологические САПР среднего уровня обычно не позволяют этого сделать, либо не в полной мере учитывают условия обработки и недостаточно точно моделируют деформацию тонкостенной корпусной детали под действием сил резания.
Для электрических комбинированных методов обработки силы резания незначительны, поэтому при проектировании твердотельной модели можно исходить из постоянства геометрического образа корпуса, без учёта изменения его геометрии под действием внешних сил.
Характерными особенностями электрических комбинированных методов обработки являются бесконтактный съём и расширенный доступ инструмента в зону обработки за счёт исключения вспомогательных движений формообразования [1]. Хотя система Компас-3Б и не в полной мере учитывает условия обработки, её использование применительно к электрическим и комбинированным
Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8-908-1472413
Гунин Виктор Иванович - ВГТУ, канд. техн. наук, профессор, тел. (4732) 781268
Никитин Андрей Алексеевич - ВГТУ, студент, Е-таі1: nikitin211169@maii.ru, тел. 8-951-5488486
методам обработки, без силового воздействия, позволяет получать близкое совпадение расчётной траектории движения инструмента и получаемой формы корпуса, что особенно важно при проектировании технологии тонкостенных нежёстких корпусов и других деталей авиационной и космической техники [2].
На кафедре «Технология машиностроения» ВГТУ проведено моделирование корпуса планетарного редуктора однорядного звездообразного поршневого девятицилиндрового авиадвигателя АИ-14 в системе «Компас 3Б», рис. 1.
Рис. 1. Твердотельная модель корпуса редуктора
Основой формообразования корпуса является тонкостенный конический цилиндр, сопряженный с полусферой, и тороидальным фланцем. Моделирование на начальном этапе трудностей не представляло: первой операцией было «Вращение» эскиза вокруг оси, рис. 2.
Рис. 2. Начальный этап формообразования
Следует пояснить, что конфигурация эскиза данной операции сложилась не сразу, в частности в первоначальном варианте он воспроизводил сечения обеих фланцев, а не только одного, также отсутствовала часть скруглений и внутреннее кольцеобразное ребро жесткости. Эскиз неоднократно видоизменялся и оптимизировался в процессе работы, при этом система производила полное пере-
строение модели; возникавшие, иногда ошибки устранялись, после чего построение продолжалось. Фланец крепления крышки редуктора, входящей в состав сборочной единицы «Вал винта», был создан при помощи операции «Приклеить выдавливанием» при этом задавалась область применения операции: расстояние выдавливания и уклон, рис. 2.
Следующим этапом моделирования стало формообразование внутреннего ребра жёсткости и сопряжённых с ним пятнадцати бобышек с отверстиями для крепления ступицы неподвижной шестерни, рис. 3.
Рис. 3. Формирования ребра жёсткости и бобышек
Общей методикой построения верхних и нижнего масляных каналов было создание дополнительных плоскостей. Всего в процессе построения модели таких плоскостей было создано двадцать: «смещённых», «под углом» к какой-либо поверхности и «перпендикулярно ребру». На указанных плоскостях строились эскизы и производились операции, в основном «Приклеивания вращением» и «Вырезания вращением», рис. 4.
Рис. 4. Формирование масляных каналов
После завершения всех операций «приклеивания» выступающих частей корпуса: каналов, коробов, бобышек, рёбер на модели образовались элементы, отсутствующие на реальном изделии, поэтому на окончательном этапе построения было произведено их удаление при помощи операций «Вырезать вращением» и «Вырезать вдавливанием», рис. 5. ^
Рис. 5. «Подрезка» выступов
Финальным этапом построения модели стало создание «Скруглений» и «Фасок». Хочется особо
отметить важность выбора оптимальной последовательности указанных операций, так как от этого зависит не только форма изделия, но и сама возможность построения скругления требуемого радиуса на избранном ребре (при столь сложной геометрии корпуса система не всегда могла его создать). Путём перебора большого числа вариантов последовательности построений большую часть скруглений (за исключением двух) удалось получить, рис. 6.
Рис. 6. Скругления на модели
Перед построением трёхмерной модели «Корпуса планетарного редуктора звездообразного двигателя» ставилась задача не только максимально полного соответствия реальному изделию, но и требовалось добиться высокой степени наглядности модели, а также доступности для изучения и понимания особенностей формы и конструкции изделия. Последнее требование обусловлено необходимостью применения трёхмерной модели в качестве учебного пособия на кафедре «Технологии машиностроения» ВГТУ.
С целью выполнения указанного требования было решено кроме основной модели корпуса, создать также его «Сегментированную модель» («Сборку»), состоящую из восьми угловых сегментов, при сложении которых геометрия изделия воспроизводилась бы полностью. Выделяя в «Дереве построения» желаемые сегменты корпуса и скрывая их при помощи команды «Скрыть», можно изучать особенности сопряжения внутренних поверхностей корпуса с деталями передачи, отслеживать направление и особенности формы масляных каналов и т.д. Количество сегментов корпуса и положение секущих плоскостей выбиралось исходя из расположения выступающих элементов корпуса и полостей в них, рис. 7.
Рис. 7. Сегменты корпуса
При разрезании корпуса на угловые сектора использовались только команды «Вырезать вдавли-
ванием» и «Вырезать вращением». Операции «Сечение по эскизу» и «Сечение плоскостью» намеренно не применялись, так как было замечено, что на открытие файлов, их содержащих, затрачивается достаточно много времени, а при появлении «Сборки» на экране, также появляется предложение системы о её перестроении, что создаёт неудобства при пользовании моделью.
В процессе создания двух из восьми сегментов корпуса возникли некоторые осложнения: так при попытке получить сектор, заключённый в двугранном угле величиной 19° с координатами 54°-73° (отсчитываемыми от оси Ъ против часовой стрелки, если смотреть из начала координат вдоль оси X), происходила ошибка в построениях, каким бы способом они не производились: «Вырезанием вдавливанием», «Вырезанием вращением», «Сечением по эскизу», рис. 8.
Рис. 8. Ошибки при построении сегмента корпуса
Результаты операций во всех случаях были неудовлетворительными: система «теряла» часть граней при вырезании, при этом не строилось одно ребро: всегда в одном и том же месте - на конической образующей фланца корпуса.
Ошибку удалось локализовать - она возникала только в двугранном угле с координатами 71°-79°. Поиски ошибок и попытки коррекции параметров операций («Вращения», «Выдавливания», «Скругления») посредством которых были созданы верхние масляные каналы (расположенные в указанном «ошибочном» секторе) - ни к чему не приводили.
Проблему удалось полностью решить лишь при помощи операции «Линия разъёма» [3], при этом образующая присоединительного фланца корпуса (коническая грань) была разбита на три грани так, что ребро на границе двух из них совпало с плоскостью, по которой в дальнейшем было произведено рассечение модели, рис. 9.
Рис. 9. Создание дополнительной грани
Работа по построению модели «Сегментированного корпуса» завершилась созданием «Сборки», в которую помимо указанных восьми сегментов корпуса были также включены модели шпилек, рис. 10.
Рис. 10. Модель «Сегментированный корпус»
Разработанная технология пространственного моделирования геометрии литых корпусов представляет интерес:
• для машиностроительных предприятий -поскольку служит основой для написания программ для обрабатывающего оборудования;
• для учебных заведений соответствующей специализации - способствуя более качественной подготовке инженеров.
Литература
1 А.С. №1646729 «Способ электрохимической обработки» Кириллов О.Н. и др. 07.05.91. Бюл. №17.
2. О.Н. Кириллов, В.И. Гунин, А.А. Никитин -ВГТУ. Создание твердотельной модели непрофилиро-ванного электрода-щётки для комбинированной обработки. Всероссийская научно-практическая конференция. Проектирование механизмов и машин. Сборник научных трудов. Воронеж: ВГТУ 2007.
3. Е.М. Кудрявцев. КОМПАС-3Б. Моделирование, проектирование и расчёт механических систем. -М.: ДМК Пресс, 2008, 400 с., ил.
Воронежский государственный технический университет
THE PERFECTION OF TECHNOLOGICAL REQUIREMENTS OF BASIC PARTS FOR COMBINED METHOD OF TREATMENT
O.N. Kirillov, V.I. Gunin, A.A. Nikitin
The tasks confronting the perfection of technological requirements of basic parts for combined methods and the use of designing and technological systems of CAD for these purposes are considered in the article. The technology of modeling the body of planetary reducer of one-row star like piston nine-cylinder aviation engine AI-14 in the system «Kompas-3D» is represented there
Key words: body, model, assembly, CAD, technology
