Опыт разработки САПР технологического процесса штамповки с применением T-FLEX CAD
В связи с обновлением в 2000 году образовательных стандартов на преподавание дисциплин по специальности 12.04 «Процессы и технология обработки металлов давлением» потребовалось пересмотреть содержание рабочих программ некоторых дисциплин специализаций, в частности таких, как «Основы автоматизированного проектирования» и «САПР технологии и оборудования». При поиске программного обеспечения, необходимого для качественного преподавания этих дисциплин, выбор пал на программные продукты T-FLEX, разработанные фирмой АО «Топ Системы» (www.topsystems.ru). На базе системы T-FLEX CAD на кафедре «Кузовостроение и обработка давлением» был подготовлен комплекс лабораторных и практических работ (см. статью «Организация учебного процесса по дисциплинам САПР в вузе с использованием системы T-FLEX CAD» в № 11’2002), охватывающих вопросы из курсов «Основы автоматизированного проектирования» и «САПР технологии и оборудования». Среднестатистический студент после ознакомления и выполнения лабораторных и практических работ приобретает навыки, достаточные для самостоятельной работы в системе T-FLEX CAD в качестве пользователя, способного создавать не только машиностроительные чертежи, но и трехмерные модели.
Следующий шаг, который необходимо было сделать, — разработать систему автоматизированного проектирования (САПР) для решения прикладной задачи обработки давлением на базе системы T-FLEX CAD, причем без привлечения профессионального программиста, то есть своими силами.
В современных условиях развития вычислительной техники все более широкое применение находят как САПР общего назначения (CAD/CAM/CAE-системы), так и прикладные системы. Создание и использование прикладных систем автоматизированного проектирования технологических процессов и штампового инструмента листовой штамповки позволяет сократить сроки проектирования и высвободить инженеров-технологов и конструкторов от рутинного труда при выполнении типовых расчетов и графических работ.
Разработка технологического процесса листовой штамповки и проектирование инструмента в условиях мелкосерийного производства какого-либо изделия внутри завода, как правило, сводятся к выбору необходимого типа инструмента из довольно большого количества уже существующих видов и выпуску рабочих чертежей, аналогичных базовым, с требуемыми параметрами. Описанный принцип разработки и проектирования был положен авторами в основу при создании САПР технологического процесса листовой штамповки.
В качестве базовой для разработки САПР систему T-FLEX CAD выбрали неслучайно. Важным ее преимуществом является наличие гибкой параметризации, а также возможности создания как параметрических чертежей, так и параметрических трехмерных моделей. Под параметризацией здесь понимается многократное использование математической модели конструкторского чертежа или трехмерного изображения изделия с возможностью изменения его основных параметров. При этом автоматически происходит адекватное изменение всех остальных связанных с чертежом математическими или логическими выражениями параметров чертежа или 3D-модели.
Наличие параметризации в любой CAD-системе, в частности в системе T-FLEX CAD, значительно упрощает процесс создания прикладной САПР, решающей вопросы типового проектирования. В этом случае при проектировании новой детали или изделия нет необходимости создавать новый проект. Достаточно взять за основу существующий и изменить его с учетом характерных особенностей проектируемого изделия. Последнее выполняется за счет изменения размеров существующего изделия либо введения в его конструкцию новых элементов.
Иными словами, имея два подобных изделия (детали), достаточно создать параметрический чертеж одного из них. Чертеж второго изделия (детали) создается автоматически на основе первого с учетом разницы в размерах. При этом первый чертеж используется в качестве математической модели или шаблона изделия.
В настоящей статье хотелось бы поделиться опытом разработки прикладной САПР для проектирования технологии штамповки волнистых кольцевых пружин (рис. 1) на базе системы T-FLEX CAD силами сотрудников, не являющихся профессиональными программистами.
Типовой технологический процесс изготовления данной детали включает следующие операции: вырубка-пробивка кольцевой заготовки, гибка с элементами формовки и термообработка с заневоливанием (холодной осадкой).
На рис. 2 показана структурная схема разрабатываемой системы автоматизированного проектирования для расчета волнистых кольцевых пружин.
Для разработки САПР использовался язык программирования Visual Basic, с помощью которого создавались интерфейс системы и программные коды, необходимые для выполнения действий в соответствии с вышеупомянутой структурной схемой.
Составление чертежей и технологической документации выполнялось с помощью системы графического проектирования и моделирования T-FLEX CAD, которая была интегрирована в разработанную САПР. Интеграция оказалась возможной благодаря тому, что T-FLEX CAD является приложением, поддерживающим механизм ActiveX (OLE Automation). Этот механизм доступен на двух уровнях: на уровне приложения — класс ITFServer и на уровне документа (чертежа) — класс ITFLEX. Класс ITFServer обеспечивает управление документами (создание, открытие, поиск, удаление), а также выполняет вспомогательные функции, такие как управление библиотеками чертежей, конфигурация системы и т.д. Класс ITFLEX, в свою очередь, реализует функции по созданию и модификации чертежа, а также такие операции над чертежом, как сохранение, экспорт, вывод на печать, считывание параметров и др. В случае разработки САПР были использованы функции из обоих классов. Иными словами, классы ITFServer и ITFLEX позволяют управлять чертежами, созданными в T-FLEX CAD на уровне прикладной программы.
Кроме вышеуказанных классов для визуализации чертежей в ряде форм разработанной САПР применялось средство T-FLEX OCX Control. T-FLEX OCX Control не позволяет изменять структуру документов — удалять или создавать новые объекты. Несмотря на это, указанное средство содержит методы, имеющиеся в параметрическом ядре системы T-FLEX CAD и позволяющие изменять значения переменных модели.
Проиллюстрируем сказанное на следующих примерах. В соответствии со структурной схемой САПР (см. рис. 2) при разработке технологического процесса необходимо решить вопрос раскроя исходного листового материала (листа, полосы и т.д.). В разработанной САПР есть форма, к которой подключен программный код, обеспечивающий выбор оптимального раскроя (рис. 3). Исходными данными, помимо всего прочего, является чертеж заготовки или детали, которую необходимо получить в результате раскроя. Этот чертеж должен быть создан в системе T-FLEX CAD заранее, и при запуске программного кода с него считываются все необходимые размеры детали.
По результатам расчета составляется чертеж раскроя материала на заготовки, который можно просмотреть в отдельной форме (рис. 4). Визуализация чертежа основана на использовании средства T-FLEX OCX Control, описанного выше. Формирование чертежа раскроя осуществляется на основе результатов расчета с помощью функций классов ITFServer и ITFLEX. Генерация чертежа раскроя выполняется программно, а не на основе заранее созданного шаблона. Хотя возможен и такой вариант.
На заключительном этапе работы с САПР (см. рис. 2) формируется чертеж штампа для гибки. Так же как и в случае с чертежом раскроя, визуализация и формирование чертежа штампа осуществляются с помощью TFLEX OCX Control и классов ITFServer и ITFLEX соответственно. Однако если при формировании чертежа раскроя исходного материала на круглые заготовки (см. рис. 4) использовались результаты расчета оптимального раскроя и по ним генерировалось изображение, то в случае с чертежом штампа ситуация иная. Для формирования чертежа гибочного штампа, предназначенного для получения волнистой пружины определенного размера, необходимо заранее, до начала проведения расчетов, создать его прототип, или шаблон. Шаблон представляет собой параметрический чертеж, выполненный в системе T-FLEX CAD и являющийся по сути математической моделью гибочного штампа.
Выполнив необходимые расчеты исполнительных размеров деталей штампа, значения последних присваивают соответствующим переменным в массиве параметров математической модели штампа. На экране мы получаем уже новый чертеж гибочного штампа с размерами, отвечающими конкретному типоразмеру пружины.
На рис. 5 представлена форма для вывода общего вида спроектированного штампа. На форме имеется кнопка «Открыть чертеж…», позволяющая загрузить систему T-FLEX CAD и произвести редактирование созданного САПР чертежа штампа. На рис. 6 показано главное окно системы T-FLEX CAD с загруженным чертежом штампа для гибки волнистой пружины.
Таким образом, разработка прикладных САПР на базе системы T-FLEX CAD может быть выполнена инженером-технологом или инженером-конструктором, владеющим азами объектно-ориентированного программирования. Для этого необходимо иметь не только инструментарий для программирования, но также и четкую структуру создаваемой прикладной системы. При наличии этих двух факторов разработка САПР сводится в основном к проектированию и отладке интерфейса системы и созданию программного кода, в котором выполняются необходимые расчеты. Интеграция с системой T-FLEX CAD и написание кода, необходимого для связи параметров шаблонов с расчетными параметрами и управления чертежами, не требуют значительных временных затрат.
