Проблемы автоматизированного проектирования многолезвийных режущих инструментов сложной формы

Читать инженерам и проектировщикам. На garagebiz.ru иногда будут появляться статьи научно-технического характера.

В настоящее время уже наработан огромный опыт применения САПР во всех отраслях промышленности, в том числе и в проектировании сложного многолезвийного инструмента, большая часть которого была стандартизирована. Однако, существуют операции, где применение стандартных инструментов затруднительна или не целесообразна экономически. Для таких операций, как точение фасонных поверхностей на станках-автоматах и полуавтоматах, протягивание отверстий высокой степени точности и пазов сложной формы, сверление глубоких отверстий с большим отношением глубины к диаметру, изготовление зубчатых колес с нестандартны модулем и прочие зачастую требуется проектирование и изготовление узкоспециализированного инструмента, увеличивающего производительность и технологичность процесса производства изделия.

Лучше использовать готовые решения в программировании. Очень часто можно встретить, как предприятия вместо того, чтобы использовать готовый продукт, который успешно функционирует на рынке, начинает разрабатывать программу своими силами и под свои специфичные требования. Делается это даже не при помощи сторонних программистов (что разумно), а при помощи собственного IT отдела, где работает 1-2 программиста.

Во-первых, разработка сложного приложения обойдётся в огромное количество человеко-часов. Во-вторых, разработанная программа будет значительно отставать от флагмана рынка, при этом теряется много времени, что намного хуже потери денег. В-третьих, разработка сложных программных систем часто не поддаётся прогнозированию по бюджетам и срокам и очень сильно зависит от разработчика. Может получиться, что вы увидите стабильный релиз через год, а рабочий релиз через два года.
Бывают также случаи, когда проект застрянет.

Но что делать фирмам, которым нужны специфичные программные продукты. И как можно раньше и дешевле. Есть несколько вариантов решения проблемы.

- Заказать написание программы у сторонней фирмы. Это уже лучше, чем делать программу своими силами. Но это весьма дорого, а риски вы получите такие же, как и при разработке своими силами. В таком случае нужно детально прописывать техническое здание.

- Взять флагмана рынка в той программной нише, в которой вы хотите получите продукт и попросить адаптировать программу под ваши нужды при помощи написания плагина (Plug-In - это расширение программной оболочки). Такое решение может обойтись дорого, но порядок сумм будет намного ниже, чем в первом случае.

- Использовать языки программирования, встроенные в специализированные программные пакеты. Например, в MS Office есть встроенный язык программирования. Это же относится к математическим программным продуктам (MathCAD), САПР (AutoCAD).

Известно, встроенные языки программирования бывают даже в системах моделирования трёхмерной графики (3DMax, Maya).

Даже если писать не очень сложную инженерно-графическую программу на Delphi, то это может занять много времени и потребует высокой квалификации от разработчика. А в случае использования встроенных языков программирования, можно воспользоваться всеми возможностями объектной модели, заложенной в 1C, Office, 3D Max, AutoCAD и так далее. Например, в AutoCAD есть возможность создавать макросы, а также писать приложения на Visual LISP (состоит из ряда программных библиотек и языков AutoLISP и языка DCL). Также в AutoCAD есть возможность писать расширения на Visual Basic for Applications. Как видим, в данной САПР есть огромное количество дополнительных средств для написания расширений к программному пакету AutoCAD. На практике это означает огромную экономию средств и времени, а также более предсказуемый результат и гибкость. Кстати, это справедливо и в отношении других программных пакетов.

Оснащение основного производства высокопроизводительной технологической оснасткой в необходимых объемах и номенклатуре - одна из главных задач инструментального производства. Уровень инструментального оснащения влияет непосредственно как на сроки подготовки производства и освоения новых изделий, так и на технико-экономические показатели производства изделий, их трудоемкость и себестоимость. Необходима разработка сквозного цикла проектирование-изготовление на основе создания интегрированных систем автоматизированного проектирования (ИСАПР), предусматривающих использование ЭВМ при конструировании режущих инструментов, при проектировании технологических процессов и при разработке на основе полученных решений управляющих программ для оборудования с программным управлением без промежуточных носителей информации. На сегодняшний день наиболее проблемным и затратным по времени является процесс проектирования протяжек, инструмента чистового, сложной геометрической формы, дорогого.

Рассмотрим вопросы построения такой ИСАПР на примере проектирования круглых и шлицевых протяжек, обеспечивающих высокопроизводительный и точный процесс обработки в условиях серийного и массового производства. Следует отметить, что протягиванием получаются детали с высокой точностью размеров (до 7-го квалитета точности) и малой шероховатостью (RA до 1.0...0.20 мкм). По производительности процесс протягивания в 5-10 раз выше фрезерования и в 10-15 раз выше растачивания и развертывания [2].

В качестве исходных данных при автоматизированном проектировании протяжек может быть использован как ограниченный набор базовых параметров – тип проектируемой протяжки, вид патрона станка, мощность привода, длина максимального хода каретки, толщина фланца приспособления, начальный и конечный диаметры отверстия, количество шлицев, их форма (прямобочные, эвольвентные, треугольные), так и расширенный ряд, такие как минимальное количество зубьев в группе, запас по переточкам, особые условия (повышенная соосность, тонкостенное отверстие и др.). В качестве данных для расчетов могут быть использованы данные из полученных эмпирическим путем монограмм, таблицы.

Интегрированная система проектирования сложнорежущего инструмента (ИСАПР ПР) включает следующие подсистемы :систему автоматизированного проектирования круглых и шлицевых протяжек (САПР ПР); систему автоматизированного вычерчивания конструкторской документации (САПР-КПР); систему автоматизированного проектирования управляющих программ для изготовления на станках с ЧПУ (САПР-И ПР).

Анализ вариантов позволяет получить полную картину изменения сил резания и условий размещения стружки вдоль всей режущей части, что обеспечивает объективную оценку работоспособности проектируемой протяжки. В случае отсутствия решения по заданным критериям оптимальности последние могут заменяться одним наиболее важным, например наименьшей длиной протяжки. Корректировка процесса проектирования протяжки может быть выполнена человеком на основе анализа выдаваемых машиной вариантов конструкции. После принятия решения производится окончательный расчет выбранного варианта. Более подробное описание вопросов автоматизации проектирования данного вида металлорежущего инструмента приведено в [1, 2].

Литература:
1. Консторум Т.Ш., Френд С.Е. Автоматизация проектирования протяжного инструмента для обработки отверстия с помощью ЭЦВМ. Минск: ИТК АН БССР, 1999. С. 30.
2. Основы проектирования режущих инструментов с применением ЭВМ / П.И. Ящерицыи, Б.И. Синицын н др. - Минск: Вышейщ. шк., 2007. С. 304.

Я.В.Ильченко, И.А.Савин
Россия, г. Набережные Челны, НЧФ Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева
О. А. Николаев
Россия, г. Набережные Челны, Камская государственная инженерно-экономическая академия