Применение компьютерных технологий при разработке чертежа, конструировании и изготовлении детали Вилка ГОСТ 12470-67

Чертеж.cdw

Курсовая.docx

Министерство образования и науки РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Воронежский государственный технический университет»
Факультет автоматизации и роботизации машиностроения.
Кафедра «Технология машиностроения»
По дисциплине: «Компьютерные технологии в машиностроении»
Тема: Применение компьютерных технологий при разработке чертежа конструировании и изготовлении Прихвата откидного
Создание 3D модели детали4
Построение ассоциативного вида чертежа детали. (2D чертежа)10
История развития информационных технологий в машиностроении13
Цель данной работы заключается в том чтобы ознакомиться с областью применения на практике с некоторыми видами программных средств автоматизации машиностроения изучить методы построения 3D моделей и чертежей 2D в компас используя программные средства провести оптимизацию режимов резания по критерию погрешности силового отжима и по критерию погрешности износа инструмента. Оценить эффективность и удобство использования компьютерных технологий в машиностроении чтобы в дальнейшем пользоваться ими и совершенствовать полученные навыки. Так как в наши дни наблюдается быстрое развитие и применение компьютерных технологий в таких отраслях как авиастроение автомобилестроение тяжелое машиностроение архитектура строительство нефтегазовая промышленность картография геоинформационные системы а также в производстве товаров народного потребления например бытовой электротехнике. В машиностроении компьютерные технологии используются для проведения конструкторских технологических работ в том числе работ по технологической подготовке производства. С помощью компьютерных технологий выполняется разработка чертежей производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки проектируется вспомогательная оснастка например штампы и пресс-формы составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) ведется архив.
Создание 3D модели детали
В среде КОМПАС 3D выполним твердотельную модель Прихвата откидного.
Создаем новый документ. Выбираем «Деталь» (смотри рисунок 1).
Рисунок 1 – Выбор детали
Для выполнения 3D модели детали Прихват передвижной 7011-0530 ГОСТ4736-69 необходимо в Дереве построения переименовать модель (Деталь на Прихват передвижной). (Смотри рисунок 2)
Рисунок 2 – Переименование детали и выбор плоскости
После выбора плоскости необходимо построить эскиз детали. Его можно построить сразу нажав на кнопку Построение эскиза или скопировать контур детали из чертежа детали если он есть в наличии. После построения эскиза необходимо выйти из режима Построение эскиза. (смотри рисунок 3)
Рисунок 3 – Создание эскиза
Выйдя из режима Построения эскиза на панели инструментов выбираем команду Выдавливание на расстояние 25 мм. (смотри рисунок 4)
Рисунок 4 - Выдавливание твердотельной модели
Для построения Фаска 12× 300 необходимо выделить грань и с помощью команды Фаска выполнить операцию (смотри рисунок 5)
Рисунок 5 – Выполнение фаски
Щелчком мыши выбираем плоскость на которой будет построен эскиз отверстия (рисунок 6) и переходим в режим Построения эскиза.
Рисунок 6 – Выбор плоскости построения эскиза
При помощи вспомогательных параллельных линий находим центр отверстия и строим эскиз этого отверстия (смотри рисунок 7).
Рисунок 7 – Построения эскиза отверстия
Выйдя из режима Построения эскиза командой Вырезать выдавливанием вырезаем отверстие «Через все». (смотри рисунок 8)
Рисунок 8 - Вырезание отверстия
Выделяем нижнюю плоскость детали и строим эскиз паза. Вырезаем паз на глубину 5мм. (смотри рисунки 9 10)
Рисунок 9 – Эскиз паза
Рисунок 10 – Вырезание паза
На рисунке 11 показано построение скругления на кромке детали.
Рисунок 11 – Полученное скругление
Для более наглядного изображения данной детали выбираем ориентацию Диметрия (смотри рисунок 12).
Рисунок 12 – Готовая 3D модель детали Прихват передвижной
Построение ассоциативного вида чертежа детали. (2D чертежа)
Главная панель - Файл – создать - чертеж
Рисунок 13 – Выбор детали
Выбираем виды необходимые для нашего чертежа (смотри рисунок 14)
Главная панель – вставка – вид с модели – стандартный – разместить
фантом видов на поле формата – щелкнуть.
Рисунок 14 – Выбор видов
По умолчанию в качестве исходного формата (шаблона) выбран формат А4
Первый лист в соответствии с ГОСТ- 2.104-68. (рисунок 15)
Рисунок 15 – Созданные виды
Построение разрезов представлено на рисунке 16. Используется панель Геометрия команды Отрезок Вспомогательная вертикальная прямая штриховка Привязка Середина Прямоугольник.
Рисунок 15 – Построение разрезов
На рисунке 17 представлена готовая деталь после простановки размеров и обозначения шероховатости.
Рисунок 17 – Чертеж детали
История развития информационных технологий в машиностроении
Современный рынок машиностроения предъявляет все более жесткие требования к срокам и стоимости проектных работ. Проведение конструкторских работ нацеленных на создание качественной конкурентоспособной продукции связано с подготовкой точных математических моделей узлов и агрегатов а также с выполнением огромного объема математических расчетов необходимых для инженерного анализа конструкций. Основной путь повышения конкурентоспособности предприятия связан с резким сокращением сроков создания моделей и ускорением расчетов математических параметров на всех этапах разработки продукции. Таким образом применение высокопроизводительных систем автоматизированного проектирования технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAECADCAM-систем) стало ключевым элементом бизнеса предприятия работающего на современном рынке машиностроения.
Применение линейки циркуля и транспортира на чертежной доске привело к технической революции начала XIX века. Для повышения точности все построения выдерживали в максимально возможном масштабе при этом погрешность построений составляла не менее 01 мм а при задании угловых значений - не менее 1 мм на одном метре. Таковы пределы точности при геометрическом моделировании на кульмане. Появление ЭВМ стало благоприятной предпосылкой для развития машинной графики которая включила в себя дисциплины геометрического моделирования и вычислительной геометрии. Основная их задача состоит в решении геометрических задач в аналитической и вычислительной (алгоритмической) форме.
Система автоматизированного проектирования (САПР в англоязычном написании CAD System - Computer Aided Design System) - это система реализующая проектирование при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ [22].
В настоящий момент существует несколько классификационных подгрупп из них три основных: машиностроительные САПР (MCAD - Mechanical Computer Aided Design) архитектурно-строительные САПР(CADAEC - Architectural Engineering and Construction) САПР печатных плат (ECAD - Electronic CADEDA - Electronic Design Automation). Наиболее развитым среди них является рынок MCAD по сравнению с которым секторы ECAD и CADAEC довольно статичны и развиваются слабо. Рассмотрим процесс развития автоматизированного проектирования в машиностроении.
История САПР в машиностроении разделяется на несколько этапов. Первый этап формирования теоретических основ САПР начался в 50-х годах прошедшего столетия.
В основу идеологии положены разнообразные математические модели такие как теория B-сплайнов разработанная И. Шоенбергом (I.J. Schoenberg) в 1946 г. Моделированию кривых и поверхностей любой формы были посвящены работы П. Безье (P.E. Bezier) выполненные в 60-х годах. В этот период сформировалась структура и классификация САПР. Объекты проектирования стали рассматриваться с точки зрения различных областей науки базовые подсистемы САПР разделились на геометрические прочностные аэродинамические тепловые технологические и т. п впоследствии их стали классифицировать как CAD CAE CAM PDM PLM.
САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования (собственно CAD - Computer Aided Design) решают задачи в которых основной процедурой проектирования является создание геометрической модели поскольку любые предметы описываются в первую очередь геометрическими параметрами.
САПР системы технологической подготовки производства (CAM - Сomputer Aided Manufacturing) осуществляют проектирование технологических процессов синтеза программ для оборудования с ЧПУ моделирование механической обработки и т.п. в соответствии с созданной геометрической моделью. САПР системы инженерного анализа (CAE - Computer Aided Engineering) позволяют анализировать моделировать или оптимизировать механические температурные магнитные и иные физические характеристики разрабатываемых моделей проводить симуляцию различных условий и нагрузок на детали. Как правило эти пакеты работают используя метод конечных элементов когда общая модель изделия делится на множество геометрических примитивов например тетраэдров. Основными модулями программ анализа являются препроцессор решатель и постпроцессор.
Исходные данные для препроцессора - геометрическая модель объекта - чаще всего получают из подсистемы конструирования (CAD). Основная функция препроцессора - представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде т.е. в виде множества конечных элементов.Решатель - программа которая преобразует модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и рассчитывает эту систему одним из методов разреженных матриц. Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР это форма - графическая. Конструктор может анализировать поля напряжений температур потенциалов и т.п. в виде цветных изображений где цвет отдельных участков характеризует значения анализируемых параметров.Наконец системы управления инженерными данными (PDM - Product Data Management) обеспечивают хранение и управление проектно-конструкторской документацией разрабатываемых изделий ведение изменений в документации сохранение истории этих изменений и т. п.На первом этапе развития возможности систем в значительной мере определялись характеристиками имевшихся в то время недостаточно развитых аппаратных средств ЭВМ. Для работы с системами САПР использовались графические терминалы подключаемые к мэйнфреймам. Процесс конструирования механических изделий заключается в определении геометрии будущего изделия поэтому истории CAD-систем практически началась с создания первой графической станции. Такая станция Sketchpad появившаяся в 1963 г использовала дисплей и световое перо. Ее создатель И. Сазерленд в дальнейшем работал в агентстве ARPA и возглавлял департамент анализа и обработки информации а позже стал профессором Гарвардского университета.
Развитие компьютерной графики сдерживалось не только аппаратными возможностями вычислительных машин но и характеристиками программного обеспечения которое должно было стать универсальным по отношению к использовавшимся аппаратным средствам представления графической информации. С 70-х годов прошлого века разрабатывался стандарт графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включал в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования.
В 1977 г. ACM представила документ Core который описывал требования к аппаратно-независимым программным средствам. В 1982 г. появилась система Graphical Kernel System (GKS) принятая в качестве стандарта в 1985 г а уже в 1987 г. был разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D-графику.
Параллельно с развитием CAD-систем бурное развитие получили CAM-системы автоматизации технологической подготовки производства. В 1961 г. был создан язык программирования APT (Automatic Programming Tools) впоследствии этот язык стал основой многих других языков программирования применительно к оборудованию с числовым программным управлением. Параллельно с работами проводившимися в США в СССР Г.К. Горанский создал первые программы для расчетов режимов резания.
Разработанный к 1950 г. метод конечных элементов послужил толчком к развитию систем инженерного анализа CAE. В 1963 г. был предложен способ применения метода конечных элементов для анализа прочности конструкции путем минимизации потенциальной энергии.
В 1965 г. NASA для поддержки проектов связанных с космическими исследованиями поставила задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и введен в эксплуатацию. Стоимость разработки длившейся 5 лет составила 4 млн. Среди компаний участвовавших в разработке была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation) которая с 1973 г. начала самостоятельно развивать пакет MSC.NASTRAN впоследствии ставший мировым лидером в своем классе продуктов. С 1999 г. компания MSC называется MSC.Software Corporation. В 1976 г. был разработан программный комплекс анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур DYNA-3D (позднее названный LS-DYNA).
Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) разработанный и совершенствуемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 г. Основное назначение комплекса Adams - кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.Широкое внедрение систем САПР в то время сдерживалось высокой стоимостью программных продуктов и "железа". Так в начале 80-х годов прошлого века стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до 100000 и требовала использования дорогостоящей аппаратной платформы.Следующий этап развития ознаменовался началом использования графических рабочих станций под управлением ОС Unix. В середине 80-х годов компании Sun Microsystems и Intergraph предложили рабочие и графические станции с архитектурой SPARC. Фирма DEC разработала автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX появились персональные компьютеры на основе процессоров i8086 и i80286. Эти разработки позволили снизить стоимость CAD-лицензии до 20000 и создали условия более широкого применения для CADCAMCAE-систем.В этот период математический аппарат плоского геометрического моделирования был хорошо "доведен" способствуя развитию плоских CAD-систем и обеспечивая точность геометрии до 0001 мм в метровых диапазонах при использовании 16-битной математики. Появление 32-разрядных процессоров полностью обеспечило потребности плоских CAD-систем для решения задач любого масштаба.Развитие CAD-систем следовало двум подходам к плоскому моделированию которые получили название твердотельный и чертежный. Чертежный подход оперирует такими основными инструментами как отрезки дуги полилинии и кривые. Операциями моделирования на их основе являются продление обрезка и соединение. В твердотельном подходе основными инструментами являются замкнутые контуры а остальные элементы играют вспомогательную роль.
Главными операциями моделирования являются булевы объединение дополнение пересечение.В 80-е годы прошлого века характеристики использовавшегося для САПР вычислительного оборудования значительно различались. Аппаратной платформой CADCAM-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Uni при этом определяется геометрия поверхности не по проекциям отдельных сечений а интегрально - для всей спроектированной поверхности. Используя модель можно получить информацию о координатах любой точки на поверхности а также сформировать плоские изображения: виды сечения и разрезы. Геометрическая модель позволяет легко получить такие локальные характеристики как нормали кривизны и интегральные характеристики - массу объем площадь поверхности момент инерции.
Системы объемного моделирования также базируются на двух подходах к построению поверхностей модели: поверхностном и твердотельном. При использовании поверхностного моделирования конструктор определяет изделие семейством поверхностей. При твердотельном способе конструктор представляет изделие семейством геометрических примитивов таких как куб шар цилиндр пирамида тор. В отличие от чертежа модель является однозначным представлением геометрии и количественного состава объекта. Если в сборочном чертеже болт представляется несколькими видами то в объемной сборке - одним объектом моделью болта.Поверхностное моделирование получило большее распространение в инструментальном производстве а твердотельное – в машиностроении. Современные системы как правило содержат и тот и другой инструментарий и позволяют работать как с телами так и с отдельными поверхностями используя булевы и поверхностные процедуры.Принято делить CADCAM-системы по их функциональным характеристикам на три уровня (верхний средний и нижний). В 80-е годы прошлого века такое деление основывалось на значительном различии характеристик использовавшегося для САПР вычислительного оборудования. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах. К 1982 г. твердотельное моделирование начали применять в своих продуктах компании IBM Computervision Prime но методы получения моделей тел сложной формы не были развиты отсутствовал аппарат поверхностного моделирования. В 1983 г. была разработана техника создания 3D-моделей с показом или удалением скрытых линий.
В 1986 г. компания Autodesk выпустила свой первый CAD-продукт Autocad - однопользовательскую версию на языке "C" с поддержкой формата IGES. В области автоматизации проектирования унификация основных операций геометрического моделирования привела к созданию универсальных геометрических ядер предназначенных для применения в разных САПР. Распространение получили два геометрических ядра: Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания-разработчик Spatial Technology). Ядро Parasolid было разработано в 1988 г. и в следующем году стало ядром твердотельного моделирования для CADCAM Unigraphics а с 1996 г. - промышленным стандартом.Необходимость обмена данными между различными системами на различных этапах разработки продукции способствовала стандартизации описаний геометрических моделей. Вначале появился стандарт IGES (Initial Graphics Exchange Specification).
Фирма Autodesk в своих продуктах стала использовать формат DXF (Autocad Data eXchange Format). Затем были разработаны язык Express и прикладные протоколы AP203 и AP214 в группе стандартов ISO 10303 STEP (Standard for Exchange Product Model Data). В 1986 г. появился ряд новых стандартов. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS P (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) - стандарт ANSI принятый в качестве стандарта ISO в 1989 г. В 1993 г. компанией Silicon Graphics предложен стандарт OpenGL (SGI Graphical Language) широко используемый в настоящее время.
В упомянутых системах используются графические форматы для обмена данными представляющие собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Графический формат (метафайл) обеспечивает возможность запоминания графической информации передачи ее между различными системами и интерпретации для вывода на различные устройства. Такими форматами явились CGM - Computer Graphics Metafile PostScript - Adobe Systems Language GEM - GEM Draw File Format и др.
Работы по стандартизации были направлены на расширение функциональности графических языков и систем включение в их состав средств описания не только данных чертежей и 3D-моделей но и других свойств и характеристик изделий.
Четвертый этап (начиная с конца 90-х годов) характеризуется интеграцией CADCAMCAE-систем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки изделий.
На этом этапе многие предприятия уже прошли первый этап автоматизации. В основу процессов проектирования и производства была положена геометрическая модель изделия которая применялась на всех этапах подготовки производства. При такой форме организации производства начинают эффективно функционировать сквозные процессы опирающиеся на геометрию модели. В первую очередь это подготовка производства с помощью CAM-систем. Сложность геометрии современных изделий неуклонно возрастает и изготовление их без геометрической модели практически невозможно. Максимальная эффективность от внедрения САПР достигается тогда когда система включает в себя не только конструкторское но и технологическое проектирование.
Сложность управления проектными данными необходимость поддержания их полноты достоверности и целостности необходимость управления параллельной разработкой привели в 80-е годы к созданию системам управления проектными данными PDM (Product Data Management). В начале 80-х годов компания CDC разработала первую PDM-систему под названием EDL. В 90-х годах активно разрабатывались продукты PDM для САПР в машиностроении. Одной из первых развитых PDM-систем являлась система Optegra компании Computervision. В этот же период компания Unigraphics Solutions (UGS) совместно с Kodak разработала PDM-систему iMAN. В 1998 г. компания PTC вышла на рынок PDM-систем купив компанию Computervision и ее Internet-ориентированную PDM-технологию Windchill. В последние годы происходило быстрое развитие PDM-систем: появились ENOVIA и Smarteam от Dassault Systemes Teamcenter от UGS и другие. Среди российских систем PDM наиболее известными являются Лоцман: PLM компании Аскон PDM STEP Suite разработанная под НПО "Прикладная логистика" Party Plus компании Лоция-Софт и т.д. Итак термин САПР (система автоматизации проектирования) подразумевает комплексный подход к разработке изделия и включает совокупность систем CADCAMCAE. Развитие систем геометрического моделирования анализа и расчета характеристик изделия сопровождается интеграцией в рамках предприятия. Мировой рынок обособленных CADCAM решений уже насыщен системы близки по функциональности и темпы роста этого сегмента рынка минимальны. По этой причине происходит усиление интеграции систем CADCAMCAE с системами PDM которые позволяют хранить и управлять проектно-конструкторской документацией на разрабатываемые изделия вносить в документацию изменения поддерживать хранение истории этих изменений. Распространение функций PDM-систем на все этапы жизненного цикла продукции превращает их в системы PLM (Product Lifecycle Management). Развитие систем PLM обеспечивает максимальную интеграцию процессов проектирования производства модернизации и сопровождения продукции предприятия и по сути имеет много общего с концепцией интегрированной поддержки жизненного цикла изделия.
Компьютерное моделирование является необходимым инструментом создания современных технических объектов. Все более широкий круг предметов и явлений становятся объектами компьютерной симуляции. Она внедрилась практически во все сферы инженерной деятельности. Значительная доля предприятий использует технологию пространственного моделирования для некоторых она является основным инструментом разработки конструкторской документации и - нередко - технологических процессов. Естественным является переход на следующий уровень - компьютерный анализ и проектирование.
В условиях динамично развивающегося рынка САПР знание основ трехмерного моделирования параметризации создания чертежей в САD-системе является необходимым для инженера-конструктора. В любой проектно-конструкторской организации на любом предприятии и в высшем учебном заведении в последние несколько лет большое внимание уделяется подготовке расчетов чертежей и документации именно с использованием персональных компьютеров. Технический специалист кроме знаний в своей области должен отменно владеть навыками автоматизированного проектирования легко точно а главное быстро решать поставленные задачи в графическом редакторе или в расчетной системе без этого его предприятие (а значит и он сам) обречено оказаться раздавленным жесткой рыночной конкуренцией.
Очень важным моментом влияющим на качество работы инженера-проектировщика является выбор среды моделирования. Среди множества инженерных систем для трехмерного моделирования доступных сегодня на самом деле не много таких которые при удобстве интерфейса легкости и простоте в освоении обладали бы широким функционалом и при этом имели доступную цену. Одной из таких систем является КОМПАС-3D.
В данной курсовой работе была изложена история САПР для машиностроения и разработаны 2D чертеж и 3D модель детали «Прихват откидной» в системе КОМПАС-3D.
Курсовое проектирование. Организация порядок проведения. Оформление расчетно-пояснительной записки и графической части. Стандарт предприятия. СТП ВГТУ 001 – 98. Воронеж: ВГТУ 1998. – 49 с.(рег.ном.186-98).
Романов Ю.Р. Трифонов А.Г. Копылов Д.Ю. Проектирование технологии изготовления детали на персональном компьютере. Учебное пособие. ВГТУ.