Проектирование крышки муфты в SolidWorks. Часть 1

Современные машины и механизмы к настоящему времени достигли достаточно высоких скоростей и производительности. Увеличение скорости, как правило, ведет и к повышению температуры различных трущихся пар. Так, например, в приводе для натяжения вала экструдера на ООО «Ультрапак» происходил перегрев двигателя и крышки муфты привода. Температура на корпусе муфты при наиболее нагруженных режимах составляла до 120 С. В результате действия высокой температуры один из подшипников ротора в результате тепловых деформаций и высыхания смазки практически ежедневно выходил из строя. Данная проблема на производстве решалась путем простой разборки-сборки узла с заменой отработанного подшипника. Естественно происходило нарушение сопряженных поверхностей, посадок. Также данная процедура значительно снижала производительность экструдера, так как процедура ремонта узла занимала около 40 минут. Нашей группе специалистов была поставлена задача по устранению данной проблемы.

Данную задачу лучше всего решать с применением современных технологий, таких как САПР. САПР – это автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Основная цель использования САПР – повышение эффективности труда, включая:

• сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
• сокращения сроков проектирования;
• сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
• повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
• сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

• автоматизации оформления документации;
• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
• использования технологий параллельного проектирования;
• унификации проектных решений и процессов проектирования;
• повторного использования проектных решений, данных и наработок;
• стратегического проектирования;
• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
• повышения качества управления проектированием;
• применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Для решения данной проблемы первоочередно требуется подобрать подходящие САПР–приложение для решаемой задачи, в нашем случае проектирование крышки муфты.

Для комплексных расчетов и проектирования требуется использование САПР, включающего в себя CAD/CAM/CAE приложения.

CAD–приложения (Сomputer-Aided Design) – средства автоматизированного проектирования, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

CAM–приложения (Computer-Aided Manufacturing) – средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем).

CAE–приложения (Computer-Aided Engineering) – средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.

Наиболее подходящем в нашем случае САПР будет флагманское решение от компании «Dassault Systemes» SolidWorks.  Данное САПР включает в себя CAD/CAE приложения. В качестве САМ–приложения следует использовать надстраиваемый модуль CAMWorks для САПР SolidWorks. Рассмотрим данные программы подробнее.

SolidWorks - программный комплекс САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения. Система управления инженерными данными SolidWorks Enterprise PDM (SWE-PDM) в составе программного комплекса SolidWorks позволяет сформировать единое информационное пространство предприятия, обеспечивая коллективную (параллельную) разработку изделия и технологий изготовления, управление архивной документацией, повторное использование наработок, автоматизацию бизнес-процессов, подготовку данных для системы управления ресурсами предприятия и многое другое.

Решение масштабируется от небольших инновационных компаний до крупных корпораций и концернов. Ядром системы являются базовые конфигурации: SolidWorks Standard, SolidWorks Professional и SolidWorks Premium, ставшие де-факто стандартом автоматизированного проектирования во всем мире.

Модуль CAMWorks позволяет создавать программы фрезерной, токарной, токарно-фрезерной и проволочной эрозионной обработки. Поддерживаются следующие типы станков:

• фрезерные с одновременным управлением двумя - пятью осями;
• токарные одно- и двухшпиндельные, с одним или двумя суппортами, с программно управляемыми вспомогательными механизмами (задние бабки, люнеты, ловители деталей и т.п.);
• токарно-фрезерные одно- и двухшпиндельные, с одним или двумя суппортами, с программноуправляемыми вспомогательными механизмами, с одновременным управлением двумя - пятью осями;
• эрозионные двух- и четырёхосевые.

Обработка ведётся непосредственно в среде SolidWorks и непосредственно по модели SolidWorks. Результаты работы программиста сохраняются в этой же модели детали или сборки SolidWorks. Таким образом обеспечивается полная ассоциативность модели и траекторий инструмента, что приводит к автоматическому обновлению всех траекторий инструмента при проведении изменений модели.

При добавлении в модель SolidWorks каких-либо технологических данных, таких как обозначения шероховатости, базы, допуски формы и расположения поверхностей, допуски на размеры, технолог-программист всегда имеет непосредственный доступ к ним, что облегчает выбор схемы базирования детали на станке и подбор необходимых для обеспечения заданного качества детали инструмента и режимов резания. Деталь может быть легко адаптирована к нуждам обработки посредством, например, исключения лишних с точки зрения обработки элементов геометрии или путём пересчёта исполнительных размеров модели в середину поля допуска.

В режиме работы со сборкой SolidWorks можно выполнять совместную обработку нескольких деталей, программировать обработку серии деталей, или просто полностью смоделировать всю реальную обстановку на столе станка - всю оснастку, заготовку любой сложности и так далее - для наиболее полного учёта реалий обработки уже на самых ранних этапах создания программы.

Данное приложение имеет схожий интерфейс с САПР SolidWoks. Поэтому, проектирование управляющей программы для станков с ЧПУ в данном приложение для пользователей знакомых с интерфейсом SolidWorks не составит больших трудностей.

После выбора подходящего САПР следует этап проектирования крышки муфты.

Так был геометрически смоделирован привод с САПР Solidworks 2012 и далее произведена оценка воздушного сопротивления и отвод температуры от крышки муфты. Геометрическая модель была передана в прикладную программу Flowsimulation, где ей были назначены необходимые ограничения, начальные и граничные условия, выбран оптимальные размер сетки конечных объемов. Полученная картина свидетельствовала о достаточно высокой сходимости с имеющейся проблемой. Далее необходимо было спроектировать с минимальными затратами привод таким образом, чтобы обеспечить ему нормальную работоспособность во всем диапазоне нагрузок и скоростей. Было предложено использовать несколько вариантов крышек муфты различной геометрической формы, из которых был выбран наиболее технологический. Данный вариант был подвергнут оптимизации с достаточно серьезным изменением внутренней формы и созданием таких условий протекания воздушного потока, что температура нагрева крышки не  превышала 40 С.

Рис. 1. Спроектированная крышка муфты в САПР SolidWorks 2012

Рис. 2. Оценка воздушного сопротивления и отвод температуры от крышки муфты в модуле Flowsimulation САПР SolidWorks

После проектирования и анализа крышки муфты следует создать управляющую программу для станков с ЧПУ в модуле CAMWorks для изготовления детали на автоматизированном оборудование.

Создание управляющей программы для станков с ЧПУ в CAM– приложении CAMWorks выполняется в следующей последовательности:

• Создание трёхмерной твердотельной модели в САПР SolidWorks или импорт в воспринимаемом формате для САПР SolidWorks;
• Выбор обрабатывающего оборудования: токарный станок, фрезерный станок, токарно-фрезерный станок;
• Использование команды “Извлечение объектов” для определения профилей обработки всех поверхностей или задание их вручную для выбранного типа оборудования;
• Создание установов и необходимых операций;
• Задание необходимых режимов резания и выбор режущего инструмента, если не подходит предложенный приложением вариант;
• Генерация траектории движения инструмента;
• Симуляция процесса обработки.

Результатом проведенной работы явилось изготовление принципиально новой крышки муфты, используя достижения современны САПР, позволившей привести работу экструдера в требуемый ритм.  

Во второй части статьи, мы подробна расскажем, как создавалась управляющая программа для станка с ЧПУ для изготовления крышки муфты при помощи CAM приложений.

Статья подготовлена коллективом Metal Working Group.

Перепечатка, копирование, воспроизведение или иное использование материалов, статей и уроков, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на www.metalworkinggroup.ru.

Поделиться: