Введение
CAD/CAM -системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM-систем. За последние годы CAD/CAM-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

Целью данного курсового проекта является автоматизированное проектирование конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде  SprutCAM 2007 и ТехноПро5+.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1)                создать модель вала, определить необходимые параметры производства детали;

2)                разработать технологию изготовления детали в среде ТехноПро5+, сформировать технологическую документацию;

3)                разработать управляющую программу для токарной обработки вала на станке с ЧПУ в среде SprutCAM2007.
1 Исходные данные

1.1            Чертёж детали
Для создания чертежа детали использовалась система КОМПАС – 3D V12. Чертёж представлен на рисунке 1.



Рисунок 1 – Чертёж детали

Подробный чертёж отображён в Приложении А.

Характеристики детали:

Материал – Сталь 40Х, ГОСТ 4543-71

Масса – 2,09 кг.
1.2 Программа выпуска

Программа выпуска изделия 5000 штук в год.
Тип производства деталей – серийный. Характеризуется одновременным изготовлением на предприятии сравнительно широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой повторяется в течение продолжительного времени. Наибольшее распространение имеет в машиностроении и металлообработке.

Серийное производство является основным типом современного производства и предприятиями этого типа выпускается в настоящее время 75-80% всей продукции машиностроительной продукции.
2 Метод получения заготовки

Поскольку выбор метода получения заготовки определяется следующими факторами:

а)     технологическими свойствами материалов, его пластичностью;

б)    конструктивными формами и размерами детали;

в)     требуемой точностью размеров и качеством ее поверхности (шероховатость, остаточные напряжения и т.д.);

г)     величиной программного задания, то есть объемом продукции или типом производства;

д)    производственными возможностями оборудования;

е)     временем, затрачиваемым на подготовку производства (изготовление моделей, штампов, пресс-форм и т.д.);

ж)   гибкостью производства, то есть возможностью быстрой переналадки оборудования и оснастки в условиях автоматизированного производства, -

то для изготовления требуемой заготовки был выбран метод литья.

Литье металлов - это процесс получения металлических изделий способом заливки (литья) расплавленного горячего металла в специальную форму. Такая форма, из которой родится будущая «отливка» (так называют полученное при литье металлов металлическое изделие), получила название «литейной формы». Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой металл при литье, охлаждаясь, затвердевает и получает вид конечного изделия. Чаще всего используется метод статической заливки, когда осуществляется заливка металла в неподвижную литейную форму. Чертёж заготовки представлен на рисунке 2.



Рисунок 2 – Чертёж заготовки

Подробный чертёж отображён в Приложении А.
3 Автоматизированное проектирование конструкции

3.1 Характеристика возможностей современных CAD  систем
На сегодняшний день существуют различные CAD пакеты. К CAD пакетам, которые используют для построения твердотельной модели, можно отнести: «SolidWorks», «AutoCAD», «UnigraphiCS», «Inventor», КОМПАС – 3D V12.

 Основными особенностями большинства вышеперечисленных  CAD пакетов являются:

–    твердотельное и поверхностное параметрическое моделирование;

–    полная ассоциативность между деталями, сборками и чертежами;

–    богатый интерфейс импорта/экспорта геометрии;

–    экспресс-анализ прочности деталей и кинематики механизмов;

–    специальные средства по работе с большими сборками;

–    простота в освоении и высокая функциональность;

–    гибкость и масштабируемость;

–    100% соблюдение требований ЕСКД при оформлении чертежей;

–  русскоязычный пользовательский интерфейс и документация.
3.2 Система для построения чертежа и конструкции
Из всех представленных выше программных пакетов был выбран  КОМПАС – 3D V12  – продукт компании ЗАО АСКОН. Так как он сочетает   очень продуманный CAD-пакет с  простым и понятным интерфейсом.

Система позволяет реализовать классический процесс трехмерного параметрического проектирования — от идеи к ассоциативной объемной модели, от модели к конструкторской документации.

Основные компоненты «КОМПАС-3D» — собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций.

Система «КОМПАС-3D» предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.

Ключевой особенностью «КОМПАС-3D» является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН.

Трёхмерная модель детали представлена на рисунке 3.



Рисунок 3 – 3D модель детали
4 Автоматизированное проектирование технологии изготовления детали

4.1 Характеристика возможностей CAPP системы
В качестве CAPP системы в рамках курсовой работы была использована система ТехноПро5+.

Система ТехноПро предназначена для проектирования техпроцесса в электронном виде: операционных, маршрутно-операционных и маршрутных технологических процессов (ТП), включая формирование маршрута, операций и переходов, с выбором оборудования, приспособлений, подбором инструментов, формированием текстов переходов, расчетом технологических размерных цепей, режимов обработки и норм изготовления.

ТехноПро позволяет:

а)     назначать операции;

б)    подбирать необходимое оборудование, оснастку и т.д.;

в)     назначать переходы, для которых назначать инструмент, приспособления, рассчитывать режимы резания;

г)     формировать технологическую документацию;

д)    использовать базы данных типовых элементов, оборудования, операция и переходов;

е)     параметризировать технологический процесс;

ж)   назначать условия, оптимизирующие разработку техпроцесса.
4.2 Разработка технологического процесса изготовления детали в системе ТехноПро
Все поверхности, где указана точность,  должны обрабатываться: валы (h) по 14 квалитету, отверстия(H) по 14 квалитету, допуск на все остальные поверхности  ±IT14/2.





Для получения детали «вал»  необходимы следующие операции:

- токарная

- сверлильная

- фрезерная.

Необходимо выполнить следующее:

Токарная обработка:

–       Установить заготовку в трехкулачковом патроне с поджатием задней бабкой;

–       Подрезание торца;

–       Точить поверхность  до диаметра 30 мм на длине 58 мм;

–       Точить поверхность  до диаметра 32 мм на длине 20 мм;

–       Точить поверхность  до диаметра 35 мм на длине 29 мм;

–       Точить поверхность  до диаметра 42 мм на длине 93 мм;

–       Точить поверхность  до диаметра 36 мм на длине 32 мм;

–       Сверлить отверстие  диаметром 6 мм на глубину 24 м;

–       Нарезать резьбу  М8-7Н на длине 20 мм;

–       Расточить фаску   в размер 1,6 x 45 град. на диаметре 30 мм;

–       Расточить фаску радиусом 1,6мм на диаметре 32 мм;

–       Расточить фаску радиусом 1,6мм на диаметре 35 мм;

–       Расточить фаску радиусом 1мм на диаметре 42 мм;

Переустановить и закрепить;

–       Точить поверхность  до диаметра 35 мм на длине 25 мм;

–       Расточить фаску радиусом 1мм на диаметре 42 мм;

–       Подрезание торца;

–       Расточить фаску в размер 1,6 x 45 град. на диаметре 35 мм.

Фрезерная обработка:

–      Закрепить по внутреннему отверстию;

–      Фрезеровать паз  шириной 8 мм, высотой 4 мм , на длине 50мм;

–      Фрезеровать паз  шириной 10 мм, высотой 5 мм , на длине 32мм.



Оборудование: токарно-револьверный станок, концевая фреза.

Разработка технологического процесса изготовления вала в системе ТехноПро начинается с выбора пункта Конкретные Тех. Процессы основного меню программы. Далее создаём новую деталь «Вал» и заносим в базу системы соответствующие данные (обозначение детали, наименование, материал, заготовка и др.) в соответствии с рисунком 4.   



Рисунок 4 – Создание детали

Следующим шагом следует сформировать операции  и назначить для каждой операции оборудование, приспособление и вспомогательный материал в соответствии с рисунком 5.



Рисунок 5 – Формирование операций

Далее можно приступать к созданию технологических переходов в каждой операции. Система даёт возможность выбрать инструмент и необходимые параметры из уже имеющейся базы. Также для каждого перехода следует задать режимы резания, такие как глубина резания, количество проходов, подача, частота вращения шпинделя. Показано на рисунке 6.



Рисунок 6 – Режимы резания

Преимуществом системы естественно является её автоматизация расчётов.  Так для расчётов скорости резания и времени, необходимого для каждой операции, существует база условий и расчётов. После ввода условий, система рассчитает все требуемые значения параметров и будет их использовать для дальнейшей работы с деталью, а так же выдаст их в технической документации. Показано на рисунке 7.



Рисунок 7 – Расчёт скорости резания и времени
Завершающим этапом необходимо прикрепить возможные эскизы к операциям для наглядного отображения частей детали и сформировать технологическую документацию, как показано на рисунке 8.



Рисунок 8 – Добавления эскизов к операциям

Графическое представление проектирования технологического процесса в системе ТехноПро полностью представлено в Приложении Б.

Сформированная технологическая документация в полном объёме содержится в Приложении В.

5 Разработка управляющей программы

5.1 Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ 16К20ФЗС32



Управление ЧПУ предусматривает возможность ввода в память программ на обработку деталей с пульта управления или с носителей, таких как магнитная лента, картридж.

Схема написания программ состоит из кадров. В начале программы стоит номер кадра N (N001, N002 …). Каждый кадр состоит из переменного числа слов, причем любое слово может отсутствовать. Каждое слово состоит из буквы, называемой адресом, и следующей за ней группы цифр. Адрес Е (быстрый ход) не имеет числовых параметров. Нули в старших разрядах группы цифр значения не имеют. Порядок слов в кадре  произвольный. В одном кадре недопустимо программирование двух слов с одинаковым адресом.

В первом кадре как правило задается номер инструмента, величина подачи, число оборотов в минуту шпинделя. Например:

N 001 F0,12 S 2 200 T01, где:

F0,12– величина подачи рабочего органа задаетсяпо адресу F вмиллиметрах на один оборот (мм/об). В цикле нарезания резьбы адресу F задается шаг резьбы. Подача действует на обе оси одновременно.

S 2 200–число оборотов шпинделя задается по адресу S. Например, S 2–250 – минус означает вращение шпинделя по часовой стрелке (если минус отсутствует,то вращение против часовойстрелки);

250 – число оборотов шпинделя в минуту;

2 – диапазон числа оборотов шпинделя.

Диапазон регулирования числа оборотов шпинделя устанавливается механически с помощью рукоятки на передней (шпиндельной) бабке станка.

T01 –номер инструмента задается по адресу Т. Количество инструментов – 10.

Во втором кадре обычно задается точка подхода режущего инструмента к обрабатываемой заготовке.

Обработка цилиндрических поверхностей программируется изменением координаты Z в абсолютных значениях или в приращениях на длину  цилиндрической поверхности.

Существуют так же вспомогательные функции, которые задаются по адресу М. Так например М02 означает конец программы, М17 – Конец описания детали для циклов L8, L9, L10.

Текст программы представлен в Приложении Г.
5.2 Разработка управляющей программы в системе «Спрут-CAM»
SprutCAM — программное обеспечение для разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Это единственная российская CAM-система, и одна из немногих среди зарубежных, поддерживающая разработку УП для многокоординатного, электроэрозионного и токарно-фрезерного оборудования с учетом полной кинематической 3D-модели всех узлов в том числе.

SprutCAM позволяет создавать 3D-схемы станков и всех его узлов и производить предварительную виртуальную обработку с контролем кинематики и 100 % достоверностью, что позволяет наглядно программировать сложное многкоординатное оборудование. Сейчас для свободного использования доступны более 45 схем различных типов станков.



Для создания управляющей программы в SprutCAM нужно импортировать трехмерную модель созданную средствами моделирования КОМПАС – 3 D в соответствии с рисунком 9.







 

Рисунок 9 – импорт 3D модели

Далее назначить операции: токарное сверление, черновая токарная, чистовая токарная и обработка торца в соответствии с рисунком 10.



Рисунок 10 – Назначение операций

После чего можно сгенерировать текст управляющей программы, нажав на кнопку «Постпроцессор» во вкладке Технология, как показано на рисунке 11.



 

Рисунок 11 – генерация текста управляющей программы
Полный текст сгенерированного кода представлен в Приложении Д.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта были выполнены чертежи заготовки и самого вала при помощи системы КОМПАС – 3D V12, а так же при её помощи была построена трёхмерная модель детали для вычисления необходимых характеристик. Исходя из условий задачи, были выбраны способы получения заготовки и тип производства. Автоматически был сформирован технологический процесс изготовления детали в среде ТехноПро5+. Сгенерирована технологическая документация, содержащая все переходы и значения параметров для изготовления детали. Создана управляющая программа для станков с ЧПУ при помощи модуля SprutCAM2007.

Таким образом, при помощи различных программных средств и инженерных пакетов, была достигнута главная цель курсового проекта – автоматизация проектирования конструкции и технологического процесса изготовления вала в среде ТехноПро5+ и SprutCAM2007.
Список используемых источников
1.     Технология машиностроения: Сборник задач и  упражнений: Учеб. пособие / В.И. Аверченков и др.; Под общ. ред. В.И. Аверченкова и Е.А. Польского. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2006. — 288 с. — (Высшее  образование).

2.      Производство заготовок. Листовая штамповка: Серия учебных пособий из шести книг. Книга 2/ А.С. Килов, К.А. Килов – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. – 182с.

3.     Автоматизированное проектирование в системе Спрут: методические указания к лабораторным работам по дисциплине "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" для студентов специальности 220300/ Р.Г. Соколов – Б.: Изд-во АлтГТУ, 2009. – 63 с.

4.     Руководство по системе ТехноПро.

5.     Руководство по системе SprutCAM.