Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций

Принципы проектирования

Разработка, проектирование и изготовление сварочных приспособ­лений, как правило, являются наиболее трудоемкой частью процесса под­готовки сварочного производства. Принципы и методику автоматизиро­ванного проектирования сборочно-сварочных приспособлений будем рассматривать в основном на примерах задач автомобильной промыш­ленности, где эта проблема особенно актуальна в связи с большими объ­емами используемой оснастки и необходимостью частой модернизации выпускаемой продукции.

Проблема собираемости кузова автомобиля решается путем стендово­го контроля размеров штампованных тонколистовых деталей и сварных уз­лов на всех (начиная со штамповки) этапах обработки, приводящих к их де­формированию. Величина деформации не является стабильной, поскольку зависит от многих факторов (свойств партии металла, номера работающего штампа, износа оснастки и т. п.), поэтому проверка проводится периодичес­ки. Сборка под сварку кузовных узлов осуществляется с помощью приспо­соблений, предназначенных для фиксации штампованных деталей и обеспе­чения при этом заданных размеров. Пробивка отверстий, завальцовка, мест­ная выштамповка и другая обработка также зачастую выполняются вне штампов на сборочных стендах. Суммарные объемы изготовления различ­ных стендов кузовного сварочного производства весьма значительны. При этом их разработка выполняется для одних и тех же изделий с использова­нием одной и той же элементной базы. Поэтому целесообразно проектиро­вать эти виды оснастки с помощью единой САПР.

Разновидности сборочно-сварочных приспособлений (ССП) можно классифицировать следующим образом: по назначению, исполнению, типу (рис. 6.1).

СБОРОЧНЫЕ

Каяедая деталь, входящая в узел, базируется относительно ССП или базовой детали, прихватывается сваркой (или другим способом), а затем собранный узел вынимается

ФИКСИРУЮЩИЕ

ЗАЖИМНЫЕ, КОНТРОЛЬНЫЕ, ПРОБИВНЫЕ и другие ССП.

Базируется весь узел целиком, а ие каждая деталь

СБОРОЧНО-

ФИКСИРУЮЩИЕ

Выполняется сборка и обработка

б

а — по назначению; б — по исполнению (в зависимости от объема производ­ства); в — по типу; ССП — сборочно-сварочные приспособления; УСП — универсальные сборочные приспособления; РТК — роботизированный техно­логический комплекс

Последовательность традиционного проектирования сборочно­сварочных приспособлений обычно сводится к следующим этапам:

• определение рационального порядка установки деталей и наложения сварных швов;

• выбор базовых элементов и поверхностей;

• выбор типа опорных и зажимных элементов;

• разработка компоновочной схемы (в упрощенном виде на стандарт­ных проекциях);

• проектирование приспособления по компоновочным схемам.

Сравнение вариантов традиционными способами не приводило к вы­бору наилучшего, и к окончательному оформлению принимался либо пер­вый разработанный вариант, либо аналогичный, имеющийся на данном предприятии. Лишь с использованием информационных технологий это по­ложение меняется.

В СССР работы по автоматизированному конструированию сборочно­сварочной оснастки впервые были начаты в Институте технической кибер­нетики АН Белоруссии в 1981 г. Результатом совместной работы ИТК АНБ и Горьковского автозавода стала система ИНСВАР автоматизированного конструирования кузовных сборочно-сварочных приспособлений. Однако одной системы ИНСВАР-ССП, построенной по схеме, повторяющей этапы традиционного конструирования, было недостаточно, требовались графиче­ское моделирование и оценка приемлемости положения сварной конструк­ции в приспособлении в процессе сварки.

Фирма Tecnomatix Technologies (США) в составе программного ком­плекса ROBCAD выпустила пакет Spotweld для контактной точечной свар­ки. который снижает время подготовки работы сварочных технологических комплексов с нескольких дней до нескольких часов. Пакет располагает мо­дулем FIXTURES, который поддерживает обширные библиотеки элементов оснастки и позволяет:

• собирать сварочные приспособления из стандартных элементов, до­бавляя при необходимости компоненты, спроектированные заново (напри­мер, ложементы);

• моделировать работу оснастки (установку детали, последователь - н ость фиксаций);

• готовить комплект конструкторской документации и программы для

- онтроллеров, управляющих оснасткой;

• автоматически формировать: сборочные чертежи стендов и устано - ъ.: к для контактной точечной сварки; рабочие чертежи деталей; ведомости ч зтериалов; видеозапись процессов работы приспособлений с определением столкновений и оптимизацией цикла;

• формировать промежуточные файлы для системы управления робо - ": = в формате PLC; промежуточные файлы для обработки деталей приспо - .: Глений на станках с ЧПУ.

Интерактивное параметрическое моделирование деталей и связей ме - ними в ROBCAD делает эту систему реальным инструментом концеп-

- т-съного проектирования, однако инсталляция комплекса, реализованного

на современных графических станциях, стоит дорого, и поэтому в сложных экономических условиях стран СНГ комплекс практически не используется.

Поиск более дешевых подходов без ущерба их технологическим воз­можностям привел к созданию фирмой «Буран» (Россия) аналогичной сис­темы в составе комплекса программных средств РОБОМАКС, использую­щего визуальное моделирование взаимодействия между объемными моде­лями сварного узла, сварочного инструмента и сборочно-сварочного при­способления. В качестве графической среды в настоящее время использует­ся Mechanical Desktop (AMD) фирмы AutoDesk.

К разработке системы были привлечены квалифицированные специали­сты, которым пришлось работать в сложных условиях. Разработка сразу же ба­зировалась на использовании только массовых моделей персональных компью­теров и широкодоступных недорогих универсальных графических систем. В то время как вся САПР сварочных приспособлений изначально строилась на принципах трехмерного моделирования, имевшиеся в 1991 г. версии базовой графической среды AutoCad, реализованные тогда на платформе ПК 386, были ориентированы преимущественно на плоские проекционные чертежи. В част­ности, в версиях AutoCad еще отсутствовали такие необходимые функции, как автоматическое построение любых плоских сечений трехмерных объектов, ав­томатическая сборка-разборка трехмерных сборочных единиц и др. Поэтому создаваемый программный комплекс имел многие собственные встроенные функции, которые впоследствии появились в очередных версиях базового гра­фического пакета. В связи с постоянным развитием систем машинной графики естественно постоянно обновляются и версии рассматриваемой здесь САПР приспособлений. В настоящее время установка программного комплекса тре­бует приобретения и установки одной из последних версий известного пакета Mechanical Desktop.

Полученное при разработке сварной конструкции описание ЗО-образа сварного узла используется технологами и конструкторами по оснастке для решения необходимых задач увязки конструкции узла и технологии его из­готовления.

Автоматизированная система предназначена для формирования моде­лей сборочно-сварочных приспособлений и применима практически для всех их разновидностей. Она включает в себя базу данных 3 D-образов стан­дартизованных унифицированных элементов и программные модули в со­ставе подсистемы подготовки прототипа оснастки и подсистемы формиро­вания 3£>-моделей узлов фиксации и самих приспособлений.

На автомобильных заводах эта система эффективно используется уже в течение ряда лет. Последняя версия программного продукта обладает до­полнительными возможностями. Кроме проектирования сборочно-сварочых приспособлений САПР осуществляет проектирование контрольных и про­

бивных стендов. Это определило дополнительные требования к системе как по разнообразию типов используемых элементов, так и по возможностям их пространственного расположения. САПР дополнена технологической под­системой компьютерного ввода карты контроля и схем базирования узлов, что позволило использовать ее в составе комплекса РОБОМАКС в техноло­гических подразделениях заводов и для оперативной передачи результатов их работы в конструкторские подразделения.

Применение данной САПР как составной части компьютерной техно­логии подготовки производства позволяет ликвидировать «узкое место» разработки и изготовления сварочной оснастки.

При разработке оснастки САПР обеспечивает:

• снижение трудоемкости, сроков разработки и оформления проекта;

• повышение качества документации (за счет сокращения ошибок, ис­пользования унифицированных конструктивных решений, единообразия оформления);

• возможность оперативного изменения схемы базирования и положе­ния узла при сварке;

• оптимизацию решений за счет углубленной проработки вариантов;

• повышение качества результатов конструирования с автоматизиро­ванным нормированием операций и учетом расхода основных и вспомога­тельных материалов;

• повышение уровня нормализации и унификации конструкций;

• передачу результатов автоматизированного конструирования при­способлений в подсистему автономного программирования сварочных РТК;

• повышение культуры и престижности конструкторской работы.

При изготовлении и наладке САПР обеспечивает:

• сокращение сроков подготовки производства за счет использования готовых конструктивных элементов приспособлений, хранящихся на складе, или унифицированных элементов, изготовляемых на станках с ЧПУ по ав­томатически подготовленным программам;

• сокращение времени наладки сборочных приспособлений за счет использования качественных сборочных чертежей, единообразия конструк­ций, снижения номенклатуры оригинальных деталей и повышения уровня унификации, нормализации и культуры производства.

Объектами проектирования в САПР могут быть:

• сборочно-сварочные приспособления для ручной и роботизирован­ной сварки;

• пробивные и комбинированные стенды;

• контрольные кузовные приспособления и стенды.

Проектирование приспособлений заключается в компоновке унифи­цированных элементов относительно образа узла и в разработке оригиналь­ных базовых, переходных и контактных элементов.

САПР имеет следующие возможности:

• в состав одинарного (унитарного) узла фиксации кроме одного под­вижного прижима могут входить другие неподвижные элементы из базы данных (кронштейны, фиксаторы, стойки и другие элементы);

• в состав комбинированного узла фиксации могут входить два одинарных, причем не обязательно в одной плоскости (например, если фиксатор вынесен в сторону от плоскости прижима, но закреплен на той же стойке);

• многоместное сборочно-сварочное приспособление проектиру­ется для некрупных или компактных сварных узлов, например парных (правый-левый), где координаты расстановки сварных узлов предвари­тельно не известны, — это выясняется в процессе проектирования.

Сборочно-сварочное приспособление с несколькими кондукторными плитами, расположенными в разных плоскостях или под разными углами, необходимы для главных кондукторов кузова или сборки узлов, у которых панели находятся в разных плоскостях и в разных пространственных поло­жениях.

Имеется возможность оснащения настольных сборочно-сварочных приспособлений стойками, подставками под плиту и кантователями — в этом заключается проектирование напольных стендов.

Предусмотрена возможность формирования кондукторной плиты произвольной формы с крепежными отверстиями, отверстиями выталкива­теля изделия, а также окнами высвобождения изделия.

Оригинальные элементы непосредственного контакта с изделием (блочки-сухари), рычаги, стойки и кондукторная плита проектируются до стадии рабочих чертежей с формированием соответствующей информации, при дальнейшей разработке для станков с ЧПУ программ механообработки поверхностей. Одновременно предусмотрен учет толщины листов фикси­руемого соединения узла в соответствующем направлении от исходной ли­цевой поверхности ЗО-образа при размещении контактных поверхностей приспособления.

При формировании одинарных и комбинированных узлов фиксации производится проверка возможности удаления сварного узла, достаточности хода механизма и отсутствия столкновений элементов между собой и с уз­лом при их взаимных перемещениях.

При разработке приспособлений и стендов используется интерактив­ное проектирование, значительно повышающее эффективность и универ­сальность работы конструктора. Оно заключается в автоматическом форми - ровании варианта решения, основанного на настройке системы пользовате­лем. При этом из всего возможного множества решений выбирается наибо­лее соответствующее традициям предприятия и желаниям пользователя. При необходимости разрабатываемый вариант редактируется путем замены или пространственного перемещения базовых элементов приспособления с сохранением их объектных связей.