5 - 2001

Проектирование технологии и инструмента для изготовления зубчатых колес

И.Зайков

Программный комплекс «ТехноПро/Инструмент» предназначен для использования на рабочих местах технолога и конструктора зуборезки и позволяет получить в автоматизированном режиме как технологическую документацию на изготовление зубчатых колес, так и конструкторскую документацию на червячные фрезы для их обработки. Применение комплекса позволяет полностью исключить брак при изготовлении зубчатых колес и инструмента.

Известно, что период подготовки производства нового изделия представляет собой трудоемкий и длительный процесс. Прежде всего это связано с необходимостью выполнения различных этапов работ, включающих конструирование изделия, составление технологии изготовления с подбором существующего или проектированием нового режущего и измерительного инструмента, проектирование технологической оснастки.

Для автоматизации процессов технологической подготовки производства многие отечественные предприятия используют систему «ТехноПро», применение которой позволяет интегрировать решения конструкторских и технологических задач. Преимуществом интеграции на основе «ТехноПро» является возможность включения внешних пользовательских программных модулей, реализующих отдельные расчетные процедуры, отлаженные на конкретном производстве.

В этой статье рассматривается подход к объединению в единый комплекс развитых средств автоматизации проектирования и подготовки производства — систем «ТехноПро» и T-FLEX CAD с пользовательским программным модулем TehnoGear, вобравшим практический опыт производства зубчатых колес внешнего зацепления и проектирования червячных фрез для их изготовления. Этот комплекс программных средств назван «ТехноПро/Инструмент».

Исходные данные, необходимые для работы комплекса, считываются из таблиц базы данных «ТехноПро» и параметрических чертежей, подготовленных в T-FLEX CAD (рис. 1).

Приведенный чертеж содержит 30 типоразмеров прямозубых шестерен внешнего зацепления. Данные о размерах деталей хранятся в таблице ParamDet (рис. 2) базы данных «ТехноПро».

По данным о детали с помощью модуля TehnoGear пользователь моделирует профиль зуба шестерни (колеса) при его изготовлении методом обкатки инструментальными рейками различного вида. В основе метода моделирования обкатки детали инструментальными рейками лежит использование геометрического и имитационного моделирования, полностью соответствующего реальному процессу обработки заготовки колеса инструментом в станочном зацеплении. Такая реализация позволяет достичь полной достоверности расчетов, а также их наглядности (рис. 3).

При моделировании используются данные реечных контуров червячных фрез, содержащиеся в таблице Tab_frez (рис. 4) базы данных системы «ТехноПро».

В качестве инструментальных реек можно использовать рейки с полностью и не полностью скругленной впадиной, с протуберанцем. Применяемая для обкатки рейка выбирается из таблицы параметров образующих реек Tab_frez. Для подбора подходящей фрезы можно провести контроль обкатки колеса имеющимися фрезами или выполнить расчет параметров нового инструмента. Параметры вновь спроектированной фрезы используются в дальнейшей работе модуля TehnoGear системы «ТехноПро» и для выпуска чертежей в системе T-FLEX CAD (рис. 5).

Проектирование параметров инструментальной рейки для новой фрезы может выполняться как в автоматическом режиме, так и методом ручного подбора, что позволяет учесть различные требования, предъявляемые конструктором инструмента и технологом зуборезного дела.

После выбора инструмента производится расчет размерных цепей зубообработки с подбором роликов и расчет размера по роликам для операций фрезерования, термической обработки, зубохонингования и зубошлифования.

Поскольку задачу расчета размерных цепей механической обработки трудно формализовать, для ее решения был применен метод декомпозиции, после чего решение свелось к двум подзадачам:

  • расчет размерной цепи по операциям зубообработки;
  • расчет технологической размерной цепи на механическую обработку детали.

Первая подзадача решена при создании расчетной части модуля TehnoGear, вторая — при формировании параметрических операционных эскизов, выполненных в системе T-FLEX CAD. Припуски на обработку подбирались опытным путем, на основе анализа группы чертежей деталей. Значения припусков, необходимых для построения операционных эскизов, внесены в таблицу «Припуск1» (рис. 6).

Все операционные эскизы связаны между собой единой базой данных со ссылкой на номер детали. Поэтому при введении в файл чертежа (см. рис. 1) номера детали в каждом операционном эскизе производится перерасчет размерной цепи и геометрических параметров. Сформированные операционные эскизы вставляются в проектируемый в «ТехноПро» технологический процесс (ТП) и выдаются в операционные карты.

Данные о параметрах детали и инструментов передаются в систему «ТехноПро» для автоматического формирования ТП. Для этого в базу данных системы введен обобщенный технологический процесс (ОТП) «Шестерня». При создании ОТП «Шестерня» применена групповая типизация ТП, поскольку ОТП охватывает определенную группу конструктивно и технологически сходных деталей. Такой подход обеспечивает следующие преимущества:

  • применение научно обоснованных прогрессивных технологических решений, хорошо зарекомендовавших себя в заводской практике;
  • повышение серийности при обработке, что является предпосылкой для внедрения высокопроизводительного оборудования и оснастки;
  • повышение качества технологической документации;
  • уменьшение затрат рабочего времени на технологическую подготовку за счет сокращения рутинных работ и высвобождения технологов для решения более сложных технологических задач, требующих творческого подхода.

Подбор маршрута, операций, переходов и инструментов в «ТехноПро» осуществляется в зависимости от конфигурации и параметров обрабатываемых поверхностей, а также от выполнения различных условий и расчетов. В условиях и расчетах могут использоваться табличные данные.

Все условия и расчеты сводятся в базу «ТехноПро», которая позволяет:

  • учитывать опыт проектирования технологии на конкретном предприятии;
  • организовать выбор маршрутов, операций, переходов, технологического оснащения в зависимости от характеристик и размеров детали;
  • осуществлять проверку условий и выполнение расчетов без участия пользователя.

Проектирование проводится в базе «Конкретные технологические процессы» (КТП). В окне базы КТП отображается дерево классификации изделий. Оно строится по принципу «вложенности», поэтому его удобно использовать для построения схемы членения изделий, где на первом уровне вводится описание изделия, а затем описания узлов, сборочных единиц и деталей (рис. 7).

При добавлении нового КТП открывается форма для заполнения сведений о детали, технологию для изготовления которой необходимо спроектировать (рис. 8).

Для запуска процесса автоматического проектирования ТП необходимо назначить ОТП «Шестерня» и нажать кнопку «Сформировать», после чего на экране в окне дерева классификации откроется перечень спроектированных операций.

После просмотра ТП оформляется технологическая документация, включающая операционные, маршрутно-операционные, маршрутные карты, карты контроля и титульные листы. Каждый документ в «ТехноПро» формируется путем автоматического заполнения шаблона Microsoft Word (рис. 9).

Таким образом, рассмотренный программный комплекс «ТехноПро/Инструмент» является удобным и эффективным средством инженера-технолога для получения в автоматизированном режиме как технологической документации на изготовление зубчатых колес, так и конструкторской документации на червячные фрезы для их обработки. Применение этого комплекса позволяет:

  • получить профиль зуба шестерни (колеса) при изготовлении методом обкатки инструментальными рейками различного вида, а также провести расчет размерных цепей зубообработки;
  • организовать автоматизацию проектирования ТП с расчетом припусков на механическую обработку в минимальные сроки;
  • полностью исключить брак при изготовлении зубчатых колес и инструмента за счет 100-процентного моделирования процесса обработки.

«САПР и графика» 5'2001