Технологическая подготовка штампового производства с использованием SolidWorks

Алексей Друмов, Сергей Кузнецов, Михаил Малов

Специализированные модули SolidWorks

BlankWorks: расчет формы заготовки

BlankNest: оптимизация расхода материала

CAMWorks: изготовление деталей штампа

CMMWorks: контрольный обмер деталей

Специализированные модули SolidWorks

В предыдущей статье мы показали, что САПР SolidWorks, дооснащенная специализированным модулем Logopress, позволяет быстро и эффективно решить задачу проектирования штампов. Однако задача технологической подготовки производства не ограничивается одним лишь созданием пространственной конфигурации штампа. Есть ряд смежных задач, также требующих решения: до начала проектирования нужно выполнить точный расчет формы заготовки (что особенно актуально для деталей, при формовке которых происходит утонение материала) и подобрать оптимальную ленту, обеспечивающую минимум отходов, а по окончании проектирования необходимо подготовить программы изготовления деталей штампа для станков с ЧПУ и программу контрольных обмеров деталей штампа для координатно-измерительных машин (там, где они используются, разумеется). Все эти задачи также можно успешно и с высокой степенью автоматизации решить с помощью соответствующих модулей SolidWorks.

BlankWorks: расчет формы заготовки

Как известно, детали, получаемые простой гибкой, SolidWorks строит и разворачивает на плоскость сама, не нуждаясь в помощи каких-либо посторонних программных продуктов. Однако если речь идет о деталях, получаемых вытяжкой, то без какого-либо аналитического средства (а конкретно — без CAE-системы или модуля), оперирующего конечно-элементной методикой расчета, не обойтись. Из предыдущей статьи вы уже узнали, что модуль автоматизированного проектирования штампов Logopress сам может рассчитать форму штампуемой заготовки, но если нужно учесть большее число факторов и получить точные количественные показатели технологичности детали, стоит задействовать в работе соответствующие средства. И первым в ряду таких средств стоит BlankWorks — модуль SolidWorks, в считаные секунды определяющий по геометрии детали и с учетом реальных характеристик материала форму заготовки первого приближения, ее геометрические характеристики, степень утонения и утолщения материала детали, а также создающий html-отчет о проделанной работе (рис. 1).

Рис. 1. BlankWorks: исходная деталь, расчетная сетка, заготовка и эпюра степени утонения материала

Отметим также еще некоторые полезные функции модуля BlankWorks: возможность указать направление смыкания штампа вручную или возможность автоматического поиска оптимума, возможность автоматического затягивания всех вырезов в детали, пополняемая база материалов, возможность работы с твердотельными и поверхностными моделями, работа с «родными» файлами SolidWorks и с импортированной геометрией. Кроме того, BlankWorks распознает на детали простые сгибы и даже не пытается формовать такие зоны штамповкой, а просто разгибает эти участки так, как это сделала бы SolidWorks с деталью, построенной инструментами работы с листовым металлом.

Разработчики BlankWorks предлагают и более мощные пакеты — FastForm и FastForm Advanced, решающие задачу определения формы заготовки штампуемой детали с большей степенью детализации и учитывающие большее число технологических факторов. Здесь вы сможете учесть трение между материалом детали и элементами штампа, автоматически найти возможные поднутрения, имитировать постоянное или переменное по времени усилие штампа, учесть усилие прижима заготовки, рассчитать сваренную из кусков заготовку, определить напряжения, перемещения, пружинение материала и многое другое. Эти системы на протяжении нескольких десятилетий широко используются во всем мире на десятках крупнейших предприятий, решающих задачи листовой штамповки.

BlankNest: оптимизация расхода материала

Описанный ранее модуль Logopress позволяет задать положение детали вручную или решает эту задачу сам, руководствуясь заданной величиной минимальной перемычки между деталями на ленте. Если же вам нужно управлять б о льшим числом параметров и получить б о льшее число характеристик, вы можете использовать BlankNest — модуль, созданный специально для оптимизации раскроя ленты. Он позволяет технологу непосредственно использовать результаты автоматического расчета, но при этом оставляет и возможность гибкого корректирования результатов.

Во-первых, BlankNest способен оптимизировать положение на ленте одной или двух разных по форме деталей, причем одну деталь он может укладывать в один или два потока, а также может уложить оригинальную деталь и ее зеркальное отражение.

Во-вторых, BlankNest оперирует несколькими параметрами, регулирующими раскрой ленты: это и очевидные перемычки между деталями и (отдельно) между деталью и краем ленты, и далеко не в любом подобном модуле используемые дополнительные припуски по контуру детали, причем при укладке двух различных деталей припуски эти назначаются индивидуально.

В-третьих, технолог может задать ряд ограничений на допустимые расчетные параметры — ограничить ширину ленты, угол поворота детали и другие параметры.

И в-четвертых, BlankNest способен сначала вписать деталь в стандартную примитивную «карточку» (прямоугольник, трапецию и ряд других форм) и укладывать на ленте уже эту простую форму.

Далее, по окончании расчета (кстати, занимающего для одной детали несколько секунд, а для двух различных — не более минуты), BlankNest предоставляет полную информацию о ширине ленты, шаге деталей на ней, проценте отходов, а при указании характеристик сортамента пересчитает всё это в стоимостные характеристики (рис. 2).

Рис. 2. BlankNest: укладка одной детали, укладка той же детали в два потока, укладка двух деталей разной формы

Если предложенный модулем раскрой чем-либо вас не устраивает, модуль позволяет изменить любой параметр вручную. Вы можете регулировать угол поворота детали, шаг деталей на ленте, ширину ленты — и BlankNest мгновенно отобразит результат на экране, пересчитав все характеристики ленты, включая коэффициент использования материала.

Дополнительно BlankNest позволяет просмотреть количественные соотношения любых пар параметров, представленные в виде графиков, — например вывести на экран (и при необходимости сохранить как отдельный файл) график зависимости шага деталей на ленте от угла поворота детали. Результаты работы модуля можно получить как в виде файлов геометрии, необходимых для проектирования штампа, так и в виде растровых картинок, которые можно использовать, например, для согласования каких-то технических вопросов.

Итак, мы рассмотрели два процесса, предшествующие собственно проектированию штампа, — расчет формы заготовки и оптимизацию раскроя ленты. Вопрос проектирования штампа был очень подробно описан в первой половине статьи. Теперь поговорим о том, чем SolidWorks может помочь предприятию в изготовлении штампа. Задача номер один — изготовить детали штампа.

CAMWorks: изготовление деталей штампа

Для этих целей прекрасно подходят модули фрезерной и эрозионной обработки CAMWorks. В большинстве случаев для деталей штампов потребуется вырезать проволокой фасонные отверстия под вырубные пуансоны и просверлить и расточить множество отверстий под стандартные детали штампа. В нашем случае мы решили сначала выполнить эрозионную обработку матричной плиты, а затем довести ее до конца фрезерной обработкой. Последовательность могла бы быть и обратной, и сколь угодно сложной многопереходной — все зависит только от традиций и нужд конкретного предприятия.

CAMWorks позволяет достичь высочайшего уровня автоматизации работ, связанных с созданием программ для станков с ЧПУ. Это возможно благодаря нескольким функциям, во многом специфичным именно для CAMWorks. В первую очередь это функция автоматического анализа геометрии детали и распознавания обрабатываемых элементов. Модуль CAMWorks сам находит характерные для выбранного типа обработки геометрические элементы, а пользователь может дополнительно управлять этим процессом, ограничивая список типов данных элементов. Так, для эрозионной обработки матричной плиты будут выбраны все фасонные вырезы, а простые круглые отверстия будут автоматически оставлены для последующей фрезерной обработки. Стенки распознанных вырезов имеют уклон, и CAMWorks автоматически определяет это, равно как и величину уклона. Остается лишь изменить некоторые параметры обработки — типичные значения всех параметров хранятся в настраиваемой технологической базе данных, но оперативное вмешательство всегда возможно — и нажать кнопку расчета траекторий проволоки.

CAMWorks создаст все траектории с выбранным числом чистовых проходов, видами подвода и отвода проволоки, а при необходимости — временную перемычку и т.д. Все траектории отображаются на экране, и технолог-программист сразу видит, нужно ли изменить что-то в параметрах обработки — например выбранную автоматом точку начала обработки каждого контура. Разумеется, в модуле предусмотрен и режим полной имитации обработки, позволяющий увидеть весь процесс обработки от начала и до конца, а также, удалив с экрана виртуальные обрезки материала, результат будущей работы станка (рис. 3).

Рис. 3. CAMWorks: а — параметры траектории проволоки; б — имитация эрозионной обработки. Два контура по краям детали уже обработаны. Заготовка показана полупрозрачной; в — имитация фрезерной обработки. Контуры, ранее вырезанные проволокой, показаны цветом заготовки

Наступает черед фрезерного центра. CAMWorks вновь автоматически распознает все подлежащие обработке элементы геометрии детали, мы лишь исключим из списка рассматриваемых модулем элементов четыре выбранных проволокой выреза. Каждому элементу по умолчанию назначается одна из именованных стратегий обработки, определяющая последовательность необходимых для получения этого элемента операций. Конечно, в нестандартных случаях можно выбрать и любую другую стратегию. Далее в соответствии с настройкой базы данных модуль CAMWorks создает все нужные операции, причем он способен учитывать некоторые параметры детали — например материал детали и размеры обрабатываемого элемента — при расчете или выборе параметров каждой операции. Наконец рассчитываем траектории обработки и проверяем результат — можно просмотреть весь процесс обработки и количественно сравнить его результаты с геометрией исходной детали.

Кстати, один нюанс, от которого напрямую зависит достижение наилучших результатов: SolidWorks, как и любая другая система геометрического моделирования, создает модель, имеющую какие-то конкретные размеры — как правило, номинальные. В реальности же каждый размер имеет свои допуски, и для минимизации влияния погрешностей оборудования, оснастки, базирования и всех прочих желательно как-то модифицировать модель, получив ее подобие, но выполненное с размерами, соответствующими середине полей допусков исполнительных размеров. Эту задачу SolidWorks тоже решает автоматически, создавая такое представление детали в виде отдельной конфигурации. Таким образом, и конструктор штампа (а вообще говоря, конструктор любой детали или сборки, а не только оснастки), и программист станка получат нужные им представления каждой детали. На этом мы завершаем рассмотрение вопросов проектирования штампов, а наша работа тем временем выводится на координатно-измерительную машину для контроля критичных размеров деталей или проверки точности сборки.

CMMWorks: контрольный обмер деталей

Модуль CMMWorks предназначен для создания программ контрольных обмеров деталей на координатно-измерительных машинах (КИМ). Этот модуль оперирует все теми же деталями и сборками SolidWorks и позволяет создать и отладить программы обмеров задолго до изготовления деталей или их физических прототипов. Важная особенность модуля заключается в том, что весь цикл работ над такой программой выполняется в отрыве от КИМ, что исключает непроизводительную трату ресурса весьма дорогого оборудования, а также делает принципиально невозможной его случайную поломку.

Работая с CMMWorks, вы можете указывать контролируемые точки вручную или выполнять обмеры таких примитивов, как, например, плоскости или цилиндры по предопределенным схемам, причем в случае использования этой автоматики модуль CMMWorks исключит из создаваемой программы точки, попавшие в зоны различных вырезов в обмеряемых гранях. Модуль учитывает также назначенные базы, допуски размеров, формы и расположения поверхностей, причем программисту КИМ предоставлена неслыханная гибкость в работе с такими атрибутами модели: все эти допуски могут быть назначены в модели заранее, и модуль их просто использует в своей работе. Их можно назначать вручную по мере необходимости, и, единожды введенные, они будут доступны впредь для повторного выбора из списка. Наконец, допуски, используемые в программе обмеров, можно брать даже из другого документа SolidWorks — например из чертежа этой самой детали. Вся указанная пользователем информация будет отражена в созданной модулем CMMWorks программе обмеров (рис. 4.).

Рис. 4. CMMWorks: имитация работы КИМ

Но указать контрольные точки — не значит уже получить безупречную программу. Для ее окончательной отладки предусмотрен режим имитации работы КИМ. При возникновении виртуальных столкновений щупа с деталью или вспомогательной оснасткой модуль остановит имитацию и выдаст программисту сообщение об ошибке, а тот сможет добавить необходимые вспомогательные движения, позволяющие щупу обойти все препятствия и исключающие, таким образом, физические столкновения.

Наконец даем команду постпроцессирования и получаем готовую программу обмеров в нужном формате. Модуль CMMWorks поддерживает большинство распространенных в мире языков программирования координатно-измерительных машин, но при необходимости постпроцессор может быть подстроен и под любое экзотическое оборудование.

***

В статье был дан краткий обзор основных решений в области проектирования штампов на базе САПР SolidWorks, из которого следует, что SolidWorks позволяет очень гибко построить комплекс автоматизации работ по подготовке производства в нужной именно вам конфигурации. Легкость освоения SolidWorks и ее специализированных модулей и простота их использования позволят вашему предприятию ощутить положительный эффект применения такого комплекса с первых же дней. Вам осталось лишь выбрать нужные модули, и если по прочтении этой статьи у вас еще остались какие-либо вопросы — обращайтесь к нам, в компанию SolidWorks-Russia, и мы с удовольствием вам поможем.

САПР и графика 7'2005