Классификация систем автоматизированного проектирования (CAD систем)

Работа с CAD (англ. Computer-Aided Design) программным обеспечением обычно подразумевает компьютерное создание геометрической модели изделия (двумерной или трёхмерной, твердотельной), генерацию на основе этой модели конструкторской документации (чертежей изделия, спецификаций и проч.) и последующее его сопровождение. Предусмотрена возможность как локального проектирования, например, компрессоры, вентиляторы, турбины и т.д., так и глобального – системы отопления, системы нефтепроводов и газопроводов любой длины, промышленные объекты и системы коммуникаций.

Проектирование – процесс составления описания, необходимого для создания в заданных условиях ещё не существующего объекта на основании первичного описания объекта и алгоритма его функционирования. Существуют два основных способа 3D моделирования. Исторически первыми были параметрические системы с деревом построения. Моделированию с деревом построения уже около 20 лет, и данный метод хорошо знаком большинству конструкторов. Примером данного метода является Компас 3D. Второй способ — системы без дерева построения, или системы прямого моделирования(T-Flex). В системах с деревом построения модель в процессе ее создания и редактирования подразделяется на конструктивные элементы, которые управляются размерами, поэтому автоматически проводимые изменения геометрии оказываются надежными и предсказуемыми. Однако достижение такой предсказуемости поведения модели требует предварительного планирования всех построений с учетом того, как именно будет редактироваться модель. Любые незапланированные изменения в конструкции модели могут потребовать значительных переделок и больших затрат времени на пересчет всего дерева построения [8].

Типичные представители: Pro/ENGINEER, AutoCAD, SpaceClaim, KOMPAS-3D, Solid Edge, SolidWorks, CADMATIC и т.д.
Рассмотрим некоторые из них.

Компас — семейство систем автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Разрабатывается российской компанией «Аскон». Система ориентирована на поддержку стандартов ЕСКД и СПДС.

Основные задачи, которые решает система КОМПАС-3D - формирование трехмерной модели детали, отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как типичные, так и нестандартные конструктивные элементы с целью передачи геометрии в различные расчетные пакеты или пакеты разработки управляющих программ, а также создание конструкторской документации на разработанные детали.

КОМПАС-3D позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Программа имеет собственное математическое ядро и параметрические технологии, при помощи которых, можно произвести некоторые расчеты (масса, объем, площадь поверхности, характеристики детали) непосредственно в КОМПАС-3D.

Основной набор задач, выполняемых КОМПАС-3D:

- моделирование изделий с целью создания конструкторской и технологической документации (сборочных чертежей, спецификаций,

деталировок и т.д.);

- моделирование изделий с целью расчета их технических характеристик;

- моделирование изделий для передачи геометрии в расчетные пакеты;

- моделирование деталей для передачи геометрии в пакеты разработки управляющих программ;

- создание изометрических изображений (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т.д.).

Модель детали является отдельным типом документа системы КОМПАС. Общепринятым порядком моделирования является последовательное выполнение операций (сложения и вычитания) над объемными примитивами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т.д.).

В КОМПАС-3D объемные объекты образуются путем выполнения такого перемещения плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет форму объекта (например, поворот окружности вокруг оси образует сферу, а смещение многоугольника - призму).

Удобный прием моделирования изделий, которые отличаются лишь некоторыми конструктивными элементами - использование в качестве основания детали ранее подготовленной модели - детали-заготовки. Деталь-заготовку можно вставить в модель, сохранив ссылку на содержащий ее файл (иначе говоря, сохранив связь с файлом-источником). В этом случае любые изменения модели в файле-источнике будут передаваться во все модели, содержащие данную заготовку. Использование детали-заготовки в некоторых случаях позволяет значительно ускорить работу системы при моделировании деталей высокой сложности.

Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами чертежно-графического редактора КОМПАС-ГРАФИК. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения, команды параметризации и сервисные возможности. Единственным исключением является невозможность ввода некоторых технологических обозначений и объектов оформления. В эскиз можно перенести изображение из ранее подготовленного в КОМПАС-ГРАФИК чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию. Эскиз может располагаться в одной из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем.

Операции над эскизом:

-вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза;

-выдавливание эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза;

-кинематическая операция - перемещение эскиза вдоль указанной направляющей;

- построение тела по нескольким сечениям-эскизам.

Каждая операция имеет дополнительные опции, позволяющие варьировать правила построения тела:

-при вращении эскиза можно задать угол и направление поворота относительно плоскости эскиза и выбрать тип тела;

-при выдавливании эскиза можно задать расстояние и направление выдавливания относительно плоскости эскиза и при необходимости ввести угол уклона;

-при выполнении кинематической операции можно задать ориентацию образующей относительно направляющей;

-при построении тела по сечениям можно указать, требуется ли

замыкать построенное тело.

Во всех типах операций можно включить опцию создания тонкостенной оболочки и задать толщину и направление построения стенки - внутрь, наружу или в обе стороны от поверхности тела, образованного операцией.

Дополнительные операции позволяют упростить задание параметров распространенных конструктивных элементов - фаски, скругления, цилиндрического отверстия, уклона, ребра жесткости. Так, для построения фаски не нужно рисовать эскиз, перемещать его вдоль ребра и вычитать получившийся объем из основного тела. Достаточно указать ребро или несколько ребер или грани для построения фаски и ввести ее параметры - величину катетов или величину катета и угол.

На любом этапе работы тело можно преобразовать в тонкостенную оболочку (для этого нужно будет исключить одну или несколько граней, которые не должны входить в оболочку). Порядок работы с получившейся оболочкой будет прежним - добавление и вычитание тел, формирование фасок, скруглений, отверстий, ребер жесткости и т.д. Кроме того, на любом этапе работы можно удалить часть тела по границе, представляющей собой плоскость или цилиндрическую поверхность, образованную выдавливанием произвольного эскиза [9]. Интерфейс системы представлен на рисунке 2.15

Рисунок 2.15– Интерфейс системы «Компас 3D»

2.7 Металлорежущие инструменты с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП)

Металлорежущие инструменты с механическим креплением сменных

многогранных пластин (СМП), появившиеся в мировом машиностроении в

конце 50-х годов XX-го века, в течение относительно короткого промежутка

времени завоевали себе ведущее положение в инструментальной

промышленности.

В настоящее время используются СМП, которые имеют требуемые заранее приданную при изготовле­нии форму, геометрические параметры и состояние режущей кромки. Чтобы избежать повторной заточки режущей кромки после затупления в процессе резания, пластины выполняют в виде многогранников (треугольников, квадратов, ромбов, пятигранников и т. д.), каждая сторона которых является режущей кромкой.

Пластину крепят к державке резца с помощью специальных приспособлений, позволяющих поворачивать ее на державке вокруг вертикальной оси, вводя в рабочее положение новую ре­жущую кромку вместо затупленной.

Преимущества инструмента со сменными многогранными пла­стинами следующие:
- отсутствие в твердосплавной пластине термических напряже­ний (что характерно при пайке), которые существенно умень­шают запас прочности и приводят к появлению трещин, сколов и поломок; в результате эксплуатационная стойкость инстру­мента повышается на 25—30 %;
- возможность применения твердых сплавов и керамики с более низкой прочностью и высокой износостойкостью, следовательно, повышение скорости резания и производительности;
- простота замены затупившихся режущих кромок, взаимоза­меняемость высокоточных пластин, что сокращает время наладки инструмента на требуемый размер обработки;
- исключение повторной заточки инструмента, что экономит алмазы; сохранение постоянными геометрических параметров инструмента, так как они определяются точностью исполнения самой пластины и гнезда под пластину в корпусе инструмента;
- высокие производительность и точность скругления режущих кромок, что повышает эксплуатационную стойкость, так как скругленные кромки играют роль упрочняющей фаски;
- экономия дефицитного вольфрама: возврат в металлургиче­скую промышленность

использованных сменных пластин состав­ляет около 90 %, в то время как напайных — около 15 %;
- уменьшение запаса инструментов в целом, так как одна дер­жавка резца или корпус фрезы могут быть использованы много­кратно для десятков и даже сотен сменных пластин; экономия зна­чительного количества стали, которая расходуется при изготовле­нии напайного инструмента;

- снижение стоимости обработки, существенное повышение эко­номической скорости резания (соответственно минимальная стои­мость обработки), увеличение производительности обработки;
- возможность применения износостойких покрытий для значи­тельного повышения стойкости инструмента.

Вместе с тем, практика применения этого класса инструментов

показала, что они зачастую обладают меньшей жесткостью конструкций,

имеют неоптимальную геометрию вспомогательных лезвий и требуют более

высокого уровня культуры труда и производства. Поэтому знание и учет

отмеченных особенностей при конструировании, изготовлении и

эксплуатации инструментов с СМП будут способствовать расширению

области их применения с резцов (до 90% номенклатуры) и фрез (около 50%)

на осевые, протяжные и прочие инструменты.

В настоящее время освоен массовый выпуск СМП большого числа форм и раз­меров, а также различных степеней точности, шлифованных по всем поверхностям или только по опоре, но изготовленных прес­сованием с достаточно высокой точностью формы и размеров.
Увеличение числа и изменение форм СМП являются результатом непрерывного их совершенствования в целях осуществления раз­личных видов обработки резанием, обеспечения устойчивого стружколомания при обработке стали и сплавов и разработки более компактных методов крепления пластин в инструменте.

Все это позволило существенно расширить области примене­ния СМП: сборный многолезвийный инструмент, расточные голов­ки и резцы, фрезы, инструмент для обработки отверстий и т. д.

Благодаря преимуществам инструмента с СМП его широко используют на станках с ЧПУ, автоматических линиях, много­целевых станках, т. е. там, где требуются высокая надежность, быстросменность и взаимозаменяемость.