АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГРУППОВЫХ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
УДК [621.7.07+621.9.07]:658.512.2
Е. А. СЕРКОВ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГРУППОВЫХ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Рассмотрен ряд направлений автоматизации проектирования технологической оснастки, в частности, групповых приспособлений. Приведен пример построения станочного силового механизма зажимного устройства с использованием программы приложения SolidWorks. Описан вариант методики проектирования групповых приспособлений в SolidWorks.
Ключевые слова: автоматизация, проектирование, групповое приспособление, методика, SolidWorks.
В настоящее время происходит сокращение жизненного цикла изделий. Поэтому сокращение продолжительности и снижение стоимости технологической подготовки производства (ТПП), в частности, проектирование станочных приспособлений — это один из путей получения преимуществ в конкурентной борьбе.
Современные CAD-системы позволяют проектировать изделия вне зависимости от их функционального назначения. Однако задачи ТПП имеют очень важную особенность — они требуют максимально возможной унификации и могут быть решены путем создания комплексных деталей, для которых проектируются унифицированные (групповые) технологические процессы. Применительно к задачам унификации оснастки таким решением может стать создание комплексной заготовки, используемой при компоновке приспособлений.
Другое направление унификации при проектировании групповых приспособлений — использование инструментов трехмерного параметрического моделирования CAD-систем для решения ряда однотипных задач при разработке сменных элементов групповых приспособлений.
И, наконец, существует еще одно направление унификации при решении задач проектирования приспособлений (в том числе и групповых) — разработка специализированных приложений, адаптированных к условиям конкретного предприятия. В качестве примера разработки специализированного приложения рассмотрим решение задачи проектирования зажимных устройств приспособления. Она состоит из ряда подзадач, в частности выбора типа зажимного устройства и силового механизма, а также определения необходимого исходного усилия, создаваемого приводом зажимного устройства, Q .
В справочной литературе [см. лит.] приведен ряд типовых конструктивных схем силовых механизмов устройств, в которых математическими выражениями задана связь между усилием зажима P , передаваемым на заготовку, исходным усилием Q и конструктивными параметрами силового механизма, который передает усилие от привода заготовке.
Для типовой схемы задача конструктора является формализованной и, следовательно, легко поддающейся автоматизации.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
Автоматизация процесса проектирования групповых станочных приспособлений
57
При расчете зажимного устройства конструктор может сталкиваться с двумя типами задач: 1) прямая — выбор параметров силового механизма и расчет исходного усилия Q ;
2) обратная — подбор параметров силового механизма по заданным значениям Q и P .
В качестве примера в общих чертах рассмотрим последовательность решения обратной задачи и построения трехмерной модели прихвата, входящего в силовой механизм, которая принципиально может быть реализована с помощью приложения, разработанного для SolidWorks. Вариант возможного интерфейса такого приложения представлен на рисунках.
На первом этапе происходят выбор схемы силового механизма и ввод значений зажимного усилия и исходного усилия (рис. 1). По этим значениям на следующем этапе производится подбор конструктивных параметров прихвата. При этом возможно использовать группу стандартных прихватов, удовлетворяющих исходным данным, либо подобрать и рассчитать конструктивные параметры прихвата в диалоговом режиме с конструктором (рис. 2).
Рис. 1
Рис. 2
После выбора одного из стандартных прихватов либо расчета параметров специализированного происходит автоматическая генерация его трехмерной модели.
Далее приведем этапы проектирования группового приспособления в SolidWorks: 1) разработка трехмерной модели комплексной заготовки; 2) проектирование базовой части приспособления;
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
58 Е. А. Серков 3) описание функциональных связей между элементами и параметрами конструкции
трехмерной модели сборки приспособления; 4) оформление конструкторской документации на детали комплекта наладки для всех
заготовок, входящих в группу. Разработка трехмерной модели комплексной заготовки выполняется для частного слу-
чая — оснащаемая операция находится в конце маршрута обработки деталей (например, сверление и нарезание резьбы), поэтому для создания модели достаточно проанализировать комплект конструкторской документации на детали группы и при этом нет необходимости учитывать при компоновке припуски, снимаемые на дальнейших операциях. Создание модели происходит на основе таблицы параметров, которая представляет собой файл Excel, прикрепленный к файлу трехмерной модели. В столбцах таблицы перечислены группы параметров, относящиеся к каждому конструктивному элементу заготовки: размеры и его состояние визуального отображения (погашен/не погашен), зависящее от наличия этого элемента в заготовке, входящей в группу. В каждой строке таблицы содержатся все необходимые параметры отдельной заготовки.
Проектирование базовой части приспособления принципиально не отличается от традиционного подхода, когда вокруг заготовки располагаются конструктивные элементы приспособления и выполняются необходимые расчеты.
Задание функциональных связей трехмерной модели сборки приспособления заключается в том, что при компоновке определяется функциональная зависимость параметров сборки от параметров обрабатываемой в приспособлении заготовки. Изменять параметры сборки возможно, используя таблицу параметров сборки и управляющего эскиза.
Таблица параметров сборки также является файлом Excel, прикрепленным к трехмерной модели сборки (рис. 3). В ней содержатся все необходимые сведения о свойствах заготовки (взятые из таблицы параметров комплексной заготовки) и описана их связь с параметрами приспособления с помощью функций Excel. Конструктивные параметры для каждой из заготовок, входящих в группу, помещены в соответствующую строку таблицы. Такая строка соответствует отдельной конфигурации сборки приспособления. Используя такую таблицу, возможно быстро добавлять сведения о новых деталях и оперативно рассчитывать параметры сборки для каждой из деталей группы.
Рис. 3
Управляющий эскиз используется для задания размеров сменных элементов и отображения размеров комплексной заготовки, на нем условно изображены элементы деталей на-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
Автоматизация процесса проектирования групповых станочных приспособлений
59
ладки, которые могут быть изменены в зависимости от исходных данных. Размеры, проставленные на управляющем эскизе, задаются таблицей параметров сборки. Изменение размеров деталей происходит автоматически вслед за изменениями на управляющем эскизе с помощью инструмента SolidWorks „Уравнения“.
После задания функциональных связей возможен быстрый выпуск конструкторской документации (КД) на сменные элементы приспособления. Это достигается за счет создания шаблонов чертежей, в которые затем вносятся минимальные изменения для каждой новой конфигурации приспособления, соответствующей обрабатываемой в приспособлении заготовке.
На рис. 4 представлена схема связи исходных данных с результатом проектирования.
Трехмерная модель
комплексной заготовки
КД деталей группы
Таблица параметров трехмерной модели
комплексной заготовки
Трехмерная модель
приспособления Таблица параметров трехмерной модели
сборки приспособления
Трехмерные модели сменных
элементов
КД базовой части приспособления
КД сменных элементов
Рис. 4
В заключение можно сделать ряд выводов. 1. Рассмотренный подход к автоматизации проектирования зажимного устройства является общим для проектирования различных приспособлений, а не только групповых. 2. Возможно создавать библиотеки (или комплекс приложений) для проектирования типовых элементов приспособлений (например, приводов зажимных устройств). 3. Область наиболее эффективного применения рассмотренного варианта методики — проектирование групповых приспособлений для большой номенклатуры однотипных деталей, зачастую различающихся лишь габаритами. 4. Для рассмотренной методики автоматизации необходимо уточнение границ ее эффективного применения, а также дальнейшее совершенствование (в том числе подробное рассмотрение вопроса проектирования комплексной заготовки). 5. Методика универсальна, поэтому может найти применение в других областях, где требуется многократное решение однотипных задач.
ЛИТЕРАТУРА
Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1979.
Евгений Александрович Серков
Сведения об авторе — аспирант; Санкт-Петербургский государственный университет ин-
формационных технологий, механики и оптики, кафедра технологии приборостроения; E-mail: ifmo_serkov@mail.ru
Рекомендована кафедрой технологии приборостроения
Поступила в редакцию 14.12.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
УДК [621.7.07+621.9.07]:658.512.2
Е. А. СЕРКОВ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГРУППОВЫХ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ
Рассмотрен ряд направлений автоматизации проектирования технологической оснастки, в частности, групповых приспособлений. Приведен пример построения станочного силового механизма зажимного устройства с использованием программы приложения SolidWorks. Описан вариант методики проектирования групповых приспособлений в SolidWorks.
Ключевые слова: автоматизация, проектирование, групповое приспособление, методика, SolidWorks.
В настоящее время происходит сокращение жизненного цикла изделий. Поэтому сокращение продолжительности и снижение стоимости технологической подготовки производства (ТПП), в частности, проектирование станочных приспособлений — это один из путей получения преимуществ в конкурентной борьбе.
Современные CAD-системы позволяют проектировать изделия вне зависимости от их функционального назначения. Однако задачи ТПП имеют очень важную особенность — они требуют максимально возможной унификации и могут быть решены путем создания комплексных деталей, для которых проектируются унифицированные (групповые) технологические процессы. Применительно к задачам унификации оснастки таким решением может стать создание комплексной заготовки, используемой при компоновке приспособлений.
Другое направление унификации при проектировании групповых приспособлений — использование инструментов трехмерного параметрического моделирования CAD-систем для решения ряда однотипных задач при разработке сменных элементов групповых приспособлений.
И, наконец, существует еще одно направление унификации при решении задач проектирования приспособлений (в том числе и групповых) — разработка специализированных приложений, адаптированных к условиям конкретного предприятия. В качестве примера разработки специализированного приложения рассмотрим решение задачи проектирования зажимных устройств приспособления. Она состоит из ряда подзадач, в частности выбора типа зажимного устройства и силового механизма, а также определения необходимого исходного усилия, создаваемого приводом зажимного устройства, Q .
В справочной литературе [см. лит.] приведен ряд типовых конструктивных схем силовых механизмов устройств, в которых математическими выражениями задана связь между усилием зажима P , передаваемым на заготовку, исходным усилием Q и конструктивными параметрами силового механизма, который передает усилие от привода заготовке.
Для типовой схемы задача конструктора является формализованной и, следовательно, легко поддающейся автоматизации.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
Автоматизация процесса проектирования групповых станочных приспособлений
57
При расчете зажимного устройства конструктор может сталкиваться с двумя типами задач: 1) прямая — выбор параметров силового механизма и расчет исходного усилия Q ;
2) обратная — подбор параметров силового механизма по заданным значениям Q и P .
В качестве примера в общих чертах рассмотрим последовательность решения обратной задачи и построения трехмерной модели прихвата, входящего в силовой механизм, которая принципиально может быть реализована с помощью приложения, разработанного для SolidWorks. Вариант возможного интерфейса такого приложения представлен на рисунках.
На первом этапе происходят выбор схемы силового механизма и ввод значений зажимного усилия и исходного усилия (рис. 1). По этим значениям на следующем этапе производится подбор конструктивных параметров прихвата. При этом возможно использовать группу стандартных прихватов, удовлетворяющих исходным данным, либо подобрать и рассчитать конструктивные параметры прихвата в диалоговом режиме с конструктором (рис. 2).
Рис. 1
Рис. 2
После выбора одного из стандартных прихватов либо расчета параметров специализированного происходит автоматическая генерация его трехмерной модели.
Далее приведем этапы проектирования группового приспособления в SolidWorks: 1) разработка трехмерной модели комплексной заготовки; 2) проектирование базовой части приспособления;
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
58 Е. А. Серков 3) описание функциональных связей между элементами и параметрами конструкции
трехмерной модели сборки приспособления; 4) оформление конструкторской документации на детали комплекта наладки для всех
заготовок, входящих в группу. Разработка трехмерной модели комплексной заготовки выполняется для частного слу-
чая — оснащаемая операция находится в конце маршрута обработки деталей (например, сверление и нарезание резьбы), поэтому для создания модели достаточно проанализировать комплект конструкторской документации на детали группы и при этом нет необходимости учитывать при компоновке припуски, снимаемые на дальнейших операциях. Создание модели происходит на основе таблицы параметров, которая представляет собой файл Excel, прикрепленный к файлу трехмерной модели. В столбцах таблицы перечислены группы параметров, относящиеся к каждому конструктивному элементу заготовки: размеры и его состояние визуального отображения (погашен/не погашен), зависящее от наличия этого элемента в заготовке, входящей в группу. В каждой строке таблицы содержатся все необходимые параметры отдельной заготовки.
Проектирование базовой части приспособления принципиально не отличается от традиционного подхода, когда вокруг заготовки располагаются конструктивные элементы приспособления и выполняются необходимые расчеты.
Задание функциональных связей трехмерной модели сборки приспособления заключается в том, что при компоновке определяется функциональная зависимость параметров сборки от параметров обрабатываемой в приспособлении заготовки. Изменять параметры сборки возможно, используя таблицу параметров сборки и управляющего эскиза.
Таблица параметров сборки также является файлом Excel, прикрепленным к трехмерной модели сборки (рис. 3). В ней содержатся все необходимые сведения о свойствах заготовки (взятые из таблицы параметров комплексной заготовки) и описана их связь с параметрами приспособления с помощью функций Excel. Конструктивные параметры для каждой из заготовок, входящих в группу, помещены в соответствующую строку таблицы. Такая строка соответствует отдельной конфигурации сборки приспособления. Используя такую таблицу, возможно быстро добавлять сведения о новых деталях и оперативно рассчитывать параметры сборки для каждой из деталей группы.
Рис. 3
Управляющий эскиз используется для задания размеров сменных элементов и отображения размеров комплексной заготовки, на нем условно изображены элементы деталей на-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8
Автоматизация процесса проектирования групповых станочных приспособлений
59
ладки, которые могут быть изменены в зависимости от исходных данных. Размеры, проставленные на управляющем эскизе, задаются таблицей параметров сборки. Изменение размеров деталей происходит автоматически вслед за изменениями на управляющем эскизе с помощью инструмента SolidWorks „Уравнения“.
После задания функциональных связей возможен быстрый выпуск конструкторской документации (КД) на сменные элементы приспособления. Это достигается за счет создания шаблонов чертежей, в которые затем вносятся минимальные изменения для каждой новой конфигурации приспособления, соответствующей обрабатываемой в приспособлении заготовке.
На рис. 4 представлена схема связи исходных данных с результатом проектирования.
Трехмерная модель
комплексной заготовки
КД деталей группы
Таблица параметров трехмерной модели
комплексной заготовки
Трехмерная модель
приспособления Таблица параметров трехмерной модели
сборки приспособления
Трехмерные модели сменных
элементов
КД базовой части приспособления
КД сменных элементов
Рис. 4
В заключение можно сделать ряд выводов. 1. Рассмотренный подход к автоматизации проектирования зажимного устройства является общим для проектирования различных приспособлений, а не только групповых. 2. Возможно создавать библиотеки (или комплекс приложений) для проектирования типовых элементов приспособлений (например, приводов зажимных устройств). 3. Область наиболее эффективного применения рассмотренного варианта методики — проектирование групповых приспособлений для большой номенклатуры однотипных деталей, зачастую различающихся лишь габаритами. 4. Для рассмотренной методики автоматизации необходимо уточнение границ ее эффективного применения, а также дальнейшее совершенствование (в том числе подробное рассмотрение вопроса проектирования комплексной заготовки). 5. Методика универсальна, поэтому может найти применение в других областях, где требуется многократное решение однотипных задач.
ЛИТЕРАТУРА
Горошкин А. К. Приспособления для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1979.
Евгений Александрович Серков
Сведения об авторе — аспирант; Санкт-Петербургский государственный университет ин-
формационных технологий, механики и оптики, кафедра технологии приборостроения; E-mail: ifmo_serkov@mail.ru
Рекомендована кафедрой технологии приборостроения
Поступила в редакцию 14.12.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 8