Опыт компьютерного проектирования и моделирования в производстве штампов и пресс-форм

Опыт компьютерного  проектирования и моделирования  в производстве штампов и пресс-форм

Андрианов Виктор Михайлович, 
начальник инструментального цеха  
Игнатенко Дмитрий Анатольевич, 
зам.начальника инструментального цеха ОАО «Завод МАГНЕТОН», Сапкт-Петербург 
Серебреницкий Павел Павлович, 
канд.техн.наук, проф. БГТУ «Военмех» им. Д.Ф.Устинова. Санкт-Петербург

Главным для современного производства является оснащение его  новейшим оборудованием, внедрение  новейших компьютерных технологий. Особенно это важно в инструментальном производстве, где непрерывно растут требования к изготовляемой продукции. Хорошая оснащенность инструментального  цеха (важный фактор успешной и качественной работы) является целью, позицией руководства.

Инструментальный цех  завода имеет большое количество различного оборудования: от токарных и фрезерных до высокоточных координатнорасточных, и очень хороший слесарно-сборочный участок. В цехе пять многоцелевых станков, среди которых два новейших высокоскоростных станка модели 450 МС японской фирмы Sodick Co.Ltd. Станки имеют керамические шпиндели, современную систему ЧПУ, состыкованную с CAD/САМ системой английской фирмы Delkam, что обеспечивает быстрое, четкое программирование технологического процесса обработки самых сложных изделий. Появление этих станков существеннейшим образом расширило технологические возможности и позволило цеху получить сразу ряд стабильных заказов, исполнение которых ранее было крайне затруднительным.

Важнейший элемент обеспечения  стабильной работы цеха - наличие электроэрозионных  станков, а их в цехе работает 13 единиц, среди которых пять ЭЭ станков  фирмы Sodick Co.Ltd; три проволочно-вырезных станка модели Ерос 300 Marc 10 (работают в  цехе уже 20 лет, завидно сохраняя высокую  начальную точность и производительность). Станки, работая в две -три смены, позволяют обрабатывать самые различные детали. Новейший проволочно-вырезной станок (последнее приобретение цеха) с линейным приводом модели AQ325L имеет великолепные точностные характеристики и производительность. Станок прост в наладке и управлении, несмотря на самого высокого уровня систему ЧПУ, которая принимает 3D модели из любых CAD-систем, в автоматическом режиме готовит управляющую программу, определяя по исходным данным все режимные параметры.

Встроенная с ЧПУ CAD-система  позволяет создавать 3D модель и на самом станке, либо вводить данные с самых разных программоносителей - с CD, с дискеты, от внешнего PC, пользуясь функцией DNC. Компьютер ЧПУ станка имеет в своей памяти и реализует на практике множество специальных программ, обеспечивающих автоматическое управление процессом обработки с учетом изменения траектории, характеристик материала и др. Интересным является генератор у станка, работа которого совместно с системой управления обеспечивает производительность не менее, чем на 50% большую по сравнению со станками с шаро-винтовым приводом. На станке заданная шероховатость обрабатываемой детали получается за ограниченное количество проходов, что во многом определяет и его высокую производительность, и резко снижает расход проволоки.

Следует отметить, что освоение станка AQ325L и вывод его на нужный уровень работы занял очень мало времени и без каких-либо дополнительных затрат. После установки станок начал  работать уже через три дня - с  «выходом» на программу.

Важнейшим элементом оборудования в цехе является полуавтоматическая контрольно-измерительная машина, хорошо решающая проблемы контроля. Сложные  и особенно сложные объемные детали измеряются в цехе на этой машине.

Современный уровень подготовки производства предполагает самое широкое  использование различных компьютерных программ и систем. Основой для  изготовления изделий в цехе является мощная электронная база данных, построенная  с помощью модулей системы  КОМПАС (фирмы АСКОН, Россия), в которой  в электронном виде имеются практически  все изготовленные цехом изделия, и которая непрерывно пополняется. База данных изделий и модули КОМПАС до минимума сократили время конструкторских  работ, резко повысив качество конструкторско-технологической  документации. Этому способствует и  наличие в цехе отдельных программных  модулей CAD/САМ системы Power Solution фирмы Delcam pic (Великобритания). Используется и CAD/САМ система (аналог системы Solid Works), встроенная в компьютерную стойку ЧПУ станка модели AQ325L.

Оборудование с ЧПУ  требует эффективного автоматизированного  программирования, в чем производству помогает фирма АСКОН и фирма Sodick Co.Ltd (поскольку программирование проволочно-вырезной обработки цех  ведет в системе Компас-график, хорошо согласованной с японским оборудованием; кстати, эту систему  фирма поставила вместе с электроэрозионным  проволочно-вырезным станком в комплекте). 
LeioeiHoniio, значительно более высок уровень программирования на новом ЭЭ проволочно-вырезном станке AQ325L, которое ведется на основе электронной 3D модели детали, поскольку, как уже указывалось, в компьютерную стойку ЧПУ станка встроена CAD/CAM система.

С приобретением и внедрением в производство японских многоцелевых станков фирмы Sodick Co.Ltd возникла необходимость  в новых программных продуктах, позволяющих вести особо эффективное  программирование обработки сложных  объемных изделий. Санкт-Петербуржское  представительство фирмы Delcam pic рекомендовало  для этого эффективный САМ-пакет (программа Power Mill), который позволяет  быстро программировать обработку  сложнейших поверхностей и рельефов, в том числе и в режимах  сверхскоростного фрезеровании Следует отметить, что Power Mill воспринимает 3D модели любых форматов, обеспечивая их переформатирование через переходные модули.

Все, отмеченное выше, позволяет  управлять производственным циклом изготовления штампов, пресс-форм и других изделий по схеме компьютерно-интегрированного производства. Входным элементом в таком цикле является электронный модуль (обычно 3D модель) основного изделия, для изготовления которого и предназначается заказываемая технологическая оснастка. Такая модель изделия предоставляется заказчиком либо в электронном виде на CD, либо натурным образцом. В последнем случае натурный образец сканируется для получения на персональном компьютере (ПК) 3D модели, либо модель проектируется цеховым конструктором (по натурному образцу) в CAD-системе. Основой для получения 3D модели может быть и обычный чертеж основного изделия (в 2D формате).

Далее 3D модель основного  изделия используется как главный  элемент для проектирования заказываемой технологической оснастки (штампа, пресс-формы и др.). Электронная база данных позволяет быстро найти аналог заказываемой оснастки (штампа, пресс-формы и др.), имеющиеся программы позволяют разработать как общий вид, так и отдельные детали (элементы) этой оснастки, выделить (проработать) базовые детали, например, вкладыши в пресс-форму, и представить их в 3D формате (как 3D модели). При необходимости (если предполагается ЭЭ обработка базовых деталей) проектируется 3D модель электрода для копировально-прошивочного ЭЭ станка и др. Естественно, что в процессе проектирования заказываемой оснастки выполняются и различные расчетные работы.

На разработанные детали технолог проектирует маршрутную технологию, выделяя в ней операции на станках  с ЧПУ. Этот процесс в цехе выполняется  вручную, учитывая единичный характер производства.

Для деталей, отдельные операции изготовления которых предполагается выполнять на станках с ЧПУ, готовятся управляющие программы (УП). Подготовленные 3D модели этих деталей, включая 3D модели электродов (если надо), обрабатываются САМ-системами, позволяющими осуществлять визуально автоматизированную подготовку УП для конкретных станков. Разработанные УП проверяются на экране ПК, при необходимости корректируются и направляются в стойки ЧПУ соответствующих станков. После дополнительной проверки управляющих программ на станке изготовляют опытный образец детали, макет, наиболее сложный элемент и т.п., что позволяет оценить правильность и эффективность разработанной УП.

Контроль изготовленного образца (при необходимости) на контрольно-измерительной  машине (КИМ) завершает начальный  этап производственного цикла. Результаты контроля на КИМ используются для корректировки (опять же при необходимости) УП использованного станка, для корректировки схемы изготовления детали и др.

В цехе, как и на заводе, много молодежи, и она прекрасно  работает, просто и спокойно воспринимает все новое и передовое, очень  охотно учится, быстро достигая высочайшего  уровня. И это для предприятия  не удивительно - интересная работа, интереснейшее  оборудование с встроенной компьютерной техникой, применение этой техники  повсеместно, в том числе и  в проектировании, поиск новых  путей решения постоянно усложняющихся  задач, хорошие оклады - вот основные элементы кадровой политики предприятия.

КОМПАС-ШТАМП 5 — новая технология автоматизированного проектирования штампов

Маргарита Добровольская

Опубликовано: "САПР и Графика" №7, 2000

В общем объеме работ по технологической подготовке производства (ТПП) новых изделий  в машино- и приборостроении проектирование и изготовление технологической  оснастки (штампов, пресс-форм, приспособлений) стоит на первом месте по трудоемкости и срокам реализации этих работ. Поэтому  многие предприятия рассматривают  автоматизацию проектирования и  изготовления оснастки в качестве одного из эффективных способов снижения трудоемкости и сокращения сроков ТПП.

Отдельные предприятия  решают вопросы автоматизации проектирования оснастки на базе импортных или отечественных  универсальных средств машинной графики (системы AutoCAD, PRO/ENGINEER, CIMATRON, Unigraphics, КОМПАС-ГРАФИК, T-FLEX и др.), которые  позволяют в той или иной степени  снизить трудоемкость и повысить качество проектирования. Однако эффективность  проектирования и оформления полного  комплекта конструкторских чертежей на оснастку с использованием только универсальных графических систем относительно невелика. Значительное повышение эффективности достигается  при использовании дополнительных специализированных программных средств  и систем автоматизированного проектирования, расширяющих возможности универсальных  графических систем с учетом специфики  проектирования оснастки.

В СНГ накоплен значительный многолетний опыт создания САПР штампов холодной листовой штамповки. Большинство таких систем используют понятие "Типовая конструкция  штампа". Под типовой конструкцией понимается штамп, предназначенный  для определенной операции штамповки (например, штамп совмещенный или последовательный для вырубки-пробивки), при этом накладываются определенные ограничения на конструкцию штампа — определенный набор деталей, ограниченные способы установки крепежа, фиксации заготовки и т.д. Штампы-прототипы одной типовой конструкции различаются между собой геометрией рабочей зоны деталей пакета (матрицы, съемника, пуансонодержателя и т.п.), количеством и типами пуансонов, размерными параметрами деталей штампов и некоторыми другими элементами конструкции, которые продиктованы геометрическими характеристиками штампуемой детали. В некоторых системах предусмотрена возможность выбора вариантов исполнения для отдельных функциональных систем штампов (системы фиксации заготовки при штамповке, съема полосы и т.п.).

Для каждой типовой  конструкции создается своя подсистема или программно-методический комплекс (ПМК), который включает программы  проектирования штампа именно этой типовой  конструкции. Процесс автоматизированного  проектирования штампов на базе типовых  конструкций обычно разбивается  на несколько этапов. Последовательность этапов проектирования отображается в  головном меню системы. Пункты головного  меню обязательны к выполнению в заданной последовательности.

Типичными представителями  САПР штампов типовых конструкций  являются системы: АВТОШТАМП (Институт технической кибернетики НАН  РБ), T-Flex/Штампы (АО "ТопСистемы", Москва), КОМПАС-ШТАМП 4 (ГП "СКТБ Автоматизации Технологических Процессов", Минск).

В реальных условиях предприятий автоматизация проектирования штампов на базе типовых конструкций  оставляет за рамками системы  автоматизированного проектирования достаточно широкий круг штампов  произвольных (нетиповых) конструкций. Для ряда предприятий внедрение  систем проектирования штампов на базе типовых конструкций малоэффективно ввиду небольших объемов типового проектирования. В общем среднегодовом  объеме проектирования штампов на большинстве  предприятий приборостроительного профиля типовые конструкции  составят 15-20%, для отдельных предприятий — до 30%. Для предприятий машиностроительного профиля САПР штампов типовых конструкций обеспечит автоматизацию не более 10% годового объема проектирования. Использование САПР штампов типовых конструкций при создании сквозных САПР приводит к разрыву цепочек автоматизированного проектирования. Таким образом, актуальной становится задача создания Системы, которая обеспечит автоматизацию проектирования штампов не только типовых, но и произвольных конструкций.

В ГП "СКТБ автоматизации  технологических процессов" (г.Минск) разработана новая технология автоматизированного проектирования технологической оснастки при создании очередной, пятой версии Системы КОМПАС-ШТАМП 5. В Системе КОМПАС-ШТАМП 5 использованы современные средства объектно-ориентированного программирования в среде WINDOWS и наиболее удачные технические решения, реализованные в предыдущей версии Системы — КОМПАС-ШТАМП 4 (для MS DOS), которая поставлена более чем на 30 предприятий России, Беларуси, Украины. КОМПАС-ШТАМП 4 применяется на Минском Тракторном заводе, Минском Авиаремонтном заводе, Брестском заводе газовой аппаратуры, Гомельском электротехническом заводе, Московском заводе "Маяк", Тульском оружейном заводе и др. 
Система КОМПАС-ШТАМП 5 направлена на автоматизацию проектирования штампов как оригинальных, так и типовых конструкций для различных операций холодной листовой штамповки. Система функционирует в операционной среде WINDOWS на персональных компьютерах типа Pentium и обеспечивает возможность вычерчивания чертежей на любом плоттере или принтере, работающем в среде WINDOWS.

Система реализована  на базе чертежно-конструкторского редактора  КОМПАС-ГРАФИК 5, разработанного акционерным  обществом "АСКОН" (Россия) — одним из лидеров в области разработки и поставки программной продукции САПР в СНГ. КОМПАС-ГРАФИК 5 — высокоэффективный чертежно-конструкторский редактор со средствами интерактивной параметризации, давно зарекомендовал себя как реальная альтернатива AutoCAD и другому импортному ПО этого класса.

Отличительной особенностью системы КОМПАС-ШТАМП 5 от других систем автоматизированного проектирования штампов является отсутствие ограничений  на конструкции проектируемых штампов, использование одинаковой технологии работы конструктора при проектировании как оригинальных, так и типовых  конструкций штампов. При этом наиболее высокий уровень автоматизации  достигается при проектировании штампов на базе стандартных и  типовых блоков и пакетов. 
Система КОМПАС-ШТАМП 5 содержит средства для автоматизированного моделирования конструкции штампа проектировщиком, набор Библиотек объектов проектирования, набор Параметрических библиотек конструктора штампов.

На ранних стадиях  проектирования проектировщик формирует  индивидуальную модель конструкции  проектируемого штампа в виде дерева проекта конструкции, которое отображается на экране дисплея (Рис. 1) и отражает номенклатурный состав и конструктивные особенности объектов проектирования штампа, образующих конструкцию. В качестве объектов проектирования могут выступать  сборочные единицы (блок, пакет и  т.д.), технологические системы (система  крепежа, система фиксации заготовки  и т.д.), детали штампов, отдельные  проектные процедуры (формирование рабочей зоны, выбор пресса). Проект конструкции штампа формируется  конструктором путем выбора объектов проектирования из списков допустимых разновидностей этих объектов, предлагаемых системой КОМПАС-ШТАМП 5 (Рис. 1).