Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ существующих путей автоматизиции проектирования технологической оснастки, предназначенной для изготовления листовых деталей методом гибки-штамповки 11
1.1. Обзор методов, используемых для вычисления угла компенсации пружинения 11
1.2. Обзор существующих программных продуктов, предназначенных для решения задач листовой штамповки 14
1.3. Использование стандартного инструментария САПР Unigraphics для проектирования гибочной оснастки с помощью метода конечных элементов с учётом пружинения материала заготовки 21
1.4. Обзор основных методов проектирования в СAD системе Unigraphics листовых деталей, изготавливаемых методом гибки-штамповки 28
1.5. Алгоритм построения в CAD системе Unigraphics листовых моделей деталей, предназначенных для дальнейшей автоматизированной обработки с целью автоматизированного моделирования заготовительно-штамповочной оснастки 33
1.6. Обзор основных методов автоматизации инженерных задач 35
ВЫВОДЫ 39
ГЛАВА 2. Исследование особенностей программного анализа геометрии 3d моделей листовых деталей в cad системе unigraphics 41
2.1. Ограничения, обусловленные используемым методом расчёта угла компенсации пружинения 41
2.2. Методы проектирования деталей рассматриваемого класса в CAD системе Unigraphics 43
2.3. Сравнение двух методов проектирования деталей рассматриваемого класса в условиях переменного радиуса скруглення 47
2.4. Сравнение двух методов проектирования деталей рассматриваемого класса в условиях переменного радиуса скруглення в зоне концов рёбер 68
2.5. Сравнение двух методов проектирования деталей рассматриваемого класса в зоне сопряжения рёбер с бортом и рёбер без борта 73
2.6. Сравнение двух методов проектирования деталей рассматриваемого класса в зоне сопряжения рёбер с бортами 75
ВЫВОДЫ 78
ГЛАВА 3. Практическая реализация разработанных алгоритмов автоматизации проектирования моделей оснасток в cad системе unigraphics 79
3.1. Сканирование трёхмерных моделей листовых деталей 79
3.2. Вычисление угла компенсации пружинения детали и координат точек, используемых на первом шаге гибки-штамповки 103
3.3. Автоматизированное проектирование трёхмерных моделей оснасток, применяемых при изготовлении листовых деталей 106
ВЫВОДЫ 134
ГЛАВА 4. Использование разработанной методики проектирования листовых деталей, а также разработанного программного обеспечения для автоматизированного проектирования заготовительно-штамповочной оснастки 135
4.1. Проектирование листовой детали 135
4.2. Автоматизированное проектирование технологической оснастки с помощью разработанного ПО 161
4.3. Автоматическое проектирование развёртки листовой детали с помощью разработанного ПО 167
Выводы 169
Заключение 170
Список использованных источников
- Обзор существующих программных продуктов, предназначенных для решения задач листовой штамповки
- Методы проектирования деталей рассматриваемого класса в CAD системе Unigraphics
- Вычисление угла компенсации пружинения детали и координат точек, используемых на первом шаге гибки-штамповки
- Автоматизированное проектирование технологической оснастки с помощью разработанного ПО
Введение к работе
Актуальность темы. В проектировании узлов и агрегатов в различных областях машиностроения, в частности, в авиастроении часто встречаются типовые операции -проектирование силовых элементов «по месту» (с подгонкой размеров), проектирование технологической оснастки для изготовления деталей и т. д. При выполнении этих задач конструктор руководствуется различными нормативными документами - ГОСТами, ТУ, инструкциями и т. д., где жёстко заданы параметры разрабатываемых инженерных решений, а весь процесс разработки формализован. При этом он фактически действует по определённому алгоритму. Но действия, поддающиеся формализации, экономически выгоднее возложить на ЭВМ, освободив конструктора для более сложных задач. При этом сокращаются затрачиваемые на цикле подготовки производства временные и финансовые ресурсы [12], что повышает конкурентоспособность продукции.
На рынке представлено различное программное обеспечение, предназначенное для решения задач листовой штамповки - расчёта углов пружинения и углов компенсации пружинения, построения развёрток деталей, автоматизированное проектирование технологической оснастки. При этом ни один программный продукт из рассмотренных не обеспечивает решение всего набора перечисленных задач, что вынуждает конструкторов использовать несколько программ и обеспечивать обмен данных между ними. Кроме того данное программное обеспечение обладает рядом недостатков - очень высокой стоимостью необходимого аппаратного обеспечения, использованием непроизводительных методов расчёта углов компенсации пружинения, отсутствием интегрированное™ с широко распространённой в авиастроении САПР Urographies, построением технологической оснастки, не соответствующей стандартам (либо отсутствием модуля автоматизированного проектирования технологической оснастки).
Таким образом, разработка программного продукта, обеспечивающего автоматический расчёт углов компенсации пружинения бортов построенной листовой детали достаточно производительным методом, автоматизированное проектирование основных элементов технологической оснастки, необходимой для изготовления детали, а также построение развёртки детали, по возможности интегрированного с САПР Unigraphics, является актуальной проблемой.
Также актуальной проблемой является разработка единого метода проектирования трёхмерных моделей листовых деталей, обеспечивающего возможность дальнейшей автоматизированной обработки детали, ввиду отсутствия такового метода.
Цель диссертационной работы - разработка методов и алгоритмов геометрического анализа трёхмерных моделей листовых деталей, разработка единого метода построения ЗО-моделей листовых деталей, подлежащих дальнейшей автоматизированной обработке, создание комплекса программ, осуществляющего геометрический анализ моделей деталей в среде Urographies.
Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались методами линейной алгебры, аналитической геометрии, объектно-ориентированного программирования, теории упругости.
Задачи исследования:
1. Выработка рекомендаций по автоматизации инженерных решений, в частности для САПР Unigraphics.
2. Апробация разработанных рекомендаций при разработке программных модулей, обеспечивающих автоматизацию инженерных решений.
3. Разработка единой методики построения в САПР Unigraphics трёхмерных моделей листовых деталей, подлежащих дальнейшей автоматизированной обработке.
4. Использование разработанной методики для построения реальных трёхмерных моделей листовых деталей, используемых в авиации.
5. Получение аналитических формул для оценки возможности использования альтернативных методик построения листовых деталей.
6. Разработка алгоритма сканирования трёхмерной модели листовой детали для считывания параметров, необходимых для дальнейшего автоматизированного проектирования технологической оснастки, используемой при изготовлении деталей.
7. Разработка алгоритма автоматизированного проектирования основных элементов технологической оснастки.
8. Реализация разработанных алгоритмов в виде программного обеспечения, предназначенного для использования конструктором.
9. Использование разработанного программного обеспечения для автоматизированного проектирования основных элементов технологической оснастки, применяемой для изготовления листовых деталей, использующихся в авиации.
Объектом исследования являются листовые детали и технологическая оснастка, используемая при их изготовлении.
Предмет исследования - процесс проектирования листовых деталей и основных элементов технологической оснастки, процесс гибки-штамповки листовой детали с помощью технологической оснастки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
• разработка алгоритмов и методов геометрического анализа ЗО-моделей листовых деталей и построения ЗО-моделей технологической оснастки;
• проведён анализ и научное обоснование выбора оптимального метода построения 3D моделей листовых деталей;
• разработано программное обеспечение, позволяющее проанализировать ЗО-модель листовой детали и получить данные, необходимые для автоматизированного проектирования техоснастки.
Практическая ценность работы заключается в возможности использования 3D моделей в качестве источника информации для проектирования техоснастки.
Внедрение результатов работы.
Разработанное программное обеспечение анализа листовых деталей и построения технологических оснасток находится в процессе внедрения на ОАО КнААПО для построения трёхмерных моделей основных элементов оснасток в среде Unigraphics.
Разработанная методика построения ЗО-моделей листовых деталей, подлежащих дальнейшему автоматизированному анализу, принята к использованию для построения трёхмерных моделей элементов конструкции самолётов в научно-производственном отделе на ОАО КнААПО.
Выработанные рекомендации по автоматизации инженерных решений были использованы при разработке двух систем автоматизации инженерных решений, внедрённых в корпорации VA Tech (Германия - Австрия) в подразделении VA Tech Esher Wyss GmBH (г. Равенсбург, Германия) в отделе гидродинамики; а также одной системы автоматизации инженерных решений, внедрённой в том же подразделении, в отделе компьютерного моделирования.
Внедрение всех результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на ряде научно-технических конференций:
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Работа изложена на 168 страницах основного текста, содержит 205 рисунков, 5 таблиц, 180 наименований библиографических источников.
В первой главе рассмотрены способы расчёта угла компенсации пружинения листовых деталей - метод конечных элементов и метод Комарова А. Д. [62], основанный на теории упругости [93], [70]. Сделан вывод о целесообразности использования метода Комарова А. Д. для простых деталей. Проведён сравнительный анализ программных продуктов, позволяющих решать задачи листовой штамповки - моделирование процесса штамповки, анализ напряжений, испытываемых деталью, расчёт угла пружинения и компенсации пружинения детали, построение развёртки, автоматизированное проектирование заготовительно-штамповочной оснастки. Рассмотрены два основных метода проектирования деталей листовой штамповки в среде Unigraphics - объёмное моделирование и моделирование поверхностями нулевой толщины, приведены примеры проектирования деталей обоими способами, сделан вывод о целесообразности использования метода тонкостенного моделирования для дальнейшего облегчения автоматизации обработки проектируемых деталей. Предложен алгоритм построения в CAD системе Unigraphics листовых моделей деталей, предназначенных для дальнейшей автоматизированной обработки с целью автоматизированного моделирования заготовительно-штамповочной оснастки. Рассмотрены основные пути автоматизации инженерных решений, их достоинства и недостатки, сделан вывод о целесообразности создания дополнительных модулей для существующей САПР. Проанализированы способы создания дополнительных модулей для САПР Unigraphics, их достоинства и недостатки, сделан вывод о необходимости использования интерфейса UG Open АРІ для создания дополнительных модулей. Рассмотрены варианты внутренних модулей -внутренний и внешний, рассмотрены преимущества каждого способа в различных случаях, даны рекомендации по использованию каждого варианта.
Во второй главе определены ограничения, налагаемые используемым методом расчёта углов компенсации пружинения, выделены параметры, подлежащие сканированию. Рассмотрены возможные алгоритмы проектирования деталей рассматриваемого класса в аспекте налагаемых ограничений, проанализирована предложенная методика проектирования (подвид метода тонкостенных моделей), обеспечивающая возможность последующей автоматизированной обработки детали, в свете параметров, подлежащих сканированию, а также налагаемых используемым методом расчёта углов компенсации пружинения ограничений. Проведено сравнение двух основных методов проектирования деталей рассматриваемого класса в различных условиях, проведена количественная и качественная оценка отклонений, вызванных использованием метода сканирования и проектирования, отличающихся от предложенных. Сделан вывод о нецелесообразности использования методов проектирования, отличающихся от предложенного.
В третьей главе выполнена формализация задачи считывания геометрических параметров детали рассматриваемого класса, необходимых для расчёта угла компенсации пружинения детали и дальнейшего автоматизированного проектирования техоснастки, необходимой для изготовления детали. Выделены параметры, подлежащие считыванию вдоль бортов детали, на отверстиях, выштамповках и подштамповках. Разработан алгоритм сканирования, реализация которого позволила бы организовать автоматическое сканирование параметров листовой детали. Разработанный алгоритм автоматического сканирования параметров листовой детали реализован с помощью среды разработки Microsoft Visual C++ 7 в виде внутреннего модуля Unigaphics Open API. Алгоритм расчёта углов компенсации пружинения, предложенный в [62], реализован с помощью среды разработки Microsoft Visual C++ 7 в виде внутреннего модуля Unigaphics Open API. Разработан алгоритм автоматизированного проектирования основания технологической оснастки, необходимой для изготовления листовых деталей рассматриваемого класса, а также прижима и вкладышей. Разработанный алгоритм автоматизированного проектирования деталей оснастки реализован с помощью среды разработки Microsoft Visual C++ 7 в виде внутреннего модуля Unigaphics Open API.
В четвёртой главе приведены результаты проектирования в системе Unigraphics деталей 11.0210.К.000.015 и 11.0213.K000.2I3, использующихся на ОАО КнААПО, в соответствии с разработанной методикой проектирования листовых деталей, изготавливаемых путём гибки-штамповки (подвид метода тонкостенных деталей). С помощью разработанного ПО произведено автоматизированное проектирование основных элементов технологической оснастки, необходимых для изготовления построенных деталей - основания и прижима. С помощью разработанного ПО произведено автоматическое проектирование развёртки построенных деталей.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 11 публикациях, в том числе в 7 печатных работах и 4 свидетельствах об официальной регистрации программы для ЭВМ:
Статьи:
1. Жаворонков А. С, Тихомиров В. А., Феоктистов С. И. Способы автоматизации принятия инженерных решений в среде Unigraphics VI8.0. // Дальневосточный форум «Роль науки, новой техники и технологии в экономическом развитии регионов» (Хабаровск, 2003): Сборник научных трудов сотрудников КнААПО, М: Изд-во «Эком», 2003.-С. 31-35.
2. Жаворонков А. С, Тихомиров В. А., Феоктистов С. И. Методика и техника создания внутренних модулей расширения для САПР Unigraphics VI 8.0 // Дальневосточный форум «Роль науки, новой техники и технологии в экономическом развитии регионов» (Хабаровск, 2003): Сборник научных трудов сотрудников КнААПО, М.: Изд-во «Эком», 2003. - С. 35-45.
3. Жаворонков А. С, Тихомиров В. А., Феоктистов С. И. Создание внутреннего модуля расширения для САПР Unigraphics VI 8.0. // Дальневосточный форум «Роль науки, новой техники и технологии в экономическом развитии регионов» (Хабаровск, 2003): Сборник научных трудов сотрудников КнААПО, М.: Изд-во «Эком», 2003. - С. 45-52.
4. Жаворонков А. С. Способы автоматизации инженерных решений в среде Unigraphics VI 8.0. // Материалы XLII международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». - Новосибирск.: Редакционно-издательский отдел Новосибирского университета, 2004. - С. 173-174.
5. Жаворонков А. С. Система автоматизированного проектирования технологической оснастки для изготовления листовых деталей // Открытый дальневосточный конкурс программных средств студентов, аспирантов и молодых учёных «Программист - 2005». Тезисы докладов. - Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2005. - С. 23- 26.
6. Жаворонков А. С. Blade - Программный комплекс интерпретации результатов инженерных расчётов гребных винтов для САПР Unigraphics // Открытый дальневосточный конкурс программных средств студентов, аспирантов и молодых учёных «Программист - 2005». Тезисы докладов. - Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2005. - С. 18-20.
7. Жаворонков А. С. Schematics - Система управления библиотеками типовых элементов в САПР Unigraphics // Открытый дальневосточный конкурс программных средств студентов, аспирантов и молодых учёных «Программист - 2005». Тезисы докладов. - Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2005. - С. 21-23.
Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ:
8. Тихомиров В. А., Феоктистов С. И., Жаворонков А. С, Марьин Б. Н., Прохоров А. Г. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612077. PowerDesigner 2. - Заявка № 2005611489; Зарегистрир. в реестре программ для ЭВМ 16.08.2005.-М., 2005.
9. Жаворонков А. С. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005610159. Schematics. - Заявка № 2004612330; Зарегистрир. в реестре программ для ЭВМ 14.01.2005.-М., 2005.
10. Жаворонков А. С. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611109. Программа автоматического создания чертежей судовых винтов «Blade». - Заявка № 2005610435; Зарегистрир. в реестре программ для ЭВМ 11.05.2005. - . М., 2005.
11. Жаворонков А. С. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611108. Программа автоматического создания чертежей судовых винтов и их трёхмерных моделей «Blade 3D». - Заявка № 2005610434; Зарегистрир. в реестре программ для ЭВМ 11.05.2005. - М., 2005.
Обзор существующих программных продуктов, предназначенных для решения задач листовой штамповки
Copra MetalBlender - это серия программных продуктов для проектирования трёхмерных изделий из листового материала и построения развёрток в среде Mechanical Desktop и Autocad.
Copra MetalBlender 2D. Основное назначение этого модуля — проектирование плоских сечений разворачиваемых деталей. Для любого профиля (его контур может быть построен с применением специализированного инструмента) Copra MetalBender 2D формирует листовую развертку с указанием углов обратного пружинения, рассчитанных по теории упругости, и, при необходимости, трехмерную модель конструкции, форма которой определяется проектируемым сечением. Для построенных профилей моделируется последовательность нанесения сгибов, которая показывает процесс превращения листовой заготовки в проектируемое изделие и позволяет оценить правильность выбранных переходов.
Используя ядро геометрического моделирования ACIS AutoCAD или Autodesk Mechanical Desktop, Copra MetalBender 3D позволяет проектировать трехмерные изделия из листового материала без построения параметрической модели.
Фланцы различных типов могут быть нанесены со скругленным сгибом или с острой кромкой, с фигурным вырезом или без него. На этапе выбора характерных параметров сгиба функция предварительного просмотра дает возможность избежать взаимопересечений. Для формирования особо сложных сгибов возможна конвертация предварительно построенных произвольных 20-контуров в трехмерную модель.
Различные чертежные проекции с автоматической расстановкой размеров на типовые элементы могут быть получены по ЗО-модели. Copra MetalBender 3D включает технологии и функциональность следующих модулей: Copra MetalBender 2D Copra MetalBender Solver
Copra MetalBender Solver. Copra MetalBender Solver- инструмент для построения разверток по твердотельным моделям, созданным в AutoCAD или Autodesk Mechanical Desktop. Вычисление развертки производится по нейтральной линии, по внутренней или наружной стороне детали. Для каждой детали создается файл протокола с информацией о количестве сгибов, о величине пружинения по каждому сгибу, габаритах развертки.
Copra MetalBender 2D. Проектирование деталей из листового материала по развертке. На листовую заготовку наносятся необходимые вырезы, линии сгибов; соответствующие сечения содержат информацию о форме фланцев, отбортовок с учетом обратного пружинения. Построенная таким образом развертка автоматически конвертируется в трехмерную модель.
Так как основное назначение данного пакета ПО - построение развёрток, то для проектирования технологической оснастки, применяемой при изготовлении проектируемых деталей, необходимо на основании данных по углам пружинения моделировать оснастку вручную или автоматизировано с применением стороннего ПО.
Платформа: ШМ PC - MS Windows ( $700 - $3.000) ПО, необходимое для работы (кроме ОС): Autodesk Mechanical Desktop ($5.563 -$5.405) или Autodesk Autocad ($5.270 - $6.002)
Метод, используемый для расчёта углов пружинения: теория упругости Достоинства: быстрый расчёт углов пружинения Недостатки: необходимость ручного построения технологичекской оснастки, применяемой для изготовления детали либо применения дополнительного ПО; расчёт угла пружинения ведётся целиком для всего борта; возможность использования только для прямых бортов; невозможность использования бортов с изменяющимися при движении вдоль борта характеристиками; необходимость конвертирования данных в формат Unigraphics (при использовании данной системы на предприятии как основной), либо в другой формат (при использовании другой системы).
Стоимость: $2.000 - $2.9 РАМ-STAMP 2G - это специализированный программный продукт, предназначенный для конечно-элементного моделирования и анализа процесса холодно-листовой вытяжки заготовки под действием активных частей штампа. Система разработана французской фирмой РАМ Systems International (PSI), входящей в состав ESI Group. РАМ-STAMP позволяет на основе данных CAD модели перехода штамповки, описания характеристики штампуемого материала, параметров процесса штамповки и его кинематики, путем анализа результатов расчета оптимизировать форму штамповой оснастки, размер и форму исходной заготовки, технологический процесс изготовления, условия трения и характеристики применяемой технологической смазки, вид, геометрические параметры и расположение тормозных элементов, расположение линии обрезки и т.д.
Пакет РАМ-STAMP 2G включает в себя PAM-DIEMAKER для быстрого конструирования и оптимизации поверхности штамповочной оснастки, РАМ-QUIKSTAMP для расчёта штампов и PAM-AUTOSTAMP для моделирования процесса штамповки и контроля качества и допусков.
Платформа: ГВМ PC - MS Windows ( $700 - $3.000), HP Pa 8000 - UNIX ($30.000 - $100.000), SGI R10000 и выше - UNIX ($15.000 - $30.000), SUN Ultra2 - UNIX, SUN Шли - UNIX, IBM Power3 и выше - UNIX, COMPAQ Alpha - UNIX
Метод, используемый для расчёта углов пружинения: метод конечных элементов Достоинства: высокая универсальность ПО; возможность проведения расчётов для деталей любой сложности. Недостатки: очень медленный расчёт углов пружинения на ЮМ PC; очень высокая стоимость аппаратного обеспечения для расчёта углов пружинения с приемлемой скоростью; необходимость конвертирования данных в формат Unigraphics (при использовании данной системы на предприятии как основной), либо в другой формат (при использовании другой системы). Стоимость:
Методы проектирования деталей рассматриваемого класса в CAD системе Unigraphics
При расчётах используются формулы из [21], [129], [127], [140].
Если ребро детали является прямым, и радиус скруглення вдоль него не изменяется, а соседние рёбра составляют с рассматриваемым прямой угол, то создаваемые секущие плоскости на виртуальном и реальном контурах для данного участка будут совпадать (см. рис. 2.11). Примыкающие рёбра / Используемый контур Скругление Виртуальный контур Секущие плоскости
Но детали рассматриваемого класса в общем случае могут иметь скругление переменного радиуса. В этом случае секущие плоскости на виртуальном и реальном контурах для анализируемого участка совпадать не будут. Конфигурация рёбер и секущих плоскостей для указанного случая показана на рис. 2.12. Примыкающие рёбра Секущие плоскости на используемом контуре Используемый контур Скругление Виртуальный контур Секущие плоскости на виртуальном контуре
В приведённом случае с искажениями будут считаны параметры сечения, являющиеся ключевыми для расчёта угла компенсации пружинения - малка (угол между базовой плоскостью и бортом), высота борта и радиус скруглення. Далее проводится расчёт отклонений для этих параметров, вызванных отклонением созданных секущих плоскостей от плоскостей, перпендикулярных виртуальному контуру, которое, в свою очередь, зависит от скорости изменения радиуса скруглення при движении вдоль ребра. Сечение детали двумя плоскостями — правильной (лежащей на виртуальном контуре) и неправильной (лежащей на реальном контуре) показано на рис. 2.13. УГОЛ отклонения Секущая плоскость с отклонением Правильная секущая плоскость Правильное сечение Полученное сечение Рис. 2.13. Соотношение между правильным и неправильным сечениями (скруглення опущены для простоты) На рис. 2.14 показана проекция этих двух сечений на базовую плоскость. Борт Полученное сечение Правильное сечение Угол отклонения Рис. 2.14. Проекция проведённых построений на базовую плоскость Размер проекции сечения борта созданной плоскостью можно рассчитать по формуле: В = (2.1) А cos А где
В - длина проекции сечения борта созданной плоскостью на базовую плоскость; А - длина проекции сечения борта правильной плоскостью на базовую плоскость; Д - отклонение нормали построенной секущей плоскости от правильной нормали. На рис. 2.15 показаны проекции сечения детали правильной и неправильной плоскостями на эти плоскости. а- правильная (реальная) малка; А - отклонение нормали построенной секущей плоскости от правильной нормали.
Из формулы (2.6) следует, что в случае, когда малка равна нулю (борт образует с основанием прямой угол), отклонение нормали секущей плоскости не вносит ошибки в её вычисление, а также что полученная малка не зависит от высоты борта. Абсолютное отклонение считанной малки от реальной может быть рассчитано по формуле: (2.7) Да = arctg— а. cos А На рис. 2.16 показана зависимость абсолютного отклонения рассчитанной малки от отклонения нормали секущей плоскости при реальной малке OF=45. 1234567(9 10 Отклонение нормали, градусы Рис. 2.16. Зависимость абсолютного отклонения рассчитанной малки от отклонения нормали секущей плоскости На рис. 2.17 показана зависимость абсолютного отклонения рассчитанной малки от отклонения нормали секущей плоскости и реальной малки. Отклонение нормали, градусы Рис. 2.17. Зависимость абсолютного отклонения рассчитанной малки от отклонения нормали секущей плоскости и реальной малки
Графики 2.16 и 2.17 показывают, что отклонение рассчитанной малки от реальной незначительно и может игнорироваться. Считанная программой анализа высота борта Н , показанная на рис. 2.15, может быть рассчитана по формуле: Н -. cos а Подставив (2.3) и (2.6) в (2.8), получаем: Я-cos а IP cosA J cos arctg (2.8) (2.9) H - высота борта; а- правильная (реальная) малка; А - отклонение нормали построенной секущей плоскости от правильной нормали. Относительное отклонение считанной высоты борта от реальной Н /Н может быть рассчитано по формуле: (2.10) # _ cosа \» Н ( tga cos arctg—— V cosA Ha рис. 2.18 показана зависимость относительного отклонения рассчитанной высоты борта от отклонения нормали секущей плоскости при реальной малке оя=45. і 4 5 6 7
Отклонение нормали, градусы Рис. 2.18. Зависимость относительного отклонения рассчитанной высоты борта от отклонения нормали секущей плоскости
На рис. 2.19 показана зависимость относительного отклонения рассчитанной высоты борта от отклонения нормали секущей плоскости и реальной малки. Рис. 2.19. Зависимость относительного отклонения рассчитанной высоты борта от отклонения нормали секущей плоскости и реальной малки
Графики 2.18 и 2.19 показывают, что отклонение рассчитанной высоты борта от реальной не превышает двух процентов, и поэтому не является критическим. При неправильном выборе вектора нормали секущей плоскости результатом пересечения секущей плоскости и скруглення будет не фрагмент окружности, а фрагмент эллипса (см. рис. 2.20).
Вычисление угла компенсации пружинения детали и координат точек, используемых на первом шаге гибки-штамповки
При гибке-штамповке детали после снятия давления борт отходит от оснастки на некоторый угол, зависящий от свойств материала. Следовательно, для создания детали, согнутой под нужным углом, необходимо вычислить угол компенсации пружинения и произвести коррекцию оснастки таким образом, чтобы после отдачи металла деталь принимала заданную форму. Для этого нужно вычислить угол компенсации пружинения и отклонить на него борт оснастки. Угол компенсации пружинения вычисляется по следующей формуле для выпуклых бортов [62]: где у - угол компенсации пружинения; К, п - коэффициенты; Е - жёсткость материала; t - толщина материала; h - высота борта; R - радиус борта; г - радиус гиба; а -малка. Так как при сканировании детали вогнутым рёбрам присваивается отрицательныое значение кривизны, то формула (3.4) принимает вид: 105 ( (\ 1+
Так как в рассматриваемый класс деталей входят и детали с поднутрениями, то сначала нужно восстановить параметры детали до образования поднутрения. Сначала восстанавливается изначальная длина борта. Для этого к длине отрезка RealBase-Bevel прибавляется длина отрезка UndercutRounding-Undercut и длина дуги скруглення поднутрения, проходящей внутри металла и имеющей радиус, равный среднеквадратичному значению между радиусами дуг внутренней и внешней поверхности металла (см. рис. 3.26). rUndercut UndercutRounding Base / RealBase Rounding
Параметры сечения внешнего контура детали
В случае отсутствия в данной точке поднутрения изначальная высота борта принимается равной Н. После этого находится угол компенсации пружинения детали в данной точке у, и в соответствии с ним вычисляются новые координаты точек борта Rounding и Bevel, а также новый радиус скруглення г (см. рис. 3.27).
Для этого, исходя из найденного угла компенсации пружинений, рассчитывается вектор RealBase-Bevel, и в этом направлении от точки RealBase откладываются отрезки длиной RealBase-Rounding и RealBase-Bevel. Таким образом рассчитываются новые точки борта. После этого в соответствии с найденными точками находится новый радиус скруглення по формуле r = Rounding-RealBase an(« ). (3.7)
Автоматизированное проектирование производится в соответствии с принципами, изложенными в [16], [81], [119], [120].
Основание оправки проектируется по следующему алгоритму: 1. Автоматически строится верхний контур основания оправки, на большинстве участков совпадающий с контуром RealBase детали. Контур создаётся из сплайнов [45], число которых равно числу рёбер на просканированной детали. В случае, когда в детали содержится только одно ребро, соответствующему сплайну автоматически присваивается атрибут «замкнутый». Множество созданных сплайнов представляет собой замкнутый контур. Сплайны имеют степень 3 (кубические), конец каждого сплайна является началом следующего. Построение сплайнов осуществляется путём программного вызова функции модуля Unigraphics Modeling «Insert - Curve - Spline by Points...» (см. рис. 3.28).
Пользователь может отменить построение сплайнов в контуре оправки для некоторых рёбер, не имеющих борта, чтобы не создавать излишнюю детализацию контура, влекущую неоправданное повышение временных и финансовых затрат на производство оправки. Таким образом в верхнем контуре оправки могут возникнуть разрывы из-за отсутствия некоторых сплайнов. Такие разрывы заполняются линиями, гладко соединяющимися с концами сплайнов, примыкающих к разрыву. Эти линии имеют гладкость степени 2 (имеют непрерывную вторую производную). Построение соединительных линий осуществляется путём программного вызова функции модуля Unigraphics Modeling «Insert - Curve Operation - Join...» (см. рис. 3.29).
Автоматизированное проектирование технологической оснастки с помощью разработанного ПО
После того, как деталь спроектирована, её можно использовать в качестве входных данных для разработанного ПО - внутреннего модуля Unigraphics Open API PowerDesigner2. Модуль представляет собой библиотеку с названием PowerDesigner2.dll. Установки данного модуля не требуется, достаточно наличия доступа к нему через проводник Windows. Для запуска модуля нужно вызвать команду «File - Execute UG/Open - User Function...». В появившемся стандартном диалоговом окне выбора файлов необходимо выбрать файл PowerDesigner2.dll. Появится главное диалоговое окно модуля (см. рис. 4.44).
Сначала необходимо просканировать деталь - считать её геометрические параметры, необходимые для построения технологической оснастки. Для этого нужно нажать на кнопку «1. Просканировать деталь» и выбрать листовую деталь, построенную по разработанной методике тонкостенных тел. Выбрать необходимо деталь в целом как объёмное тело, а не какую-либо её часть. Для исключения выбора неверных объектов можно включить фильтр для отсеивания типов выбираемых объектов. Обычно выпадающий список, содержащий типы фильтруемых объектов, находится в верхней части окна Unigraphics. В фильтре следует выбрать тип объектов «Solid Body» (см. рис. 4.45).
При выборе неверного типа объекта, либо выборе листовой детали, созданной не по предлагаемой методике тонкостенных моделей, корректность работы модуля не гарантируется. После выбора сканируемой модели листовой детали появляется окно задания опций сканирования и расчёта углов компенсации пружинения (см. рис. 4.46). Опции расчёта углов компенсации пружинения необходимы из-за того, что расчёт углов компенсации пружинения производится одновременно со сканированием детали. В поле «Число точек сканирования» задаётся примерное число сканирования геометрических параметров детали вдоль её контура (в данном случае 100). В остальных полях ввода задаются параметры материала детали.
После сканирования становится доступной опция построения основных элементов технологической оснастки, предназначенной для изготовления детали. Для построения оснастки необходимо нажать кнопку «Построить контуры оправки» главного окна программы (см. рис. 4.44). На экране появится основной контур детали, вдоль которого располагаются точки сканирования параметров детали. Кривые контура окрашены в разные цвета. Зелёным цветом окрашены кривые, к которым должен примыкать борт. Жёлтым цветом окрашены кривые, к которым не должен примыкать борт. Можно отменить построение сплайнов в контуре оправки для частей контура, не имеющих борта, (соответствующие им кривые окрашены в жёлтый цвет) чтобы не создавать излишнюю детализацию контура, влекущую неоправданное повышение временных и финансовых затрат на производство оправки. Такие участки изображены на рис. 4.47. Каждой кривой контура, не имеющей борта, соответствует один элемент в списке появившегося диалогового окна (см. рис. 4.48). При выборе элемента в списке соответствующая ему кривая на экране меняет свой цвет с жёлтого на красный для идентификации выделенного элемента. Необходимо выбрать каждую кривую на участках, показанных на рис. 4.47, и установить для неё опцию «Игнорировать ребро».
После того, как листовая деталь просканирована, возможно автоматическое построение её развёртки. При расчёте контуров развёртки нейтральный слой на сгибах детали принимается лежащим на радиусе, равном среднему геометрическому между радиусами внутренней и внешней поверхностей детали (см. рис. 4.56): ы =У1ГГГО . (4-1) где rN - радиус нейтрального слоя; г, - радиус внутренней поверхности; г0 - радиус внешней поверхности.
Для построения развёртки необходимо нажать кнопку «Построить развёртку детали» на главном диалоговом окне модуля (см. рис. 4.44). После этого произойдёт проектирование развёртки в новом файле детали. Для просмотра этого файла нужно выйти из программы, нажав кнопку «ОК.» или «Back» на главном окне программы. Станет доступной опция изменения отображаемой детали. Необходимо переключиться на новую деталь, вызвав меню «Window» и щёлкнув на названии новой детали. Отобразится листовая деталь, представляющая собой развёртку спроектированной детали (см. рис. 4.57). системе Unigraphics выполнено проектирование деталей 11.0210.К.000.015 и 11.0213.К000.213, использующихся на КнААПО, в соответствии с разработанной методикой проектирования листовых деталей, изготавливаемых путём гибки-штамповки (подвид метода тонкостенных деталей).
2. С помощью разработанного ПО произведено автоматизированное проектирование основных элементов технологической оснастки, необходимых для изготовления построенных деталей - основания и прижима.
3. С помощью разработанного ПО произведено автоматическое проектирование развёртки построенных деталей.
