Изготовления детали на станке ЧПУ с помощью специализированного программного обеспечения

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА "ПУТЕВЫЕ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ”

Курсовая работа

по дисциплине "Программирование и программное обеспечение"

на тему: "Изготовления детали на станке ЧПУ, с помощью специализированного программного обеспечения"

Выполнил: студент группы ТНД-211

Григорьев Павел Александрович

Проверил: ассистент кафедры ПСМ

Власов Ярослав Сергеевич

МИИТ 2015

Содержание

1. Построение объемной модели детали в программе Компас 3D

2. Конечно-элементный анализ в САПР Компас-3D v.13

2.1 Основные положения

2.2 Общий порядок расчета твердотельной модели

2.3 Подготовка модели к расчету

2.4 Работа с деревом прочностного анализа

2.5 Генерация КЭ-сетки

2.6Выполнение расчета

2.7 Параметры расчета

2.8 Результаты расчета

3. Проектирование в САМ системах

Вывод

1. Построение объемной модели детали в программе Компас 3D

Моделирование - сложный процесс, результатом которого является законченная трехмерная сцена (модель объекта) в памяти компьютера. Моделирование состоит из создания отдельных объектов сцены с их последующим размещением в пространстве. Для выполнения трехмерных моделей объектов существует множество подходов. Рассмотрим основные из них, предлагаемые в наиболее успешных на сегодня программах 3D-графики:

создание твердых тел с помощью булевых операций - путем добавления, вычитания или пересечения материала моделей. Этот подход является главным в инженерных графических системах;

формирование сложных полигональных поверхностей, так называемых мешей (от англ. mesh - сетка), путем полигонального или NURBS-моделирования;

применение модификаторов геометрии (используются в основном в дизайнерских системах моделирования). Модификатором называется действие, назначаемое объекту, в результате чего свойства объекта и его внешний вид изменяются. Модификатором может быть вытягивание, изгиб, скручивание и т.п.

При выполнении большинства операций в детали в связи с появлением многотельности добавился выбор нескольких вариантов (режимов) построения:

при вырезании (удалении материала):

вычитание элемента - удаление материала детали происходит внутри замкнутой поверхности, сформированной по заданному эскизу и типу операции (выдавливание, вращение и т.д.);

пересечение элементов - удаление материала детали, находящегося снаружи поверхности, которая сформирована в результате операции;

при "приклеивании" (добавлении материала):

деталь объемная модель программирование

новое тело - добавляемый трехмерный элемент формирует в детали новое твердое тело, независимо от того, пересекается он с уже существующими телами или нет. Если создаваемый элемент не имеет пересечений или касаний с существующей геометрией детали, то эта функция включается автоматически;

объединение - добавляемый элемент соединяется с твердым телом, с которым он пересекается;

автообъединение - при этом система автоматически объединяет в одно тело существующий и новый элементы, если они пересекаются, или формирует новое тело, если они не пересекаются.

Однако, наряду со многими преимуществами многотельного моделирования, способы получения нескольких тел в модели ограничены следующим.

Каждое тело в модели детали должно быть неразрывным, из чего следует, что не допускается выполнение таких формообразующих операций, которые разделяют одно или несколько тел на части. Например, нельзя с помощью операции вырезания (или какой-либо другой) разбить тело на несколько нестыкующихся частей. Если вы точно знаете, что в вашей детали будет несколько разрозненных частей, необходимо сразу создавать их как отдельные тела.

Нельзя перемещать тела в модели (как, например, детали в сборке), кроме как изменяя положения их эскизов.

Невозможно копировать тела с помощью команд создания массивов. Тело, полученное в результате булевой операции или операции Зеркально отразить тело, также нельзя использовать в массивах. Более того, любые элементы тела, участвовавшего в булевой операции, также не получится размножить.

При применении массивов в деталях с несколькими твердыми телами копируемые элементы (приклеенные или вырезанные) размещаются на том же теле, что и исходный элемент.

При наличии пересекающихся, но разных тел в одной детали ассоциативные чертежи могут быть неправильно построены.

Формообразующие операции

КОМПАС - система твердотельного моделирования и что большинство операций по созданию моделей в ней основываются на эскизах (исключение составляют операции по созданию фаски, скругления, оболочки и т.п.). Эскиз - это обычное двухмерное изображение, размещенное на плоскости в трехмерном пространстве. В эскизе могут присутствовать любые графические элементы (примитивы), за исключением элементов оформления (обозначений) конструкторского чертежа и штриховки. Эскизом может быть как замкнутый контур или несколько контуров, так и произвольная кривая. Каждая трехмерная операция предъявляет свои требования к эскизу (например, эскиз для операции выдавливания не должен иметь самопересечений и т.п.). Последовательность построения эскиза для формообразующей операции такова.

. Выделите в дереве построения или в окне документа плоскость, на которой планируете разместить эскиз (плоскость может быть стандартной или вспомогательной). Если в модели уже есть какое-либо тело (или тела), вы можете в качестве опорной плоскости эскиза использовать любую из его плоских граней. Выделить плоскую грань можно только в окне представления документа.

. Нажмите кнопку Эскиз  на панели инструментов Текущее состояние. Модель плавно изменит ориентацию таким образом, чтобы выбранная вами плоскость разместилась параллельно экрану (то есть по нормали к линии взгляда).

. После запуска процесса создания эскиза компактная панель изменит свой вид. На ней будут расположены панели инструментов, свойственные как трехмерным, так и графическим документам системы КОМПАС-3D. Пользуясь командами для двухмерных построений, создайте изображение в эскизе. Для завершения создания или редактирования эскиза отожмите кнопку Эскиз. Компактная панель при этом восстановит свой прежний вид, а модель примет ту же ориентацию в пространстве, которая была до построения эскиза.

. Эскиз останется выделенным в окне документа (подсвечен зеленым цветом), поэтому вы сразу можете вызывать нужную команду и создавать или вносить изменения в геометрию модели.

Все трехмерные операции в КОМПАС-3D делятся на основные (то есть собственно формообразующие) и дополнительные. Основные операции включают команды для добавления и удаления материала детали, булевы операции, команду создания листового тела, а также команду Деталь-заготовка. Дополнительные операции представляют собой команды для реализации тех или иных конструкторских элементов на теле детали (фаски, скругления, отверстия, уклона, ребра жесткости и т.д.). В отдельную группу можно отнести команды построения массивов трехмерных элементов как в детали, так и в сборке. Есть также некоторые специфические команды, доступные только для сборки.

Существует четыре основных подхода к формированию трехмерных формообразующих элементов в твердотельном моделировании. Эти подходы практически идентичны во всех современных системах твердотельного 3D-моделирования (есть, конечно, небольшие различия в их программной реализации, но суть остается той же). Рассмотрим их.

Выдавливание. Форма трехмерного элемента образуется путем смещения эскиза операции (рис. 1, а) строго по нормали к его плоскости (рис. 1, б). Во время выдавливания можно задать уклон внутрь или наружу (рис. 1, в и г). Контур эскиза выдавливания не должен иметь самопересечений. Эскизом могут быть: один замкнутый контур, один незамкнутый контур или несколько замкнутых контуров (они не должны пересекаться между собой). Если вы формируете основание твердого тела выдавливанием и используете в эскизе несколько замкнутых контуров, то все эти контуры должны размещаться внутри одного габаритного контура, иначе вы не сможете выполнить операцию. При вырезании или добавлении материала выдавливанием замкнутые контуры могут размещаться произвольно.

Рис. 1. Выдавливание: эскиз (а), сформированный трехмерный элемент (б), уклон внутрь (в) и уклон наружу (г)

Вращение. Формообразующий элемент является результатом вращения эскиза (рис. 2, а) в пространстве вокруг произвольной оси (рис. 2, б). Вращение может происходить на угол 360° или меньше (рис. 2, в). Ось вращения ни в коем случае не должна пересекать изображение эскиза!

Рис. 2. Вращение: эскиз (а), полное вращение (б), вращение на угол меньше 360° (в)

Если контур в эскизе незамкнут, то создание тела вращения возможно в двух различных режимах: сфероид или тороид (переключение производится с помощью одноименных кнопок панели свойств). При построении сфероида конечные точки контура соединяются с осью вращения отрезками, перпендикулярными к оси, а в результате вращения получается сплошное тело. В режиме тороида перпендикулярные отрезки не создаются, а построенный трехмерный элемент принимает вид тонкостенного тела с отверстием вдоль оси вращения.

Кинематическая операция. Поверхность элемента формируется в результате перемещения эскиза операции вдоль произвольной трехмерной кривой (рис.3). Эскиз должен содержать обязательно замкнутый контур, а траектория перемещения - брать начало в плоскости эскиза. Разумеется, траектория должна не иметь разрывов.

Рис. 3. Кинематическая операция: эскиз и траектория операции (а), трехмерный элемент (б)

Операция по сечениям. Трехмерный элемент создается по нескольким сечениям-эскизам (рис. 4). Эскизов может быть сколько угодно, и они могут быть размещены в произвольно ориентированных плоскостях. Эскизы должны быть замкнутыми контурами или незамкнутыми кривыми. В последнем эскизе может размещаться точка.

Рис. 4. Операция по сечениям: набор эскизов в пространстве (а), сформированный трехмерный элемент (б)

Перечисленных четырех способов обычно хватает для формирования сколь угодно сложных форм неорганического мира. Иногда, правда, бывает значительно легче сформировать объект, используя другие методы моделирования в других графических системах (речь идет о полигональном или NURBS-моделировании). Однако в 90 % случаев твердотельного инструментария достаточно для построения неживых объектов.

Бланк задания

2. Конечно-элементный анализ в САПР Компас-3D v.13

2.1 Основные положения

Система APM FEM представляет собой интегрированный в КОМПАС-3D инструмент для подготовки и последующего конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели (детали или сборки).

Подготовка геометрической 3D модели и задание материала осуществляется средствами системы КОМПАС-3D. С помощью APM FEM можно приложить нагрузки различных типов, указать граничные условия, создать конечно-элементную сетку и выполнить расчет. При этом процедура генерации конечных элементов проводится автоматически.FEM позволяет провести следующие виды расчетов:

статический расчет;

расчет на устойчивость;

расчет собственных частот и форм колебаний;

тепловой расчет.

В результате выполненных системой APM FEM расчетов Вы можете получить следующую информацию:

карту распределения нагрузок, напряжений, деформаций в конструкции;

коэффициент запаса устойчивости конструкции;

частоты и формы собственных колебаний конструкции;

карту распределения температур в конструкции;

массу и момент инерции модели, координаты центра тяжести.Studio позволяет выполнять расчет не только твердотельных, но и оболочечных (прастинчатых) деталей и сборок.Structure3D предоставляет возможность редактирования КЭ-сетки, создания комбинированных (стержневых-пластинчатых-объемных) моделей, а также решения задач большой размерности.

Начало работы с APM FEM.

Минимальные требования для работы библиотеки соответствуют требованиям КОМПАС-3D.

Система APM FEM является прикладной библиотекой КОМПАС-3D для подключения которой необходимо запустить менеджер библиотек  <#"862925.files/image008.gif"> <#"862925.files/image009.gif"> <#"862925.files/image010.gif"> <#"862925.files/image011.gif"> <#"862925.files/image012.gif"> <#"862925.files/image013.gif"> <#"862925.files/image014.gif"> <#"862925.files/image015.gif"> <#"862925.files/image016.gif"> <#"862925.files/image017.gif"> <#"862925.files/image018.gif"> <#"862925.files/image019.gif"> <#"862925.files/image020.gif"> <#"862925.files/image021.gif"> <#"862925.files/image022.gif"> <#"862925.files/image023.gif"> <#"862925.files/image024.gif"> <#"862925.files/image025.gif"> <#"862925.files/image026.gif"> <#"862925.files/image027.gif"> <#"862925.files/image028.gif"> <#"862925.files/image029.gif"> <#"862925.files/image030.gif">

Рис. 2.5 Пример сгенерированной сетки

Параметры КЭ-сетки в APM FEM одинаковы для всех деталей, входящих в сборку. Более расширенное задание параметров КЭ-сетки предусмотрено в модуле APM Studiо. К расширенным возможностям работы с КЭ-сетками в APM Studio можно отнести:

задание точек на ребрах;

указание точек, вокруг которых следует выполнить дополнительное сгущение;

задание различной сетки на гранях задания одной детали;

задание различного шага для разных деталей.

Работа со сгенерированной КЭ-сеткой предусмотрена через контекстное меню дерева прочностного анализа. Для сохранения КЭ-сетки в файл КОМПАС-3D необходимо включить данную опцию в контекстном меню папки "КЭ-сетка" (Рис. 2.6).

Рис. 2.6 Сохранение КЭ-сетки в файл КОМПАС-3D.

2.6Выполнение расчета

Для выполнения расчета служит команда  <#"862925.files/image033.gif">Параметры расчета панели инструментов Разбиение и расчет вызывает окно с установками для расчета. Диалоговое окно имеет закладки, соответствующие каждому типу расчётов.

Статический расчет

Поле Метод решения системы уравнений позволяет выбрать наиболее подходящий метод решения. LDL метод представляет собой факторизацию матрицы жёсткости ансамбля конечных элементов с приведением её к виду [L] T [D] [L]. Frontal метод расчёта предназначен для конструкций состоящих из большого количества конечных элементов. Метод отличается тем, что матрица жёсткости ансамбля непосредственно в оперативной памяти компьютера не составляется, а решение системы уравнений идёт "фронтом" по всем степеням свободы. Глобальная матрица сохраняется на диске. Следующие поля Размер оперативной памяти (размер рабочей области памяти выделяемой для обработки "фронта") и Размер файла для хранения матрицы (устанавливается в зависимости от типа операционной и файловой систем) относятся только к фронтальному методу решения. Отличительной особенностью MT_Frontal является использование многоядерности процессора. Sparse - улучшенный метод работы с разреженными матрицами, обеспечивающий прирост скорости вычислений. При расчетах методом Sparse в матрице жесткости хранятся только ненулевые элементы, а временные файлы размещаются во временных файлах на жестком диске. Предназначен для моделей с большим количеством конечных элементов и с большой полушириной матрицы жесткости. Sparse метод используется по умолчанию.

 <#"862925.files/image035.gif"> <#"862925.files/image036.gif"> <#"862925.files/image037.gif"> <#"862925.files/image038.gif"> <#"862925.files/image039.gif"> <#"862925.files/image040.gif"> <#"862925.files/image041.gif">

Сгенерированная сетка

Карта эквивалентных перемещений

Карта эквивалентных напряжений

Задание №2

Сгенерированная сетка

Карта эквивалентных напряжений

Карта эквивалентных перемещений

Задание №3

Сгенерированная сетка

Карта эквивалентных напряжений

Карта эквивалентных перемещений

3. Проектирование в САМ системах

CAM (англ.computer-aided manufacturing) - автоматизированная система, либо модуль автоматизированной системы, предназначенный для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

Для подготовки технологической документации, в том числе и согласно с требованиями ЕСТД, используются системы CAPP 2-х осевые лазерные станки, 3-х и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры (в том числе использующие шесть степеней свободы); автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объёмная гравировка.

Как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.

Порядок программирования обработки детали

. Создание детали в программной оболочке Rhinoceros или VisualCAM или импорт детали из другой моделирующей CAD программы;

. Задание нулевой точки детали по координатам XYZ;

. Подбор размеров заготовки, из которой будет вырезана деталь.

. Подбор подходящего режущего инструмента;

. Выбор необходимых черновых и чистовых стратегий для получения детали из заготовки.

. Запуск анимированной обработки для оценивания результата применяемых стратегий.

Выполнение задания

этап

этап

этап

Вывод

В результате выполнения курсовой работы были изучены возможности программы Компас-3D v.15, были рассмотрены различные методы построения 3D моделей не только в теории, но и на примерах построения детали. Рассмотрены основные положения системы APM FEM, после чего произведен расчет твердотельной модели при различных условиях закрепления и нагружения. Далее изучены САМ системы, их разновидности и возможности. В одной из них, конкретно Free Mill, выполнена обработка детали с получением итогового G - кода.

Пример части полученного G-кода

%

O0G40G49G80

(Parallel Finishing)(Tool Diameter = 9.0 Length = 90.0)G54G20T0M6S10000M3G90G0X-1.9685Y-0.1372G43Z0.2362H0G1Z-2.9846 F6.899Z-3.0082 F2.587X0. F3.45Y-0.0949Z-2.9235X-1.9685Y-0.0526Z-2.8389X0.Y-0.0102Z-2.7542X-1.9685Y0.0321Z-2.6696X0.Y0.0744Z-2.5849X-1.9685Y0.1167Z-2.5003X0.Y0.1591Z-2.4157X-1.9685Y0.2014Z-2.331X-1.5722X-1.5612Z-2.3312X-1.5529Z-2.3319X-0.3985X-0.3875Z-2.331X0.Y0.2437Z-2.2464X-0.3788X-0.3922Z-2.2467X-0.4056Z-2.249X-0.419Z-2.2537X-0.4257Z-2.2569X-0.4324Z-2.2607X-0.4391Z-2.2652X-0.4458Z-2.2703X-0.4525Z-2.2761X-0.4592Z-2.2826X-0.4599Z-2.2829X-1.4918X-1.4987Z-2.2763X-1.5049Z-2.2709X-1.5174Z-2.2617X-1.5298Z-2.2548X-1.5423Z-2.25X-1.5548Z-2.2472X-1.561Z-2.2465X-1.5672Z-2.2464X-1.9685Y0.286Z-2.1617X-1.5648X-1.5545Z-2.1626X-1.5442Z-2.1648X-1.5338Z-2.1684X-1.5235Z-2.1734X-1.5132Z-2.1799X-1.5028Z-2.188X-1.4925Z-2.1977X-1.4821Z-2.2092X-1.4718Z-2.2227X-1.4666Z-2.2303X-1.4615Z-2.2385X-1.4563Z-2.2473X-1.4504Z-2.2578X-0.5009X-0.4925Z-2.2427X-0.4848Z-2.2302X-0.477Z-2.2191X-0.4693Z-2.2092X-0.4615Z-2.2004X-0.4538Z-2.1927X-0.4461Z-2.1859X-0.4383Z-2.18X-0.4306Z-2.1749X-0.4228Z-2.1708X-0.4151Z-2.1674X-0.4073Z-2.1648X-0.3996Z-2.163X-0.3919Z-2.162X-0.3764Z-2.1617X0.Y0.3283Z-2.0771X-0.3852X-0.3963Z-2.0779X-0.4073Z-2.0802X-0.4184Z-2.0841X-0.4295Z-2.0897X-0.4406Z-2.0969X-0.4516Z-2.106X-0.4627Z-2.117X-0.4738Z-2.1302X-0.4793Z-2.1376X-0.4848Z-2.1457X-0.4904Z-2.1545X-0.4959Z-2.164X-0.5015Z-2.1743X-0.507Z-2.1856X-0.5125Z-2.1978X-0.5181Z-2.2112X-0.5236Z-2.226X-0.5298Z-2.2445X-0.5305Z-2.246X-1.4205X-1.4212Z-2.2459X-1.4265Z-2.2297X-1.4319Z-2.2151X-1.4372Z-2.2018X-1.4426Z-2.1897X-1.4479Z-2.1785X-1.4532Z-2.1682X-1.4586Z-2.1587X-1.4639Z-2.1499X-1.4693Z-2.1417X-1.4746Z-2.1342X-1.4853Z-2.1209X-1.496Z-2.1096X-1.5067Z-2.1002X-1.5173Z-2.0925X-1.528Z-2.0864X-1.5387Z-2.0819X-1.5494Z-2.0789X-1.5601Z-2.0773X-1.5708Z-2.0771X-1.9685Y0.3707Z-1.9924