Основные операции токарной обработки на станках ЧПУ выполняются после процесса моделирования в САD/CAM системах. В этой статье рассмотрены основные задачи того, как происходит моделирование деталей на примере электронной модели детали типа «втулка», выполнения технологических расчетов и оптимизации структуры токарной операции, используя станки с ЧПУ в системе Catia v5.
В настоящее время в производстве изделий важным является максимально быстро выполнять операции токарной обработки и уменьшать время выхода продукции на рынок. Все это заставляет предприятия повышать производительность, чтобы успешно конкурировать в условиях рынка. Решение указанной задачи предполагает модернизацию проектно-технологических и производственных процессов. Реинжинеринг «классического» предприятия в «расширенное» является оптимальным решением модернизации производства и внедрением интегрированных информационных технологий основанных на концепции PLM-решений (Product Lifecycle Management – управление жизненным циклом изделия). Идеология PLM-решений является главной особенностью системы САD/CAM/CAE Catia v5. До появления современных средств, таких как 3d моделирование для чпу станков, исходной информацией для выполнения технологической подготовкой производства служила чертежно-конструкторская документация. В настоящее время электронные модели изделия рассматриваются как составные части конструкторско-технологической документации на изделие (ГОСТ 2.052-2006). Исходные данные для моделирования операций обработки закладываются уже на этапе, когда конструктор выполняет моделирование деталей и находятся в электронной модели самой детали (рис. 1), созданной при помощи инструментария CAD-системы Catia v5. Визуализация электронной модели детали может быть представлена, как в виде трехмерной фигуры (рис. 1), полученной вращения контура детали вокруг оси «Z», так и в виде дерева спецификаций электронной модели детали. 3d моделирование для чпу станков происходит в соответствии требованиями ГОСТ 2.052-2006 в модулях Catia v5 «Sketcher», «Part Design», «Functional Tolerancing & Annotations» и используется как для моделирования операции обработки детали на станках ЧПУ, так и в задачах технологической подготовки производства.
Программы для моделирования для чпу станков, такие как система Catia v5, позволяют создавать электронные модели операционных заготовок путем изменения размеров электронной модели детали (добавление припуска) в соответствие с выполняемыми на данной токарной операции технологическими переходами. Добавление припуска осуществляется с помощью инструментальных средств САD системы и сохраняется в дереве построения операции. Моделирование деталей в электронном виде может выполняться одним из методов: булевых операций, сборки, логической операции сборки.
Электронная модель операционной заготовки – виртуальное тело, состоящее из материала заготовки, удаляемого режущим инструментом на переходах операции, и содержащее всю необходимую информацию про операции токарной обработки. Указанная информация находится в соответствующих листах книги электронной управляющей таблице «Desing Table», связанной с созданной электронной моделью заготовки. Электронная модель операционной заготовки состоит из электронных моделей заготовок переходов, входящих в состав операции обработки детали. Количество и форма тел электронных моделей заготовок определяется структурой операции. Геометрия электронной модели операционной заготовки соответствует принятой технологом структурой операции (последовательность установок, переходов обработки заготовки, схемой базирования и установки, геометрией режущих инструментов, технологической и инструментальной оснасткой и т.д.). 3d моделирование для чпу станков включает в себя принцип сборки электронной модели операционной заготовки детали (.CATProduct) в модуле «Сборка» Catia v5. «Сборка» состоит из электронной модели детали включающей в себя основные операции токарной обработки которые предполагают технологические переходы, все это храниться в отдельных файлах (рис. 1 и рис. 2).
Каждая модель операционной заготовки (например, операция 005 переход_01, операция 005_02 и т.д.) состоит из тела, созданного в модуле «Part Design» для конкретного переход операции, а также набора операционных размеров, допусков и аннотаций, необходимых для выполнения перехода операции на станке.
Рис. 1. Визуализация электронной модели детали типа «втулки»
Моделирование деталей в электронном виде происходит в следующей последовательности:
- формирование в основной плоскости «приблизительного» контура припуска, снимаемого на данном переходе;
- вращением контура вокруг оси «Z»;
- заполнения тела припуска материалом и получение электронной модели операционного припуска перехода;
- уточнение конфигурации, параметров и геометрии «приблизительного» тела операционного припуска в соответствии с результатами расчета в управляющей таблице «Desing Table».
Основные операции токарной обработки и допуски на операционные размеры создаются в модуле Catia v5 «Functional Tolerancing & Annotations». Для «общей» электронной модели операционной заготовки в модуле «Product Functional Tolerancing & Annotations».
Расчет припусков и операционных размеров электронной модели заготовки в управляющей таблице (Desing Table лист «Припуск») предполагает режим диалога: выбор метода получения заготовки, определение маршрута обработки, баз и операционных размеров для всех переходов операции, назначение технологом баз и простановка операционных размеров выполняются. Использование интегрально-аналитического метода расчета припусков и операционных размеров, позволяет снизить трудоемкость расчета при его автоматизации.
В состав программы для моделирования для чпу станков CATIA V5 входит модуль «Functional Tolerancing and Annotations», который используется для оформления информации необходимой для производства детали. Указанная информация размещается в дереве построения электронной модели заготовки. Операционные размеры электронной модели заготовки, припуски, допуска (размерные и геометрические) и аннотации ассоциативно связаны с электронной моделью «общей» заготовки, поэтому изменения модели отражаются и на связанных с ними аннотациях. Операционные размеры создаются и редактируются в плоскости рассматриваемого перехода операции, что позволяет найти необходимый размер в дереве построения модели заготовки. В модуле CATIA V5 «Functional Tolerancing & Annotations» указываются параметры шероховатости на поверхностях модели операционной заготовки.
В результате проектирования «общей» операционной заготовки методом сборки в рабочей папке появится вариант электронной модели операции токарной обработки (CATProduct), и ряд ассоциированных файлов электронных моделей операционных заготовок (CATPart) (рис. 3) для переходов, выполняемых в данной операции. Таким образом, в файле, содержится информация об электронной модели детали, о припусках, об операционных размеров для всех переходов операции изготовления детали.
Рис. 2. Электронные модели операционных заготовок (обработка на токарном станке): а) операция 005, переход_01 «точение получистовое», б) операция 005, переход_02 «растачивание получистовое»
Выполнение технологических расчетов и анализ структуры операции происходит в книге управляемой таблицы (Desing Table «Excel») состоящей из взаимосвязанных листов:
- лист «Станок» – технические параметры станка (выбор);
- лист «Инструмент» – параметры режущего инструмента и инструментальной оснастки (код твердосплавной пластины и державки инструмента);
- лист «Инструментальная оснастка» – технические параметры инструментальной оснастки;
- лист «Технологическая оснастка» – технические параметры оснастки;
- лист «Режимы» – расчет режимов резания для операции обработки (режимы высокопроизводительные, высокоскоростные);
- лист «ТЭО» – оптимизация структуры операции механической обработки – критерий стоимость.
Листы управляющей таблице «Desing Table», в которой выполняются технологические расчеты, соответствуют алгоритму который моделирует основные операции токарной обработки заготовки на токарном станке ЧПУ:
- Анализ электронной модели детали.
- Выбор оборудования.
- Выбор технологической оснастки, схемы базирования и установки.
- Определение последовательности переходов обработки операции и метода получения заготовки.
- Расчет припусков (Zmin) и операционных размеров.
- Выбор режущего инструмента и инструментальной оснастки.
- Выбор (расчет) режимов резания.
- Оптимизации структуры операции механической обработки.
Рис. 3. а) Визуализация электронной модели «общей» заготовки детали и дерева построения процесса обработки; б) Визуализация электронная модели операционной заготовки (переход 002_10_02_03); в) Визуализация электронная модели детали
3d моделирование для чпу станков создает электронную модель операционной заготовки обладающей всей необходимой информацией для выполнения следующих этапов моделирования операции изготовления детали:
- оптимизация структуры операции. В качестве критерия оптимальности принимают стоимость операции;
- формирование управляющей программы для моделирования для чпу станков происходит в модулях Catia v5 «Механическая обработка» и «Моделирование механической обработки».
Рис. 4. Фрагмент управляющей таблицы лист «Припуск»
Верификация и оптимизация управляющих программ для обработки заготовок, использую станки с ЧПУ выполняется в системе «Vericat».
В результате того, как происходит моделирование деталей и моделирование операций токарной обработки на станке ЧПУ, создается документ – электронная модель операционной заготовки, которая содержат, не только геометрическую и конструкторскую информацию о детали, но и геометрические и технологические данные о преобразовании заготовки в деталь. Примитивы, созданные в процессе моделирования, описывают удаляемый материал, схемы базирования и установки, технологические размеры, допуски формы и расположения поверхностей модели деталей, параметры шероховатости, режущий инструмент, инструментальную и технологическую оснастку, режимы резания.
Таким образом, электронная модель операционной заготовки позволит:
- обеспечить безбумажный обмен информацией;
- формировать числовую программу управления (ЧПУ) в модуле Catia «Lathe Machining» для того чтобы основные операции токарной обработки были исполнены максимально точно.
THE LATHING SIMULATION OF THE UNITS ON THE CNC MACHINES USING THE CAD/CAM-SYSTEM
Abstract. In this article the main tasks of the operational billet simulation, the technological estimates, and the optimization of the lathe operation structure on the CNC machines in the СAD system Catia v5 on the example of the electronic model of the type ‘bush’ unit are considered. Key words: unit, billet, electronic model of unit, simulation, lathing, process step, machining step, SET, coordinate system, CNC machine.
