VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Современные CAD/CAM/CAE системы открывают новые возможности в конструкторско-технологической подготовке производства. Эти возможности включают в себя:

• удобное и наглядное представление объекта проектирования;

• быстрое получение информации о геометрических и массовых характеристиках изделий;

• удобный и достоверный расчет с применением конечно-элементного анализа;

• возможность автоматизированного создания управляющих программ для изготовления деталей.

В данной статье рассматривается реализация некоторых возможностей программы Autodesk Inventor. Эта программа обеспечивает наиболее удобный и наглядный интерфейс, потребляет меньше вычислительных ресурсов и обеспечивает более удобное выполнение операций по построению моделей.

Рассмотрим работу в этой системе на примере проектирования приспособления для обработки детали «Корпус крана системы подкачки шин». Предварительно строится трехмерная модель самой заготовки (рис. 1).

Рисунок 1. Трехмерная модель заготовки

Имея трехмерную модель можно наглядно себе представить во всех ракурсах конфигурацию заготовки для решения вопроса о схеме базирования, расположении базирующих и зажимных элементов.

Проектирование приспособления начинается с определения схемы базирования. Исходя из схемы обработки резанием, расположения конструкторских баз и требований к точности взаимного расположения поверхностей готовой детали, было решено базировать заготовку по установочной базе на три опоры и по двойной опорной базе на два пальца, которые входят в заранее обработанные отверстия.

Важным преимуществом Autodesk Inventor является удобное и быстрое построение компонентов сборки непосредственно в контексте сборки. То есть, при создании файла сборки первым компонентом включается заготовка, а детали приспособления проектируются относительно нее. На поверхностях заготовки создаются эскизы, по которым выполняются операции трехмерного конструирования.

Следуя такой идее, первоначально проектировали пальцы, реализующие двойную опорную базу. Для этого задали команду «Новая деталь» в сборочном файле. При проектировании пальцев создали новый эскиз на бобышках заготовки (рис. 2), в этом эскизе создали две окружности с диаметрами, соответствующими диаметрам отверстий заготовки, и выполнили операцию выдавливания в обе стороны.

Рисунок 2. Проектирование базирующих пальцев

С помощью программы Autodesk Inventor удобно решать вопросы конструирования объектов в ограниченном пространстве. Например, в данном случае установочные опоры и зажимные элементы могут мешать друг другу вследствие ограниченных размеров и конфигурации заготовки. Поэтому сперва спроектировали зажимные элементы (рис. 3) в виде кулачков, и на свободном пространстве разместили установочные опоры (рис. 4).

Рисунок 3. Зажимные элементы приспособления

Рисунок 4. Размещение установочных опор

Далее выполнили проектирование зажимных механизмов (рис. 5). К зажимным кулачкам 1 присоединили планки 2. Планки перемещаются от тарельчатых пружин 3, которые установлены на направляющие 4. Разжим производится с помощью пневмоцилиндров 5. Все эти элементы разместили на угольнике 6.

Рисунок 5. Зажимной механизм

Для упрощения работы зажимной механизм первоначально спроектировали с одной стороны. Для предотвращения смещения заготовки, зажим должен быть двусторонним, поэтому второй зажимной механизм симметричен первому, и его получили с помощью зеркального отображения. Все элементы приспособления устанавливаем на единую плиту.

Рисунок 6. Сборная модель приспособления

В результате вышеописанных операций были решены две задачи:

1. Разработка концептуальной схемы устройства.

2. Определение основных размеров компонентов приспособления.

С использованием этой информации можно выполнить расчеты приспособления на прочность и жесткость. Это удобно выполнять с помощью программы Autodesk Simulation Mechanical. Эта программа хорошо интегрируется с Autodesk Inventor, ее можно запускать из сессии Inventor. Расчет выполнили методом конечно-элементного анализа с применением линейного статического расчета. Для решения модели необходимо выполнить следующие действия:

1. Сформировать конечно-элементную сетку, то есть разбить тела на конечные элементы. Программа выполняет это действие автоматически, но ей необходимо указать точность построения сетки.

2. Задать нагрузки. В качестве нагрузок задавали силы резания, действующие на заготовку и вычисленные по эмпирическим формулам. Также необходимо учесть силы зажима, развиваемые приводом приспособления.

3. Задать ограничения. В качестве ограничения установили заделку, моделирующую крепление плиты приспособления к столу станка.

После подготовки модели задали команду на расчет. Согласно заданным условиям, программа производит решение системы уравнений, соответствующих линейному статическому анализу, определяя при этом напряженно-деформированное состояние приспособления. После чего выводится карта результатов, где показывается деформированное под заданной нагрузкой состояние системы (рис. 8).

Рисунок 7. Подготовленная к расчету конечно-элементная модель приспособления.

Рисунок 8. Результаты расчета на жесткость

Как видно из карты результатов, деформации заготовки под заданной нагрузкой не превышают 4 мкм, что примерно на порядок меньше допусков на получаемые размеры. Таким образом, с точки зрения жесткости приспособление спроектировано правильно.

В дальнейшем отдельные компоненты приспособления удобнее прорабатывать по отдельности, но при этом не нарушая основной формы и размеров, полученных в результате вышеописанного проектирования.

Список литературы

1. Решетов Д.Н., Портман В.Т. Точность металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1986. – 336 с.

2. Рудаков К.Н. FЕМАР 10.2.0. Геометрическое и конечно-элементное моделирование конструкций. - К.: КПИ, 2011. - 317 с.