6 - 2003

SolidWorks: стандартный и специализированный инструментарий для конструкторов оснастки и технологов

Виталий Морозов, Александр Глущенко, Артем Аведьян

SolidWorks не панацея, а средство повышения качества работы

Возможности базовой конфигурации SolidWorks

Специализированные модули SolidWorks

   Plastics Advisers

   FaceWorks

   MoldWorks

   CAMWorks

Заключение

Этой статьей мы продолжаем рассказ о технических особенностях САПР SolidWorks, начатый в наших предыдущих публикациях1. На этот раз речь пойдет о стандартном и специализированном инструментарии SolidWorks для конструкторско-технологической подготовки производства изделий из пластмасс.

SolidWorks не панацея, а средство повышения качества работы

Функциональные возможности и степень интеграции прикладных модулей SolidWorks таковы, что программное решение может быть гибко настроено на реализацию всего спектра типовых и специальных задач конструкторско-технологической подготовки производства изделий из пластмасс (рис. 1). Это достигается за счет того, что SolidWorks представляет собой двухуровневую структуру:

• базовое решение SolidWorks — 3D-моделирование деталей и сборок, анализ уклонов, задание усадки, экспресс-анализ кинематики и прочности, оформление чертежей.

• специализированные модули — анализ проливаемости, построение поверхности разъема, генерация пресс-форм из стандартных комплектующих, электроэрозионная и механическая обработка и т.п.

О базовых возможностях и о специализированном инструментарии для конструкторско-технологической подготовки производства изделий из пластмасс, то есть о работе программного комплекса SolidWorks на каждом из вышеозначенных уровней специализации, и пойдет речь.

В начало В начало

Возможности базовой конфигурации SolidWorks

Одной из стандартных возможностей SolidWorks, которую следует использовать при проектировании детали-оригинала, является функция «Анализ уклонов» (рис. 2), предназначенная для проверки литьевой детали на технологичность и определения возможного места прохождения линии разъема. В результате анализа грани модели окрашиваются в различные цвета, в зависимости от их принадлежности к той или иной группе формообразующих поверхностей.

Существуют различные способы создания детали-оригинала; наиболее часто используемым из них является создание специального технологического варианта исполнения (отливки), в которой часть составляющих элементов 3D-модели будет погашена. Все многообразие конструкторских и технологических исполнений (рис. 3) хранится в едином файле модели, что существенно экономит дисковое пространство и облегчает поиск нужного варианта.

После того как создана геометрия детали и отливки, необходимо получить отпечаток отливки на матрице и пуансоне. Для этого следует определиться с дальнейшей стратегией проектирования. SolidWorks позволяет конструктору пойти двумя путями:

• создать полость, задав коэффициент усадки (рис. 4), соответствующий материалу отливки;

• пропорционально увеличить модель с необходимым коэффициентом масштаба (равномерным или переменным по трем координатным осям), после чего также создать полость, но уже без усадки.

В SolidWorks имеется специальная панель инструментов, позволяющая создавать поверхность разъема, выбирая соответствующие кромки модели. Создав поверхность разъема, ее можно использовать для отделения матрицы от пуансона (рис. 5). После этого остается наполнить пакет нормализованными деталями — и пресс-форма готова (рис. 6).

Большинство деталей пресс-формы если и не стандартизованы, то являются типовыми. Поэтому подавляющая их часть может заимствоваться из одного проекта в другой. Хотя по мере того как растет количество выполненных проектов, все более проблематичным становится поиск нужных стандартных узлов и деталей. Поэтому имеет смысл сказать несколько слов о менеджере проектов SWR-PDM (рис. 7). Эта разработка компании SolidWorks-Russia позволяет организовать структуру проектов, пользователей, групп и систему классов таким образом, что появляется отличная возможность осуществлять поиск, используя атрибуты электронных документов. SWR-PDM позволяет сохранить условия запроса в отдельный файл, а затем при следующем поиске применять его, скорректировав параметры.

Резюмируя все вышесказанное, можно смело утверждать, что базовый инструментарий SolidWorks обладает достаточным набором функций для создания пакета пресс-форм практически любой сложности. Однако не следует забывать о том, что помимо базовых возможностей существует еще и целый ряд специализированных модулей, направленных на существенное ускорение процессов проектирования изделий и оснастки, о чем и пойдет речь далее.

В начало В начало

Специализированные модули SolidWorks

Plastics Advisers

Для того чтобы еще на этапе проектирования детали провести анализ проливаемости пресс-формы, применяются продукты серии Plastics Advisers (рис. 8). Эти программные решения предназначены как для конструкторов деталей, так и для конструкторов оснастки и включают два программных продукта: Part Adviser (анализ проливаемости без учета литниковой системы) и Mold Adviser (анализ проливаемости с учетом литниковой системы).

FaceWorks

Одним из хорошо зарекомендовавших себя специализированных модулей SolidWorks для проектирования технологической оснастки является FaceWorks. Частично FaceWorks повторяет стандартную для SolidWorks функцию «Анализ уклонов» (о которой говорилось ранее), предназначенную для проверки детали на технологичность и определения возможного места прохождения линии разъема. Однако так может показаться только на первый взгляд, поскольку основное назначение FaceWorks — автоматизация процесса построения матрицы и пуансона.

Что же умеет FaceWorks? Во-первых, при указании направления разъема FaceWorks автоматически определяет грани с положительными и отрицательными уклонами, раскрашивает их в разные цвета и размещает по соответствующим папкам. Очень удобной и наглядной функцией является возможность «растащить» две половинки будущей пресс-формы еще до ее создания. Эта функция FaceWorks называется анимацией разъема.

Далее программе FaceWorks необходимо указать кромки, по которым будет создаваться поверхность разъема. Пользователь всегда может выбрать замкнутую цепочку вручную, но система предлагает на выбор автоматически определенные контуры. Затем указывается величина смещения от внешнего контура модели и создается поверхность разъема. Система также позволяет «зашить» сквозные отверстия для корректного построения пуансона или стержней в дальнейшем.

Завершающим этапом работы FaceWorks является разделение формообразующих поверхностей на матрицу и пуансон (рис. 9). Таким образом, FaceWorks значительно ускоряет процесс проектирования литьевых форм, дополняя базовые возможности SolidWorks мощным инструментом по работе с формообразующими поверхностями и автоматической генерацией матрицы и пуансона.

В начало В начало

MoldWorks

Пакет MoldWorks — превосходный помощник конструктора оснастки, работающего в среде SolidWorks. В качестве исходной геометрии MoldWorks использует узел, состоящий из матрицы и пуансона, полученных, например, с помощью FaceWorks.

MoldWorks имеет собственные встроенные библиотеки нормалей, в каждой из которых пользователь может подобрать подходящую для его случая конфигурацию плит с возможностью выбора размеров пакета из нормального ряда для данной библиотеки. В графической области при изменении параметров и числовых значений динамически меняются состав пакета и габариты (рис. 10). После этого запускается процесс автоматического формирования элементов пресс-формы. По заданным пользователем параметрам MoldWorks, используя механизмы построения моделей SolidWorks, разворачивает перед конструктором целое действо, автоматически вытягивая бобышки, выступы, поднутрения. Согласуясь с выбранной схемой расположения колонок и направляющих втулок, MoldWorks сверлит под них отверстия. Тут же, с учетом всех зазоров, строятся сами втулки и колонки. Именно в этот момент конструктор понимает всю прелесть использования MoldWorks.

После того как MoldWorks закончил построение пакетника, необходимо определить местоположение и количество выталкивателей. Для этого используется компоновочный эскиз, позиционированный на грани плиты толкателей. MoldWorks прорезает отверстия заданного типа (с цековкой, ступенчатые) во всех указанных плитах и вставляет по выбранной форме отверстия выталкиватели соответствующей геометрии, которые затем обрезаются по форме поверхности отливки. Что примечательно, при изменении формы поверхности выталкиватели тут же повторяют ее контуры. При выборе типа прорезаемого отверстия указываются класс точности и величина зазора между отверстием и выталкивателем. Если необходимо, можно выбрать выталкиватель с фиксатором от проворота.

MoldWorks позволяет выбрать из встроенной библиотеки тип крепежного элемента, а затем по выбранному крепежу сам прорезает соответствующее отверстие и вставляет в него нужный винт. Как и в случае с расположением выталкивателей, под крепежные отверстия также необходимо указать реперные точки. Поскольку MoldWorks является диалоговой системой, при возникновении конфликтных моментов пользователю будет предложено решение. Например, если длина резьбовой части отверстия менее полутора диаметров, MoldWorks предложит либо увеличить эту длину, либо пересмотреть другие параметры.

Осталось расположить каналы охлаждения, вставить в них штуцеры и уплотнительные кольца (рис. 11). Все эти операции MoldWorks опять же делает в автоматическом режиме. Для создания каналов необходимо указать эскиз, а именно линию, конечные точки которой как раз и будут пересекать оси охлаждающих каналов. На данном этапе пользователь оговаривает длины и диаметры каналов, наличие уплотнительных колец или манжет и запускает процесс генерации. А затем остается только вставить штуцеры из библиотек MoldWorks. Однако помимо встроенных библиотек пользователь всегда может подключить и свою собственную библиотеку стандартных элементов, узлов либо плит. В итоге время проектирования комплекта сокращается в несколько раз (по сравнению с использованием только базового функционала) и на порядки (при прорисовке на кульмане).

Таким образом, проблема создания электронной модели пакета технологической оснастки сводится исключительно к выбору инструмента проектирования. Для этого нужно лишь оценить необходимость использования либо базовых функций SolidWorks, либо специализированных модулей.

В начало В начало

CAMWorks

Итак, дело остается за малым — создать спроектированную пресс-форму. Наиболее трудоемкими в изготовлении являются, как правило, формообразующие элементы изделия. Чаще всего их делают, применяя оборудование с числовым программным управлением. Рассмотрим подготовку производства на таком оборудовании на примере использования модуля CAMWorks.

Несколько общих слов об этом продукте. CAMWorks позволяет формировать программы для фрезерной, токарной, электроэрозионной обработки по моделям SolidWorks непосредственно в его среде. CAMWorks обладает в высшей степени дружественным интерфейсом (рис. 12); необходимые для работы технологу геометрические построения выполняются средствами SolidWorks. В программе есть несколько отдельно реализованных модулей; это сам модуль обработки, модуль настройки режимов резания и технологическая база данных.

Вид создаваемой обработки вы определяете типом используемого оборудования. После этого вы указываете системе дополнительные сведения по станку, например для фрезерной обработки выбирается предопределенный магазин инструментов. В дальнейшем в проектируемых операциях будет применяться инструмент из этого магазина, что устраняет путаницу с номерами инструмента в программе. Также можно указать дополнительные поворотные оси (CAMWorks поддерживает 3-осевое фрезерование с позиционированием по 4-й и 5-й осям). В качестве заготовки вы можете использовать охватывающий деталь параллелепипед (со смещением по любой из осей) или эскиз, вытянутый на задаваемую глубину.

CAMWorks разделяет геометрические данные для обработки и собственно технологические операции. Для этого к стандартным закладкам дерева конструирования SolidWorks добавляются еще две: «Элементы CAMWorks» и «Операции CAMWorks». CAMWorks различает 3-осевые элементы, указывать которые нужно в интерактивном режиме, и 2,5-осевые элементы, которые система может распознавать в автоматическом режиме. При этом в CAMWorks существует широкая классификация 2,5-осевых элементов. Например, имеется так называемый угловой паз (то есть выемка идет сбоку от основного материала и фреза заходит, выходит и перебегает по открытым кромкам), карманы бывают прямоугольные, овальные, круглые, открытые (с любого количества сторон) и в общем случае — нерегулярной формы. Все это плюс возможность автоматически распознавать геометрию, формируя механообрабатываемые элементы, делает модуль CAMWorks очень эффективным для обработки призматических деталей.

После формирования списка элементов создаем стратегии обработки каждого из них. Можно сделать это, добавляя операции вручную, а можно воспользоваться базой данных — она подберет их автоматически. Следующий этап — адаптация параметров операций для достижения необходимого результата. Как правило, при обработке деталей пресс-форм используются 3-осевые элементы. В CAMWorks существуют три типа операций для обработки таких элементов: черновое и чистовое фрезерование, карандашная обработка — с соответствующим набором параметров для каждой операции. Проверять сгенерированную траекторию можно пошаговым ее прохождением или применяя встроенный визуализатор обработки (рис. 13).

С модулем CAMWorks поставляется набор готовых постпроцессоров для самых популярных стоек. Можно также настроить нужный вам постпроцессор с помощью специального модуля. Построен он в виде мастера, и собственно настройка контроллера заключается в выборе соответствующих опций.

В последнее время производители CAM-систем повышенное внимание уделяют выбору режима обработки. В CAMWorks вы можете вручную поставить значения рабочих подач, подач врезания, частот вращения шпинделя для каждой траектории, а можете вычислить их. Настройка этого расчета представляет собой заполнение таблицы, где на вход подаются обрабатываемый диаметр (для фрезерования это диаметр инструмента) и величина снимаемого слоя материала. Данная таблица составляется на основе таких параметров, как материал заготовки и вид обработки (фрезерования, точение, сверление и т.д.). Кроме того, учитываются нагруженность станка (это внутрисистемная характеристика оборудования: легконагруженное, средненагруженное, тяжелонагруженное) и материал режущей части инструмента.

Напоследок — несколько слов о технологической базе данных CAMWorks. Стремясь предоставить пользователям максимальные возможности в этом направлении, создатели CAMWorks включили в базу данных возможность настройки и запоминания практически всех действий технолога. Для любого геометрического элемента, распознаваемого CAMWorks как механообрабатываемый, можно создать и впоследствии присвоить ему какое угодно количество атрибутов, позволяющих автоматически подбирать стратегию обработки и настраивать параметры технологических операций. Благодаря таким настройкам вы можете автоматически и интерактивно преобразовать геометрию вашей трехмерной модели в элементы CAMWorks, присвоить каждому из них свой атрибут и нажатием пары кнопок сгенерировать траектории для УП.

В начало В начало

Заключение

В рамках этой статьи мы постарались пролить свет на наиболее важные аспекты использования стандартного инструментария SolidWorks и ряда специализированных модулей для конструкторско-технологической подготовки производства. Подводя итог вышесказанному, можно констатировать тот факт, что функциональные возможности и степень интеграции прикладных модулей SolidWorks таковы, что программное решение может быть гибко настроено на реализацию всего спектра типовых и специальных задач. Именно в этом — залог успешного внедрения программных решений SolidWorks в промышленности, подтвержденного немалым числом примеров.


1 SolidWorks — стандарт трехмерного проектирования // САПР и графика. 2003. № 1. С. 48-52; Электронный EXCHANGE: основа современного производства // САПР и графика. 2003. № 2. С. 47-52.

В начало В начало

«САПР и графика» 6'2003