Разведка боем: передовые технологии SolidWorks в ГУП «КБП» (г. Тула)¹

В.Д. Дудка, А.В. Морозов, Н.Н. Моисеев, Г.И. Колесников, Е.Ю. Мурованная, М.В. Малов, И.В. Щекин

Технологическая подготовка производства

   Моделирование литейной оснастки

   Формирование управляющих программ

Расчет размерной цепи выхода бойка за зеркало затвора

Технологическая подготовка производства

Моделирование литейной оснастки

Моделирование литейной оснастки осуществлялось с использованием базовых возможностей системы SolidWorks. При этом была организована параллельная работа технолога и конструктора в локальной сети, имитирующей сеть предприятия. Разумеется, это дало прекрасную возможность реально оценить работоспособность такой связки и все обеспечиваемые ею преимущества — снижение сроков разработки оснастки, своевременное отслеживание моделью технологической оснастки любых изменений геометрии детали и др.

На первом этапе технологом от конструктора была получена исходная версия модели снижателя. На ее основе была создана технологическая модель в соответствии с идеологией принятой для ее изготовления технологии. Для этого технолог, используя механизм конфигураций SolidWorks, создал исполнение (конфигурацию) «Отливка», отличающееся от исходной конструкторской модели следующим:

• в данном исполнении были подавлены (скрыты) элементы, формируемые на следующих за отливкой этапах обработки;
• на некоторые грани модели были наложены литейные уклоны, призванные обеспечить извлечение отливки из половин формы;
• деталь была масштабирована (увеличена) с учетом коэффициента литейной усадки материала.

Особо следует подчеркнуть, что исходная геометрия модели детали была полностью сохранена, а новое исполнение, необходимое лишь технологу, просто добавлено в тот же файл. Таким образом были гарантированы сохранность и переносимость технологических данных при любых операциях над файлами SolidWorks, а также поддержка ассоциативной привязки этих данных к созданной конструктором геометрии и автоматическое отслеживание в дальнейшем всех возможных изменений модели.

Затем технолог выполнил также в среде SolidWorks построение элементов формообразующей оснастки. Было принято решение разделить ее на три составные части: две симметричные половины, задающие наружные обводы и поверхности детали, и знак (стержень), формирующий полость детали. Моделирование элементов формообразующей оснастки выполнялось в контексте сборки, то есть с привязкой геометрии оснастки к модели детали. При этом использовалось исполнение детали «Отливка», то есть в оснастке автоматически были отражены все технологические требования. Привязка элементов оснастки к модели детали осуществлена путем вычитания объема детали из «кубика» заготовки с последующим разделением полученного слепка на отдельные элементы.

Необходимо обратить особое внимание на следующие моменты.

• Технолог и конструктор работают с единой моделью детали. Все изменения модели детали, которые может в дальнейшем внести конструктор, одновременно станут доступны и технологу.
• Технолог для своей работы использует специально созданную конфигурацию (исполнение). При этом гарантируется, что модель конструктора будет сохранена без изменений. Все изменения конструкции незамедлительно отразятся и в конфигурации, созданной для технолога.
• И технолог, и конструктор работают с единой системой трехмерного моделирования — SolidWorks, что способствует лучшему взаимопониманию между ними и позволяет быстрее согласовывать между собой требования конструкции и возможности производства.

Формирование управляющих программ

На данном этапе технологом был создан комплект управляющих программ (УП) для изготовления одного из формообразующих компонентов и детали «Снижатель» из детали «Отливка» на фрезерном станке с ЧПУ. Для этих операций использовано партнерское приложение SolidWorks — система CAMWorks. Эта система механообработки позволяет создавать программы для трехкоординатных фрезерных и токарных станков с ЧПУ.

Работа с системой CAMWorks осуществляется в простой и логичной последовательности:

• сначала производится выбор станка, постпроцессора, материала и формы заготовки;
• далее автоматически или вручную выбираются обрабатываемые элементы модели;
• после формирования системой стратегий обработки могут быть скорректированы отдельные параметры операций;
• затем формируются траектории инструмента и осуществляется контроль результатов;
• наконец, производится перевод постпроцессором полученных траекторий на язык конкретной управляющей стойки станка.

Большинство параметров работы CAMWorks настраиваются с использованием мощной базы данных станков, инструментов, материалов, режимов резания, стратегий обработки. Эта база данных управляется СУБД Access 2000 и может легко быть настроена под нужды конкретного производства. При этом в нее могут быть внесены параметры всех имеющихся в наличии станков и инструментов (фрез, сверл, резцов и т.д.), характеристики материалов, рекомендуемые режимы резания, применяемые стратегии обработки и многое другое. Далее выбор необходимых параметров и их замена на другие (в случае необходимости) осуществляются простым указанием нужного значения в списке. При этом сохраняется возможность ручной корректировки некоторых параметров на случай такой необходимости.

По умолчанию система сама выбирает заготовку минимальных размеров. Однако при желании можно модифицировать выбор системы, добавив припуски на обработку, либо обычными средствами SolidWorks создать свою заготовку, вытянув или повернув эскиз привычными приемами SolidWorks. При этом, если реальной заготовкой служит отливка (как в нашем случае), можно просто ввести черновую обработку припуском, который имитирует контуры отливки. Далее эта черновая обработка может быть подавлена и исключена из работы постпроцессора, но сохранена в файле. Это дает возможность практически мгновенно выдать новые программы для станка в случае изменения технологии производства.

При выборе обрабатываемых элементов можно задать зоны, в которые инструмент не должен заходить. Так можно легко учесть наличие прижимов на станке. Помимо этого отдельные элементы обработки могут быть легко сгруппированы по тем или иным признакам (например, по признаку использования одного инструмента).

Затем система осуществляет формирование траекторий инструмента. Имеется возможность предварительно изменить отдельные параметры обработки, такие как используемый инструмент, точки подхода и отхода, плоскости безопасности и др. В процессе своего формирования траектории автоматически отображаются на экране. При этом в случае получения неудовлетворительных результатов можно оперативно изменить соответствующие параметры резания. Кроме того, технолог сразу получает информацию о планируемых затратах времени на каждый этап и может оптимизировать стратегию и отдельные параметры обработки в целях сокращения этого времени.

По завершении формирования траекторий инструмента можно немедленно же просмотреть имитацию процесса обработки, проконтролировать полученные результаты с точки зрения качества обработки, увидеть все недорезы и зарезы, изменить в случае необходимости параметры обработки и оперативно повторить расчет. Благодаря этому появляется реальная возможность отработать все программы для станков на экране компьютера, не расходуя впустую материалы и не тратя машинное и рабочее время на пробные прогоны.

Результаты обработки могут быть получены в виде стандартного APT-файла, что дает возможность использовать все привычные постпроцессоры, если такие имеются на предприятии. Кроме того, CAMWorks снабжена встроенным генератором постпроцессоров, позволяющим сразу получать на выходе текст программы для конкретной управляющей стойки станка. В этом случае также формируется файл статистики обработки, включающий сводку времен обработки и холостого хода, список использованных инструментов и другие сведения.

По результатам обработки следует особо отметить следующее.

• Система CAMWorks является «золотым» партнером SolidWorks, работает в одном окне с SolidWorks, сохраняет свои данные в файле модели SolidWorks и использует в работе сходные с SolidWorks приемы и методы работы.
• Благодаря использованию в своей работе всеобъемлющей технологической базы данных система CAMWorks легко настраивается под нужды конкретного производства. При этом как едиными объектами можно оперировать имеющимся парком станков, комплектами режущего инструмента, режимами резания и т.д.
• Система гарантирует стопроцентную ассоциативность данных CAMWorks с геометрией модели SolidWorks. Все изменения модели незамедлительно отражаются на данных обработки.
• Имеется возможность оперативного контроля всех результатов обработки — времени, чистоты, точности и др.
• Система легко адаптируется к любым управляющим стойкам.

Расчет размерной цепи выхода бойка за зеркало затвора

В числе поставленных задач были расчет размерной цепи и определение номинальной величины и предельных отклонений замыкающего размера выхода бойка за зеркало затвора. Для корректной работы изделия значение данного размера должно было находиться в пределах 2 (+0,21/-0,1).

Данный проверочный расчет был выполнен с помощью приложения SolidWorks — Sigmund1D, разработки компании Varatech. Сразу скажем, что помимо проверочного расчета Sigmund1D позволяет проводить проектировочный расчет предельных отклонений размеров составляющих звеньев по известным значениям их номинальной величины и номинальной величины и верхнего и нижнего предельных отклонений размера исходного звена. При проведении расчета были использованы два метода анализа: анализ на минимум-максимум и теоретико-вероятностный анализ. Теоретико-вероятностный анализ выполнен при условии нормального распределения отклонений размеров. Процент риска принят равным 0,27% (данные параметры являются типичными для серийного производства). При использовании метода «Монте-Карло» в Sigmund1D пользователь может выбирать различные законы распределения отклонений того или иного размера (нормальное, бета, гамма, экспоненциальное, Student (Стьюдента), Weibull (Вейбулла) и т.д.), а также задавать его самостоятельно в виде текстового файла.

Все необходимые для расчета размерной цепи размеры и допуски были взяты непосредственно из твердотельной модели изделия, выполненной в SolidWorks.

Помимо этого можно было воспользоваться любым чертежом, выполненным в этой системе. При этом свойство Sigmund1D поддерживать двустороннюю ассоциативность с SolidWorks снижает до минимума проведение повторных расчетов при модификации изделия. В размерную цепь вошли размеры со следующих компонентов модели: бойка, лодыжки, оси лодыжки, затвора, направляющей, упора.

Результаты выполненного расчета отображены на рисунках, прилагаемых к отчету. Получены номинальное значение, верхнее и нижнее предельные отклонения замыкающего размера.

Для вероятностного метода расчета на диаграмме чувствительности наглядно показана в процентном отношении степень влияния каждого составляющего звена на замыкающий размер. Статистический отчет отображает процент попадания значения замыкающего размера в заданные пределы допусков для нормального распределения.

Необходимо отметить, что одновременно расчет данной размерной цепи был выполнен и с помощью программы «МАКСИМ», разработанной специалистами Тульского КБП. Данная программа позволяет создавать плоскую геометрическую модель и имеет в своем арсенале большой набор функций, необходимых для расчета плоских размерных цепей. Собственная разработка КБП позволяет решать многие сложные задачи по расчету размерных цепей, такие как расчет на минимум-максимум, вероятностный расчет, моделировать случайный процесс и многое другое. Данная программа была разработана и достаточно долго и успешно применяется (в разных версиях) на предприятии.

Несмотря на разницу используемых в этих программах подходов и методик, результаты расчетов были идентичными. Обмен информацией, особенно по описываемой проблематике, между специалистами КБП и SolidWorks—Russia был чрезвычайно интересен для инженерного персонала SolidWorks—Russia, поскольку специалисты КБП обладают поистине уникальным опытом и знаниями в данной предметной области.

«САПР и графика» 4'2001