ХОРОШИЙ ИНСТРУМЕНТ – ПОЛОВИНА УСПЕХА (Или как использовать САПР при проектировании приводов)

САПР является хорошим инструментом и подспорьем в профессиональной деятельности конструктора и технолога. В одном из прошлых номеров газеты (№8, 2001) была опубликована заметка «САПР В МАШИНОСТРОЕНИИ. ОБЪЕДИНЯЯ УСИЛИЯ», в которой рассказывалось об использования данных систем при конструировании технологической установки. Эта публикация вызвала большой интерес у машиностроительных предприятий, поэтому в данной статье мы подробнее расскажем о возможностях автоматизированных систем в направлении проектирования приводных устройств. Речь пойдет об использовании комплекса программных средств КОМПАС, который включает в себя несколько основных подсистем:

• чертежно-графический редактор КОМПАС-График;
• модуль трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D;
• модуль технологической подготовки производства КОМПАС-Автопроект;
• набор прикладных библиотек и электронных справочников;
• систему электронного архивирования КОМПАС-Менеджер.

Мы остановимся на подсистемах, которые обеспечивают быстрое и качественное проектирование элементов привода.

Проектирование любого механизма, например, конвейера, обычно начинается с выбора кинематической схемы в соответствии с его местом в технологической цепочке. Для проектирования схемы в составе КОМПАСа есть специальная прикладная библиотека «Элементы кинематических схем». Используя этот модуль, можно скомпоновать будущий механизм, определить необходимое количество звеньев привода, «поиграть» с возможными вариантами расстановки элементов.

Эта библиотека содержит около 200 условных обозначений различных передач, муфт, механизмов, пружин, кулачков и иных элементов, без которых не обходится ни один проект.

Дальше, когда схема спроектирована, необходимо произвести приблизительный динамический расчет привода и подобрать источник движения, скажем, электродвигатель. Для этого воспользуемся «Библиотекой электродвигателей». Эта библиотека на сегодняшний день включает в себя сведения о более чем 170 марках и типоразмерах асинхронных трехфазных двигателей общего назначения, более чем 190 марках и типоразмерах асинхронных трехфазных двигателей взрывозащищенных, 50 марках и типоразмерах асинхронных однофазных двигателей, 40 марках и типоразмерах промышленных двигателей постоянного тока, а также о 42 марках и типоразмерах шаговых двигателей. В библиотеке приведены не только основные технические параметры двигателей, но и данные об исполнениях по монтажу, о климатических исполнениях по ГОСТ 15150, режимах работы по ГОСТ 183 и многое другое. Приведены также сведения о разработчиках и изготовителях.

После подбора необходимого двигателя конструктор может легко перенести его изображение на чертеж в нужном виде и масштабе, а также автоматически заполнить соответствующую строку в спецификации.

Расчет и подбор соответствующих передач или редукторов – один из наиболее важных этапов при проектировании привода. Сегодня компания АСКОН – разработчик семейства САПР КОМПАС – ведет работы по созданию специализированных библиотек редукторов и муфт. Пока этот процесс не завершен, пользователям можно предложить неплохую альтернативу – подбор редуктора по бумажным или электронным каталогам компании НТЦ «ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА» и по каталогам российских заводов, например, «РЕДУКТОР» и «ЗАРЕМ», а также по каталогам иностранных фирм-производителей.

Установить в составе привода готовый редуктор – оптимальное решение при проектировании. Однако, к сожалению, далеко не всегда можно обойтись стандартным решением. В таких случаях приходится проектировать и изготавливать собственные элементы. Для этого КОМПАС предлагает набор специализированных модулей по расчету механических передач GEARS и быстрому проектированию деталей-тел вращения КОМПАС-Shaft 5 plus. Используя эти модули, можно не только рассчитать элементы механических передач (цилиндрические и конические зубчатые колеса, червячные передачи, ременные и цепные передачи), но и сразу получить рабочие чертежи деталей и, что особенно важно, таблицы параметров для контроля. Кроме того, можно тут же автоматически получить трехмерную модель зубчатого колеса для использования ее в дальнейшем при моделирования объемной сборки. После расчета геометрических параметров в модуле GEARS можно произвести и прочностной расчет деталей по контактным и усталостным напряжениям.

Из других расчетных приложений хотелось бы отметить модуль проектирования пружин КОМПАС-Spring. Используя его, конструктор в 15–20 раз ускоряет процесс получения рабочих чертежей пружины, причем здесь он может вообще ничего не чертить – система сама создаст нужный бланк, отрисует изображение и диаграммы, заполнит технические требования.

Ни одно техническое устройство не обходится без крепежа. Вычерчивать каждую крепежную деталь утомительно и нерационально. Естественно, разработчики КОМПАСа не прошли мимо этой проблемы. В составе системы есть специальная «Конструкторская библиотека», содержащая параметрические изображения крепежных и иных стандартизованных изделий всех видов – это болты, винты, шайбы, гайки, кольца, штифты, оси, подшипники и многое другое. Эти элементы не просто отрисовываются на чертеже, но и тут же заносятся в спецификацию в раздел «Стандартные изделия». Их можно легко редактировать двойным щелчком мыши, при этом информация в спецификации обновляется автоматически.

Совершенствование аппаратных средств – увеличение производительности компьютеров, повышение объема оперативной памяти – а также создание новых программных комплексов позволили сегодня начать постепенный переход от плоского проектирования к трехмерному. Модуль трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D позволяет проектировать изделия средней сложности – редукторы, муфты, измерительные приборы, пассажирские кресла, вагонные тележки, вентиляторы, передвижные жилые и медицинские модули (и это далеко не полный список тех изделий, которые уже разработаны с помощью системы КОМПАС-3D).

Интерфейс программы построен таким образом, что проектирование ведется методами, очень близкими к методам физического изготовления деталей или сборочных единиц. Конструктор не превращается в программиста или математика, описывая процессы получения отверстий, пазов, буртиков или бобышек. Он может оперировать естественными для него приемами добавления или удаления материала, накладывать ограничения на взаимное расположение отдельных деталей относительно друг друга. Также конструктор может проверить, не происходит ли нежелательных соударений при перемещении деталей в составе сборки. Задавая для деталей конкретный материал, можно автоматически рассчитать массу изделия в целом, получить массо-центровочные характеристики, измерить площади поверхностей для расчета потребностей в лакокрасочных материалах или гальванических покрытиях.

Если при проектировании трехмерных моделей задавать соотношения между отдельными параметрами (например, между диаметром вала и посадочным диаметром втулки или подшипника), то можно спроектировать не одно изделие, а целый размерный ряд. Метод параметрического проектирования особенно удобен при разработке изделий, отличающихся друг от друга только габаритами, но не формой или составом. Яркими примерами могут служить ряды муфт или серии асинхронных трехфазных электродвигателей.

Трехмерное моделирование не только повышает общий уровень проектирования, но и позволяет решать задачи, которые были недоступны (или крайне сложны для решения) в рамках плоского черчения. Это и получение сложных поверхностей, и задачи плотной компоновки отдельных элементов, которые ранее были доступны только на «живых» макетах, и создание условий для прочностных расчетов методами конечно-элементного анализа, и многое другое.

Но вернемся к нашей задаче. На рисунках показана трехмерная модель редуктора, разработанная в системе КОМПАС-3D, и ассоциативный (т.е. полностью связанный с моделью) сборочный чертеж. Интересно, что все изменения, которые вносятся в модель редуктора, тут же отображаются в плоском чертеже. Мало того, всевозможные виды, разрезы, сечения, выносные элементы теперь можно получить автоматически, прямо на чертеже, не утомляя себя самостоятельным вычерчиванием.

Поскольку сегодня далеко не все предприятия оснащены системами автоматизированного проектирования, часто приходится готовить для производства и выводить на бумагу обычные плоские чертежи. Мы не будем описывать здесь возможности модуля двумерного черчения КОМПАС-График, отметим только, что документация, подготовленная в нем, полностью соответствует ЕСКД, и проблем с нормоконтролем не предприятии не возникает. Кроме того, необходимо отметить, что при подготовке КД широко используется Справочник материалов для КОМПАС-График. Этот справочник включает в себя данные (марки, ГОСТы, физико-механические свойства) по черным и цветным металлам и сплавам (более 330 марок металлов и сплавов), по неметаллам, строительным и иным материалам (более 470 марок). В нем пользователи найдут сведения по видам и типоразмерам сортаментов (более 190 видов), изготавливаемых из различных материалов, по лакокрасочным покрытиям, по покрытиям металлическим и неметаллическим неорганическим, по маслам и смазкам. Эти разделы также содержат данные о физических свойствах покрытий и смазочных материалов, об условиях эксплуатации и о многом другом.

Разработка моделей и чертежей, естественно, не самоцель. Любая «теория» должна проверяться практикой – т.е. процессом изготовления изделий на производстве. Здесь очень важна роль технолога, а если ему помогает в работе специальная программа – это хорошо вдвойне. В составе комплекса КОМПАС существует большой модуль технологической подготовки производства КОМПАС-Автопроект. Этот модуль помогает проектировать маршрутно-операционные технологии механообработки, штамповки, сборки, сварки, термообработки, покрытия, гальваники, литья, используя при этом около 3 тыс. реляционных таблиц различной структуры и подчиненности. Конечной целью САПР ТП является разработка комплекта технологической документации. КОМПАС-Автопроект позволяет сформировать около 60 вариантов технологических карт в строгом соответствии с ЕСТП. Кстати, пользователи и сами могут разработать свои карты, используя встроенный генератор отчетов.

В помощь технологам и другим специалистам служб подготовки производства АСКОН предлагает несколько специальных модулей: КОМПАС-Штамп – для разработки штампов и прессформ, САПР фрез – для разработки инструмента, Библиотеку станочных приспособлений и некоторые другие системы.

Завершение проектирования нашего изделия проиллюстрируем трехмерной моделью «Привода ленточного конвейера» Сборка содержит более 60 деталей, не считая различных стандартных крепежных элементов и подшипников. Некоторые из них заимствовались из других работ, но большинство спроектировано непосредственно в контексте данной сборки. Общее количество компонентов трехмерной модели составляет 100 единиц.

После прочтения статьи у некоторых руководителей может появиться ложное впечатление, что теперь и человек при проектировании изделия почти не нужен. Это в корне неверное заблуждение. Никакая самая совершенная программа не заменит специалиста-конструктора или технолога «большой красной кнопкой». Наоборот, роль инженера возрастает, его знания и опыт, подкрепленные возможностями компьютера, можно использовать с максимальной отдачей. Компания «Аскон», разработчик систем КОМПАС, будет и впредь стремиться облегчить труд специалистов конструкторско-технологических подразделений.

Л.В.Теверовский, ведущий конструктор