7 - 2003

Сокращение сроков подготовки изделий к производству в четыре раза — это реально

Радислав Бирбраер, Василий Окатьев, Михаил Яхнис, Антон Савельев, Вячеслав Столповский

Традиционная технология «Ижсталь» подготовки производства поковок сложных форм

Конструкторско-технологическая подготовка кузнечного производства с использованием Pro/engineer

Результаты и выводы

СОЛВЕР предлагает

Инженерно-консалтинговая компания SOLVER (СОЛВЕР) продолжает цикл статей по реализованным ею проектам автоматизации проектирования и производства на ведущих отечественных машиностроительных предприятиях.

Сегодня коммерческий успех предприятий во многом зависит от того, насколько оперативно они способны удовлетворять потребности рынка в тех или иных изделиях и услугах. Задачи по сокращению сроков освоения новых видов продукции решались и в ОАО «ИЖСТАЛЬ» (г.Ижевск) в рамках программы модернизации технологической подготовки кузнечно-штамповочного производства. Основными целями программы модернизации были следующие: освоение новых видов продукции, сокращение сроков выполнения заказов, повышение качества готовой продукции.

В «ИЖСТАЛЬ» была разработана и в течение многих лет эксплуатируется и развивается комплексная САПР в кузнечно-штамповочном производстве поковок с формами тел вращения. Практически при благоприятных обстоятельствах на изготовление этого типа продукции со дня поступления заказа уходило до двух-трех недель.

Однако анализ рынка продукции кузнечного производства показывает, что наряду с поковками относительно простой конфигурации у заказчиков всё чаще пользуются спросом изделия со сложными геометрическими формами. Наиболее действенным способом решения таких задач является внедрение автоматизированных систем сквозного проектирования, новых методов организации и использования компьютерных информационных технологий в технологической подготовке производства.

С целью проработки путей решения задач по повышению оперативности и качества подготовки к производству поковок сложных форм в «ИЖСТАЛЬ» компанией СОЛВЕР был осуществлен экспериментальный проект «Создание действующего прототипа системы сквозного проектирования поковок».

Проект, решающий актуальные производственные задачи заказчика, включал следующие задачи, определенные руководством предприятия:

• оценка эффективности использования компьютерных технологий в технологической подготовке кузнечного производства путем создания электронных моделей поковок;

• проработка методики проектирования штампов на основе электронных моделей поковок;

• проработка методов разработки управляющих программ для станков с ЧПУ для обработки штампов на базе их электронных моделей.

В качестве базового программного средства для создания инфраструктуры современных компьютерных технологий проектирования в «ИЖСТАЛЬ» было выбрано семейство продуктов программного комплекса Pro/ENGINEER. Опыт внедрения (в том числе и на передовых ижевских предприятиях*) показывает, что Pro/ENGINEER позволяет реализовать полный цикл разработки изделия — от электронной модели продукта до технологической оснастки и управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

В «ИЖСТАЛЬ» регулярно поступают заказы на производство заготовок деталей буровых долот (рис. 1а) для нефтедобывающего оборудования. Предприятие производит заготовки для всех этих деталей, но часто сталкивается с трудностями при освоении производства деталей «Лапа» (рис. 1б), поскольку они являются наиболее геометрически сложными.

Выходом из этой ситуации может стать широкое применение станков с ЧПУ для изготовления штамповочного инструмента. Однако на предприятии технология разработки управляющих программ для изготовления деталей такого класса отсутствовала. Стратегия решения этой задачи должна основываться на принципах сквозного проектирования, позволяющего на базе электронной модели поковки в условиях комплексной автоматизации и безбумажной технологии оперативно решать все вопросы по разработке управляющих программ для станков с ЧПУ.

Специфика производства поковок в «ИЖСТАЛЬ» заключалась в том, что исходными данными для проектирования оснастки являлись преимущественно чертежи чистовых деталей, предоставляемые заказчиком. Наряду с этим некоторые предприятия, например ФГУП «Ижевский механический завод» (кстати, тоже заказчик СОЛВЕР), кроме чертежной документации, могли предоставлять исходные данные в виде электронных моделей как чистовых деталей, так и их заготовок (поковок). Такой формат входных данных, позволяющий исключить этап проектирования и согласования поковки и значительно сократить этап проектирования технологической оснастки, представляется наиболее перспективным.

В качестве объекта для проработки методов конструкторско-технологического проектирования, основанного на электронных моделях, был выбран процесс подготовки производства поковки «Лапа», поскольку в дальнейшем на примере этой детали можно будет осваивать не только ее модификации, но и другие поковки с формами сложной конфигурации.

В начало В начало

Традиционная технология «Ижсталь» подготовки производства поковок сложных форм

Наиболее длительным этапом освоения любой новой поковки является конструкторско-технологическая подготовка производства. В «ИЖСТАЛЬ» этот этап включал создание конструкторской документации (КД) на поковку, штампы и шаблоны (всего 40-50 чертежей), изготовление деревянных моделей (наиболее трудоемкий этап), по которым затем изготавливался штамповочный инструмент. Эти процессы в совокупности занимали более 200 дней (рис. 2), что со временем стало серьезным препятствием в отношениях «ИЖСТАЛЬ» с заказчиками.

В начало В начало

Конструкторско-технологическая подготовка кузнечного производства с использованием Pro/engineer

Параметрическое проектирование поковки

Моделирование твердотельной геометрии поковки (рис. 3) включало моделирование трех составляющих ее частей: «Головы» (а), «Тела» (б) и «Хвоста» (в) с последующим их объединением в одно целое (г). Поскольку применение двухручьевых штампов технологически возможно и экономически обоснованно, была разработана комплексная поковка (д).

При проектировании деталей со сложной геометрией традиционными методами даже опытному конструктору не всегда удается адекватно отобразить на чертеже все геометрические условия, формирующие модель, корректно и однозначно проставить необходимые размеры. Поэтому КД часто содержат неточности, которые выявляются лишь при создании модели и приводят к недопустимым искажениям конструкции.

По этой причине на этапе проектирования был осуществлен контроль соответствия модели и КД путем создания чертежа средствами Pro/ENGINEER по результатам проектирования модели и последующего его сравнения с чертежом, утвержденным заказчиком. Pro/ENGINEER имеет достаточный набор средств для создания чертежей в полном соответствии с ЕСКД, со всеми необходимыми атрибутами, ассоциативно связанными с моделью детали. В случае необходимости возможно создание полного аналога конструкторского чертежа с получением всех видов, разрезов, сечений и размеров, имеющихся в согласованной КД.

Параметрическое проектирование ковочного штампа

Ковочный штамп состоит из двух деталей: верхнего и нижнего штампов (рис. 4а и б). Модели штампов спроектированы предварительно в виде двух параллелепипедов с контрольными сторонами (уступами на боковых сторонах). У верхнего штампа дополнительно выполнен подъем под замок. Модель поковки ориентирована относительно штампов и выровнена по зеркалу штампа. Штампы сопряжены по плоскости разъема. Основание «Головы» поковки располагается в плоскости разъема. В режиме сборки над моделями штампов были выполнены операции для формирования геометрии поковки и технологических элементов (рис. 4в), таких как чистовой ручей штампа, поверхность разъема, облойная канавка.

Разработка управляющих программ

Для разработки управляющих программ (УП) для изготовления штамповой оснастки были спроектированы средствами Pro/ENGINEER модели необходимых деталей: ковочные штампы, обрезная матрица, пуансон и т.д. Модель поковки использовалась в качестве ссылочной модели для всех операций механической обработки — поверхности и грани модели являются элементами, через которые осуществляется связь модели с каждой зоной обработки, внутри которой выполняется движение инструмента по конкретной траектории. Благодаря этому при внесении изменений в проектируемую модель модифицируются и все связанные с этими изменениями операции механообработки.

Разработка УП выполнялась с использованием пакета программных модулей Pro/NC. Модули пакета работают совместно с базовым модулем Pro/ENGINEER Foundation и являются его дополнением. В Pro/NC входят модули Production Machining Option (проектирование УП для токарных, фрезерных и электроэрозионных станков с ЧПУ), NC Verification Option (проверка УП, сравнение модели обработанной детали с исходной моделью) и генератор постпроцессоров NC-GPOST.

Разработка УП в Pro/NC включала следующие этапы:

формирование модели обработки. На этом этапе была создана сборка, состоящая из модели готового изделия и заготовки;

разработку технологического маршрута обработки. Была определена последовательность обработки поверхностей детали, назначены инструменты, режимы резания, схемы базирования и закрепления;

формирование общих сведений об обработке. Была выполнена настройка базы данных обработки, содержащей информацию о станках, инструментах, приспособлениях и т.п.;

проектирование операций. Были сформированы общие сведения об операции: станок, система координат, точки подвода и отвода и т.д. (рис. 5а);

разработку траекторий обработки. Спроектированы траектории движения инструмента с использованием предлагаемых в Pro/NC схем обработки (рис. 5в);

создание файлов данных о траекториях обработки. Был выполнен вывод данных о траектории в файлы формата CLDATA (APT);

настройку постпроцессора. Были созданы и отлажены постпроцессоры для систем ЧПУ 2С42, Маяк 500 и Bosh Micro 8;

формирование УП для станка с ЧПУ.

В начало В начало

Результаты и выводы

В ходе выполнения проекта специалистами СОЛВЕР была проведена технологическая подготовка производства шести поковок сложной конфигурации. Кроме того, было проанализировано информационное взаимодействие структурных подразделений «ИЖСТАЛЬ» в части технологической подготовки кузнечно-штамповочного производства с использованием современных компьютерных технологий, даны рекомендации по повышению эффективности конструкторско-технологического проектирования (рис. 6).

В начало В начало

СОЛВЕР предлагает

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР предлагает машиностроительным предприятиям сотрудничество с целью повышения эффективности их бизнеса.

Принципиальный подход, отличающий СОЛВЕР от других консалтинговых фирм, поставщиков программного обеспечения и оборудования, — экспериментальное подтверждение предлагаемых комплексных и взаимоувязанных решений. Это позволяет при осуществлении совместных с заказчиками проектов внедрения (автоматизированных систем управления, проектирования и подготовки производства, технологий либо оборудования) сократить до предела риски достижения поставленных задач.

Мы не только поможем вам решить ваши конкретные производственные проблемы, но и сделаем это быстро и качественно, потому что располагаем необходимыми знаниями, опытом и средствами для выполнения подобных работ. Наша установка на долгосрочное партнерство, высокий уровень взаимопонимания позволят вам успешно развивать свой бизнес в быстро меняющихся современных экономических условиях.

В начало В начало

«Предложенные СОЛВЕР технологии были проверены на конкретных производственных задачах “ИЖСТАЛЬ” и обеспечили их полное и качественное выполнение. Результаты проделанных работ могут служить основанием для начала комплексных действий по организации системы сквозного конструкторско-технологического проектирования и подготовки производства сложных поковок на нашем предприятии».
В.Г.Дегтярев, начальник кузнечно-штамповочного производства ОАО «ИЖСТАЛЬ»

«Работы, проведенные специалистами СОЛВЕР, позволяют обеспечить выполнение заказов на изготовление поковок любой сложности, повысить рентабельность производства, сократить сроки выполнения заказов. Так, время, необходимое для проектирования и изготовления штампов, было сокращено с 207 до 47 дней. Расчетное время окупаемости затрат на приобретение необходимых для этого программных модулей Pro/ENGINEER (для двух рабочих мест конструкторов и рабочего места разработчика УП) при условии освоения за год 10 опытных и 5 серийных, из числа ранее освоенных, партий поковок составляет 1,3 года».
В.Н.Зыкин, начальник инструментального производства ОАО «ИЖСТАЛЬ»


* О совместных проектах СОЛВЕР и предприятий ОАО «ИЖ-АВТО» и ФГУП «Ижевский механический завод» можно прочитать в журнале «САПР и графика» № 1, 3’2003.

«САПР и графика» 7'2003