Системы автоматизации проектирования в машиностроении

Қазақстан Республикасының Министерство

Білім және ғылым образования и науки

министрлігі Республики Казахстан

Д. Серікбаев атындағы ВКГТУ

ШҚМТУ им. Д. Серикбаева

УТВЕРЖДАЮ

декан ФМТ

_____________ М. Дудкин

___________________2013 г.

Машина жасауда жобалауды автоматтандыру жүйесі

Дәрісдер тезисі

6М071200 - «Машина жасау» мамандығында магистранттарды

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В МАШИНОСТРОЕНИИ

Тезисы лекций

Для магистрантов специальности 6М071200 - «Машиностроение»

Өскемен

Усть-Каменогорск

2013

Тезисы лекций разработаны на кафедре «Машиностроение и технология конструкционных материалов» на основании Государственного общеобязательного стандарта образования Республики Казахстан для магистрантов специальности 6М071200 - «Машиностроение»

Обсуждено на заседании кафедры «Машиностроение и технология конструкционных материалов»

Обсуждено на заседании кафедры «Машиностроение и технология конструкционных материалов»

Зав. кафедрой К. Комбаев

Протокол №____ от ____________________г.

Разработал

доцент Н. Сизиков

Тютюнькова

ВВЕДЕНИЕ

Основные функции систем автоматизированного проектирования – выполнение автоматического проектирования объектов на всех или отдельных этапах. Объект проектирования – это продукция производственно-технического назначения, в результате которой проекты приобретают материально-вещественную форму. Проект – совокупность документов, соответствующих законному требованию. В процессе проектирования получается проектное решение. Проектное решение – это результат, который может носить форму окончательного или промежуточного описания объекта проекта. Предоставление этого решения в определённом виде – это составление проектной документации.

1 Системы автоматизированного проектирования

Выполнение требований к повышению технического уровня принимаемых решений, и эффективности и качества проектов можно осуществить только при условии совершенствования проектного процесса. Под САПР понимается инструментарий проектировщика, включающий технические средства, математическое, программное, лингвистическое, информационное, методическое и организационное обеспечение и предназначенный для автоматизации проектирования на всех этапах – от выдачи технического задания до получения рабочей документации. В основу САПР на организационном уровне закладывается процесс автоматизированного проектирования, который можно представить в виде непрерывного интеграционного процесса выполнения проектных операций.

2 Средства и методы информационных технологий

Основным технологическим средством автоматизации проектирования в машиностроении является цифровая ЭВМ, оперирующая с информацией, представленной в цифровой форме и физически существующей в виде различных состояний их элементов.

Наиболее эффективно вычислительная техника может быть использована, когда имеются математические модели, описывающие объект проектирования и имитирующие его функционирование в заданной окружающей среде.

3 Базы данных

База данных — это организованная в соответствии с определёнными правилами и поддерживаемая в памяти компьютера совокупность данных, характеризующая актуальное состояние некоторой предметной области и используемая для удовлетворения информационных потребностей пользователей. В рассматриваемом случае предметной областью являются процессы выполнения автоматического проектирования объектов машиностроения на всех или отдельных этапах

4 Основные концепции CALS-технологий

Для обеспечения согласованной работы множества предприятий, участвующих в проектировании, производстве, реализации и эксплуатации изделий, используется соответствующая информационная поддержка этапов жизненного цикла изделий (ЖЦИ).

Такая поддержка и компьютерное сопровождение жизненного цикла изделия получили название CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support).

Назначение CALS-технологий - обеспечивать представление необходимой информации в нужное время, в нужном виде, в конкретном месте любому пользователю на всех этапах жизненного цикла изделия.

5 Функции CAE – систем

САЕ - Computer Aided Engineering - компьютерная поддержка инженерного анализа (автоматизированные расчеты и анализ).

САЕ системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых узлов и деталей, охватывают широкий круг задач моделирования упругонапряженного, деформированного, теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т. п. Наиболее распространены САЕ - системы, использующие решение систем дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов (МКЭ). Они делятся на универсальные системы анализа с использованием МКЭ и специализированные.

6 Функции CAD – систем

CAD - Computer Aided Design - компьютерная поддержка конструирования (автоматизированное проектирование).

Широко применяются такие системы, как AutoCAD, CAD-KEY, Personal Designer, ADEM, КОМПАС. Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и трёхмерных построений и качественного выполнения чертежей. Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.

7 Функции САМ – систем

САМ - Computer Aided Manufacturing - компьютерная поддержка изготовления (автоматизированная технологическая подготовка производства)

Этап технологической подготовки производства (АСТПП) предполагает разработку технологических процессов, технологической оснастки, управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ. Сюда входит задача САПР ТП - разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и регламентирующей процесс изготовления детали. Конкретное описание обработки на оборудовании с ЧПУ в виде управляющих программ вводится в систему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР), которую называют САМ.

8 Системы координат в станках с ЧПУ

Работа станка с ЧПУ тесно связана с системами координат. Оси координат располагают параллельно направляющим станка, что позволяет при программировании обработки указывать направления и величины перемещения рабочих органов.

Согласно DIN 66217 для станков используются правые, прямоугольные (декартовы) системы координат с осями X, Y и Z.

У станков различных типов и моделей системы координат размещают по-разному, определяя при этом положительные направления осей и положение начала координат (нуль станка М).

9 Подготовительные и вспомогательные функции (ISO)

К подготовительным относятся следующие функции.

G00 - Позиционирование. Перемещение на быстром ходу в заданную точку. Ранее заданная рабочая подача не отменяется.

G01 - Линейная интерполяция. Перемещение с запрограммированной подачей по прямой к точке (перемещение по прямой линии).

G02, G03 – Круговая интерполяция соответственно по ходу и против хода часовой стрелки.

G17, G18, G19 – плоскости интерполяции XY, ZX, YZ соответственно.

G40 – Отмена коррекции инструмента, заданной одной из функций G41 – G52.

Другие функции.

К вспомогательным относятся следующие функции.

M00 – Программный останов. Останов шпинделя, подачи и выключение охлаждения.

M01 – Останов с подтверждением. То же, что и M00, но выполняется при предварительном нажатии соответствующей кнопки на пульте оператора.

M02 –Конец программы. Останов шпинделя и выключение подачи СОЖ.

M03 – вращение шпинделя по ходу часовой стрелки.

M04 – вращение шпинделя против хода часовой стрелки.

Другие функции.

10 Управляющие программы для металлорежущих станков

По операционному эскизу, выполненному на основе попереходного технологического процесса в соответствии с выбранными типовыми траекториями движения инструмента, технолог составляет расчетно-технологическую карту.

По данным расчетно-технологической карты технолог-программист составляет управляющих программ для станков с числовым программным управлением.

11 Программирование сварочного оборудования с ЧПУ

Система автоматизированного проектирования МАРС предназначена для автоматизированной разработки управляющих программ (УП) для машин термической резки листового материала (МТР), оснащённых системой УЧПУ CNC4000. Система обеспечивает поддержку плазменной и кислородной технологических оснасток МТР.

Разработанные УП имеют формат ISO и могут быть обработаны на машинах, оснащённых другими системами УЧПУ, поддерживающими формат ISO (например, 2Р-32М). Существует возможность конвертации УП из формата ISO в формат ESSI.

База данных САПР МАРС ориентирована на хранение двух типов технологических объектов: проект и раскрой.

Проект может быть представлен тремя объектами: деталь, блок и ТКР - технологическая карта раскроя.

По своей структуре эти объекты идентичны, за исключением одной особенности: система рассматривает деталь как объект, состоящий из одного внешнего и нескольких внутренних контуров, а блок и ТКР сами образованы из деталей.

12 Методы формализованного описания проектных задач

Модель всегда лишь приближенно отражает некоторые свойства объекта. Адекватность имеет место, если модель отражает заданные свойства объекта с приемлемой точностью. Под точностью понимают степень соответствия оценок одноименных свойств объекта и модели.

Вычислительный процесс при анализе состоит из этапов формирования модели и ее исследования (решения). В свою очередь, формирование модели включает две процедуры: во-первых, разработку моделей отдельных компонентов, во-вторых, формирование модели системы из моделей компонентов.

Как правило, модели компонентов разрабатываются специалистами в прикладных областях, причем знающими требования к моделям и формам их представления в САПР. Обычно в помощь разработчику моделей в САПР предлагаются методики и вспомогательные средства, например, в виде программ анализа для экспериментальной отработки моделей.

13 Комплексная автоматизация проектных работ

При разработке изделия создается трехмерная модель детали и оснастки для ее изготовления. Разработка осуществляется в конструкторских (CAD) системах. Модель, как правило, является параметрической.

Модели деталей, которые требуют ЧПУ обработки, передаются (экспортируются из CAD и импортируются в CAM) в системы разработки ЧПУ программ (далее УП). Передача осуществляется с помощью прямых трансляторов, либо через нейтральные форматы, передающие данные о поверхностях, ограничивающих изделие (такие как IGES, STEP, SAT) –при этом теряются данные параметризации, либо о триангулированных оболочках (такие форматы как STL или WRML) при этом теряются данные о поверхностях. При некорректной передаче (искаженные поверхности, неправильная обрезка поверхностей, потерянные фрагменты поверхностей) имеет смысл попробовать различные форматы для трансляции.

14 Сетевые технологии

Компьютерная сеть - это комплекс программных и аппаратных средств, при помощи которых ЭВМ, накопители данных и электронные офисные устройства соединяются в систему для общего использования информационных ресурсов и обмена данными.

Различают типы сетей в зависимости от размера охватывающей территории: локальные (LAN - Local Area Network (intranet)), региональные (MAN - Metropolitan Area Network) и глобальные (WAN - Worldwide Area Network). LAN объединяют компьютеры в пределах одного здания, офиса. MAN – это сети между учреждениями в пределах города, объединяющие несколько локальных сетей.

WAN объединяют сотни тысяч компьютеров во всех странах мира. Термин extranet обозначает сетевое объединение нескольких организаций, обеспечивающее прямой доступ к приложениям каж­дой из сторон. Наиболее известная всемирная сеть называется Internet.

Интерне́т (Internet) — всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на базе протокола IP и маршрутизации IP-пакетов.

15 Коллективная обработка информации

В настоящее время получают распространение системы управления проектными и инженерными данными - PDM - Product Data Management.

Системы класса PDM позволяют организовать параллельное проектирование - коллективный режим работы над проектом, когда одновременно большое количество специалистов работает над различными частями и стадиями проекта изделия как в рамках ОКБ, так и в рамках виртуальной корпорации (с распределёнными смежниками). Все это дает новое качество - проектирование и изготовление превращается в виртуальную технологию изготовления компьютерного макета изделия.

Список литературы

1 Таратынов технологий машиностроения на ЭВМ./ Учебник. - М.: МГИУ, 2006.

2 Левин технологии в машиностроении. Учебник - М.: МГИУ, 2006.

3 САПР изделий и технологических процессов в машиностроении/ , , и др.; Под общ. ред. . – Л.: Машиностроение, 1986.

4 Кудрявцев 3D/ Учебное пособие – М.: ДМК пресс 2006.