VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

 

Введение

На сайте «Союза машиностроителей России» [1] обозначены приоритеты развития российского машиностроения на период до 2020 г.: « … обеспечить выход на траекторию постиндустриального развития на основе пятого технологического уклада с одновременным формированием и развитием наиболее эффективных направлений шестого технологического уклада….. обеспечить создание эффективной комплексной системы целевой подготовки и переподготовки высококвалифицированных кадров машиностроительной отрасли, отвечающей современным требованиям….». Планируется, что «…в машиностроительном комплексе России будут доминировать высокотехнологичные производства, обновлены и подготовлены кадры и закончена модернизация производственного фонда…..»[1]. Но сегодня среди главных проблем отечественного машиностроения – недостаточные темпы внедрения инновационных технологий и средств обработки и отсутствие кадров высокой квалификации. Подготовку современных кадров для российского машиностроения должна обеспечить система профессионального образования, реформа которой производится в настоящее время. В соответствии с Законом об образовании [2] подготовка рабочих кадров для современных промышленных предприятий должна осуществляться в системе среднего профессионального образования и ресурсных центрах.

Анализ ситуации на рынке труда показывает сформировавшееся противоречие между возросшими требованиями к уровню подготовки кадров для эффективной эксплуатации современного автоматизированного машиностроительного оборудования и нехваткой в системе среднего (и начального) профессионального образования преподавателей, способных формировать у учащихся необходимые профессиональные компетенции. В стандартах предыдущего поколения подготовке педагогов профессионального обучения в области систем и технологий автоматизированного проектирования уделялось крайне мало времени и внимания. Сегодня возросли требования к качеству специальной (САПР-ориентированной) подготовки педагога (ныне – бакалавра) профессионального обучения, но педагогические основы реализации такой подготовки пока не до конца сформированы.

Сегодня подготовка педагога (бакалавра) профессионального обучения должна соответствовать профессиональным компетенциям рабочим кадров завтрашнего дня, т.е. идти с опережением. Помимо традиционной технико-технологической и психолого-педагогической подготовки бакалавр профессионального обучения должен получать серьезную САПР-ориентированную подготовку. Модель САПР-ориентированной подготовки бакалавра профессионального обучения по профилю «Машиностроение и металлообработка» (профилизация ««Технология и оборудование машиностроения») реализуется кафедрой технологии машиностроения и методики профессионального обучения Машиностроительного института Российского государственного профессионально-педагогического университета [3].

В данной работе рассматривается результат такой непрерывной САПР-ориентированной подготовки – выпускная квалификационная работа педагога профессионального обучения с применением современных CAD/CAM/CAPP–систем.

Современные CAD/CAM/CAPP–системы

САПР – организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования [4, с.4].

Внедрение и использование систем автоматизированного проектирования позволяет сократить трудоемкость и цикл «проектирование-изготовление», повысить качество конечных результатов и снизить общие затраты на выпуск изделия [3]. Сегодня на машиностроительных предприятиях для решения задач автоматизированного проектирования используются следующие системы:

• CAD (СomputerAidedDesign)-системы - позволяют построить компьютерные 3D модели изделий, сборочных узлов и машин в целом, а также получить все необходимые конструкторские документы (спецификации, сборочные чертежи, чертежи деталей).

• CAPP (Computer-Aided Process Planning)-системы – позволяют автоматизировать процесс подготовки производства, а именно проектирование технологических процессов и получение технологической документации.

• CAM (ComputerAidedManufacturing)-системы – позволяют решить широкий спектр задач, связанных с разработкой и подготовкой управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

3D моделирование (CAD-системы) - всего лишь первый этап в стратегии сквозного автоматизированного проектирования изделий на предприятии. 3D модель – это основа для компьютерного проектирования технологического процесса (CAPP-системы) и программирования обработки (СAM-системы) на современных станках с ЧПУ. Более того, компьютерная 3D модель – это основа для современного профессионального расчета деталей машин с применением систем инженерного анализа (CAE-системы).

В настоящее время большинство CAD/CAM или CAD/CAM/CAPP систем являются интегрированными, обеспечивая поддержку процесса сквозного автоматизированного проектирования. Самое главное преимущество интегрированных систем – взаимосвязь конструкторской и технологической информации, которая гарантирует автоматическое или полуавтоматическое внесение изменений в технологию при изменении геометрии изделия. Написание и отладка управляющих программ для современных многокоординатных станков является очень трудоемкой задачей и требует особых профессиональных компетенций не только технолога-программиста, но и оператора станков с ЧПУ[3].

Применение CAD/CAM-систем в дипломном проекте педагога (бакалавра) профессионального обучения

Изложенные ниже результаты получены Майоровым А.Ю. (студент Машиностроительного Института РГППУ) в процессе выполнения им выпускной квалификационной работы – «Проектирование технологического процесса изготовления детали «Крышка стартера со стороны привода» в условиях среднесерийного производства». Помимо традиционного технологического проектирования механической обработки детали необходимо было максимально использовать приобретенные знания и навыки работы в САПР в концепции сквозного (непрерывного) автоматизированного проектирования.

В компанию ООО «Униматик» (г.Екатеринбург) поступил заказ от предприятия ОАО "Борисовский завод автотракторного электрооборудования" (БАТЭ), в связи модернизацией производства была поставлена серьезная задача: на основании чертежа выпускаемой детали «Крышка стартера со стороны привода» разработать технологический процесс, подобрать оборудование и оснастку для производства стартеров на предприятии ОАО «БАТЭ».

Деталь «Крышка стартера со стороны привода» служит корпусом стартера автомобиля «КАМАЗ», в котором располагаются движущиеся механизмы для дистанционного запуска двигателя (рис.1).

Рисунок 1 – 3D модель стартера автомобиля «КАМАЗ»

«Крышка стартера со стороны привода» представляет собой деталь типа «корпус» (рис.2). Габаритные размеры детали 168,5×156×209.5 мм³, масса 3.1 кг. Деталь тонкостенная имеет сложный профиль, 3 резьбовых отверстии М6-7Н, точное отверстие Ø 91_-0,054 мм и Ø 19^+0,052 мм для последующего запрессовывания вкладыша.

Деталь «Крышка стартера со стороны привода» предназначена для размещения в ней различных узлов и движущихся механизмов для дистанционного запуска двигателя. «Крышка стартера со стороны привода» имеет ответственные отверстия для установки вала и поверхности сопрягаемые с другими деталями.

Рисунок 2 – 3 D модель детали «Крышка стартера со стороны привода»

Анализ технологичности конструкции изделия направлен на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на технологическую подготовку производства. Количественный и качественный анализ технологичности детали показал, что деталь достаточно сложна для обработки. Годовая программа детали «Крышка стартера со стороны привода» – 30 000 шт., масса детали составляет 3,1 кг., соответственно, выпуск детали имеет характер среднесерийного производства.

Стартеры, предназначенные для тяжелых условий работы на большегрузных автомобилях и тракторах, отличаются большой степенью герметизации. Стартер герметичного исполнения, возможность попадания внутрь грязи, влаги и любых других посторонних тел или веществ практически исключена. Деталь выполнена из отливки высокопрочного чугуна ВЧ 50 ГОСТ7293-85. ВЧ – чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы, предел прочности ВЧ50 500 МПа.

Из высокопрочных чугунов изготавливают детали, эксплуатирующиеся при высоких динамических и статических нагрузках. Изделия из высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами. Графит шаровидной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему, что определяет наибольшую однородность металлической основы и прочность чугуна.

В качестве заготовки в проектируемом варианте принимается отливка. Метод получения отливки – литьё в кокиль. По форме и конфигурации заготовка будет напоминать готовую деталь. За счет большого количества изготавливаемых заготовок цена кокиля на одно изделие незначительна, эти расходы будут компенсированы за счет снижения трудоемкости обработки, сложная фасонная поверхность, не имеющая требований к точности обработки может быть получена без использования механической обработки, что позволяет обойтись без сложных, дорогостоящих приспособлений и специального режущего инструмента.

Рисунок 3 – 3D модель отливки в кокиль для детали «Крышка стартера со стороны привода»

Для создания 3D моделей детали, сборки и отливки был использован программный продукт российской компании АСКОН – КОМПАС 3D V13. Система «Компас-3D» предназначена для создания трёхмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы, а также позволяет получить всю необходимую конструкторскую документацию [5].

Для механической обработки детали «Крышка стартера со стороны привода» была разработана технология INTEGRAX, согласно которой обработка детали выполняется полностью на одном станке (обрабатывающем центре), что позволяет повысить производительность и качество обработки, снизить затраты на обработку и время внедрения техпроцесса в производство. Разработанный техпроцесс обработки детали «Корпус» имеет всего одну операцию. В технологическом процессе изготовления детали «Крышка стартера со стороны привода» предлагается использовать токарно-фрезерный обрабатывающий центр MORI SEIKI NT4200DCG/1500SZ (рис.4). Эти обрабатывающие центры соединяют в себе превосходную жесткость и точность станков серии NL, а также широчайшие технологические возможности полноценного фрезерного станка. Впервые примененная вертикальная станина позволяет обеспечить недоступные ранее величины ходов фрезерной головы по осям X, Y, что существенно расширяет возможности фрезерной обработки на данных станках.

Рисунок 4 - Токарно-фрезерный обрабатывающий центр MORI SEIKI NT4200DCG/1500SZ

В приводах реализована технология DCG® и компоновка подвижных элементов Box-in-Box, что обеспечивает жесткость конструкции, точность, скорость и чистоту обработки. Специально разработанная MORI SEIKI восьмиугольная конструкция направляющих для фрезерной головы исключает влияние термических деформаций на точность ее позиционирования. Револьверная головка аналогична отлично зарекомендовавшим себя головкам станков серии NL с технологией BMT™. Такая конструкция станка позволяет достичь принципиального расширения технологических возможностей станков серии NT по сравнению с другими станками этого класса и гарантирует рентабельность производства, благодаря высокой производительности, точности и надежности [6].

Обработка детали «Крышка стартера со стороны привода» осуществляется с применением быстродействующих зажимных приспособлений и режущего инструмента SECO (рис.5), режимы обработки назначаются по рекомендациям производителя [7].

Рисунок 5 – Инструмент, выбранный для обработки детали

Для автоматизированного проектирования технологического процесса механической обработки детали «Крышка стартера со стороны привода» была использована CAD/CAM/CAPP система ADEM (версия 9.0). Интегрированная CAD/CAM/CAPP система ADEM, включающая в себя отдельные модули для решения конкретных задач каждого подразделения задействованного в КТПП, в комплексе позволяет обеспечивать управление любыми данными и задачами в рамках всего предприятия [8]. Модуль проектирования технологических процессов ADEM САРР предназначен для автоматизации проектирования единичных, групповых и типовых технологических процессов, и ведомостей деталей к ним по всем технологическим операциям машиностроения и приборостроения в соответствии с ЕСТД и СТП. Содержит справочники оборудования, инструмента, материалов, оснастки. Позволяет вести расчет трудовых норм и норм расхода материала, получить всю необходимую технологическую документацию.

Информация о детали «Крышка стартера со стороны привода» из системы КОМПАС в систему ADEM может быть передана в формате IGES или STEP. Необходимая информация для формирования технологической документации вводится из баз данных системы ADEM или вручную с клавиатуры.

Текущие результаты проектирования технологического процесса механической обработки детали «Крышка стартера со стороны привода» в ADEM даны на рис.6. На последнем этапе проектирования ADEM генерирует всю необходимую технологическую документацию.

Рисунок 6 – Проектирование техпроцесса в ADEM CAPP

Предлагаемый в дипломном проекте токарно-фрезерный обрабатывающий центр MORI SEIKI NT4200DCG/1500SZ оснащен системой числового программного управления SIEMENS SINUMERIK (рис.7).

Рисунок 7 – Стойка SIEMENS SINUMERIK 840D системы ЧПУ токарно-фрезерного обрабатывающего центра MORI SEIKI NT4200DCG/1500SZ

Для разработки управляющей программы обработки детали «Крышка стартера со стороны привода» в дипломном проекте использовалась система SinuTrain. SinuTrain построен на основе стандартного обеспечения систем ЧПУ SINUMERIK. Это позволяет унифицировать процесс обучения и максимально приблизить его к работе на реальном станочном оборудовании. [9].

Рисунок 8 –Моделирование обработки детали «Крышка стартера со стороны привода» в системе SinuTrain

По результатам проектирования и моделирования последующей обработки детали можно получить управляющую программу, точнее – её черновой вариант, для дальнейшей отладки на станке.

Любое технико-технологическое решение должно быть обосновано. В дипломном проекте выполнены экономические расчеты, которые доказывают экономическую эффективность предлагаемого варианта технологического процесса. Рассмотрение вопросов безопасности жизнедеятельности и экологичности производства также подтвердили, что предлагаемый вариант технологического процесса имеет основания на внедрение в условиях реального производства.

Заключение

В РГППУ в каждом технологическом дипломе обязательно выполняется методическая разработка. Будущий педагог профессионального обучения должен разработать методическое обеспечение для обучения рабочих (или учащихся системы среднего профессионального образования) по тем вопросам, которые сам изучал и разрабатывал в технологическом дипломе – автоматизированное проектирование детали и техпроцесса, устройство и функционирование выбранного оборудования, конструкция и геометрия предлагаемого для обработки инструмента, система ЧПУ, программирование обработки детали. Каким образом сможет обучать современного рабочего тот педагог профессионального обучения, который сам не владеет необходимыми знаниями и навыками? Ответ очевиден.

«…..Обеспечить создание эффективной комплексной системы целевой подготовки и переподготовки высококвалифицированных кадров машиностроительной отрасли, отвечающей современным требованиям….» [1] задача крайне сложная, но выполнимая, и в центре этой системы должен быть современный педагог (ныне – бакалавр) профессионального обучения по профилю «Машиностроение и металлообработка», подготовка которого должна идти на опережение. Профессиональная компетентность педагога в области CAD/CAM систем становится серьезным фактором эффективной подготовки высококвалифицированных рабочих кадров.

Библиографические источники:

1. КОНЦЕПЦИЯ формирования Государственной комплексной программы развития машиностроения России. [Электронный ресурс] URL:

http://www.soyuzmash.ru/informcenter/concept/concept.htm

2. Федеральный закон РФ «Об образовании в Российской Федерации» от 26 декабря 2013 г.

Федеральный портал «Российское образование». [Электронный ресурс] URL: http://www.edu.ru/abitur/act.30/index.php

3. Штерензон В.А. САПР-ориентированная подготовка бакалавров профессионального обучения // Современные научные исследования и инновации. – Октябрь 2013. - № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2013/10/26761

1. САПР. Основные положения. ГОСТ 23.501.101-87. М.: Гос.Ком.СССР по стандартам, 1987. – 25 с. Дата последнего изменения 2010 г.

2. Система трехмерного моделирования КОМПАС 3D [Электронный ресурс] // Компания «АСКОН» [Официальный сайт]. URL: http://machinery.ascon.ru/software/tasks/items/?prcid=6&prpid=7

3. Каталог оборудования: Токарно-фрезерные обрабатывающие центры MORI SEIKI http://www.stanki-weber.ru/cat/item/87/134/

4. Каталог инструмента SЕCО

5. CAD/CAM/CAPP ADEM [Электронный ресурс] // Компания ADEM [Официальный сайт] URL: http://www.adem.ru/products/

6. Программный продукт Sinutrain [Электронный ресурс] // Компания «Современные технологии для металлообработки» [Официальный сайт]. URL: http://www.sitek-group.com/directions/support/training-sitek/sinutrain/

Код для цитирования: Скопировать