7 - 2002

Комплекс ТехноПро/Шестерни для проектирования и моделирования изготовления зубчатых колес

Михаил Зайков

Известно, что период подготовки производства нового изделия является трудоемким и длительным процессом вследствие необходимости выполнения разнородных работ, включающих проектирование технологического процесса изготовления деталей, проектирование необходимой оснастки, подбор существующего или проектирование нового режущего и измерительного инструментов. Для автоматизации перечисленных процессов на многих отечественных предприятиях используется комплекс систем T-FLEX CAD (АО «Топ Системы») и ТехноПро (ПТГ «Вектор»). Совместное применение этих систем позволяет осуществить автоматизацию как конструкторских, так и технологических задач.

Одним из достоинств данного комплекса систем является возможность подключения внешних пользовательских программных модулей, реализующих отдельные расчетные процедуры, необходимые для решения задач конкретного производства. В данной статье рассматривается подключение модуля проектирования инструмента к комплексу систем T-FLEX CAD и ТехноПро.

Такой комплекс, ориентированный на производство зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления, а также на проектирование червячных фрез и долбяков для их изготовления, будем называть в дальнейшем программным комплексом ТехноПро/Шестерни, а соответствующий пользовательский программный модуль — модулем «Инструмент» (рис. 1).

Разработка технологического процесса (ТП) изготовления детали типа «шестерня» в программном комплексе производится с учетом рассчитанных припусков как на зубообрaботку, так и на всю деталь. Пример детали в виде параметрического чертежа, выполненного в системе T-FLEX CAD, показан на рис. 2.

Приведенный параметрический чертеж комплексной детали охватывает порядка 30 вариантов деталей прямозубых зубчатых колес внешнего зацепления.

В основе реализации обкатки в модуле «Инструмент» лежит использование графического интерфейса, а также метод имитационного моделирования — стопроцентно соответствующий реальному процессу обработки заготовки колеса инструментом в станочном зацеплении. Для моделирования обкатки был использован прием так называемого вытеснения элементов заготовки элементами инструмента в совпадающей их части. При этом были использованы плоские контуры для заготовки детали и инструмента, состоящие из отрезков прямых линий в необходимом количестве, и разработана вычислительная процедура для переноса части контура инструмента внутрь контура заготовки при их взаимном пересечении. Алгоритмической особенностью упомянутой процедуры при нахождении точек пересечения контуров является возможность выявления и обхода ситуаций, при которых линейно-ломаные контуры заготовки и инструмента частично совпадают, а также способность к отысканию точек внедрения контура инструмента внутрь контура заготовки в виде пар точек «вход-выход».

Использование модуля «Инструмент» позволяет получить профиль зуба шестерни (колеса) при его изготовлении методом обкатки производящими контурами различного вида, соответствующими профилю червячной фрезы для колес внешнего зацепления, и долбяками для колес внутреннего зацепления. Можно также провести контроль обкатки колеса имеющимся инструментом, а при необходимости произвести подбор и расчет параметров нового инструмента — реечного контура червячной фрезы или контура долбяка по заданным параметрам зуба колеса. При этом проектирование параметров для нового инструмента может выполняться как в автоматическом режиме, так и методом ручного подбора. Кроме того, возможно использование программы для пошагового моделирования процесса обработки детали при любом изменении параметров ранее подобранного инструмента. Результаты расчетов представляются в наглядном виде (рис. 3, 4).

Следующей задачей, решаемой в программном комплексе ТехноПро/Шестерни, является расчет размерных цепей для наружного профиля. Эта задача по сути своей трудно формализуема, поэтому для ее решения в нашем случае целесообразно применять метод декомпозиции. При этом расчет размерных цепей сводится к решению двух задач:

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

Первая задача решается в расчетной части модуля «Инструмент», вторая — в операционных эскизах, выполненных в T-FLEX CAD с использованием таблицы «Припуск» системы ТехноПро. Значения припусков на обработку вводились по опытным данным, а также в результате анализа чертежей, характерных для группы деталей.

Все операционные эскизы связаны между собой единой внутренней базой данных со ссылкой на номер детали. Поэтому при введении номера детали в каждом операционном эскизе производится пересчет размерной цепи и геометрических параметров, что может быть отображено на экране дисплея и выдается в формируемый системой ТехноПро технологический процесс в виде эскизной части операционных карт.

Подбор маршрута, операций, переходов и инструментов в ТП производится автоматически системой ТехноПро в зависимости от конфигурации и параметров обрабатываемых поверхностей, а также от конструкторских (наличие и величина геометрических параметров) и технологических (заготовка, термообработка, съем после термообработки) условий и расчетов параметров режущего и измерительного инструментов.

Технологическая информация введена в базу данных системы ТехноПро, что позволяет естественным и удобным образом достичь следующих результатов:

  • возможности обобщения и использования прогрессивных технологических решений, отлаженных в заводской практике для групп деталей;
  • повышения серийности при обработке — предпосылки для внедрения высокопроизводительного оборудования, оснастки;
  • повышения качества проектирования технологической документации;
  • уменьшения затрат рабочего времени при технологической подготовке путем сокращения объема рутинных работ и соответствующего высвобождения ресурсов для решения более сложных технологических задач.

Проектирование ТП проводится в базе конкретных технологических процессов (КТП). В окне базы КТП отображается дерево классификации, которое строится по принципу «вложенности», поэтому его удобно использовать для построения схемы членения изделия: на первом уровне вводится описание изделия, а далее идут описания узлов, сборочных единиц и деталей (рис. 5).

Для добавления новой детали в дереве классификации назначается новая ветвь проектируемого изделия. В итоге появится изображенная на рис. 6 форма для заполнения сведений о детали, технологию которой необходимо спроектировать.

Для запуска процесса автоматического проектирования ТП необходимо назначить обобщенный технологический процесс (ОТП) под названием «шестерня» и нажать кнопку «Сформировать», после чего на экране в окне дерева классификации открывается перечень спроектированных операций.

На заключительном этапе проектирования ТП с использованием системы ТехноПро оформляется технологическая документация, включающая маршрутные и маршрутно-операционные карты, карты контроля, титульные листы. Каждый документ в системе ТехноПро формируется автоматическим заполнением шаблона документа.

В организационном плане программный комплекс ТехноПро/Шестерни наиболее целесообразно эксплуатировать в подразделениях предприятия, объединенных общей компьютерной сетью, — в конструкторском бюро разработки режущего инструмента, в технологическом бюро, в измерительной лаборатории. Ввод и редактирование исходных данных о детали производится в одном из этих трех подразделений (рис. 7).

При этом проектирование режущего инструмента для изготовления детали производит конструкторское бюро с выпуском конструкторской документации; номер и параметры разработанного инструмента записываются в единую для всех подразделений базу данных. В технологическом бюро возможен выбор из имеющегося в базе данных инструмента и подбор наиболее пригодного инструмента для изготовления детали. В измерительной лаборатории проводится моделирование обкатки детали на основе реальных параметров инструмента, измеренных на стенде до начала обработки детали на станке. Фактически в лаборатории можно получить профиль зубчатого колеса до начала реальной обработки, что абсолютно исключает брак.

Таким образом, рассмотренный программный комплекс ТехноПро/Шестерни является удобным и эффективным инструментом в руках специалистов зуборезного дела для решения текущих производственных задач: получения в автоматизированном режиме технологической документации на изготовление зубчатых колес, конструкторской документации на инструмент для их обработки, контроля профиля зуба обрабатываемой детали при использовании реального инструмента с измеренными геометрическими размерами.

«САПР и графика» 7'2002