Материал: Автоматизация конструкторско-технологической подготовки производства мобильной буровой установки

На следующей стадии происходит реализация окончательного варианта проектных решений, доработка электронных моделей деталей и оформление с помощью САПР К и ТП полного комплекта конструкторско-технологической документации.

.2 Основные стадии проектирования

Изначально, при проектировании разрабатываются, и внедряются различные конструкции, механизмы и приспособления. На данной стадии выполняется:

Техническое задание на проектирование, в котором определяются назначения, условия эксплуатации, основные требования, допустимые затраты на производство.

Эскизное проектирование, которое решает принципиально новые задачи принимаемых конструкторских решений, уточняет параметры изделия, решает задачи его общей компоновки.

Технический проект, который производит проектирование отдельных сборочных единиц и комплексов, уделяет внимание расчетам, которые обеспечивает надежность и долгий срок службы.

Рабочая документация, на основе которой происходит детализация технического проекта. И окончательный контроль с корректировкой конструкторских расчетов, выбирается и уточняется материал, размеры, чистота обработки, уточненный расчет себестоимости, и возможность эффективного внедрения нового изделия.

Испытания опытного образца с целью внедрения необходимых изменений в рабочую документацию.

На протяжении всей конструкторской подготовки производства выполняется ряд действий над изделием, например проверка на технологичность и технологический контроль конструкторской документации.

.3 Результаты проектирования

Получение технической документации является результатом проектирования. Нужно заметить, что в гибком автоматизированном производстве (ГАП) все документы находятся в электронном виде, поскольку передача данных производится за счет оборудования в виде программ для станка с ЧПУ.

Основной задачей САПР К является создание графических изображений разного рода. Например, сборочные чертежи, рабочие чертежи изделий, чертежи схем и т.д. В САПР ТП разрабатываются операционные эскизы карты наладок и др.

На данный момент времени насчитывается три основных способа автоматизированного создания графических изображений в САПР К и ТП:

Графическое редактирование.

Графическое программирование.

Параметризация изображений.

Работает над всем этим проектировщик, перед которым стоит задача создать графические изображения в САПР К и ТП при помощи программных систем, или как их еще называют, графических редакторов [6].

Принципы создания систем автоматизированного проектирования

Существуют основные этапы проектирования:

восприятие исходной информации;

разработка стратегии проектирования (проводится анализ технологичности детали);

поиск необходимой информации (справочники, ГОСТы, архивы);

обработка исходной информации;

разработка проектных решений;

анализ и выбор рационального варианта решения (наименьшие затраты);

документирование результатов (получение результатов проектирования в требуемой форме).

.4 Инструменты проектирования

.4.1 Система «КОМПАС»

Система «Компас» выпускается акционерным обществом-«АСКОН» (Санкт-Петербург) с 1990 г. Основные отрасли промышленности, где используются данная интегрированная платформа, авиастроение, машиностроение, приборостроение, строительство и аэрокосмическое строение.

Система КОМПАС включает в себя: «КОМПАС-3D» пример на рисунке 4, «КОМПАС - График», «КОМПАС - Автопроект».

Рисунок 4 - Работа в «КОМПАС»

.4.2 Система «SolidWorks»

Программа «SolidWorks» имеет понятный интерфейс и предназначена для работы в комплексе автоматизированной подготовки производства на этапе инженерного анализа деталей и конструкции в целом. К достоинствам программной среды следует отнести унификацию моделей, что позволяет без ограничений переносить цифровой образ из одной программы в другую. «SolidWorks» содержит обширные базы данных по материалам и их характеристикам [7]. Существуют многочисленные приложения других производителей, например программы проверки кинематики и анализа методом конченых элементов, которые позволяют еще более расширить сферу приложения функциональных возможностей «SolidWorks» [8]. Пример работы на рисунке 5.

Рисунок 5 - Работа в SolidWorks

.4.3 Система «SprutCAM»

Интегрированная среда SprutCAM - комплекс программ для механообработки деталей на многопрофильных станках и обрабатывающих центрах с числовым программным управлением.

Продукт, представляет отечественную CAM-систему, нацеленную на поддержку разработки управляющих программ для универсального оборудования с ЧПУ и промышленных роботов, с учетом их кинематики.

Программное обеспечение реализует виртуальные 3D-схемы станков и узлов и, проводя предварительную компьютерную обработку, визуально демонстрирует процесс обработки детали на сложном оборудовании.

Технологический этап подготовки производства может опираться на программное обеспечение «SprutCAM», которые позволяют решать все вопросы технологического обеспечения. Например, из баз данных выбирается нужный инструмент, определяется режим резания и прослеживается траектория режущего инструмента, рассчитываются затраты времени на выполнение всех операций.

Основные этапы обработки позволяют сократить время и улучшить качество обрабатываемой поверхности. Некоторые такие операции представлены на рисунках 6-8.

Рисунок 6 - Токарная операция Рисунок 7 - Сверление отверстия

Рисунок 8 - Чистовая обработка поверхности

2.3 Автоматизированное проектирование сборок

Одним из способов проектирования является метод «Снизу вверх». Согласно этой методике первоначально создаются детали, а затем они сопрягаются с целью получения общей сборки проекта.

Преимуществом такого проектирования является независимость проектируемых компонентов, поэтому их взаимосвязи очень просты. Он выгоден тем, что не нужно создавать ссылки, управляющие размером и формой деталей. Разрабатывать можно начать с компоновочного эскиза и проектировать в соответствии с определениями местоположения фиксации деталей. Пример простой сборки, состоящей из двух деталей, показан ниже на рисунке 9.

Рисунок 9 - Пример сборки

Противоположной процедурой является процесс создания разнесенной сборки. Последовательность действий состоит в том, чтобы отделить друг от друга компоненты сборки и визуально проанализировать их взаимосвязь. В разнесенной сборке, все взаимосвязи сохраняются. При пошаговом разнесении для каждого компонента или группы компонентов указываются направление и расстояние, на которое следует разнести детали. Направлением могут служить кромка или ось детали, либо нормаль к выбранной плоскости или грани. Примеры создания разнесенных сборок различных узлов представлены на рисунках 10; 11.

Рисунок 10 - Разнесенная сборка «Кожух»

Рисунок 11 - Разнесенная сборка «Муфта»

Каждая конфигурация содержит один вид с разнесенными частями.

Для разнесения вида служит команда «Создать разнесенный вид». При ее нажатии появляется диалоговое окно. Разнесенная сборка может быть создана автоматически или по отдельным шагам разнесения. Примером сложной разнесенной сборки служит рисунок 12.

Рисунок 12 - Разнесенная сборка мобильной буровой установки

3. Автоматизированная разработка конструкции механизмов мобильной буровой установки

.1 Проектирование конструкций в системе «КОМПАС»

Чтобы создать новый файл, который будет содержать трехмерную модель детали, необходимо выполнить команду из меню «Файл» «Создать деталь» или воспользоваться другим способом, на «Панели управления» кнопка «Новая деталь». Примером является рисунок 13.

Рисунок 13 - Команда «Создать деталь»

На экране монитора открывается новое окно «КОМПАС» - документа (детали) и изменяется набор кнопок.

В окне для новой детали отображается «Дерево построений» (рисунок 14) в котором представлен структурный список, отражающий последовательность построения модели.

Рисунок 14 - Дерево построений

После создания нового файла документа, создается трехмерная модель, построение которой начинается с формирования основания - ее первой формообразующей части. В качестве основания может быть принят любой тип формообразующих элементов, полученный как элемент выдавливания, элемент вращения, кинематический элемент и элемент по сечениям. После построения эскиза, с помощью операций происходит переход в трехмерное построение. В виде примера приведен эскиз детали «полумуфта», рассматриваемая в ВКР. Пример представлен на рисунке 15.

Рисунок 15 - Эскиз модели «Сфера»

Используя клавишу <Esc>, выходим из последней команды, которая была в работе. Далее указываем, каким способом будем перемещать эскиз в пространстве для получения нужного типа. Выбираем вид формообразующей операции (см. рисунок 16), после чего получаем модель детали (рисунок 17).

Рисунок 16 - Виды операций

Рисунок 17 - Операция вращения

В результате, получается образ проектируемой детали, который был принят при первоначальном решении, и благодаря последующей работе и операциям, формируется требуемый конструктив.

Следующими действиями редактируется сферическая поверхность, служащая для формирования зубчатого венца. Выполняется нарезание зубьев и с помощью операции «Выдавливание» и добавляются недостающие элементы, которые продемонстрированы на рисунках 18, 19, 20.

Рисунок 18 - Построение с помощью операции «Выдавливание»

Рисунок 19 - Операция «Выдавливание»

Рисунок 20 - Протягивание шлицов

В версиях КОМПАСА последних лет есть функция создания ассоциативных чертежей трехмерных моделей, рисунок 21.

Рисунок 21 - Создание чертежа из модели

Ассоциативная связь заключается в том, что при изменении геометрии модели детали происходит перестройка её чертежа [10].

Чертеж создается в обычном окне «КОМПАС». Открывается лист чертежа и осуществляется настройка детали. Для того, чтобы настроить параметры вида, нажимаем кнопку «Параметры вида» на панели управления и выбираем нужный масштаб. Финишным этапом формирования чертежей является расстановка размеров, оформление технических требований и заполнение основной надписи. Ниже приведен пример, создания чертежа из трехмерной модели детали «Полумуфта» на рисунке 22.

Рисунок 22 - Чертеж из трехмерной модели

Для получения окончательного вида чертежа требуется поменять формат листа документа. С этой целью открывается вкладка «Сервис», где закладка «Менеджер документа» позволяет выбирать нужный формат, расположение листа и общее оформление. Пример «Менеджера документа» приведен на рисунке 23.

Рисунок 23 - Менеджер документа

На итоговом чертеже детали «Полумуфта» представлены виды сверху и сбоку, а так же все размеры, шероховатости, отклонения. В документе заполнена основная надпись и технические требования.

Чтобы разрушить ассоциативную связь вида с моделью выполняем команду «Разрушить вид» в «Дерево построения» чертежа. После того, как мы разрушим ассоциативный вид, он переходит в область примитивов (отрезков, дуг и т.п.) и будет существовать, как пользовательский вид чертежа КОМПАС-ГРАФИК. Все чертежи деталей представлены в приложении 2.

По итогам автоматизированного проектирования отдельных деталей конструкции создаются цифровые модели подузлов, узлов в виде сборочных единиц.

На рисунках 24 - 29 представлены электронные модели основных узлов МБУ, методика разработки конструкций которых, отображены в их дереве построения.

Рисунок 24 - Сборочная единица узла - «Вращатель»

Рисунок 25 - Сборочная единица узла - «Механизм подачи»

Рисунок 26 - Сборочная единица узла - «Амортизатор»

Рисунок 27 - Сборочная единица узла - «Мачта»

Рисунок 28 - Сборочная единица узла - «Редуктор»

Рисунок 29 - Сборочная единица узла - «Электродвигатель»

При выполнении итоговой сборки МБУ должна соблюдаться такая последовательность действий: первоначально монтируются детали и узлы, которые не должны мешать установке последующих деталей и узлов. В первую очередь устанавливают детали и узлы, выполняющие наиболее ответственные функции в изделии. При наличии параллельно связанных размерных цепей в изделии следует устанавливать в первую очередь те детали и узлы, размеры поверхностей которых являются общими звеньями и принадлежат большему числу размерных мелей.

4. Автоматизированный инженерный анализ элементов конструкции мобильной буровой установки

Имитационное моделирование - создание виртуальной модели объекта, который проектируется, и проведение над ним экспериментов при заданных условиях. Целью такого процесса является наблюдение за функциями созданного изделия и определение его параметров, с помощью экспериментальных действий над виртуальной моделью в реальных условиях до изготовления изделия. Существуют два метода имитации:

кинематическая - имитация процесса движения элемента объекта;

динамическая - имитация процесса исследования поведения объекта при изменении действующих нагрузок и температур. При этом определяется напряжённо-деформированное состояние объекта.

Для определения напряжённо-деформированного состояния можно использовать методы имитационного анализа. При работе требуется использовать приближенные методы, значимость которых увеличивается с внедрением их в новые технологии. В основе этого метода лежит представление объекта в виде множества простых фигур, называемых конечными элементами, которые взаимодействуют между собой только в узлах. Расположенные определенным образом и закрепленные в соответствии с граничными условиями, конечные элементы позволяют описать все многообразие механических конструкций.