11 - 2000

Опыт конструирования и изготовления пресс-форм в интегрированной среде систем Solid Edge — ГеММа-3D

Лилия Губич, Григорий Иванец, Наталия Хамец

Интегрированная среда Solid Edge—ГеММа-3D

Организация проектирования пресс-форм на базе параметризованных библиотек деталей в среде Solid Edge

Степень развития современных CAD/CAM-систем среднего уровня позволяет разработать сквозную технологию проектирования и производства технологической оснастки для достаточно сложных изделий. Выполнение проектных работ в такой среде базируется на единой электронной модели объекта проектирования, с которой работают специалисты различных профилей. Важнейшим условием существования этой модели является ее способность отражать и передавать различные свойства объекта проектирования в соответствии с этапами процесса проектирования и производства. Организовать сквозную компьютерную технологию проектирования и производства — это значит отработать методы и средства решения специфических проектных задач на каждом рабочем месте и форму представления модели объекта проектирования при передаче ее следующему специалисту.

На научно-инженерном предприятии «Системы автоматизации» Национальной академии наук Белоруссии ведутся работы по созданию методических, информационных и программных средств для автоматизации проектных работ с использованием компонентов различных CAD/CAM-систем с целью создания эффективных интегрированных комплексов организации сквозной компьютерной технологии проектирования и производства.

В данной статье коснемся двух аспектов проблем интеграции:

  • Обобщение опыта запуска в производство пресс-форм в интегрированной среде систем среднего уровня: CAD-система — Solid Edge, CAM-система — ГеММа-3D.
  • Использование возможностей системы Solid Edge по созданию пользовательских параметризованных библиотек деталей для проектирования пресс-форм.

Интегрированная среда Solid Edge—ГеММа-3D

В системе Solid Edge реализовано эффективное конструирование машиностроительных изделий с помощью удобных в использовании средств параметрического твердотельного моделирования. Рабочая среда геометрического моделирования в системе Solid Edge требует минимального количества действий для ввода данных, что упрощает и ускоряет процесс создания модели. Команды базовых операций, предлагаемые в системе Solid Edge, позволяют создавать модели деталей на основе технологии использования «естественных» подкоманд типа добавления или удаления материала, причем в привычной для конструктора последовательности. Команды базовых операций выполняются четкими последовательными шагами, которые просты для понимания и освоения профессиональным конструктором, даже не знакомым с компьютерным проектированием. Для выполнения большинства команд требуется выбрать рабочую плоскость, нарисовать в ней с помощью специальных средств профиль, а затем указать направление и пределы для удаления или добавления материала. Такие команды добавления или удаления материала, как вытягивание профиля вдоль прямой линии или произвольной траектории, вращение профиля вокруг оси, протягивание тела через ряд профилей, построение тела типа «спираль» произвольного контура в сечении, а также команды построения ребер, отверстий, тонкостенных деталей, скруглений, фасок и уклонов позволяют построить твердотельную модель произвольной формы. Аппарат поверхностного моделирования дополняет возможности твердотельного моделирования и обеспечивает построение тел сложной формы. В системе Solid Edge реализованы проектирование многодетальных изделий в среде сборки и получение ассоциативных чертежей на детали и сборки.

Система ГеММа-3D предназначена для разработки программ обработки на станках с ЧПУ сложных машиностроительных деталей, изготовляемых с использованием фрезерования, сверления, электроэрозионной обработки, лазерной и газовой резки, точения. Геометрические средства построения моделей в системе ГеММа-3D, их число и сложность композиций приближаются к возможностям CAD/CAM-систем высокого уровня.

Ядро данной системы составляет собственный математический аппарат моделирования геометрии деталей пресс-формы. В системе ГеММа-3D модель детали представляется в виде совокупности граней (обрезанных поверхностей), называемой оболочкой. Качество оболочек, создаваемых в системе, соответствует требованиям, предъявляемым как к формообразующим поверхностям пресс-форм для корпусов бытовой техники, так и к аэродинамическим поверхностям изделий оборонной промышленности. Это обеспечивается за счет мощного математического аппарата, позволяющего проектировать поверхности канонического типа (линейчатые, вращения, кинематические), сложные бикубические поверхности и поверхности Безье. Кроме того, система обеспечивает построение поверхностей гладкого соединения, сопряжения переменного радиуса, проецирование кривых на поверхность, использование 3D-кривых, заданных аналитической формулой. Через формат обмена данными IGES поверхности, построенные в системе, можно передавать в систему Solid Edge для обрезки или построения твердотельных конструктивных элементов. Подобное взаимодействие систем позволяет выполнять проектирование пресс-форм деталей такой сложной пространственной формы, для которых ранее требовалось применение систем CAD/CAM высокого уровня.

После завершения проектирования детали в системе Solid Edge конструктор передает технологу модель в систему ГеММа-3D в IGES-формате. Система ГеММа-3D позволяет реализовать самую эффективную технологию обработки пресс-форм. Так, например, в системе можно задать стратегию черновой обработки для пуансонов и матриц с указанием расположения предварительно просверленных отверстий. При этом можно применить инструмент как цилиндрической формы (концевые фрезы), так и тороидальной формы (концевая фреза с радиусной фаской на режущей части). Чистовая обработка может производиться на обрабатывающих центрах с фиксированной осью инструмента (3D-обработка) или на станках, для которых реализовано непрерывное управление положением оси инструмента (5D-обработка). Кроме того, за счет таких возможностей, как навертка контура на поверхность, проецирование кривой на поверхность, превращение линий текстовых надписей в кривые, система позволяет выполнить гравирование любого рисунка и текста на матрице. Наличие большой библиотеки постпроцессоров и легкость их написания позволяют быстро перевести траекторию инструмента из унифицированного представления в виде команд языка APT в машинные коды любой современной системы ЧПУ либо выпущенной в начале 70-х годов.

Организация решения проектных задач в интегрированной среде различных систем базируется прежде всего на интерфейсах между ними. В большинстве случаев проблему интерфейсов сводят к форматам обмена данными (IGES, STEP).

Рассмотрим возможности предлагаемой конфигурации интегрированной компьютерной среды на примере пресс-формы для прессования фанерного вкладыша офисного сиденья, выполненного в НИП «Системы автоматизации».

Для построения модели пресс-формы на вкладыш для сиденья офисного были даны радиусы сечений в плоскостях, проходящих перпендикулярно плоскости главного сечения. Эти данные обладали недостаточной информативностью — отсутствовали радиусы сечений в плоскостях 1 и 2 (рис. 1). При построении поверхности, проходящей через указанные радиусы и плоскости 1, 2, использовался математический аппарат поверхностного моделирования системы Solid Edge. Формообразующая поверхность детали Б была смоделирована офсетно к формообразующей поверхности детали А, поскольку моделирование двух деталей в соответствии с чертежами показало нестыковку поверхностей в плоскости разъема. Затем смоделированные изделия были переданы в систему ГеММа-3D. Данный транслятор передает поверхностные данные, необходимые для написания программ обработки на станках с ЧПУ. При передаче моделей для написания программ для станков с ЧПУ в модели подавляются данные, которые не несут необходимой информации для написания этих программ: отверстия, каналы охлаждения и т.п. (рис. 2), то есть, как было сказано выше, подготавливается технологическая модель детали для передачи на АРМ технолога.

в начало

в начало

Организация проектирования пресс-форм на базе параметризованных библиотек деталей в среде Solid Edge

Рассмотрим применение данной системы и ее аппарата параметризации в конструировании указанного класса пресс-форм для литья изделий из пластмасс. На начальном этапе применения системы Solid Edge были разработаны методы для создания библиотек параметризованных типизированных деталей пресс-форм с обеспечением взаимосвязей между параметрами этих деталей. При таком подходе в проектировании пресс-форм различают посадочные и координирующие размеры, определяющие взаимосвязь между типизированными деталями и плитами, в которые эти детали устанавливаются. При компьютерном моделировании необходимо учесть эти связи таким образом, чтобы размер, один и тот же для ряда типизированных деталей и плит, при изменении его значения автоматически модифицировался во всех соответствующих моделях этих деталей.

В системе Solid Edge подобную модификацию можно выполнить, используя аппарат параметризации моделей и возможность работы с Excel-таблицами.

Значения посадочных и координирующих размеров для типизированных деталей и плит заносятся в Excel-таблицу, и с ними устанавливается связь в таблице Variable Table, которая генерируется автоматически в Solid Edge.

Определение посадочных и координирующих размеров для типизированных деталей и плит рассмотрим на примере втулки направляющей (рис. 3а), колонки толкания (рис. 3б), плиты опорной (рис. 3в) и плиты выталкивателей (рис. 3г). Взаимосвязи этих деталей представлены на рис. 3д.

Для плиты опорной и плиты выталкивателей задаются одинаковые параметры для координирующих размеров расположения втулок направляющих (рис. 3). Модель плиты со всеми необходимыми отверстиями строится для каждой плиты, и каждая модель параметризуется отдельно. Для параметризованной модели в системе Solid Edge генерируется таблица Variable Table, в которую автоматически заносятся все параметры, определенные в модели при построении. Для каждого параметра этой таблицы можно установить связь с ячейкой Excel-таблицы (рис. 45). Таким образом, для параметров деталей и (или) плит, имеющих одно и то же значение, необходимо установить связь с одной ячейкой Excel-таблицы. Определение таких связей позволяет автоматически изменять значение параметра для всех плит и деталей, в которых этот параметр присутствует, при модификации его численного значения только в Excel-таблице.

Для того чтобы параметризовать координирующие размеры для отверстий под втулку направляющую, в качестве параметров определяются межосевые расстояния (рис. 3д): 75 мм, 32 мм. Затем эти значения заносятся в Excel-таблицу: AXKT2=75, BYW2=32 и устанавливаются связи, как показано стрелками на рис. 4.

Для определения посадочных мест под втулку направляющую необходимо параметризовать диаметры отверстий в плитах (рис. 3в, 3г) и диаметры втулки, затем занести значение параметра в Excel-таблицу: КТ=22 (рис. 5). После этого устанавливаются связи между ячейкой Excel-таблицы и соответствующими параметрами в таблицах Variable Table (рис. 5) для плит (одинарные стрелки) и для втулки направляющей (двойная стрелка).

Определение связей между параметрами посадочных мест для типизированных деталей рассмотрим на примере втулки направляющей (рис. 3а) и колонки толкания (рис. 3б). Внутренний диаметр втулки направляющей и внешний диаметр колонки толкания имеют одно и тоже значение: 16 мм. Для того чтобы модификация этих диаметров происходила одновременно, через Excel-таблицу с ними устанавливается связь (рис. 5): D16=16. Затем определяются связи этого значения с соответствующими параметрами моделей деталей (рис. 5, стрелки в кружочках).

Таким образом, можно сформулировать метод решения поставленной задачи — обеспечить параметризацию с установлением связей между параметрами моделей сопрягаемых деталей конструкций. Для этого необходимо:

  • построить параметризованные модели деталей, плит;
  • значения взаимосвязанных параметров занести в Excel-таблицу;
  • для каждой модели вызвать таблицу Variable Table, которая генерируется автоматически в Solid Edge;
  • установить связи между соответствующими ячейками Excel-таблицы и таблицы Variable Table (рис. 45).

На следующем этапе выполняем сборку пресс-формы, определив взаимное расположение плит, типизированных деталей в специальной среде сборки системы Solid Edge (рис. 6).

***

Наш опыт использования сравнительно недорогих CAD/CAM-систем среднего уровня Solid Edge и ГеММа-3D при проектировании и производстве технологической оснастки показал, что:

  • эти системы обладают инструментарием, необходимым для эффективной разработки и изготовления оснастки для изделий сложной геометрической формы;
  • математический аппарат интегрированного комплекса позволяет быстро сконструировать пресс-форму, проверить ее собираемость, подготовить документацию для изготовления пресс-формы на базе единой электронной модели;
  • аппарат параметризации системы Solid Edge позволяет разработать библиотеки деталей для проектирования пресс-форм таким образом, чтобы обеспечить автоматические взаимосвязи между типизированными деталями конструкции.

Разработанный комплекс методических, информационных и программных средств для организации интегрированной среды Solid Edge и ГеММа-3D служит основой эффективного внедрения предлагаемых решений в промышленность.

«САПР и графика» 11'2000