Автоматизированное проектирование станочной оснастки
следующая:
Сначала создаётся общая компоновка конструкции. Решение этой глобальной задачи связано с анализом
информации об оснащаемой детали в целом и далее локальные задачи, связанные с отдельными поверх-ностями детали.
Для их решения рассматриваются и моделируются локальные проектные ситуации, которые могут
возникать в связи с одной какой-либо поверхностью детали.Локальную проектную ситуацию характеризуют форма, размеры, технологическое назначение поверхности
обрабатываемой детали, конфигурация, количество и пространственное расположение функ-циональных элементов приспособления, контакти-рующих с данной
поверхностью.
Примером глобальной задачи является синтез корпуса приспособления на основе данных об осна-щаемой детали и конструктивных элементах, которые он
объединяет в единую жёсткую систему. Локальной задачей могут быть определение количетсва и рас-становка пластинчатых опор под базовой плос-костью,
ограниченной контуром.
Процесс синтеза – это накопление информации, отображающее изменения пространственного образа конструкции во времени. То есть это
многоэтапный процесс, который начинается в момент завершения формирования модели обрабатываемой детали, а за-канчивается формированием полного описания
требу-емой конструкции приспособлений. Этапы синтеза – это части процесса, соответсвующие построению определённых групп элементов приспособлений
уста-новочных, направляющих, зажимных, фиксаций и т.д.
Для большинства этапов процесс синтеза протекает в три стадии. Например, при синтезе установочных элементов на первой стадии из описания
обрабаты-ваемой детали выделяется для анализа информация, характеризующая схему базирования этой детали.
На второй стадии происходит выбор схемы установ-
ки, которая представляет собой перечень наиме-нований классов установочных элементов, реализующих
выбранную схему (установка на цилин-дрический палец и штыри, установка с помощью двух призм и пластинчатых опор и т.д.)
На третьей стадии осуществляется воплощение выбранной схемы установки в виде конструктивно завершённой функциональной группы установочных элементов
приспособления.
Аналогичные стадии проводятся также на этапах синтеза функциональных групп зажимных, направля-ющих, делительных корпусных и других
элементов.
Важным вопросом является получение рациональной конструкции. Трудности решения задач оптимизации
заключаются в их многокритериальности и многопа-раметричности. Рациональные решения могут быть получены только на отдельных стадиях проектиро-вания,например, на
стадии выбора схемы установки.
Конструкция должна быть работоспособной, пригод-ной для обработки оснащаемой детали и обеспечива-ющей
требуемые параметры точности. Пригодность конструкции определяется рядом технических, тех-нологических, эстетических, экономических и других показателей
(точности, жёсткости, дис-баланса, быстродействия, простоты и технологич-ности, удобства и безопасности, эстетичности внешнего вида и др.)
Последовательность процессов синтеза приспособ-лений строится на аналогии с практикой традици-онного конструирования. Например, для сверильных
приспособлений процесс синтеза конструкций сводиться к выполнению последовательно решаемых задач, как определение типа кондукторных втулок,
нахождение толщины кундукторной плиты, определе-ние габаритов поля, занятого кондукторными втулками, нахождение высот кондукторных втулок, распознование
установочно-зажимной схемы приспо-соблений, проектирование установочных элементов и элементов зажима.
Завершающими этапами являются синтез несущих специальных конструктивных элементов типа кондук-торных плит и корпусов, а также
проектирование вспомогатльных и нижних (подкладных) плит.
Все работы, проводимые при синтезе конструкции приспособлений можно разбить на две группы. К первой относятся работы по компоновке конструк-ций, ко
второй – проектирование специальных конструктивных эелементов.
При формализации процессов компоновки конструк-ций из конструктивных элементов решаются следующие задачи:
1. Выбор определённых значений из базы по задан-ным условиям.
2. Геометрического анализа.
3. Непосредственного проектирования: определения количества и положения функциональных
кон-структивных элементов, выделении параметров, от которых зависит возможность использования элементов по ГОСТ (СТП), проверка возможности применения ГОСТ
(СТП).
4. Расчётного типа.
5. Построения результирующих данных по заданным требованиям.
К основным задачам проектирования специальных элементов можно отнести следующие:
1. Выбор типа элементов.
2. Расчёт конструктивных размеров.
3. Определение материала для изготовления.
4. Синтез формы конструктивных элементов.
Известно, что в базу конструктивных элементов включается отличные по форме конструктивные элементы, которые нецелесообразно членить на
составляющие. В ряде случаев трудно предусмотреть необходимую форму специального элемента; она окончательно вырисовывается в процессе
проектиро-вания приспособления. Поэтому в базу конструктив-ных элементов включаются также и элементы формы, с помощью которых в процессе синтеза
дорабатыва-ются базовые конструктивные элементы.
Система предусматривает хорошо организованную базу данных, состоящую прежде всего из конструк-
тивных элементов.
Конструктивные элементы – это объекты со своими свойствами (форма, структура, функции, материал, и др.), колиественными праметрами (размеры, вес,
допуски, состав, и др.). То есть это часть конструкции, обладающая информационной самостоя-тельностью.
В принципе, каждый конструктивный элемент обладает неисчерпаемой информацией. Поэтому отбор и классификация информации о конструктивном элементе
должны осуществлятьтся с учётом необхо-димости и достаточности.Информация о конструктив- ном элементе, по смыслу содержащихся в ней сведе-ний можно разделить
на метрическую (размерные ха-рактеристики), технологическую (материал, термо- обработка, точность, шероховатость), спецификаци- онную (наименования,
обозначения), графическую (изображение конструктивных элементов на черте-жах, экране и т.д.). К конструктивным элементам относятся стандартные детали с
постоянной геометрической формой.
3. Основные характеристики некоторых существующих CAD/CAM систем .
Одной из основных задач, вставшей с появлением ЭВМ и оборудования с ЧПУ является сокращение времени подготовки управляющей информации и
уменьшение вероятности ошибок.
Впервые задача автоматизированного программиро-вания для изготовления деталей на станках с ЧПУ была поставлена и решена Ассоциацией
авиакосми-ческой промышленности США в сотрудничестве с Мас-сачусетским технологическим институтом в 1959-1961 гг. Был разработан специальный проблемно
– ориентированный язык программирования АРТ (Auto-matic Programming Tools) и основанная на нём система программного
обеспечения. Эта система рассчитана на применение достаточно мощной для того времени ЭВМ (IBM 360/370) и охватывает
практически все возможные операции от 2-х до многокоординатной обработки. По опыту
использо-вания этой системы в производстве получено снижение трудоёмкости программирования практичес-ки в 10 раз. На базе этой системы, а также по
аналогии стали появляться во всех во всех странах бесконечное количество различного рода систем. Достаточно назвать некоторые из них: АРТ-1,АРТ-2,
АРТ-3, и т.д.; ЕХАРТ-1,2,3; ADAPT, AUTOPRESS, CLAM, COCOMAT и т.д. Многие из них используются до сих пор с
некоторыми доработками, с учётом развития вычислительной техники и адаптации этих систем к современным ЭВМ.Система АП, как правило, состоит из языка
описания геометрии детали, её технологии, предпроцессора, процессора и постпроцессора.
Но разработки всё новых и новых систем автомати-зированного проектирования не прекратились. Современные САПР можно условно разделить на
«лёгкие» и «тяжёлые».Их различают по объёму возможностей, а значит,и по требованиям к ЭВМ, на
котором предполагается их использование.Раличия могут выражаться в особенностях возможностей 2D (плоского) и 3D (объёмного) проектирования,
наличия возможности твёрдотельного моделирования, возможности вывода полученных данных на печать, станок с ЧПУ и т.п.
Рассмотрим некоторые из CAD систем.
Успех AutoCAD.
AutoCAD – безусловно, самая широко известная, занимающее одно из ведущих мест в среде CAD/CAM система.
Компания Autodesk, которой мы обязаны этой разработкой, была основана в апреле 1982 года группой из 15 программистов. А уже осенью того же
года на проходившей в Лас-Вегасе выставке Comdex компания объявила о создании новой программы, получившей название
AutoCAD . Новый продукт начал продаваться на рынке в начале 1983 года, и с того момента фактически стал одним
из стандар-тов в области автоматизированного проектирования.
Успех системы AutoCAD в России,по-видимому,можно объяснить отчасти тем, что она предоставила инструментарий САПР пользователям ПК. Прежде лю-бое
упоминание об автоматизированном проектирова-нии обычно связывалось с более мощными платформа-ми, к примеру VAX-станциями производства Digital.
Естественно, AutoCAD была относительно недорогой системой, хотя её функциональные возможности по
сравнению с "настоящими" большими САПР оказались существенно ниже. Однако эти
возможности постоян-но нарастали по мере увеличения мощности ПК, а одновременно шел процесс освоения технологии САПР
инженерами и конструкторами.
Распространению AutoCAD в России содействовала и маркетинговая политика компании. В то время как все известные САПР "разговаривали"
только по-английски, компания Autodesk рискнула выпустить русскую версию своего продукта. Причем несмотря на то (а может быть, как раз благодаря тому), что
среди отечественных пользователей ходило немало нелегальных копий продукта.
В России Autodesk начала работать с 1986 года. В августе следующего года ЦНИИ промзданий при Госстрое был признан первым официальным
центром подготовки специалистов по AutoCAD.
В октябре 1988 года появилась первая коммерческая версия AutoCAD 10 на русском языке. Среди маркетинговых шагов компании было решение о продаже
этого продукта по специальным ценам. Так, если оригинальный вариант системы на английском языке стоил 3000 фунтов стерлингов, то цена рус-скоязычной версии
составляла всего 1200 фунтов. Кроме того, в соответствии со специальной про-граммой российские вузы могли приобрести AutoCAD 10 гораздо дешевле - за
240 фунтов стерлингов.
Несмотря на то что к тому времени уже появились компьютеры на базе процессора Intel 80386 (поставки самого процессора начались в октябре 1985
года), для работы версии 10 AutoCAD было достаточно ПК, оснащенного процессором 80286 с частотой 6-10 МГц и сопроцессором 80287, опера-тивной памятью объемом
640 Кбайт и жестким диском
емкостью 40 Мбайт.
Для работы с AutoCAD версии 10 рекомендовалось использовать графический дисплей с диагональю 20
дюймов и разрешением 1024х768, поддерживающий 256 цветов.
Первое официальное представление локализованной 10-й версии программного продукта Autodesk состо-ялось в октябре 1988 года на AutoCAD Expo.
Помимо самой системы на выставке демонстрировались различные прикладные программы, расширяющие воз-можности AutoCAD, представленные фирмами из 22
стран.
Наличие большого числа прикладных программ для AutoCAD было обусловлено открытостью
системы для
пользователя. Сама программа была написана на языке AutoLISP, этот же язык использовался как средство
расширения возможностей AutoCAD и созда-ния дополнительных приложений.
3.1. bCAD.
Известно, что большинство систем проектирования на ПК запускаются как cad.exe. Аббревиатура CAD
определяет сферу приложений, первые же символы определяют торговую марку разработчика. Одним словом, если есть А то должно быть и B.
Действи-тельно, bCAD задумывался, разрабатывался и раз-вивается как доступная альтернатива для тех, кто не
может или не хочет позволить себе рабочее мес-то дизайнера, проектировщика или архитектора за
несколько тысяч (тем более десятков тысяч) долла-ров. Уместно употребить модный термин SOHO (small
office - home office) то есть, дизайнерская сту-дия для небольшого предприятия, службы продаж, рекламы
или просто домашнее рабочее место архи-тектора, художника или, в конце концов, студента.
bCAD разрабатывался как система для широкого спектра приложений, поэтому его функциональность достаточно универсальна. Разносторонность системы
достигается тем, что пакет объединяет в себе мощ-ные компоненты для исполнения различных этапов
проектных и дизайнерских работ: разработка техни-ческой документации в её классическом виде –
чер-тежей; построение объемных моделей различных из-делий и объектов по плоским эскизам; изготовление финальных чертежей по объемным моделям; подготов-ка
статистических данных о проекте или данных для расчетных систем; получение реалистических изоб-
ражений, изготовление анимированных презентаций.
Рассмотрим функциональные компоненты более подробно.
3.1.1.Плоское черчение
Любая система проектирования включает в себя ин-струменты, заменяющие кульман, вопрос лишь в том, для чего это используется. В конце
концов любой проект должен быть реализован в металле, дереве или пластике и не всегда (особенно в небольшом производстве) будет использоваться станок с ЧПУ,
так что старый добрый чертеж еще долго будет необходим и исполнить его нужно по всем правилам.
Так как во главу угла мы ставим экономическую эффективность, следует задуматься: нет смысла ав-томатизировать лишь построение прямых линий и
ок-ружностей. На этапе исполнения и особенно измене-ния чертежа важным является ускорение и облегче-ние выполнения сложных и трудоемких работ: надпи-си,
штриховки, простановка размеров, исполнение изображений стандартных и часто повторяющихся элементов. Именно этим инструментам уделялось особое внимание при
разработке чертежных средств bCAD. Естественно, обычные геометрические постро-ения не остались забытыми, каждый примитив может быть построен
несколькими способами, с использо-ванием привязок к уже существующим объектам, сет-ке, в произвольной системе координат, с использо-ванием ввода точных значений
с клавиатуры.
Существенным отличием этой системы от других яв-ляется возможность последующего изменения любых свойств чертежных элементов - цвета, типа и
тол-щины линий, подробности построения дуг и криволи-нейных контуров, редактирование надписей, измене-ние шрифта и размеров символов, переопределение типа, шага и
наклона штриховок. Все эти, прежде трудоёмкие, операции исполняются за считанные се-кунды. Вспомогательные данные, используемые для построения чертежа
(штриховые узоры, пунктиры, шрифты), будучи однажды использованы, сохраняют-ся, что позволяет с легкостью архивировать и пе-реносить проекты на другие
компьютеры, не забо-тясь о том, что необходимый для редактирования элемент будет утерян.
Немаловажно, что все чертёжные построения производятся в режиме WYSIWIG (what you see is what you get - "что видишь то и получаешь"),
то есть изображение на экране максимально соответ-ствует тому, что вы получите после вывода чертежа на плоттер или принтер. Это исключает досадные ошибки с назначением
толщины и типа линий или масштаба штриховки. Наконец, интерактивный режим компоновки листа для печати, облегчает финальную
стадию - получение твердой копии чертежа.
3.1.2.Объемное моделирование.
Трехмерная графика долгое время оставалась за-претным плодом для большинства дизайнеров,
рабо-тающих на ПК. Те 3D-системы, которые были доступ-ны, как правило, ориентированы на презентационные задачи, рекламу и достаточно простую
мультиплика-цию. Проектировщику же нужны возможности точных построений и прецизионное моделирование располо-жения элементов в пространстве.
Многие пакеты САПР для ПК имеют 3D лишь в виде отдельных приложений, что часто неудобно в ис-пользовании. bCAD органически сочетает в
себе возможности электронного кульмана и мастерской макетчика. Еще на этапе выполнения обычного плос-кого чертежа дизайнер строит (порой еще сам того не
подозревая) настоящие трехмерные конструкции, вернее их остов - образующие деталей вращения, например. В дальнейшем, используя различные ин-струменты
построения поверхностей, такой привыч-ный плоский чертеж в считанные минуты превращает-ся в пространственную модель детали или конструк-ции. При этом вам
остаются доступными все сред-ства объектной привязки, настройки системы коор-динат, ввод точных значений с клавиатуры, относи-тельные построения.
Элементарные или часто упот-ребляемые типы поверхностей - сферические, цилин-дрические, спирали, прямоугольные блоки - могут быть построены с
использованием специальных команд. Более сложные поверхности получаются с использованием различного рода протяжек контуров, оборачивания набора шаблонов
и поворотов. Кроме того, bCAD содержит ряд специфических инструмен-тов, типа построения фрактальных поверхностей (для генерации реалистичных ландшафтов) или
соз-дания объёмных текстов с использованием шрифтов TrueType. Простые объемные тела могут в свою оче-редь быть объединены в сложные поверхности или
использованы как инструменты для вырезания или пресечения. Все объемные элементы проекта сохра-няются в том же файле, что и исходные чертежные элементы.
Как и чертежные данные объемные тела могут быть записаны в виде библиотек стандартных элементов и использованы в дальнейшем в других проектах. Ставшая
сегодня уже традиционной систе-ма разделов или слоев (layers) позволяет легко разделить объемные и плоские данные на любом эта-пе работы - создании,
редактировании, визуализа-ции или получении твердых копий. Таким образом, файл проекта может содержать комплексную инфор-мацию о пространственной геометрии (в
виде объём-ных моделей) и проектно-технологическую докумен-тацию (в виде чертежных данных).
3.1.3.Генерация чертежей.
Итак, мы получили пространственную модель