4 - 2000

Использование технологий Delcam plc в инструментальном производстве

Андрей Мазурин

Delcam на «АвтоВАЗе»

   Компьютерные технологии для проектирования холодной штамповки

   Литьевая форма для соединителя цилиндров автомобиля ВАЗ 2123

   Спойлер для ВАЗ-2115

Колеса из легких сплавов

Использование программного обеспечения Delcam plc на уральских заводах

С 28 февраля по 1 марта в центральном офисе компании Delcam plc, расположенном в Бирмингеме (Великобритания), состоялась очередная конференция торговых партнеров Delcam plc SPM’2000 (Sales Partner Meeting). В ней приняли участие представители 76 компаний — торговых партнеров Delcam plc из 100 стран мира. Россию представляли специалисты из Санкт-Петербурга, Москвы, Екатеринбурга, Самары, Иркутска и Минска1 (рис. 1).

Компания Delcam plc начала проводить ежегодные конференции для своих пользователей с 1978 года в Кембридже. Постепенно состав участников этих собраний изменился, и конференции проводились уже не только для пользователей, но и для торговых партнеров Delcam plc. В связи с ростом числа пользователей программных решений фирмы Delcam и расширения сети торговых партнеров по всему миру в 1992 году было принято решение о раздельном проведении конференции для торговых партнеров и пользователей (причем для пользователей собрания стали проводиться по регионам).

В 1998 году собрание торговых партнеров Delcam plc в Бирмингеме было разделено на две части. В конце февраля проводится конференция торговых партнеров, а в июле — конференция технического персонала представительств компании.

Конференции пользователей программного обеспечения Delcam plc проводятся сейчас в 20 странах мира, где компания имеет значительное число пользователей. В России последняя, пятая, конференция пользователей состоялась в сентябре 1999 года в Тольятти на базе опытно-промышленного производства (ОПП) «АвтоВАЗ». Следующую конференцию российских пользователей предполагается провести осенью 2000 года в Петербурге или Москве.

На конференции SPM’2000 торговые партнеры смогли ознакомиться со всеми новыми разработками, реализованными в пяти основных программных пакетах Power Solution фирмы Delcam plc:

  • PowerSHAPE — пакет программ трехмерного моделирования, включающий поверхностное и твердотельное моделирование. Его применение особенно эффективно в инструментальном производстве, когда дело доходит до проектирования и изготовления сложной оснастки;
  • PowerMILL — пакет программ для трехмерной обработки, позволяющий быстро получать точные управляющие программы для черновой, получистовой и чистовой обработки поверхностей изделия;
  • PowerINSPECT — пакет программ для обработки данных, полученных на контрольно-измерительных машинах, и автоматическое сравнение результатов измерений полученного изделия с его математической (исходной) моделью;
  • CopyCAD — система обратного проектирования от образца к модели. Система позволяет преобразовывать данные, снятые с координатно-измерительных машин, лазерных сканеров, копировальных станков и других систем оцифровки, в поверхностные компьютерные модели для дальнейшей работы с ними в CAD/CAM-системах;
  • ArtCAM — пакет программ, предназначенный для построения трехмерных рельефов по плоским рисункам или чертежам и для создания управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Система работает как с растровыми, так и с векторными графическими изображениями и обеспечивает быстрое и точное изготовление рельефных поверхностей.

Традиционно торговые партнеры имеют возможность вносить свои замечания и влиять на направление развития программных решений Delcam plc. Все предложения участников внимательно рассматриваются и обсуждаются. В процессе конференции специалисты обмениваются опытом внедрения, анализируют достигнутые успехи или ошибки, допущенные при продвижении программных решений.

В этом году схема проведения конференции была изменена для того, чтобы подчеркнуть возможность внедрения Power Solution в различных отраслях промышленности. В дополнение к традиционным областям использования программных решений Delcam plc, таким как машиностроительная, автомобильная, аэрокосмическая отрасли промышленности, рассматривались опыт и перспективы внедрения системы в области производства упаковки (стеклянная и пластмассовая тара), гравирования и производства вывесок, область производства керамики, обуви, пресс-форм, оцифровки физических моделей и контроля качества изделий. Особое внимание было уделено новым прогрессивным технологиям, таким как высокоскоростное фрезерование. Акцент был сделан на то, чтобы дать торговым партнерам практическую информацию, способствующую успешному продвижению решений компании Delcam plc на мировом рынке программного обеспечения.

Основное отличие конференции SPM’2000, пожалуй, состояло в том, что если на предыдущих собраниях звучало много критики в адрес разработчиков (что вполне естественно, поскольку Power Solution, в отличие от уже обкатанной системы DUCT, присутствует на рынке программного обеспечения только три года), то теперь слышны были в основном слова благодарности за хорошо сделанную работу. Один из представителей американского офиса даже привез с собой несколько ящиков вина, чтобы отблагодарить разработчиков за полученную возможность в прошедшем 1999 году хорошо заработать на продвижении решений компании на американском континенте.

Подводя итоги конференции, представители компании Delcam plc заявили, что в ближайшем будущем они ожидают увеличения доли продаж своих программных решений на мировом рынке CAD/CAM для производства сложных форм и технологической оснастки с 11 до 15%.

Как один из перспективных рынков САПР рассматривается российский.

Как уже отмечалось выше, одной из сфер успешного применения программных решений компании Delcam plc является автомобилестроение. Здесь у компании имеется немалый опыт по всему миру, в том числе и в России. Не случайно 5-я конференция российских пользователей проходила в Тольятти на базе опытно-промышленного производства (ОПП) «АвтоВАЗ»: здесь технологии компании Delcam plc используют давно и эффективно.

В начало В начало

Delcam на «АвтоВАЗе»

ОПП «АвтоВАЗ» было организовано в 1988 году. Вначале в нем работало 4 человека, которые обслуживали четыре станка 2,5D-обработки. В 1989 году на производстве появились новое оборудование для 3D-обработки и внедрена система трехмерного моделирования EUCLID. Однако на тот период она была недостаточно удобна для решения производственных задач (приходилось работать по два часа в две смены, и подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ занимала много времени).

В 1990 году для конструкторов и технологов была закуплена система CATIA; четыре рабочих места было выделено для ОПП. В этой системе разрабатывались математические модели деталей для автомобилей ВАЗ 2129 и 2131, по которым проектировались формообразующие технологической оснастки. По мере подготовки математических моделей деталей основной акцент в работе был перенесен на проектирование технологической оснастки и подготовку управляющих программ для трехмерной механообработки.

Ни одна из имеющихся на производстве систем не удовлетворяла в полной мере пользователей, решающих эти задачи, поэтому поиск новых программных решений не прекращался. Так впервые на ОПП «АвтоВАЗ» появился пакет DUCT 5.2 фирмы Delcam plc. Благодаря большому опыту, накопленному при работе с EUCLID и CATIA, пользователи сумели быстро оценить все достоинства и недостатки этого пакета моделирования и механообработки. Немалую роль в завоевании расположения пользователей, помимо его функциональных возможностей пакета, сыграла прямая связь пользователей с его разработчиками. Все замечания специалистов всегда принимались, программные ошибки своевременно исправлялись, и пользователям передавалась обновленная версия или необходимая инструкция по целевому назначению и корректному применению той или иной функции.

В 1997 году ОПП было выделено пять графических станций с системой Unigraphics v13.05. Но, несмотря на все бесспорные достоинства этой системы, приоритет при проектировании оснастки и подготовке управляющих программ на ОПП остался за программными решениями фирмы Delcam plc.

Таким образом, к концу 1999 года на вооружении ОПП «АвтоВАЗ» было 38 рабочих мест Delcam plc (при этом планировалось приобретение еще 20), а программное обеспечение распределилось следующим образом: две станции с системой CATIA, пять — Unigraphics, пять — DUCT 5.5, двадцать — PowerSHAPE, десять — PowerMILL и по одному рабочему месту ArtCAM, CopyCAD и PowerINSPECT.

В настоящее время ОПП «АвтоВАЗ» благодаря использованию современных компьютерных технологий решает следующие задачи:

  • проектирование технологической оснастки (штампы для холодной и горячей штамповки, пресс-формы для литья пластмасс и металлов);
  • технологический анализ штамповки и литья;
  • создание пенополистироловых моделей крупногабаритных штампов;
  • подготовка управляющих программ и перенос их на станки с ЧПУ;
  • контроль качества деталей на контрольно-измерительных машинах.

В рамках одной статьи невозможно рассказать об огромном опыте работы с программными решениями Delcam plc, специалистами фирмы «Делкам-Самара», которую возглавляет Борис Бондин (рис. 2), и ОПП «АвтоВАЗ». Поэтому кратко остановимся только на трех наиболее характерных проектах.

В начало В начало

Компьютерные технологии для проектирования холодной штамповки

На 5-й конференции российских пользователей программных продуктов Delcam plc специалисты ОПП «АвтоВАЗ» щедро делились опытом использования современных компьютерных технологий на своем производстве. Одним из примеров достижения желаемых результатов может служить проект изготовления вытяжного штампа на деталь «Кронштейн переднего сиденья средний правый» автомобиля ВАЗ 2123-6810042.

При проектировании вытяжных штампов существует проблема определения оптимальных переходов получения сложной листоштамповочной детали. Часто при испытании нового штампа обнаруживается утонение стенок штампуемой детали, разрыв материала, образование гофры и других дефектов, на устранение которых уходит много времени и сил, не говоря уже о материальных затратах. Для ускорения процессов подготовки производства, в частности, детали «Кронштейн переднего сиденья средний правый», и для увеличения качества проектирования штамповой оснастки на ОПП «АвтоВАЗ» был применен новый подход к организации проектных работ, а также использованы системы проектирования PowerSHAPE и анализа штамповки AutoForm.

Для работы над проектом была создана группа, в которую вошли:

  • руководитель группы, в обязанность которого входило выполнение технологической проработки детали автомобиля, разработка карты эскизов, ведение проекта на всех этапах изготовления оснастки и детали;
  • конструктор штампа, выполнявший разработку конструкторской документации (КД) на вытяжной штамп;
  • технолог-программист, выполнявший поддержку работы с математическими моделями на всех этапах проектирования совместно с руководителем и конструктором, а также разработку управляющих программ для станков с ЧПУ.

В качестве исходных данных была использована математическая модель детали, спроектированная в системе CATIA и переданная в IGES-формате в систему PowerSHAPE (рис. 3).

После завершения подготовки модели делали к работе, было выполнено ее базирование согласно КД в «базе» оснастки. В данном случае базирование производилось по карте эскизов, разработанной ранее в графическом редакторе AutoCAD (рис. 4).

Далее в PowerSHAPE была спроектирована предварительная модель вытяжного перехода.

Анализ данной модели, выполненный в специализированной системе AutoForm (передача данных выполнялась через IGES-формат), выявил критические места с большим утонением (свыше 56%) и разрывом металла штамповки (рис. 5). По результатам анализа скорости и направления течения металла были внесены необходимые изменения:

  • корректировка формы вытяжного перехода;
  • передача на операцию правки части формы;
  • сокращение длины тормозного ребра со стороны критического к разрыву места;
  • уменьшение объема заготовки за счет обрезки угла.

После корректировки в PowerSHAPE математической модели вытяжного перехода был выполнен повторный анализ штамповки. Разрывы на детали исчезли, но возможность их появления сохранилась, утонение стенок составило до 33%, а гофра — 0,5 мм.

Следующим шагом было уменьшение давления прижима на 30% и замыкание ребром угла вытяжного перехода. В результате утонение металла составило 20-25% (что для данного производства было допустимым), а максимально возможная высота гофры составила 0,3 мм. Кроме того, были пересчитаны оптимальные размеры заготовки.

После принятия окончательного варианта вытяжного перехода (рис. 6) было выполнено проектирование матрицы, пуансона и прижима штампа. По полученным моделям рабочих деталей штампа в PowerMILL были разработаны управляющие программы для изготовления оснастки на станках с ЧПУ.

Таким образом, применение специализированных пакетов позволило в 2,5 раза сократить сроки подготовки опытного образца, исключить вероятность брака и уменьшить затраты, связанные с заготовительными операциями, за счет экономии металла.

В начало В начало

Литьевая форма для соединителя цилиндров автомобиля ВАЗ 2123

Следующий проект демонстрирует последовательность выполнения работ по подготовке математической модели литьевой формы соединителя цилиндров автомобиля ВАЗ 2123 с помощью управляющих программ для станков с ЧПУ в системах PowerSHAPE и PowerMILL.

Литьевая форма соединителя цилиндров состоит из двух полуформ: полуформа правая и полуформа левая. По чертежам детали в PowerSHAPE на каждую из полуформ были разработаны математические модели (рис. 7) и переданы в PowerMILL для подготовки управляющих программ механообработки.

На первом этапе для определения режимов черновой обработки был рассчитан блок заготовки. После этого была произведена черновая обработка литниковых систем фрезой диаметром 25 мм (рис. 8).

Вторым этапом подготовки управляющей программы было назначение получистовой обработки сферической фрезой диаметром 20 мм с припуском под чистовую обработку. При этом обработка литниковых каналов должна была выполняться с неравным припуском, так как получение окончательной формообразующей поверхности отливки предполагалось осуществлять путем электроэрозионной обработки. Поэтому при разработке управляющих программ блок был разбит на две части, а создание программ обработки выполнялось отдельно для каждого блока с заданным припуском, после чего программы были объединены в одну. На рис. 9 представлена раздельная обработка литниковой системы с припусками 0,5 и 2 мм, а на рис. 10 — обработка по объединенной программе.

Аналогично получистовой обработке, то есть с разбивкой на два блока и с объединением двух программ в одну, выполнялась чистовая обработка сферической фрезой диаметром 16 мм (рис. 11).

Завершающим этапом была чистовая доработка полуформ фрезой малого диаметра (вначале диаметром 10 мм, а затем — 6 мм). При этом обрабатываются поверхности только тех участков полуформ, которые нуждаются в обработке (рис. 12).

На этом процесс механической обработки полуформ соединителя цилиндров автомобиля ВАЗ 2123 считался завершенным.

В начало В начало

Спойлер для ВАЗ-2115

Другим интересным опытом применения компьютерных технологий Delcam plc, в частности системы CopyCAD, на «АвтоВАЗ» было изготовление спойлера для модели ВАЗ 2115.

CopyCAD — это программный продукт нового поколения, используемый для процесса «обратного проектирования», то есть создания математической модели по физическому прототипу. Используя данные координатно-измерительных машин, дигитайзеров или лазерных сканеров, CopyCAD генерирует трехмерные поверхности, которые могут быть переданы в различные системы поверхностного моделирования и, безусловно, в любой из пакетов семейства Power Solution.

Система CopyCAD достаточно удобна и проста в работе. С ее помощью по данным, полученным в результате сканирования на станке с ЧПУ MEСOF спойлера автомобиля ВАЗ 2115, специалисты ОПП «АвтоВАЗ» создали его математическую модель (так как чертежей спойлера не было), и с помощью пакета PowerSHAPE подогнали ее к поверхности сопрягаемой детали, которой является задний капот автомобиля (рис. 13, 14).

По полученной математической модели спойлера в PowerSHAPE было выполнено проектирование пресс-формы для ее отливки.

Все это позволило предприятию наладить собственное производство спойлера и отказаться от закупок на Западе, сэкономив тем самым для производства около 800 тыс. долл.

***

Безусловно, о современных компьютерных технологиях фирмы Delcam plc можно говорить долго, приводя многочисленные примеры их использования в России и за рубежом. Опыт применения этих технологий специалистами «АвтоВАЗ» далеко не исчерпывается вышеописанными проектами, но, возможно, обратит на себя внимание специалистов, ежедневно решающих на своих производствах задачи проектирования сложной инструментальной оснастки, на решение которых традиционно ориентированны продукты семейства Power Solution.

«САПР и графика» 4'2000