3 - 2005

Разработка и изготовление формообразующих элементов пресс-формы сувенира «Неопалимая Купина»

 

Последовательность работы

Создание фотореалистичного изображения сувенира

Разработка формообразующих элементов пресс-формы

Разработка управляющих программ

Заключение

Мы предлагаем читателям ознакомиться с выдержками из работы студентов Брянского технического государственного университета Натальи Ивановой и Дианы Ивановой, выполненной под руководством А.В.Аверченкова. Данная работа была представлена на ежегодном конкурсе студенческих работ, проводимом в России компанией Delcam plc.

В Брянском государственном техническом университете уже давно проводятся исследования в области САПР и компьютерного моделирования. Университет сотрудничает с производителями программного обеспечения и осуществляет подготовку специалистов, владеющих навыками работы с CAD/CAM-системами. В образовательных целях на кафедре «Компьютерные технологии и системы» установлен лицензионный пакет программ PowerSolution фирмы Delcam plc.

Для выполнения магистерской работы по направлению 55.29.00 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств» на машиностроительных предприятиях Брянской области проводились поиски реальной задачи по проектированию технологии изготовления детали повышенной сложности с использованием программного пакета PowerSolution фирмы Delcam. В результате был выбран интереснейший проект, предложенный ОАО «Дятьковский хрусталь», по проектированию технологии изготовления пресс-форм хрустального сувенирного изделия повышенной сложности, представляющего собой изображение церкви «Неопалимая Купина».

Наиболее трудоемкой и длительной операцией при изготовлении прессовой оснастки для производства хрустальных изделий является обработка формообразующих поверхностей пресс-форм. В настоящее время этот процесс на заводе производится вручную и занимает от нескольких месяцев до полугода, и к тому же сложные формы для производства высокохудожественных изделий выполнить вручную не представляется возможным. В связи с этим в данной работе была решена задача по разработке и изготовлению формообразующих элементов пресс-формы для получения хрустального сувенира высокой сложности на основе программного комплекса PowerSolution от Delcam plc. Для достижения поставленной цели было необходимо пройти следующие этапы, представленные на рис. 1.

В качестве исходных данных при выполнении проекта использовались эскизы сувенира, разработанные ранее художниками предприятия (рис. 2). Недостающие виды и элементы фасада были восстановлены по фотографиям (рис. 3).

Последовательность работы

Разработка компьютерной модели изделия велась в системе PowerSHAPE (рис. 4, 5, 6). Целесообразность применения метода поверхностного моделирования было обусловлено сложностью проектируемого изделия и необходимость создания высокохудожественных декоративных элементов фасада.

Модель образована из 1413 поверхностей. В качестве основных операций образования поверхностей использовались следующие: создание поверхностей вытягивания и вращения, создание поверхностей с ведущей кривой, создание скруглений постоянного и переменного радиуса, функции добавления точек к кривой для создания максимальной гладкости поверхностей, продление и ограничение поверхностей. Самым важным и ответственным моментом при работе над 3D-моделью явилось создание декоративных элементов фасада: кокошников, закомаров и карнизов. При этом возникли трудности, связанные с миниатюрностью создаваемых элементов, а также с большой сложностью их форм. Поэтому для достоверной передачи конфигурации декоративных элементов потребовалось детально проработать их геометрию.

В начало В начало

Создание фотореалистичного изображения сувенира

Проектируемое изделие входит в группу сувенирной продукции, то есть основными критериями его оценки являются внешний вид изделия, красота и оригинальность исполнения, а также достоверность передачи форм реально существующего храма «Неопалимая к упина» в Дятькове. Поэтому в данном случае очень полезной была возможность создания фотореалистичного изображения в системе PowerSHAPE. Для оценки и утверждения дизайна сувенира было сделано фотореалистичное изображение (рис. 7). А поскольку хрусталь является довольно сложным для компьютерного представления материалом, то потребовалось тщательно подобрать не только вид, цвет и прозрачность материала, но и положение и интенсивность источников освещения, а также расположение хрустального сувенира в пространстве. Все эти условия были успешно реализованы посредством системы PowerSHAPE.

В начало В начало

Разработка формообразующих элементов пресс-формы

Моделирование сувенира «Неопалимая Купина» велось в системе PowerSHAPE. При проектировании потребовалось учесть особенности производства прессованных изделий из хрусталя. Было установлено, что разъем пресс-формы происходит по шарниру. Расстояние от оси шарнира до пресс-формы составляет 140 мм . В связи с этим возникла необходимость внести некоторые изменения в конструкцию изделия для обеспечения беспрепятственного выхода изделия из пресс-формы. Так, были определены критические поверхности, расположенные по нормали к плоскости разъема пресс-формы и нуждающиеся в создании соответствующих уклонов (рис. 8). По результатам расчета была доработана 3D-модель изделия.

После рассечения трехмерной модели изделия центральной плоскостью (рис. 9) были получены две половины пресс-формы, которые затем были помещены в отдельные файлы. В качестве формообразующей поверхности пресс-формы выступала внутренняя поверхность модели сувенира, для создания которой потребовалось выполнить операции ограничения до пересечения соответствующих поверхностей.

В начало В начало

Разработка управляющих программ

Создание управляющих программ осуществлялось в системе PowerMILL, обладающей большим набором черновых и чистовых стратегий обработки, причем модель была передана в PowerMILL непосредственно из PowerSHAPE. В системе Power MILL был сформирован технологический процесс обработки формообразующих поверхностей пресс-формы, состоящий из фрезерной операции, двух установов и 13 переходов; а также произведен выбор режущего инструмента и рассчитаны режимы обработки (рис. 10, 11, 12). Обработка выполнялась с использованием 10 типоразмеров режущего инструмента. В процессе обработки возникла необходимость применения специального инструмента — конической фрезы с радиусом режущей кромки 0,7 мм (рис. 13). В качестве инструмента используются концевые фрезы: скругленные — для обработки плоскостей, сферические — для объемного фрезерования, конические — для доработки углов и обработки поверхностей, имеющих небольшие размеры. Материалом рабочей части фрез служила быстрорежущая сталь марки Р18. В результате проведенной работы в системе PowerMILL был получен комплект управляющих программ, объем которых составляет 1,5 Мбайт. Непосредственно перед отработкой программы на станке ее работа была проверена с помощью трехмерного графического эмулятора ViewMill, что позволило заранее устранить возможные ошибки.

В начало В начало

Заключение

В результате работы, выполненной в CAD-системе PowerSHAPE программного комплекса PowerSolution, была получена трехмерная модель сувенира из хрусталя «Неопалимая Купина», а также модель пресс-формы для его изготовления. В CAM-модуле PowerMILL был создан комплект управляющих программ, адаптированных к применяемому оборудованию с ЧПУ. На основании разработанных управляющих программ была получена пресс-форма изделия (рис. 14). В настоящее время в ОАО «Дятьковский хрусталь» выпущена экспериментальная партия сувениров «Неопалимая Купина» (рис. 15).

Работа студентов вуза наглядно продемонстрировала, что пакет программ PowerSolution позволяет эффективно решать задачи проектирования оснастки любой степени сложности — начиная от создания 3D-модели изделия, получения фотореалистичного изображения, отработки изделия на технологичность и заканчивая разработкой комплекта управляющих программ.

* * *

В тече ние учебного 2003/2004 года на кафедре компьютерных технологий и систем функционировали два рабочих места программных продуктов Delcam — PowerSHAPE и PowerMILL. В перспективе планируется использовать их для индивидуальных проектов в рамках магистерских диссертаций, а также для выполнения курсовых и дипломных работ студентами IV и V курсов по специальности «САПР». Планируется подготовка курса лекций, методических указаний и лабораторных работ с использованием продуктов компании Delcam.

В начало В начало

«САПР и графика» 3'2005