разное

Технология автоматизированного проектирования приспособлений

Общая последовательность работы САПР представлена на рис. 6.13.

Подготовка к проектированию. Исходными данными для проекти­рования служат математические модели узла и отдельных деталей. В авто­мобильной промышленности они часто создаются в «тяжелых» графических системах, например в САТ1А, а их передача в автоматизированную систему проектирования приспособлений производится через IGES-транслятор AutoSurf. Кроме того, в состав исходных данных должны входить:

• техническое задание на проектирование;

• рабочие чертежи узлов и входящих деталей;

• технологический процесс сборки-сварки;

• принципиальная схема приспособления.

Техническое задание на проектирование должно содержать требова­ния к конструкции приспособления и его отдельным элементам, характери­стику энергоносителей (напряжение и род тока, давление воздуха), габарит­ные размеры, производительность, перечень деталей и сборочных единиц, условия подачи и удаления деталей и изделия, требования к управлению (расположение пульта, необходимость дистанционного управления), требо­вания по технике безопасности; эргономические требования.

Кроме того, техническое задание может содержать дополнительные данные, характеризующие режим работы сборочного приспособления, воз­можность его переналадки, степень механизации и автоматизации; надеж­ность, унификацию и стандартизацию, связь с другими приспособлениями, кинематические условия эксплуатации, требования к маркировке и упаковке, а также экономические показатели использования и сведения об аналогичных приспособлениях, применявшихся на данном или других предприятиях для изготовления похожих сварных узлов.

Разработка схем базирования и карт контроля. Большая интеллек­туальная нагрузка выпадает на этап выбора схемных решений, которые оп­ределяют качество проекта. При проектировании сборочного приспособле­ния исходят из того, что именно конструкция сварного узла определяет принципиальную схему приспособления. Поэтому разработка принципиаль­ной схемы базирования осуществляются непосредственно на 3£>-модели сварного узла, где указываются места и способы фиксации и закрепления деталей.

В состав технического задания на проектирование могут входить сле­дующие документы:

схема базирования — это комплект документации для разработки приспособления. Основной из них — образ сварного узла, на котором ус­ловными обозначениями указаны места, способы и устройства фиксации и крепления всех деталей и подузлов для обеспечения его заданных размеров с учетом всей гаммы технологических факторов и ограничений, действую­щих на приспособление в процессе эксплуатации. В комплект также входят сечения собираемого узла с обозначением формы контактных поверхностей блочков;

карта контроля — комплект документации для разработки кон­трольного приспособления, где кроме данных схемы базирования дополни­тельно внесены сведения о контролируемых размерах формы детали или узла и расположения отверстий;

принципиальная схема приспособления отличается от схемы бази­рования наличием дополнительных сведений о способах и устройствах для установки, манипулирования и съема деталей и узлов.

Поверхность детали, на которую она устанавливается при сборке под сварку в определенном положении относительно сборочно-сварочного при­способления и сварочного инструмента, называют установочной базой. Сборочная база — совокупность поверхностей, линий и точек, которая оп­ределяет положение детали относительно других деталей в изделии или сборочной единице. Конструктивной базой приспособления называют сово­купность поверхностей, линий и точек, от которых задаются размеры и по­ложения других деталей и сборочных единиц при разработке конструкции.

Для базирования детали, имеющей развитые плоскости и цилиндриче­ские поверхности, необходимо и достаточно шести опорных точек. Элемен­ты с криволинейными поверхностями сложной формы, а также нежесткие элементы базируются в приспособлениях с помощью ложементов. Детали узла могут частично или полностью базироваться по другим элементам сварной конструкции.

Ввиду сложности пространственных форм кузовных узлов невозмож­но формализовать процесс создания схемы базирования, который заключа­ется в указании зон предпочтительного размещения узлов фиксации. На схеме базирования отмечаются размеры, которые следует соблюсти с осо­бой точностью. В качестве установочных баз предпочтительно использовать механически обработанные поверхности или отверстия деталей. При разме­щении упоров установочных баз надо следить за тем, чтобы не происходило защемления в приспособлении собранного и прихваченного изделия и обес­печивался его свободный съем. В связи с этим отдельные собираемые под сварку детали целесообразно размещать так, чтобы их ожидаемые переме­щения от сварочных деформаций были направлены не к упорам, а в сторону от них. В противном случае усадочные сварочные деформации с огромными усилиями после сварки заклинят сваренное изделие в жестких базовых упо­рах сварочного приспособления. Прижимы деталей стремятся располагать в непосредственной близости от базовых упоров. Желательно, чтобы в проек­тируемом сборочном приспособлении было минимальное количество типов прижимов (лучше один-два). При этом прежде всего используют стандарти­зованные конструктивные элементы и только в случае необходимости — оригинальные решения.

Рациональный выбор базовых поверхностей и элементов фиксации — важнейший фактор, определяющий качество сварного изделия.

Определение мест базирования и фиксации поверхностей сварного уз­ла выполняется конструктором на этапе формирования прототипа проекти­руемого приспособления в соответствии со схемой базирования. Поэтому формирование схем базирования и карт контроля должно осуществляться до начала проектирования самого приспособления. Лучше, если это выпол­няется с помощью соответствующей встроенной подсистемы и точной ма­тематической модели сварного узла специализированным технологическим подразделением, например лабораторией собираемости и метрологии. По сути дела, именно это подразделение должно выполнять непосредственную разработку прототипа приспособления.

Условные обозначения опор (неподвижных, подвижных, плавающих, регулируемых), а также зажимов одиночных и двойных регламентируются ГОСТ 3.1107—81 и стандартом предприятия. Библиотека условных обозна­чений элементов приспособлений присутствует в системе и открыта для пользователя.

Разработка схемы базирования выполняется в такой последовательности:

• собираемый под сварку узел представляется схематически в виде конту ров с проемами путем обработки его 3£>-образа;

• на схему наносят условные обозначения фиксирующих, пробивных и контрольных элементов после выбора их типов и мест установки на узле;

• выполняются сечения в заданных местах узла и относительно них изображается форма контактных поверхностей сухарей;

• полученные схемы дорабатывают (наносят размеры, выноски, допол­нительные обозначения и т. п.) и включают в состав технического задания.

Основу рассматриваемой здесь концепции автоматизированного проек­тирования сборочно-сварочных приспособлений составляет принцип двух­этапного решения отдельных проектных задач. На первом этапе создается условное упрощенное представление принимаемого решения (прототип схе­мы, конструкции). С его помощью часто решается большой комплекс взаимо­связанных с проектируемым объектом задач. После их успешного решения уже на втором этапе наброски и, самое главное, привязка данных реализуются при окончательном (реальном) проектировании разрабатываемого объекта. И первый этап — создание прототипа, — и второй — проектирование объек­та — реализованы путем создания самостоятельных подсистем САПР.

В подсистеме подготовки прототипа оснастки расстанавливаются в виде плит-параллелепипедов прототипы кондукторной плиты и узлы фикса­ции относительно свариваемой конструкции, а также выполняются сечения вдоль граней прототипов узлов фиксации. Таким образом, определяются места расположения узлов фиксации на плите, а также геометрия фиксируе­мых поверхностей в этих местах. Поочередное формирование геометрии самих узлов фиксации относительно сечений и их сборка воедино в приспо­собление осуществляются позже.

При создании прототипа оснастки задается уровень размещения свар­ного узла над конду кторной плитой. Особенно это важно для контактной точечной сварки, когда необходимо обеспечить свободный доступ нижнего электрода сварочных клещей к свариваемому изделию. Далее формируется прототип кондукторной плиты, расстанавливаются прототипы прижимов и выполняются необходимые сечения сварного узла в зонах базирования и закрепления собираемых деталей.

Подсистема проектирования прототипов содержит программные сред­ства, которые позволяют осуществить следующие операции:

1) вызвать на экран монитора образ узла и разместить его соответст­вующим образом;

2) построить нормали к поверхности узла в местах приложения усилия закрепляющих элементов;

3) создать и вставить в модель прототип кондукторной плиты;

4) расставить прототипы прижимов в соответствии со схемой бази­рования с использованием или без использования нормалей к поверхно­сти узла;

5) получить сечения сварного узла в зонах прототипов прижимов и сохранить результаты работы.

Перечисленные пять групп операций выполняют с помощью специ­альных меню, пиктограмм, курсора мыши, в том числе с использованием стандартных функций графических пакетов и операционных систем (вы­брать, передвинуть, удалить, записать полный объем информации в соответ­ствующие каталоги на диске). Подробное описание работы подсистемы приведено на примере проектирования конкретного сборочно-сварочного кондуктора в § 6.4.

После того как загружен подготовленный ранее свариваемый узел, зада­ны габаритные размеры и пространственное положение прототипов одной или нескольких кондукторных плит и, таким образом, определены системы коор­динат, в которых производится проектирование узлов фиксации, можно задать габаритные размеры и пространственное положение прототипов других эле­ментов на каждой кондукторной плите. Прототип элемента (узел фиксации, силовая головка, контрольная поверхность) представляет собой определенный параллелепипед в системе координат заданной плиты и определяет «чертеж­ную плоскость» элемента при подготовке документации по проекту.

Для удобства позиционирования любых элементов на кондукторной плите автоматически выполняется построение сетки плаза. При этом сис­тема запрашивает плоскость проекции сетки и ее шаг. Изображение сетки плаза показано на рис. 6.14. Сетку плаза можно наблюдать в трех плоско­стях (в каждой плоскости отдельно или одновременно в нескольких).

-2000-1800-1600-1400-1200-1000 -800 -600 -400 -200 0

-1000

-800

-600

-400

-200

-200

—MX)

-600

—800

-1000

-1200_2(5/у) _]g00 _1бМ -1І00 -1260 -1о00 - Ж - Ш -400 -200— 1200

Рис. 6.14. Изображение сетки плаза

Построение нормалей к поверхности узла в точке приложения усилия, необходимое для последующего точного расположения прототипов пробивных и фиксирующих элементов, выполняется выбором пункта меню и непосредственным размещением курсора мыши в точке приложения уси­лия на поверхности узла. Для удобного позиционирования этой точки с ори­ентацией по сетке плаза или координатам лучше предварительно разместить обрабатываемый сварной узел в проекцию «вид сверху» или использовать средства объектной привязки. Для большего удобства работы можно ис­пользовать двухэкранный режим работы монитора (команда vports), когда выполняемые действия одновременно отображаются на разных проекцион­ных видах.

Вся работа с прототипами отдельных элементов проектируемой осна­стки требует увязки в единой среде их взаимного расположения и организа­ции хранения всех данных на диске. Разработана система предлагаемых обозначений (имен) кондукторных плит, отдельных прижимов и других элементов. Так, кондукторные плиты автоматически нумеруются в порядке их создания Fixplate-1, Fixplate-2, отдельные прижимы — Fix-1, Fix-2 и т. д. Удобная организация работы обеспечивает быстрое формирование прототи­па элемента, перемещение его в требуемое пространственное положение по трем координатам и поворот на необходимый угол.

Поскольку каждому прототипу прижима может соответствовать не более одного реального прижима, прототипы следует расставлять везде, где предполагаются конструктивные элементы сборочно-сварочного приспо­собления, будь то откидывающиеся механизмы или неподвижная арматура типа стойки. Комбинированные узлы фиксации, имеющие в своем составе два прижима, таким образом, должны использовать не менее двух прототи­пов, но могут использовать и три прототипа, например, для конструирова­ния выносного фиксатора, не лежащего в плоскости узла фиксации, но за­крепленного на его же стойке.

Если в проектируемое приспособление вставлено более одного прото­типа кондукторной плиты, то для работы необходимо выбрать один из них в боковом меню.

Прототип прижима еще не определяет его реальное конструктивное ис­полнение, и для его ориентирования относительно кондукторной плиты ис­пользуется система локальных координатных осей. Для удобства и ускорения позиционирования прижимных элементов принято соглашение, что ось У, обозначаемая на устанавливаемом элементе желтой линией, должна соответ­ствовать направлению подвода рычага прижима к закрепляемой детали.

Размеры прототипа рекомендуется назначать не менее реальных раз­меров будущего прижима, чтобы автоматически формируемый фрагмент сечения закрепляемого узла был достаточным для определения расположе­ния прижима.

Для более точного размещения прототипа относительно точки прило­жения усилия используется автоматизированное размещение прототипа прижима таким образом, что основание построенной заранее нормали к по­верхности узла совмещается со средней линией прототипа.

Для автоматического построения сечений сварного узла в плоскостях установки прижимов пользователю предоставляется возможность или са­мому указать прототипы прижимов с помощью мыши или выбрать функцию для построения всех сечений всех узлов, имеющихся на экране.

Для построения контактной поверхности узла фиксации (формиро­вания контактных поверхностей торцов блочков и скоса их кромок) в месте расположения каждого прототипа прижима строится не менее трех сечений. Система выдает запрос требуемого количества сечений для ка­ждого прототипа.

Подсистема формирования ЗП-модели сборочно-сварочного при­способления предназначена для:

• размещения конструктивных элементов приспособления относи­тельно сечений узла;

• формирования криволинейных поверхностей прижимов и их ориги­нальных деталей, кронштейнов, стоек и т. п.;

• объединения всех элементов в единую конструкцию на кондуктор­ной плите с рамой и поворотной стойкой, с возможностью последующего 3D-моделирования работы всего приспособления.

Работа подсистемы использует файлы описания сечения узла, сфор­мированные на предыдущем этапе работы, и позволяет выполнять следую­щие операции:

1) выбирать сечение установки прижима;

2) выбирать з ил и типоразмер прижима, вызывать его на экран;

3) задавать расположение прижима относительно сечения узла и из­менить его размеры;

4) задавать ширину, скос кромок и профиль поверхностей прижимов;

5) собирать относительно одного сечения несколько прижимов и фор­мировать недостающие конструктивные элементы (формирование узлов фиксации);

6) собирать воедино сборочное приспособление (как настольное, так и напольное).

При новом сеансе работы система запрашивает имя проекта, которое рекомендуется называть по номеру сварного узла или прототипа приспособ­ления. Под словом «проект» понимается вся совокупность информации (файлов), необходимой для нормального продолжения конструирования, доводки или модернизации приспособления. В процессе разработки для ка­ждого прототипа может быть несколько проектов, их можно сохранять, к

раооте с ними можно возвращаться, но после того, как найдено оконча­тельное решение, в архив должен по­падать лишь один из них.

Меню обеспечивает выбор кон­структивных элементов фиксации, сечений собираемой сварной конст­рукции, модернизацию сменных эле­ментов узлов фиксации, дорисовку недостающих элементов, а также сборку нескольких элементов на од­ном экране. Удобно диалоговое окно выбора для работы сечений деталей собираемого узла сварной конструк­ции (рис. 6.15). В левой части окна выбирается сечение для проработки

закрепления деталей. Завершенные и проработанные узлы фиксации, запи­санные в базу готовых решений, появляются в списке правого окна.

Окно выбора из базы подходящего конструктивного элемента проек­тируемого приспособления имеет вид, показанный на рис. 6.16. Появление на экране изображения выбранного узла фиксации для использования его в этом конкретном сечении собираемой под сварку конструкции автоматически

.0 6705

дополняется изображением сече­ния сварного узла в рабочей плос­кости прижима (рис. 6.17). «Пра­вильная» вставка узла фиксации относительно сечения обеспечива­ется лишь при полном выполне­нии правил подготовки образа прижима и записи его в базу дан­ных:

системе координат, а предполагае­мая точка контакта с закрепляемой деталью должна находиться в «нуле»;

• при этом точка фиксации образа контактного элемента также должна совпадать с предполагаемой точкой контакта с деталью, поскольку это важ­но для правильного изменения типоразмеров;

• сварной узел должен сохраняться в координатах сварной конструк­ции и прототип прижима должен быть правильно расположен относительно его поверхности.

Далее имеется возможность выполнения любых действий по переме­щению, редактированию и дорисовке конструктивных элементов узла фик­сации. При этом важно отметить, что любые перемещения и изменения всех элементов будут происходить при неизменном положении сечения сварной конструкции. Так, положение прижима относительно закрепляемого сече­ния свариваемой конструкции, возможно, потребует его изменения и кон­тактный элемент (блочок, прижим и т. п.) следует перенести в нужную точку.

После того как прижим занял правильное местоположение, можно пе­реходить к редактированию его размеров с помощью изменения цифровых значений системы параметризации, использованной при проектировании и формировании его 3D-образа для базы данных. Для этого следует выбрать пункт меню или можно использовать соответствующую пиктограмму и в появившемся диалоговом окне менять значения варьируемых параметров. Глобальное изменение типоразмера элемента выполняется при помощи ак­тивизации соответствующего варианта таблицы глобальных параметров. При редактировании размеров узла фиксации следует стремиться к тому, чтобы

• основание стойки совпадало с плоскостью кондукторной плиты;

• другие элементы узла фиксации не касались сварного узла;

• элементы узла фиксации не сталкивались друг с другом (например, при качании цилиндра);

• хватало хода поршня цилиндра для полного раскрытия прижима;

• обеспечивалось условие удаления сварного узла из приспособления после сварки.

После редактирования размеров прижима выполняются:

• формирование геометрии обрезаемых элементов узла фиксации;

• формирование контактных поверхностей прижима (рычага, ложе­мента или блочков), в том числе и для составления программы их механиче­ской обработки на станке с ЧПУ;

• подсборка комбинированных узлов фиксации;

• сборка окончательно подготовленных узлов фиксации, при которой получается пространственная система, включающая в себя также кондук­торную плиту;

• доводка конструкции кондукторной плиты путем обрезания ее кон­тура, вырезания окон и дорисовки арматуры, а также окончательная сборка сборочно-сварочного приспособления с усилительной рамой, подставой, поворотной стойкой и т. п.

Для полноты картины или удобства дальнейшей работы в образ сбо­рочно-сварочного приспособления можно вставить сварной узел и/или сетку плаза.

Заключительный этап работы — запись результатов и формиро­вание документации (схем, чертежей и спецификаций). Сформированная трехмерная модель приспособления отображается в комплекте из следую­щих чертежно-графических доку ментов:

• схема базирования и карта контроля;

• сборочный чертеж приспособления (стенда) в двух проекциях в про­екционной связи с обозначением координат и положения центра масс при­способления;

• чертежи функционально завершенных узлов фиксации в стандарт­ных проекциях;

• изображения нижних и верхних сухарей с обозначением осей кре­пежных отверстий (для подсоединения соответственно нижнего кронштейна и рычага пневмоприжима);

• изображения рычагов с крепежными отверстиями;

• изображения кондукторной плиты с простановкой координат от­верстий по каждому функционально завершенному узлу фиксации; соз­дается также специальный файл с изображением контура произвольной формы и простановкой размеров плиты; по умолчанию толщина плиты равна 20 мм;

• библиотека параметризованных элементов;

• технические данные приспособления (габаритные размеры, масса, координаты центра масс и т. п.).

Формирование чертежей (размещение необходимых видов, сечений и разрезов на формате чертежного листа и простановка размеров) выполняет­

ся в любой момент без затруднений путем преобразования трехмерных изо­бражений в плоские чертежи и их редактирования с использованием воз­можностей графической среды. Последовательность операций при получе­нии чертежной документации рассмотрена в § 1.5. Важно еще раз заметить, что каждому объемному изображению. dwg-файла может быть придан пло­ский чертеж, который хранится в этом же файле и автоматически изменяет­ся при изменении объемного изображения. Кроме того, возможно создание любого количества дополнительных чертежей в других файлах с обрывом всех ассоциативных связей и поэтому гораздо меньших по объему.

Более подробно вся работа по автоматизированному проектированию сборочно-сварочного приспособления рассмотрена на конкретном примере в § 6.4.