ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТОРСКИХ ЗАДАЧ

APPLICATION OF COMPUTER-Aided DESIGN IN SOLVING TECHNOLOGICAL AND DESIGN TASKS

Evgeny Zhukov

candidate of Technical Sciences, associate professor of technology of mechanical engineering of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

Irina Erzhonkova

student of chair of technology of mechanical engineering of the Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

Russia, Belgorod

АННОТАЦИЯ

В статье говорится о применении систем автоматизированного проектирования при решении технологических и конструкторских задач. Рассматривается процесс разработки сложного технологического элемента с применением систем автоматизированного проектирования. При описании проектирования изделия приводятся используемые системы автоматизированного проектирования. Параллельно производится анализ используемых систем с указанием их возможностей и характеристик.

ABSTRACT

The article talks about the use of computer-aided design systems in solving technological and design tasks. The process of developing a complex technological element using computer-aided design systems is considered. When describing the design of the product, the computer-aided design systems used are given. In parallel, the analysis of the systems used is carried out, indicating their capabilities and characteristics.

Ключевые слова: системы автоматизированного проектирования, технологическое производство, проектирование изготовления детали, характеристики систем автоматизированного проектирования.

Keywords: computer-aided design systems, technological production, part manufacturing design, characteristics of computer-aided design systems.

В настоящее время бурное развитие информационных технологий позволяет эффективно использовать системы компьютерного моделирования на этапах разработки, проектирования и диагностики качества изделий в области машиностроения. В условиях развитой информационной инфраструктуры при помощи компьютерных технологий решаются сложнейшие задачи в области машиностроения. Автоматизация проектирования с помощью компьютерных технологий основывается на создании и внедрении систем автоматизированного проектирования работ (САПР) технических объектов. [1,2].

Целями применения САПР являются:

достижение заданной точности при изготовлении деталей;

снижение материальных затрат при проектировании;

сокращение сроков проектировочных и конструкторских работ;

замена экспериментального (физического) моделирования математическим моделированием, производимым при помощи компьютерных технологий.

Рассмотрим пример проектирования при производстве сложного технологического элемента с применением САПР. В качестве моделируемого изделия выберем корпус, являющийся составным элементом пневмораспределительной аппаратуры. Изделие выполняет роль как перепускного регулируемого пневмоклапана, так и крана предохранителя, обеспечивая поддержание и изменение давления в пневмосистеме. Материалом корпуса пневмоклапана является Д16 по ГОСТ 4784-97 [3] – алюминиевый деформируемый сплав.

На первом этапе проектирования была построена 3D модель изделия, а также произведена генерация плоских видов изделия. Задача была выполнена при помощи программы КОМПАС 3D. Данная программа позволяет при помощи эскизов создавать 3D модель изделия, а также чертежи и техническую документацию проекта. Преимуществом программного продукта является учёт свойств и параметров материалов, а также технология производства окончательного проекта.

Рисунок 1. Моделируемое изделие, являющееся составным элементом пневмораспределительной аппаратуры, смоделированное в программе КОМПАС 3D

На следующем этапе проектирования сформирован полный пакет технологической документации в системе «ТП ВЕРТИКАЛЬ». Данная система, так же как и КОМПАС 3D разработана отечественной компанией «АСКОН». Помимо формирования технической документации, система позволяет осуществлять проектирование технологических процессов, создание управляющих программ для числового программного управления (ЧПУ).

В дальнейшем в системе ГеММА-3D проведена разработка кода управляющей программы (УП) для постпроцессоров станков с ЧПУ мод. 1В340 Ф30 и 654Ф3. Система ГеММА-3D предназначена для разработки УП при изготовлении деталей высокой сложности. Данная система была выбрана исходя из того, что она позволяет напрямую работать с проектами, созданными в КОМПАС 3D.

После разработки УП, смоделирован процесс обработки детали в системе G-Mill, являющейся модулем системы ГеММА-3D. Система G-Mill выполняет визуализацию УП. В результате чего на экране компьютера отображается модель детали, исполненная после обработки по УП. Система G-Mill позволяет свободно вращать полученную модель для получения наибольшей наглядности конкретной обрабатываемой зоны будущей детали.

Для проверки кода УП была использована программа Swansoft CNC. Данная программа позволяет визуализировать процесс обработки детали конкретным оборудованием, а также корректировать код УП. Главной особенностью программы является моделирование реального оборудования в целях обучения по настройке и эксплуатации станков с ЧПУ. На рисунке 2 изображен процесс эмулирования процесса фрезерной обработки детали в системе Swansoft CNC.

Рисунок 2. Эмулирование процесса фрезерной обработки детали в системе Swansoft CNC

Полученные управляющие программы, для станков с ЧПУ, отлаживаются на компьютерном эмуляторе Swansoft CNC. Данный программный комплекс позволяет имитировать работу на машиностроительном оборудовании с ЧПУ. Система разработана Японскими специалистами компании Nanjing Swansoft Technology Co.Программа производит имитационное моделирование работы машиностроительного оборудования, приводит анализ и дальнейшую обработку программным кодом, который анализирует состояние оборудования, и предоставляет рекомендаций по режимам эксплуатации. Таким образом, организуется виртуальное производство, в котором представлено многообразие станков с ЧПУ.

После процесса проектирования изготовления детали технологического элемента (корпуса), необходимо оценить напряженно-деформированное состояние [4], как для исходной конструкции детали, так и измененной по результатам анализа технологичности конструкции изделия. Анализ проводился в программе SolidWorks в приложении Simulation. Корпус пневмоклапана был зафиксирован, после чего к детали были применены: нагрузка по внутренним поверхностям в виде гидростатического давления 6МПа. Затем программным комплексом была построена сетка по модели и произведена симуляция приложения нагрузки и соответствующего деформирования детали. После приложения нагрузки коэффициент запаса прочности составил 0,53.

Поскольку запас прочности и полученные напряжения не находятся в опасной зоне, то внесём изменение в существующую конструкцию корпуса пневмоклапана путём уменьшения толщины боковых стенок изменяя размер

28 мм на 25 мм. и проведём повторное исследование. Поскольку корпус пневмоклапана является технологичной деталью, а анализ выполненный методом конечных элементов показал не существенную разность, при достаточной прочности, для разработки высокотехнологичного процесса механической обработки была изменена толщина боковых стенок с 28 мм на 25мм. На рисунке 3 изображены напряжения и перемещения в корпусе пневмоклапана под нагрузкой после внесения изменений в конструкцию в программе SolidWorks.

Рисунок 3. Напряжения и перемещения в корпусе пневмоклапана под нагрузкой после внесения изменений в конструкцию

Результаты, полученные в данной работе показывают, что применение САПР в машиностроении является перспективным развитием всей отрасли. В данном случае применение САПР позволило визуализировать процесс изготовления корпуса пневмоклапана, позволило виртуально настроить оборудование, которое будет применяться в реально производстве. Оценка напряженно-деформированного состояния детали позволила изменить конструкцию детали, т.е. уменьшить толщину боковых стенок на 3 мм без ущерба эксплуатационных качеств детали.

Список литературы:

1. Kurowski P. M. Engineering. Analysis with COSMOSWorks Professional / M. P. Kurowski. – Schroff Development Corporation (SDC), 2005. –248 р.
2. Алямовский А. А. Инженерный анализ методом конечных элементов / А. А. Алямовский. – М.: Проектирование, 2004. – 432 с.
3. ГОСТ 4784-97. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки [Текст]. – Введ. 21-11-1997. М.: Изд-во стандартов, 1999. – 11 с.
4. Технология изготовления типовых деталей машин: учеб. пособие/ И.В. Шрубченко, Т.А. Дуюн, А.А. Погонин и др. – Белгород 2013. – 89с.