Разработка технологии изготовления детали

Для пояснения  и уточнения последовательности действий согласно маршруту механообработки  к таблице 8 прилагаются эскизы:

Рисунок 9 –  Эскиз к операциям 030-070

Рисунок 10 –  Эскиз к операциям 080-090

3.2. Описание  возможностей системы Pro/Engineer

Подготовка производства представляет собой связующее звено между  проектной частью и непосредственным изготовлением деталей на станках. Этап подготовки производства в настоящее  время не обходится без применения различных программных средств  и САПР. Каждая организация самостоятельно выбирает, какой программный продукт  больше подходит для её эффективной  работы. На «Точмаше» в свою очередь  применяются системы Компас и  Pro/Engineer. Первая применяется чаще для разработки и редактирования конструкторской документации, последняя – для проектирования оснастки, моделирования и разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.

Pro/Engineer – мощная система автоматизированного проектирования, предназначенная для разработки моделей и сборок деталей, сопроводительной документации, чертежей и схем с последующим внедрением проектов в процесс производства. Система поставляется и сопровождается американской компанией Parametric Technology Corporation (PTC). В состав пакета включены несколько модулей, каждый из которых имеет специальное назначение:

– Sketch – позволяет составлять двухмерные контуры и эскизы, которые в дальнейшем применяются для построения трёхмерных моделей, формирования более сложных контуров, вывода на чертёж и т.д.;

– Part – наиболее часто использующийся модуль, предназначен для проектирования трёхмерных (пространственных) моделей отдельных конструктив-ных элементов, например, деталей;

– Assembly – модуль для сборки деталей в одну конструкцию или изделие, в работе использует результаты предыдущего модуля;

– Manufacturing – специальный компонент, позволяющий на основе трёхмерных моделей составлять алгоритмы механообработки деталей на станках с числовым программным управлением (CAM-система);

– Drawing – используется для оформления и вывода чертежей, причём существует возможность создания проекта как «с нуля», так и на основе более ранних разработок в среде Pro/Engineer;

– модули «Format», «Report», «Scheme», «Composition» и «Note» предназначены для вывода сопроводительной документации к изделиям.

Система сквозного проектирования Pro/Engineer обладает высокой степенью интеграции по отношению к самым распространённым САПР и мировым стандартам. Проекты, разработанные в Pro/Engineer, можно открывать и редактировать в таких системах, как SolidWorks, AutoCAD, Unigraphics, Компас       и др. Взаимосвязь между системами расширяет возможности и облегчает процесс обмена информацией между структурными подразделениями, использующими разные САПР для решения собственных задач.

Таким образом, для того чтобы подготовить управляющую  программу для механообработки  на станках с ЧПУ, требуется по чертежу построить трёхмерную модель и затем описать траектории движения инструмента. Расчёт траектории выполняется системой автоматически, при этом учитываются размеры инструмента, форма детали и т.д. В ходе разработки программ задаются режимы резания, направления движения и другие параметры. Вывод траектории производится в файл с расширением NCL, предназначенный для дальнейшего преобразования системой в формат кодирования конкретного станка.

Преобразование  NC-последовательности из формализованной записи среды Pro/Engineer в программный код станка осуществляется на основе параметров постпроцессора. Постпроцессор – это своего рода интерпретатор, результат работы которого может настраиваться пользователем-программистом. Для каждого типа системы ЧПУ постпроцессор настраивается таким образом, что машинный код, выводимый из среды САПР, можно сразу исполнять на оборудовании, для которого он предназначается.

 

3.3. Разработка 3D-модели детали

Проектирование модели в CAD-системах представляет собой процесс компоновки воображаемого физического тела из базовых составляющих. Другими словами, любую форму можно представить как набор элементарных геометрических тел, таких как сфера, призма, параллелепипед, цилиндр, имеющих заданные размеры и параметры взаимного расположения. Базовые фигуры получают путём применения операций вытягивания, вращения, сопряжения и их производных – протягивания переменного сечения, спирального протягивания, плавного сопряжения и т.д. Базовые элементы могут как складываться (логическое сложение – объединение соприкасающихся тел в единое), так и вычитаться (логическое вычитание – отделение от тела части заданной формы).

В системе  автоматизированного проектирования Pro/Engineer при моделирова-нии твердотельных моделей используется модуль Part. При запуске программы создают новый документ, в появившемся окне выбирают тип проекта (Деталь, твердотельная) и вводят имя будущего документа (рисунок 11). В имени файла не допускается наличие русских букв.

Рисунок 11 – Новый проект в Pro/Engineer

Первый элемент должен быть создан операцией вытягивания или вращения, после чего возможности проектирования расширяются. Для выполнения любой  операции, результатом которой является трёхмерное тело, можно задавать не только простейшую геометрическую фигуру, но и целый эскиз. Полный перечень допустимых команд моделирования содержится в пункте главного меню «Вставить» (рисунок 12). Отверстие, Оболочка, Ребро, Уклон, Скругление и Фаска – вспомогательные команды, но используются довольно часто (упрощают задачи моделирования). Ниже расположены команды Вытянуть, Вращать, Сопрячь и их производные. Для того чтобы создать один из перечисленных объектов, достаточно выбрать соответствующий пункт меню и в полях ввода выбрать необходимые параметры или значения.

 

Рисунок 12 – Команды вставки

База модели – элементы, на основе которых создаются эскизы и тела. В состав детали базы модели не входит, визуального и конструктивного  значения не вносят, однако на их основе создаются привязки и взаимосвязи. Примеры баз модели:  плоскость, ось, кривая, точка, система координат. Аннотации, подобно базам модели, содержат дополнительную информацию пользователя, такую как размер, геометрический допуск, шероховатость и т.д.

Пункт Оформление включает элементы Сечение, Резьба, Гравировка. Резьба в данном случае не может  быть создана в пространстве как  спираль, отображаться на поверхности  модели не будет, но на чертежах выведется  в виде тонкой линии (по стандартам ЕСКД). Для наглядного представления  резьбы следует выбирать пункт «Спиральное  протягивание».

Остальные пункты меню «Вставить» предназначены  для визуального оформления моделей, ускорения процесса разработки, создания элементов со случайными параметрами (например, деформирование) и т.д. Используются в работе крайне редко.

Разработанная в среде Pro/Engineer модель детали «Основание» будет выглядеть так, как показано на рисунках 13-14:

Рисунок 13 – Вид модели спереди

Рисунок 14 – Вид модели сзади

Для того чтобы перейти от 3D-моделирования к разработке NC-последовательности, необходимо сохранить полученную модель и создать новый документ типа MFG (Manufacturing). В появившемся окне проекта открывается созданная трёхмерная модель и указываются параметры обработки, о чём будет подробно рассказано в пункте 3.4.

3.4. Разработка  управляющей программы

Расчёт траектории инструмента  при ручном программировании состоит, прежде всего, в определении координат  опорных точек на контуре детали или на эквидистанте. Эквидистантой  называют траекторию движения центра инструмента, равноудалённую от линии  контура на всей протяжённости. При  расчёте траектории инструмента  уточняют параметры резания –  скорость резания и подачу – на отдельных участках траектории.

 Текст  программы состоит из набора  кадров. Каждый кадр содержит  геометрические и технологические  данные, необходимые для обработки  одного элементарного участка  детали, чаще всего между двумя  опорными точками. В программах  для современных станков кадр  записывается отдельной строкой  кода. Обычно в кадре содержится  только та информация, которая  изменяется по отношению к  предыдущему кадру. Другими словами,  записанная в текущем кадре  команда повторяется в последующих  кадрах (меняются лишь её параметры)  и отменяется другой командой  из этой группы или специальной  командой отмены.

Символика, как правило, определяется системой ЧПУ, однако существуют международные  стандарты ISO-кодирования, поддерживаемые практически всеми широко распространёнными системами. Адрес – часть программного слова, определяющая назначение следующих за ним данных. В таблице 9 перечислены символы адресов для кодирования в ISO-формате:

Таблица 9. Значения символов адресов

Символ	Значение
X, Y, Z	первичная длина перемещения, параллельного  осям X, Y и Z
A, B, C	угол поворота соответственно вокруг осей X, Y и Z
U, V, W	вторичная длина перемещения вдоль  осей X, Y и Z
G	подготовительная функция с собственным  номером
F	функция подачи (скорость движения инструмента)
S	функция главного движения (скорость вращения шпинделя)
N	номер кадра
M	вспомогательная функция
T	функция инструмента (выбор инструмента  с указанным номером)
I, J, K	координаты центра круговой интерполяции или шаг резьбы

 

Каждое  слово в кадре управляющей  программы должно содержать символ адреса (латинская прописная буква), математический знак «плюс» или «минус» (при необходимости), последовательность цифр. Числовое значение может записываться без использования десятичного  знака (подразумеваемое положение  десятичной запятой) или с её использованием. При записи слов с использованием десятичного знака те из них, в  которых десятичный знак отсутствует, должны обрабатываться устройством  ЧПУ как целые числа. Незначащие нули, стоящие до или после знака, могут быть опущены, например, запись X.08 означает размер 0,08мм по оси X,   Z950 – размер 950,0мм по оси Z. Размер, представленный одними нулями, должен быть выражен по крайней мере одним нулём.

Размерные перемещения в кадрах указываются  или в абсолютных значениях, или  в приращениях. Это и определяет использование в кадрах управляющих  программ подготовительных функций  G90 (абсолютный размер) или G91 (размер в приращениях). Абсолютный размер – размер относительно нулевой точки детали, размер в приращениях зависит от последнего положения инструмента, записанного в предыдущем кадре.

Функции с адресом G, называемые подготовительными, определяют режим и условия работы станка и устройства числового программного управления. Они кодируются от G00 до G99 (некоторые системы содержат подготовительные функции с кодами 100 и более). За каждой из функций закреплено своё значение, но в некоторых случаях допускаются изменения, что оговаривается конкретной методикой программирования станка. Подготовительные функции также бывают двух типов: локальные – действуют только в текущем кадре; модальные – действуют в текущем и последующих кадрах до тех пор, пока не будет задана функция из этой же группы или специальная функция, отменяющая действия.

Вспомогательные функции (M-функции) обычно задаются производителями оборудования. Их количество неограниченно, а назначение может быть самым разным. Несмотря на это, существует определённый перечень M-функций, назначение которых практически для всех систем с ЧПУ совпадает, например, команда M00 всегда означает паузу в программе, M03 и M04 – вращение главного шпинделя по часовой и против часовой стрелки соответственно, M05 – останов главного шпинделя и т.д.

Программирование  станков с ЧПУ при помощи пакета Pro/Engineer представляет собой задание последовательностей движения инструмента (в зависимости от формы и размеров модели) с последующим переводом их на специальный NC-язык, воспринимаемый системами ЧПУ конкретного станка. При составлении программ обязательно следует учитывать количество и расположение осей станка, перечень М-функций, отклонения от стандартов кодирования в ISO и т.д. В Pro/Engineer предусмотрены четыре вида механообработки:

– фрезерная  – от 3 до 5 осей обработки, в работе используются практически все типы инструментов, траектория обработки  может быть любой (со стороны подхода  инструмента);

– токарная – обработка тел вращения резцом; осей обработки может быть две  или четыре, в последнем случае станок способен работать двумя инструментами  одновременно;

– токарно-фрезерная  – сочетание первых двух типов (примером может послужить станок Cutex-240);

– электроэрозионная  – аналогична фрезерной, но вместо режущего инструмен-та здесь применяется  лазер или проволока, а заготовка, как правило, листовая.

Модуль  Manufacturing запускается при выборе пункта «Производство» окна «Новый документ», показанный на рисунке 5. В первую очередь указывается модель детали выбором в Менеджере меню пункта «Модель производства – Собрать – Ссылочная модель». Далее задаются настройки операции – пункт «Настройка производства». На рисунке 15 показано окно настроек операции: