ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ ЗАГОТОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD-СИСТЕМЫ
42
УДК 004.925.8
Д. Д. КУЛИКОВ, Н. А. ШУВАЛ-СЕРГЕЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ ЗАГОТОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD-СИСТЕМЫ
Представлена методика проектирования трехмерных моделей операционных заготовок в CAD/CAM-системах. Приведены особенности проектирования заготовок в системах Catia v5 и Pro/Engineer Wildfire 2.0. Ключевые слова: CAD/CAM-системы, проектирование операционных заготовок, Pro/Engineer Wildfire 2.0, Catia v5.
Введение. На большинстве промышленных предприятий широкое применение получили CAD/CAM-системы, основной областью применения которых является проектирование деталей и сборочных единиц.
В статье описаны принципы работы с самыми востребованными на сегодняшний день системами промышленного проектирования высокого уровня — Pro/Engineer Wildfire 2.0 и Catia v5 [1].
Методика двухпроходного проектирования операционных заготовок. Проектирование операционных заготовок и расчет операционных размеров имеют большое значение при разработке технологических процессов и их анализе, а также реализации сквозного цикла проектирование—производство с использованием современных компьютерных систем. На кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО была разработана методика обратного двухпроходного проектирования технологических процессов.
На рис. 1 представлены этапы проектирования: 1) проектирование маршрутной технологии; 2) получение 3D-моделей операционных заготовок; 3) система автоматизированного расчета операционных размеров; 4) окончательная простановка операционных размеров; 5) проектирование операционной технологии; 6) занесение результатов в базу данных. На первом этапе при помощи системы проектирования технологических процессов первоначально осуществляется проектирование маршрута обработки. Далее выполняется проектирование с помощью CAD-системы твердотельной модели операционной заготовки (ТМОЗ), предварительная простановка операционных размеров (ОР) и составляются предварительные операционные эскизы (стандартными средствами чертежного модуля CAD-системы). Затем
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
Проектирование операционных заготовок с использованием CAD-системы
43
проверяется правильность простановки операционных размеров и допусков в системе автоматизированного расчета операционных размеров, в случае положительного результата, если все конструкторские размеры обеспечиваются с заданной точностью, начинается второй этап проектирования. Здесь осуществляются окончательная простановка ОР и допусков, доработка операционных эскизов (при помощи CAD-системы). В САПР ТП выполняется проектирование операционной технологии и создается комплект технологических карт. Затем результаты заносятся в базу данных.
PDM
1 23 Первый этап
Нет
Удачная постановка операционных
размеров
Да 4
5 Второй этап
6
Рис. 1
Очевидно, что сначала необходимо выполнить с помощью CAD-системы первую задачу
проектирования операционных заготовок для всех операций, и лишь затем — расчет опера-
ционных размеров. Далее, окончательно спроектировав все операции, можно оформить с по-
мощью CAD-системы операционные эскизы, используя при этом результаты расчета опера-
ционных размеров.
Ввиду того что расчет операционных размеров и их точности выполняется вне стан-
дартных приложений CAD-системы с помощью специальных программ, а простановка баз и
операционных размеров выполняется технологом при просмотре конфигураций ОЗ, необхо-
димо обеспечить информационную связь CAD-системы с системой расчета операционных
размеров.
Проектирование операционных заготовок в системе Pro/Engineer Wildfire 2.0 за-
ключается в помещении конструктивных элементов (КЭ) [2], фиксирующих удаляемый на
данной операции материал, в соответствующие слои. Таким образом, варьируя видимость
слоев, можно получать модели операционных заготовок для конкретных операций. Если эле-
МДТ МД
МЗвх
менты, принадлежащие данному операцион-
ному слою, сделаны невидимыми (слой подав-
лен), то имеется выходная заготовка для соот-
ветствующей операции, если видимыми — входная.
МЗвых
На рис. 2 приведена последовательность
получения моделей входных операционных
заготовок (МДТ — модель добавляемых тел,
МД — модель детали, МЗвх и МЗвых — модель входной и выходной заготовки соответственно).
МДТ Рис. 2
МЗвх
Работа с операционными слоями заключается в послойном подавлении операционных
элементов. Номер слоя соответствует номеру соответствующей операции, а КЭ удаляемого
материала должны быть „родительскими“ только по отношению к следующим (по порядку
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
44 Д. Д. Куликов, Н. А. Шувал-Сергеев следования операций) элементам удаляемого материала, но не к конструктивным элементам объекта.
Простановка линейных границ при проектировании операционных заготовок осуществляется путем добавления справочных плоскостей в модель и занесения их в соответствующие слои. Линейные границы, проходящие через поверхности заготовки, впоследствии используются в качестве базовых плоскостей при проектировании МЗ в CAM-модуле.
Для создания операционных эскизов на основе трехмерной модели заготовки формируются двумерные модели, выполняется простановка размеров, баз, получаемых на данной операции и т.д. На рис. 3 представлен операционный эскиз, выполненный в модуле Pro/Drawing (чертежном модуле Pro/Engineer).
Рис. 3
Для проектирования операционных заготовок целесообразно воспользоваться модулем, который позволяет получать различные варианты исполнения детали. В системе Pro/Engineer этот модуль носит название „Таблица семейств“. Конструкторско-технологическая модель детали, спроектированная с использованием таблицы семейств, отвечает всем предложенным требованиям. Кроме того, таблицы семейств в Pro/Engineer имеют двустороннюю ассоциативность с табличным редактором Excel.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
Проектирование операционных заготовок с использованием CAD-системы
45
Проектирование операционных заготовок в системе Catia v5 обладает некоторыми существенными особенностями. Конечно, существует возможность проектирования заготовок способом, аналогичным Pro/Engineer, т.е. добавлением элементов, описывающих удаляемый материал, однако есть и другой способ, реализация которого возможна благодаря наличию в пакете проектирования деталей так называемых булевых операций сложения и вычитания примитивов [3].
Дерево (структура) модели в системе Catia может быть представлено в виде так называемых тел (body) — структурных единиц, которые содержат некоторое количество КЭ (примитивов). Для добавления и, что важно, удаления материала могут использоваться объекты в виде твердого тела, которое затем при помощи булевых операций (Add или Remove) добавляется или удаляется. Такому телу можно присвоить цвет, и в такой же цвет будут окрашены образуемые при выполнении булевых операций поверхности. Наименованием булевых операций служит порядковый номер операций механообработки. Чтобы получить модель операционной заготовки для конкретной операции, необходимо активизировать тело в составе булевой операции с помощью соответствующей команды. Для соответствующих тел добавляются справочные плоскости (технологические границы) и операционные размеры для конкретной операции. Также технолог может привязывать к обрабатываемым в операции поверхностям технические требования, параметры шероховатости и т.п.
На рис. 4 представлена операционная заготовка, спроектированная при помощи булевых операций. В дереве модели имена булевых операций соответствуют номерам операций механообработки, также в дерево модели помещена информация о технологических размерах. В соответствующие тела добавляются справочные плоскости (технологические границы) и операционные размеры для конкретной операции.
Рис. 4
Необходимо отметить, что использование булевых операций на стадии конструкторской разработки существенно облегчает процесс проектирования трехмерных моделей операционных заготовок, особенно это касается деталей сложной конфигурации с большим количеством конструктивных элементов.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
46 Д. Д. Куликов, Н. А. Шувал-Сергеев
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Куликов Д. Д., Блаер И. Ю. Расчет операционных размеров в системах автоматизированного проектирования технологических процессов // Изв. вузов. Приборостроение. 1997. Т. 40, № 4. С. 64—69.
2. Чемоданова Т. В. Pro/Engineer: деталь, сборка, чертеж. СПб: БХВ, 2003. 548 с.
3. Karam F., Kleismit C. D. Using CATIA. Delmar Publishers. 2004. 448 р.
Дмитрий Дмитриевич Куликов Никита Александрович Шувал-Сергеев
Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Санкт-Петербургский государствен-
ный университет информационных технологий, механики и оптики, кафедра технологии приборостроения; E-mail: ddkulikov@rambler.ru — аспирант; Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кафедра технологии приборостроения; E-mail: nikich555@mail.ru
Рекомендована кафедрой технологии приборостроения
Поступила в редакцию 14.12.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
УДК 004.925.8
Д. Д. КУЛИКОВ, Н. А. ШУВАЛ-СЕРГЕЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ ЗАГОТОВОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ CAD-СИСТЕМЫ
Представлена методика проектирования трехмерных моделей операционных заготовок в CAD/CAM-системах. Приведены особенности проектирования заготовок в системах Catia v5 и Pro/Engineer Wildfire 2.0. Ключевые слова: CAD/CAM-системы, проектирование операционных заготовок, Pro/Engineer Wildfire 2.0, Catia v5.
Введение. На большинстве промышленных предприятий широкое применение получили CAD/CAM-системы, основной областью применения которых является проектирование деталей и сборочных единиц.
В статье описаны принципы работы с самыми востребованными на сегодняшний день системами промышленного проектирования высокого уровня — Pro/Engineer Wildfire 2.0 и Catia v5 [1].
Методика двухпроходного проектирования операционных заготовок. Проектирование операционных заготовок и расчет операционных размеров имеют большое значение при разработке технологических процессов и их анализе, а также реализации сквозного цикла проектирование—производство с использованием современных компьютерных систем. На кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО была разработана методика обратного двухпроходного проектирования технологических процессов.
На рис. 1 представлены этапы проектирования: 1) проектирование маршрутной технологии; 2) получение 3D-моделей операционных заготовок; 3) система автоматизированного расчета операционных размеров; 4) окончательная простановка операционных размеров; 5) проектирование операционной технологии; 6) занесение результатов в базу данных. На первом этапе при помощи системы проектирования технологических процессов первоначально осуществляется проектирование маршрута обработки. Далее выполняется проектирование с помощью CAD-системы твердотельной модели операционной заготовки (ТМОЗ), предварительная простановка операционных размеров (ОР) и составляются предварительные операционные эскизы (стандартными средствами чертежного модуля CAD-системы). Затем
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
Проектирование операционных заготовок с использованием CAD-системы
43
проверяется правильность простановки операционных размеров и допусков в системе автоматизированного расчета операционных размеров, в случае положительного результата, если все конструкторские размеры обеспечиваются с заданной точностью, начинается второй этап проектирования. Здесь осуществляются окончательная простановка ОР и допусков, доработка операционных эскизов (при помощи CAD-системы). В САПР ТП выполняется проектирование операционной технологии и создается комплект технологических карт. Затем результаты заносятся в базу данных.
PDM
1 23 Первый этап
Нет
Удачная постановка операционных
размеров
Да 4
5 Второй этап
6
Рис. 1
Очевидно, что сначала необходимо выполнить с помощью CAD-системы первую задачу
проектирования операционных заготовок для всех операций, и лишь затем — расчет опера-
ционных размеров. Далее, окончательно спроектировав все операции, можно оформить с по-
мощью CAD-системы операционные эскизы, используя при этом результаты расчета опера-
ционных размеров.
Ввиду того что расчет операционных размеров и их точности выполняется вне стан-
дартных приложений CAD-системы с помощью специальных программ, а простановка баз и
операционных размеров выполняется технологом при просмотре конфигураций ОЗ, необхо-
димо обеспечить информационную связь CAD-системы с системой расчета операционных
размеров.
Проектирование операционных заготовок в системе Pro/Engineer Wildfire 2.0 за-
ключается в помещении конструктивных элементов (КЭ) [2], фиксирующих удаляемый на
данной операции материал, в соответствующие слои. Таким образом, варьируя видимость
слоев, можно получать модели операционных заготовок для конкретных операций. Если эле-
МДТ МД
МЗвх
менты, принадлежащие данному операцион-
ному слою, сделаны невидимыми (слой подав-
лен), то имеется выходная заготовка для соот-
ветствующей операции, если видимыми — входная.
МЗвых
На рис. 2 приведена последовательность
получения моделей входных операционных
заготовок (МДТ — модель добавляемых тел,
МД — модель детали, МЗвх и МЗвых — модель входной и выходной заготовки соответственно).
МДТ Рис. 2
МЗвх
Работа с операционными слоями заключается в послойном подавлении операционных
элементов. Номер слоя соответствует номеру соответствующей операции, а КЭ удаляемого
материала должны быть „родительскими“ только по отношению к следующим (по порядку
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
44 Д. Д. Куликов, Н. А. Шувал-Сергеев следования операций) элементам удаляемого материала, но не к конструктивным элементам объекта.
Простановка линейных границ при проектировании операционных заготовок осуществляется путем добавления справочных плоскостей в модель и занесения их в соответствующие слои. Линейные границы, проходящие через поверхности заготовки, впоследствии используются в качестве базовых плоскостей при проектировании МЗ в CAM-модуле.
Для создания операционных эскизов на основе трехмерной модели заготовки формируются двумерные модели, выполняется простановка размеров, баз, получаемых на данной операции и т.д. На рис. 3 представлен операционный эскиз, выполненный в модуле Pro/Drawing (чертежном модуле Pro/Engineer).
Рис. 3
Для проектирования операционных заготовок целесообразно воспользоваться модулем, который позволяет получать различные варианты исполнения детали. В системе Pro/Engineer этот модуль носит название „Таблица семейств“. Конструкторско-технологическая модель детали, спроектированная с использованием таблицы семейств, отвечает всем предложенным требованиям. Кроме того, таблицы семейств в Pro/Engineer имеют двустороннюю ассоциативность с табличным редактором Excel.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
Проектирование операционных заготовок с использованием CAD-системы
45
Проектирование операционных заготовок в системе Catia v5 обладает некоторыми существенными особенностями. Конечно, существует возможность проектирования заготовок способом, аналогичным Pro/Engineer, т.е. добавлением элементов, описывающих удаляемый материал, однако есть и другой способ, реализация которого возможна благодаря наличию в пакете проектирования деталей так называемых булевых операций сложения и вычитания примитивов [3].
Дерево (структура) модели в системе Catia может быть представлено в виде так называемых тел (body) — структурных единиц, которые содержат некоторое количество КЭ (примитивов). Для добавления и, что важно, удаления материала могут использоваться объекты в виде твердого тела, которое затем при помощи булевых операций (Add или Remove) добавляется или удаляется. Такому телу можно присвоить цвет, и в такой же цвет будут окрашены образуемые при выполнении булевых операций поверхности. Наименованием булевых операций служит порядковый номер операций механообработки. Чтобы получить модель операционной заготовки для конкретной операции, необходимо активизировать тело в составе булевой операции с помощью соответствующей команды. Для соответствующих тел добавляются справочные плоскости (технологические границы) и операционные размеры для конкретной операции. Также технолог может привязывать к обрабатываемым в операции поверхностям технические требования, параметры шероховатости и т.п.
На рис. 4 представлена операционная заготовка, спроектированная при помощи булевых операций. В дереве модели имена булевых операций соответствуют номерам операций механообработки, также в дерево модели помещена информация о технологических размерах. В соответствующие тела добавляются справочные плоскости (технологические границы) и операционные размеры для конкретной операции.
Рис. 4
Необходимо отметить, что использование булевых операций на стадии конструкторской разработки существенно облегчает процесс проектирования трехмерных моделей операционных заготовок, особенно это касается деталей сложной конфигурации с большим количеством конструктивных элементов.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6
46 Д. Д. Куликов, Н. А. Шувал-Сергеев
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Куликов Д. Д., Блаер И. Ю. Расчет операционных размеров в системах автоматизированного проектирования технологических процессов // Изв. вузов. Приборостроение. 1997. Т. 40, № 4. С. 64—69.
2. Чемоданова Т. В. Pro/Engineer: деталь, сборка, чертеж. СПб: БХВ, 2003. 548 с.
3. Karam F., Kleismit C. D. Using CATIA. Delmar Publishers. 2004. 448 р.
Дмитрий Дмитриевич Куликов Никита Александрович Шувал-Сергеев
Сведения об авторах — д-р техн. наук, профессор; Санкт-Петербургский государствен-
ный университет информационных технологий, механики и оптики, кафедра технологии приборостроения; E-mail: ddkulikov@rambler.ru — аспирант; Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кафедра технологии приборостроения; E-mail: nikich555@mail.ru
Рекомендована кафедрой технологии приборостроения
Поступила в редакцию 14.12.09 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2010. Т. 53, № 6