Формирование эксплуатационной документации
Модели, разработанные проектным отделом, могут использоваться как контент при формировании эксплуатационной документации. Также в специализированных программных комплексах можно формировать группы объектов по иным признакам, отличным от структуры проекта, полученной в ходе проектирования. Таким образом, эксплуатационная документация может представляться как в бумажном, так и в электронном виде. На базе разработанных электронных моделей создается интерактивное электронное техническое руководство (ИЭТР), которое позволяет оперативно решать сложные вопросы, связанные с эксплуатацией и ремонтом изделия. Примерами здесь могут служить иллюстрация последовательности сборки/разборки и ремонта, наименования и коды деталей, геометрические и физические параметры и т.д.
В САПР существуют инструменты создания схем сборки/разборки. Результатом их работы является интерактивная анимация сборки изделия, которая показывает последовательность перемещений деталей и узлов. Хранится схема в файле соответствующего формата, со ссылкой на электронную модель сборки. Средствами того же инструмента можно также анимировать камеру, которая перемещается вслед за формированием узла, не позволяет пользователю дезориентироваться в пространстве и фокусирует его внимание на необходимых элементах.
Еще одним преимуществом электронной модели изделия является возможность ее визуализации. Обычно современной видеокарты достаточно для визуализации сборки или детали в реальном времени, когда происходит их поворот в пространстве в рабочем окне конструктора. При этом отображаются тени, текстуры материалов, возможно помещение изделия в одну из выбранных обстановок. Также существуют специальные инструменты фотореалистичной визуализации, которые оперируют источниками света, камерами. Происходит расчет трассировки света, камера имеет возможность моделировать глубину резкости и т.д.
|
|
|
Подготовка производства
На рис. 2.26 представлена комплексная схема общего цикла изготовления изделия в рамках современного промышленного производства.
Рис. 2.26. Процесс подготовки производства
Исходя из приведенной структуры, можно выделить две самостоятельные области:
· процессы, связанные с разработкой изделия;
· процессы, непосредственно определяющие изготовление самого изделия.
Разработка изделия, создание цифровой модели, комплекта чертежей и т.д. находятся в зоне ответственности конструкторского отдела. Данные, полученные в результате работы этого отдела, используются в качестве базовой входной информации для подготовки производства изделия.
|
|
|
Сам процесс подготовки производства изделия в подавляющем большинстве случаев реализуется в рамках технологического отдела предприятия (отдела главного технолога).
На начальном этапе проработки технологий изготовления изделия происходит деление технологии на составляющие элементы:
· концептуально определяются технологии изготовления изделия (прямое изготовление методом механической обработки, получение изделия методом отливки, штамповки, аддитивных технологий и т.д.). Также на этом этапе прорабатываются возможности применения так называемых гибридных технологий;
· в зависимости от выбранной технологии изготовления изделия принимаются решения о необходимости создания технологической оснастки (штамповая оснастка, пресс-формы, дополнительная оснастка для механической обработки и т.д.);
· определяется перечень оборудования, напрямую или опосредованно используемого в процессе изготовления изделия;
· в случае отсутствия на предприятии оборудования, необходимого для изготовления основного изделия или его составных элементов, определяется возможность реализации производства на контрактной основе.
На следующем этапе выполняется доскональная проработка технологии изготовления изделия (оснастки). Проводятся изыскания для выбора наиболее технологичного решения.
|
|
|
При необходимости создается и верифицируется цифровая модель технологической оснастки.
В зависимости от вида применяемой технологии и типа обрабатываемого материала формируется список необходимых инструментов и определяются оптимальные режимы обработки.
Вся ранее собранная информация в рамках проекта накапливается в PDM-системе и является исходной для создания CAM-проекта (рис. 2.27).
Рис. 2.27. Обмен информацией между КБ и ОГТ в PDM-системе в процессе подготовки производства
По сути, в рамках современного производства, оснащенного ЧПУ-оборудованием, CAM-система является основным инструментом технолога (технолога-программиста).
Задачи, решаемые современной CAM-системой
Современная CAM-система позволяет решать следующие задачи:
· подготовка УП для всего станочного парка ЧПУ-оборудования на предприятии;
· предоставление технологу максимально широкого перечня инструментов, позволяющих не только полностью раскрывать потенциал имеющегося оборудования, но и по возможности повышать производительность благодаря применению инновационных стратегий и методов обработки;
|
|
|
· обеспечение безопасности по отношению к используемому оборудованию;
· минимизация времени, затрачиваемого на создание управляющих программ (УП);
· обеспечение необходимого качества получаемого изделия.
Основные возможности современной CAM-системы
Основные возможности современной CAM-системы включают в себя:
· импорт цифровых моделей в любых доступных форматах без потери качества;
· генерацию гарантированно незарезающих управляющих программ;
· контроль столкновений агрегатов станка с деталью и наездов на концевые выключатели;
· средства, позволяющие выполнить проверку траекторий в рамках верификатора, интегрированного в оборудование ЧПУ;
· определение динамических характеристик станка для оптимизации вычисляемых траекторий (станочное «ДНК»);
· наличие стратегий адаптивной черновой обработки;
· возможность реализации черновых стратегий доработки как в 3-, так и в 5-осевом исполнении;
· возможность изменения ориентации инструмента для вычисленных траекторий в интерактивном режиме;
· генерацию управляющих программ по триангулярным и полигональным моделям;
· расчет машинного времени;
· наличие инструментов, позволяющих вручную редактировать вычисленные траектории с сохранением статуса безопасности;
· распознавание стандартных элементов форм в цифровой модели для автоматизации создания УП по изделиям с типовой геометрией (отверстия, пазы, бобышки, фаски и т.д.);
· возможность реализации аддитивных технологий обработки в рамках инновационного оборудования;
· поддержка интеграции CAM-системы с библиотеками производителей инструментов;
· наличие встроенного языка макропрограммирования, обеспечивающего реализацию функционала, выходящего за пределы базового инструментария;
· возможность снижения требований к квалификации технолога-программиста при подготовке многоосевых управляющих программ;
· возможность программирования роботизированных манипуляторов с количеством степеней свободы более пяти для механической обработки/контроля качества/нанесения покрытий;
· возможность взаимодействия с участниками процесса подготовки производства как через PDM-систему, так и с использованием облачных технологий.
Взаимосвязь между CAD/CAM-системами и оборудованием
Взаимосвязь между CAD/CAM-системами и оборудованием показана на рис. 2.28.
Рис. 2.28. Взаимосвязь между CAD/CAM-системами и оборудованием
Транслятор импорта цифровых моделей
Основные задачи транслятора импорта цифровых моделей:
· обеспечивает передачу цифровой модели в CAM-среду;
· обязан поддерживать импорт всех доступных 3D-форматов.
Производственные данные (Product Manufacturing Information)
Основные характеристики производственных данных (PMI):
· носителями PMI-данных могут быть как 3D-модель, так и чертеж;
· PMI-данные из 3D-моделей подлежат автоматизации;
· PMI-данные могут передаваться в САМ-систему в рамках ЕИП;
· на основании переданных PMI-данных принимаются решения о технологии обработки;
· реализация работы с PMI зависит от требований конкретного предприятия.
Постпроцессор
Является транслятором из языка САМ-системы в язык конкретного станка с ЧПУ. Основные характеристики постпроцессора:
· пишется под конкретный станок с учетом его кинематической схемы, системы ЧПУ, а также индивидуальных кодов и циклов;
· не изменяет траекторию, созданную САМ-системой;
· поддерживает выбранные заказчиком циклы;
· является открытой системой, позволяющей вносить изменения;
· является открытой системой, позволяющей пользователю самостоятельно создавать новые постпроцессоры.
Аддитивное производство
Аддитивное производство (ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015; АП (аддитивный технологический процесс); additive manufacturing) – процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки).
В целом технологический процесс аддитивного производства описывается схемой на рис. 2.29.
Рис. 2.29. Общий обзор традиционного потока данных от идеи продукта до фактической части (Источник: ЗАО «Группа компаний «Глобалтэк»)
Преимущества аддитивных технологий
· Улучшенные свойства готовой продукции . Благодаря послойному построению изделия обладают уникальным набором свойств. Например, детали, созданные на металлическом 3D-принтере, по своему механическому поведению, плотности, остаточному напряжению и другим свойствам в отдельных случаях превосходят аналоги, полученные с помощью литья или механической обработки;
· Большая экономия сырья . Аддитивные технологии используют практически то количество материала, которое нужно для производства вашего изделия. Тогда как при традиционных способах изготовления потери сырья могут составлять до 80-85%;
· Возможность изготовления изделий со сложной геометрией . Оборудование для аддитивных технологий позволяет производить предметы, которые невозможно получить другим способом. Например, деталь внутри детали. Или очень сложные системы охлаждения на основе сетчатых конструкций (ни литьем, ни штамповкой их не изготовить);
· Мобильность производства и ускорение обмена данными . Больше никаких чертежей, замеров и громоздких образцов. В основе аддитивных технологий лежит компьютерная модель будущего изделия, которую можно в считанные минуты передать на другой конец мира – и сразу начать производство.
Схематично различия традиционного и аддитивного производства показаны на рис. 2.30.
Рис. 2.30. Различия в традиционном и аддитивном производстве
(Источник: ЗАО «Группа компаний «Глобалтэк»)
Подготовка аддитивного производства
Ниже приведены пояснения к основным этапам подготовки аддитивного производства.
Генеративный дизайн
Генеративный дизайн (или порождающее проектирование) – технология, позволяющая заранее устанавливать требования к изделию, такие как материал, размер, вес, прочность, методы производства. Затем, используя алгоритмы на основе искусственного интеллекта и облачные вычисления, эта технология выдает множество вариантов конструкций, которые отвечают заданным критериям.
Исходя из этого, инженеры выбирают варианты, наиболее соответствующие указанным требованиям. Генеративный дизайн не только предлагает то, что первоначально может показаться «немыслимыми» вариантами, но и вооружает конструкторов данными, необходимыми для принятия обоснованных решений, отвечающих их задачам.
Внешне объекты, произведенные подобным образом, отличаются от обычных техногенных изделий. Они имеют выраженные черты, присущие, например, растениям, имитируют строение конечностей или костей. Именно поэтому такой способ проектирования часто называют бионическим дизайном (рис. 2.31).
Рис. 2.31. Изделия, произведенные с помощью технологии генеративного дизайна (Источник: ЗАО «Группа компаний «Глобалтэк»)
Главная задача генеративного дизайна – снижение веса объекта при сохранении заданного минимального коэффициента запаса прочности. Именно поэтому такие решения чаще используют в сферах, где важно сэкономить каждый грамм: космические аппараты, авиастроение, инновационное машиностроение (рис. 2.32).
Рис. 2.32. Экономия материала
(Источник: ЗАО «Группа компаний «Глобалтэк»)
Смежная задача – экономия дорогих материалов (сложные сплавы, редкие металлы). Бионический подход в проектировании позволяет некоторым компаниям тратить на 30-50% меньше материала, что положительно влияет на цену и прибыль.
С помощью технологии послойного синтеза можно изготовить элементы с любыми толщинами, искривлениями, полостями, сетчатой и ячеистой структурами. К тому же послойное построение придает бионическим объектам еще большую прочность и устойчивость к нагрузкам.
Генеративный дизайн и традиционная механообработка
В последнее время производители ПО для генеративного дизайна обратили внимание на традиционные производства, не оснащенные средствами аддитивных технологий. В частности, это такие методы механообработки и производства, как 2/2.5/3/5-осевая обработка, а также литье по выплавляемым моделям.
В результате ПО для генеративного дизайна позволяет не только создать конструкцию при помощи этой технологии, но и выбрать вариант изготовления конструкции, оптимизировав ее под выбранный метод производства (рис. 2.33).
Помимо самой возможности изготовления той или иной формы детали, важным является вопрос стоимости изготовления. К примеру, отливка показанной ниже конструкции обойдется в 970 руб. при условии, что технологическая оснастка полностью амортизирована. 3-осевая обработка потребует 6500 руб., в то время как 2.5-осевая – 1600 руб. [33].
Рис. 2.33. Сравнение конструкции детали, выполненной при помощи разных методов конструирования
Кроме того, такой подход позволяет автоматизировать процесс выбора подходящего метода производства детали, исходя из ее конструктивных особенностей, что ранее являлось предметом экспертизы опытных конструкторов и/или технологов. Учитываются, например, такие особенности, как слишком тонкая стенка, отрицательный угол конуса и др. [31].
3D САПР-моделирование (объемное моделирование)
3D САПР-моделирование – процесс, наиболее часто используемый при проектировании для составления цифровой 3D-модели. Отправной точкой может быть образ изделия, который принимает форму и становится все более определенным непосредственно на экране компьютера, или ранее созданный образ объекта в виде эскизов, рисунков и т.д., которые служат основанием для построения трехмерной модели.
Обычно в машиностроении используют один из двух методов описания объема изделия или их комбинацию. Объект состоит либо из элементарных объемов (форм) – например, прямоугольного параллелепипеда, призмы, цилиндра, конуса, сферы и тороида, – которые генерируют реальный объект с помощью последовательности логических операций, либо из объема, описывающего окрестности граничных поверхностей и расположение материалов относительно этих поверхностей.
3D-оцифровка (обратный инжиниринг)
3D-оцифровка – это процесс, при котором геометрия поверхности физического объекта определяется с использованием соответствующего оборудования, программного обеспечения и записанного в цифровую модель облака точек. Использование 3D-оцифровки особенно эффективно, если модель имеет эмпирически разработанную свободную поверхность, так как она трудновоспроизводима с помощью прямого моделирования в 3D САПР.
Реконструкция поверхности
Реконструкция поверхности является средством обработки данных, полученных с помощью 3D-оцифровки. Начиная с массивов точек, создаются математически описанные кривые и поверхности. Генерируется поверхность объекта с достаточной топологической информацией. Эти данные могут затем храниться отдельно или интегрироваться в существующую объемную модель САПР. Реконструкция создает мост между 3D-оцифровкой и моделированием САПР.
Полигонизация/триангуляция
Применяется для создания объемной модели на основе фасеточных данных либо из массива точек после 3D-оцифровки или с использованием объемной модели после 3D-моделирования САПР. Поверхность объекта представляет собой множество крошечных плоских граней или полигонов, которые располагаются между точками. Число и размер граней определяют, насколько точно воспроизводится геометрия поверхности. Этот процесс создает набор данных в формате STL.
Процесс нарезки
Процесс нарезки является важным этапом предварительной подготовки во всех аддитивных производственных процессах. Он включает в себя нарезку фасетов (объем) модели на несколько последовательных слоев и записи информации, содержащейся в каждом слое. Если нарезанные данные контура больше не соединяются друг с другом в оси Z, последующее масштабирование невозможно. При использовании некоторых технологий этот процесс выполняется автоматически с помощью программного обеспечения, как только будут установлены необходимые параметры (например, толщина слоя). Другие системы требуют отдельного программного обеспечения для подготовки и хранения этих данных слоя.
Важность качества данных
Безупречное воспроизведение геометрии в наборе данных STL является необходимым условием качественного и бесперебойного процесса изготовления деталей с помощью существующих технологий производства. Особое внимание должно быть уделено следующему:
· все поверхности модели должны быть идеально состыкованы (идеально герметичная водонепроницаемая модель);
· все поверхности должны быть ориентированы таким образом, чтобы существовала возможность четко определить объемы;
· перед выполнением полигонизации/триангуляции модели все поверхности в идеале должны быть преобразованы в твердые формы.
Примеры изделий аддитивного производства
Примеры изделий аддитивного производства приведены на рис. 2.34.
Рис. 2.34. Примеры изделий аддитивного производства
(Источник: ЗАО «Группа компаний «Глобалтэк»)
Гибридные методы производства в аддитивном производстве
При всех многочисленных преимуществах аддитивного производства у него есть и недостатки. Прежде всего это малая точность и высокая шероховатость поверхностей.
Выходом из этой ситуации является применение гибридного подхода, когда на одном и том же станке выполня ю тся и послойный синтез ( 3 D -печать) , и механическая обработка резанием. Объект создается по аддитивной технологии, после чего резанием изготавливаются мелкие элементы. Подобный подход также решает проблему допусков и точности, позволяя выполнять финишную обработку и последующие контрольные измерения готовой детали.
Функции как добавления, так и удаления материала с малым шагом обеспечивают возможность внесения изменений в конструкцию «на лету», без ее пересоздания с нуля. За счет этого этапы расчетов и испытаний проводятся гораздо быстрее и с гораздо более высокой точностью. Такой подход также упрощает задачи технического обслуживания и ремонта.
Технологии аддитивного производства совершили значительный рывок благодаря быстрому совершенствованию электронной вычислительной техники и программного обеспечения. Современный рынок аддитивного производства составляет порядка 7 млрд долларов [36], включая производство специального оборудования и оказание услуг в соотношении ориентировочно 1/1. Доля России среди стран, активно развивающих и применяющих технологии аддитивного производства, составляет примерно 1,2% (США – 39,1%, Япония – 12,2%, Германия – 8,0%, Китай – 7,7%), и показывает устойчивый рост.
Технология селективного лазерного плавления (СЛП, англ. SLM) является технологией послойного аддитивного производства с использованием лазера. На сегодня метод СЛП является наиболее быстро развивающейся технологией среди методов аддитивного производства. При этом остро стоит проблема производительности технологии, ограничивающая ее дальнейшее распространение для нужд современной индустрии. Высокая востребованность технологии обусловлена достижимым качеством изготовления конечного изделия: требуемыми шероховатостью, точностью исполнительных размеров ответственных элементов изделия, минимальной толщиной изготовления конструкторско-технологических элементов формы изделия, которые могут быть гарантированы малым радиусом лазерного пятна (до 20 мкм).
Множество материалов по реализации процессов аддитивного производства на отечественных предприятиях вы сможете найти в электронном журнале «Аддитивные технологии». В этом журнале также приводятся практические и теоретические исследования в области аддитивных и гибридных технологий. Если у себя на предприятии вы собираетесь внедрять аддитивные производственные ячейки, вам будет полезен материал статьи «Девять шагов к созданию аддитивного центра на предприятии» [18].
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 293; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!