Условия обеспечения эффективного использования современных производственных мощностей на базе российского программного комплекса T-FLEX

Кирилл Хрустицкий
Начальник бюро САПР ФГУП «Вольский механический завод»

В 2004 году на ФГУП «Вольский механический завод» началось техническое перевооружение механообрабатывающего производства под выпуск нового оборонного изделия. Начальный период этой работы показал невысокую эффективность использования современных обрабатывающих центров и станков с ЧПУ. На основании полученного опыта внедрения нового прогрессивного оборудования от мировых лидеров станкостроения можно констатировать, что развитие инновационного высокопроизводительного металлообрабатывающего производства возможно только при комплексном подходе к формированию в первую очередь технологической и производственной среды, которая должна обеспечивать эффективное использование новых производственных мощностей:

• перевод на новый уровень технологической подготовки производства на основе современных САПР­систем;
• обеспечение обновления производственных мощностей (замена устаревшего оборудования на современные скоростные обрабатывающие центры и станки) с новыми системами ЧПУ и необходимыми аппаратными средствами для программного базирования, измерений, коррекции положений;
• использование для механической обработки современных высокопроизводительных инструментов с применением прогрессивных видов обработки;
• применение быстродействующих надежных приспособлений для базирования и закрепления заготовок;
• достоверные контрольные измерения изготовленных деталей и узлов после окончательной обработки и между переходами операций механической обработки, а также измерения для программного базирования заготовок и полуфабрикатов;
• перевод на новый уровень управления и организации производства на основании MES­систем;
• дополнительное обучение персонала предприятия от организаторов производства и инженерно­технических работников до рабочих­операторов и наладчиков оборудования.

Только при комплексном подходе к организации производственно­технологических циклов изготовления изделий полученное по проекту технического перевооружения прогрессивное оборудование безусловно может обеспечить повышение производительности механической обработки в 8­10 раз при значительном повышении качества изготовления.

Новый уровень технологической подготовки производства для современных станков с ЧПУ эффективными аппаратными опциями

Переход на новый уровень технологической подготовки производства на ФГУП «ВМЗ» обеспечили современные системы автоматизированного проектирования (САПР). В первую очередь это T­FLEX и Delcam. Благодаря тому что T­FLEX базируется на широко распространенном зарубежном ядре Parasolid, она устанавливает надежные прямые и обратные связи с современными зарубежными информационными системами.

Известная российская САПР T­FLEX московской фирмы «Топ Системы», сотрудничающей с Московским государственным технологическим университетом «СТАНКИН», представлена у нас:

• 12 рабочими местами T­FLEX Технология, укомплектованными T­FLEX CAD 2D;
• отдельно шестью рабочими местами T­FLEX CAD 2D;
• четырьмя рабочими местами T­FLEX CAD 3D;
• двумя рабочими местами T­FLEX Штампы;
• одним рабочим местом T­FLEX Пресс­формы;
• двумя рабочими местами T­FLEX ЧПУ.

Системы CAD/CAM Delcam FeatureCAM и Delcam PowerMILL, созданные группой специалистов из Кембриджского университета, выделившихся в отдельную проектно­производственную компанию с собственным высокотехнологичным производством, выполняющим заказы для авиации и космических программ, стоят очень дорого. В связи с этим системы FeatureCAM [4] и PowerMILL [5] представлены на ФГУП «ВМЗ» одним рабочим местом.

Для эффективного использования обеих систем, а также для ускорения разработки управляющих программ для станков с ЧПУ, особенно на сложные корпусные детали, мы одновременно применяем системы T­FLEX и Delcam на разных рабочих местах технологов­программистов для проектирования обработки одной и той же детали. Если необходимо в короткий срок разработать управляющие программы на значительное количество наименований сложных корпусных деталей, 3D­модели для Delcam FeatureCAM строятся в T­FLEX CAD 3D на трех­четырех рабочих местах (поскольку основную трудоемкость проектирования управляющих программ (УП) составляет параметрическое построение 3D­моделей). Далее разрабатывается УП в автоматическом режиме в подсистеме Delcam FeatureCAM с использованием электронных каталогов на высокопроизводительный инструмент SGS, Sandvik Coromant, Mitsubishi и Dormer.

Для определения (расчетов) режимов резания применяется самостоятельно разработанная подсистема для T­FLEX Технология, обеспечивающая расчет режимов обработки на все применяемые на предприятии материалы и используемые режущие инструменты. Эта возможность обеспечена тем, что T­FLEX является открытой системой, позволяющей вводить в свой состав дополнения и изменения, связанные с конкретными условиями ее применения. В состав разновидностей обработки в собственной подсистеме режимов резания включены новые виды обработки, обеспечивающие высокопроизводительную и точную контурную обработку: плунжерное, трохоидальное фрезерование, с круговой, винтовой, спиральной интерполяцией.

На основании опыта использования CAD/CAM Delcam FeatureCAM самостоятельно разработано приложение к T­FLEX Технология. Приложение применяется для перехода от диалогового проектирования к автоматизированному проектированию технологических процессов для новых современных обрабатывающих центров. Разработано уже несколько технологических процессов обработки корпусных деталей. Принято формирование модулей поверхностей (МП) по Базрову [1], который формирует конструктивные элементы (поверхности) в группы по их функциональному (служебному) назначению, что предполагает различные виды обработки по точности и качеству разных по назначению поверхностей. В этом и заключается различие с обезличенным распознаванием конструкторских поверхностей и возможным объединением поверхностей в Delcam FeatureCAM с разным функциональным назначением в одну группу, которые обрабатываются в одном переходе на станке. В настоящее время приложение для автоматизированного проектирования дополняется группой поверхностей, которые представляют собой сопряжения отдельных модулей поверхностей между собой (рис. 1) и требуют других видов обработки, в отличие от отдельно расположенных сопрягаемых поверхностей.

Рис. 1. Пример корпусной детали с сопрягаемыми модулями поверхностей

На рис. 2 показан главный экран T­FLEX Технология с приложениями для автоматизированной разработки технологических процессов.

T­FLEX Технология [2], будучи понятной и открытой системой, позволяет формировать собственные специальные узконаправленные САПР­ТП под конструкции, изготавливаемые в определенной производственной среде и со специальными характеристиками, то есть может использоваться как основная базовая платформа для разработки различных по назначению как технических, так и экономических программных систем.

Рис. 2. Рабочее окно T-FLEX Технология

Для обеспечения качественного изготовления корпусных деталей со сложными контурами и малогабаритными элементами из литых заготовок важно правильно забазировать заготовку. Обычно для этого используются приспособления со специальными базовыми элементами. Практика показывает, что качественная обработка точных отливок 6­7­го классов точности средних размеров (L (В) = 350÷750 мм) с мелкими элементами конструкции затруднена даже на современных обрабатывающих центрах с ЧПУ. Колебание положения элементов указанных отливок в допускаемых пределах по ГОСТ 26645 может составлять несколько миллиметров, и обрабатываемые поверхности относительно малогабаритных контуров смещаются или происходит прорыв этих контуров, что не допускается по конструкторской документации. В ходе анализа причин возникновения таких отклонений стало понятно, что основной из них является нетехнологичность конструкторских размерных цепей. Опираясь на ОСТ 1.42096­81 («Технологичность конструкций, обрабатываемых на фрезерных станках с ЧПУ»)[3] прежних лет и реальные возможности аппаратных опций современных обрабатывающих центров, обусловленные прежде всего измерительными системами Renishaw, можно обеспечить программное базирование заготовок с равномерным распределением литейных отклонений относительно обрабатываемых поверхностей и с поворотом основных осей обработки. Удалось достичь радикального повышения качества изготовления корпусных деталей из литых заготовок на станках с ЧПУ с использованием всех возможностей аппаратных опций. Практически достигнуто 100­процентное качество и полная автоматизация программной обработки без техостановов для подналадки положения сложных деталей между переходами, но реализовать это без изменения конструкторских базовых элементов в чертежах деталей невозможно. Опытные обработки корпусных деталей с измененными конструкторскими базами показали, что смещения обрабатываемых элементов относительно литых необрабатываемых уменьшились в разы и исключен полностью исправимый и неисправимый брак в изготовлении. На рис. 3 показан наружный контур литой корпусной детали из отливок 7­го класса точности.

Рис. 3. Наружный контур литой корпусной детали

При расположении размерных цепей, когда конструкторскими базовыми элементами являются поверхности наружного контура, произведенный расчет размерных цепей по предельным допускаемым отклонениям (максимум — минимум) на литые размеры, определяющие положение радиусных приливов (R6) и отклонения положения резьбовых отверстий М5 при механической обработке, показывает, что возможно самое неблагоприятное положение отверстия М5 в четвертом приливе R6 (по горизонтали) — рис. 4.

Таким образом, возможен полный брак. На рис. 5 показан чертеж той же детали, что и на рис. 4, но с заменой размерных цепей на номинально взаимозаменяемые с изменением положения конструкторских баз.

Рис. 4. Схема максимального смещения отверстия при расчете размерных цепей на максимум-минимум по предельным допускаемым отклонениям

Рис. 5. Наружный контур литой корпусной детали с измененными размерными связями

При таком расположении размерных цепей самое неблагоприятное расположение отверстия М5 в четвертом приливе R6 показано на рис. 6. Это допустимо и возможно также при условии предварительного обмера литого контура датчиком МР­60 Renishaw и определения вертикальных и горизонтальных нулевых осей (0÷0) как половины фактических расстояний с поворотом осей обработки станка для совпадения с найденными осями отливки [6].

Рис. 6. Схема максимального смещения отверстия при измененных размерных связях

Размерные цепи в чертежах корпусных деталей приводных исполнительных и приборных механизмов нового изделия (всего около 200 наименований чертежей) необходимо было срочно переработать и внедрить в производство для подтверждения готовности предприятия к серийному производству.

В связи со сжатыми сроками переработки документации по согласованию с НИИ — разработчиком нового изделия наше предприятие взяло на себя обязательство выполнить в электронном виде КД на все 200 наименований деталей и в полном соответствии с действующими стандартами представить в НИИ для введения в КД.

Первоначально поступило предложение о выполнении КД в известных зарубежных системах. Однако первые чертежи корпусных деталей, разработанные в этих системах, не смогли пройти нормоконтроль на соответствие отечественным стандартам. Было принято решение начать работать в T­FLEX CAD 2D. При этом наши молодые специалисты в несколько раз быстрее чертили КД в полном соответствии с требованиями наших нормоконтролеров (с учетом всех новейших изменений в действующих ГОСТах). Все те условные обозначения, которые в зарубежных CAD’ах приходится вычерчивать частично простыми линиями, в T­FLEX CAD вносятся отдельными элементами. Система черчения в основном повторяет принципы логики обычного черчения, изучаемого в наших высших школах, с множеством приятных усовершенствований, что, естественно, способствует высокой производительности выполнения КД.

T­FLEX CAD 2D и 3D на ФГУП «ВМЗ» являются универсальными инструментами, которые работают с любыми применяемыми на предприятии программными системами:

• для итальянской гидроабразивной установки Waterjet DX3200 в T­FLEX разрабатываются исполнительные технологические чертежи посередине допусков;
• для российской лазерной установки LRS­150АИ от ОКБ «Булат» также разрабатываются технологические чертежи в T­FLEX CAD (в том и другом случае с самой экономичной раскладкой);
• 3D­модели строятся для программной системы Delcam FeatureCAM в системе T­FLEX CAD 3D.

Интеграция четырех рабочих мест T­FLEX CAD 3D с одним рабочим местом дорогостоящей Delcam FeatureCAM равнозначна приобретению пяти­шести отдельных рабочих мест FeatureCAM.

Использование T­FLEX CAD при измерении деталей на современной измерительной машине

Отчетные чертежи по результатам измерений на шестикоординатной измерительной машине ТМ/КИМ­750 по множествам снятых точек с конкретных деталей составляются в T­FLEX CAD. Эту операцию удобно выполнять в данной системе из­за ее высокого уровня параметризации. При этом импорт из системы ЧПУ КИМ­750 с программным обеспечением Dmis [7] в систему T­FLEX производится одномоментно и без сбоев. На рис. 7 показан построенный отчетный чертеж по фактическим размерам конкретной детали после измерения на измерительной машине КИМ­750 производства НПЦ «Лапик» (г.Саратов).

Рис. 7. Отчетный чертеж контролируемой детали на измерительной машине: а — расположение точек измерения на экране КИМ-750; б — отчетный чертеж с фактическими размерами (с точностью до четвертого знака после запятой)

Общепринятый уровень управления и организации производства, сложившийся во второй половине ХХ века без использования информационных технологий, сильно ограничивает возможности достижения высокой производительности на новом, современном оборудовании.

Повышение производительности механической обработки в 8­10 раз на высокоскоростных обрабатывающих центрах (ОЦ) с ЧПУ при использовании быстродействующих надежных приспособлений (например, вакуумных и инжекторных столов, силовых зажимных модулей) с применением современных высокопроизводительных инструментов дает возможность значительно сократить машинное время — в те же 8­10 раз. Но отсутствие четкой организации управления и подготовки производства не позволяет снизить трудоемкость, которая зависит от технических средств. В частности, речь идет об отсутствии своевременного обеспечения высокоскоростных ОЦ с ЧПУ заготовками, режущими и вспомогательными инструментами, эффективными приспособлениями, отработанной документацией.

Обычно автоматизация оперативно­календарного планирования в период проведения технического перевооружения откладывается на завершающий этап или вообще исключается из проекта. Тем более что опыт применения известных западных MES­систем, которые ориентированы на крупносерийное производство с четким обеспечением ресурсами, для нашего неустоявшегося мелкосерийного производства не всегда приемлем [8].

Известные российские MES­системы лучше адаптированы к нашим условиям (как известно, и западные разработчики начали использовать у себя некоторые принципы построения отечественных систем при изготовлении изделий единичными партиями) [9].

Для увеличения производительности обработки важно применение наряду с прогрессивным скоростным оборудованием высокопроизводительного сложно устроенного инструмента из специальных твердых и инструментальных сплавов с многослойным покрытием. Современные инструменты, обеспечивающие высокую точность и качество поверхностей, стоят дорого. Поэтому системы отслеживания и планирования их использования, связанные с MES­системой, при единичных заказах и применении одного и того же инструмента для многих разноименных деталей могут дать ощутимое снижение затрат на производство. Реальной нам представляется возможность построить на базовой платформе T­FLEX свою эффективную MES­систему, воспринимающую и учитывающую сложность оперативной обстановки единичного и мелкосерийного производства с надежными обратными связями с техническими, обеспечивающими и экономическими службами через их собственные программные системы. Это позволит объединить их в интегрированную систему предприятия без перестройки или нового внедрения зарубежных информационных систем, не всегда отвечающих нашим требованиям. Надеемся, что компания «Топ Системы» создаст и эффективную MES­систему, действительно удовлетворяющую требованиям российского рынка.

Использованная литература

1. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001. 368 с.
2. Система автоматизации технологического проектирования T-FLEX-технология: Рук. пользователя. АО «ТопСистемы», 2009.
3. ОСТ 1.42096-81. Технологичность конструкций деталей, обрабатываемых на фрезерных станках с ЧПУ. Правила отработки на технологичность и оценки уровня технологичности. Введ. 01.01.1982. М.: НИАТ.
4. Feature CAM 2010 Reference Manual: Справ. рук. Delcam plc, 2009.
5. Delcam PowerMill: Рук. Delcam plc, 2010.
6. Хрустицкий К.В. Раздел 3.3 дис. Отработка конструкций корпусных деталей на технологичность с учетом возможностей современных станков с ЧПУ и характерных модулей измерительных элементов.
7. Инструкция по использованию библиотеки DMIS-макросов НПЦ «Лапик». Саратов, 2009.
8. Голоктев К., Матвеев И. Управление производством: инструменты, которые работают. СПб.: Питер, 2008. 251 с.
9. Горшков А.Ф. Компьютерное моделирование менеджмента: Учеб. под общ. ред. Н.П. Тихомирова. М.: Экзамен, 2007. 633 с.

САПР и графика 1`2011