3.2 Огляд існуючих програм комп’ютерного проектування та вибір програмного середовища для вирішення поставленої задачі
Термін «САПР для машинобудування» в нашій країні зазвичай використовують в тих випадках, коли йдеться про пакети програм, які в англомовній термінології називаються CAD/CAM/CAE. Іншими словами, це програмне забезпечення для автоматизованого проектування (CAD), підготовки виробництва (CAM) і інженерного аналізу (CAE). Існують САПР і для інших областей — розробки електронних приладів, будівельного проектування, але вони мають свою специфіку [27].
CAD - системи (сomputer aided design – комп'ютерна підтримка проектування), призначені для вирішення конструкторських завдань і оформлення конструкторської документації (звичніше вони іменуються системами автоматизованого проектування). Як правило, в сучасні CAD входять модулі моделювання тривимірної об'ємної конструкції (деталі) і оформлення креслень і текстової конструкторської документації (специфікацій, відомостей і так далі). Провідні тривимірні cad-системи дозволяють реалізувати ідею наскрізного циклу підготовки і виробництва складних промислових виробів.
CAM - системи (computer aided manufacturing – комп'ютерна підтримка виготовлення), призначені для проектування обробки виробів на верстатах з числовим програмним управлінням (ЧПУ) і видачі програм для цих верстатів (фрезерних, свердлувальних, токарних, шліфувальних і ін.). Cam-системи ще називають системами технологічної підготовки виробництва. В даний час вони є практично єдиним способом для виготовлення важкопрофільних деталей і скорочення циклу їх виробництва. У cam системі використовується тривимірна модель деталі, створена в cad системі.
СAE - системи (computer aided engineering – підтримка інженерних розрахунків) – обширний клас систем, кожна з яких дозволяє вирішувати певну розрахункову задачу (групу завдань), починаючи від розрахунків на міцність, аналізу і моделювання теплових процесів до розрахунків гідравлічних систем і машин, розрахунків процесів литва. У СAE також використовується тривимірна модель виробу, створена в cad. СAE -системи ще називають системами інженерного аналізу.
Традиційно прийнято також ділення CAD/СAM/СAE - систем на “важкі”, “середні” і “легкі”. Це ділення на сьогоднішній день є досить умовним, оскільки зараз спостерігається тенденція наближення “середніх” систем (по різних параметрах) до “важких”, а “легкі” системи все частіше перестають бути просто двовимірними креслярсько-орієнтованими і стають тривимірними.
Легкі системи. Це перший в історичному розвитку клас систем. До цієї категорії можна віднести такі системи, як AUTOCAD, CAD-KEY, Personal Designer, ADEM, КОМПАС. Вони, як правило, використовуються на персональних комп'ютерах окремими користувачами. Такі системи призначені в основному для якісного виконання креслень. Також вони можуть використовуватися для двомірного (2d) моделювання і тривимірних побудов. Ці системи досягли останнім часом високого рівня досконалість. Вони прості у використанні, містять безліч бібліотек стандартних елементів, підтримують різні стандарти оформлення графічної документації.
Системи середнього класу. Клас, що порівняно недавно з'явився, відносно недорогих тривимірних систем CAD. До нього відносяться системи AMD, Solid Edge, Solid Works і так далі. Їх поява пов'язана із збільшенням потужності персональних комп'ютерів і розвитком операційної системи. З їх допомогою можна вирішувати до 80% типових машинобудівних завдань, не залучаючи потужні і дорогі Cad,cam системи важкого класу. Більшість систем середнього класу ґрунтуються на тривимірному твердотілому моделюванні. Вони дозволяють проектувати більшість деталей, складальні одиниці середнього рівня складності, виконувати спільну роботу групам конструкторів.
Системи важкого класу. Такі системи надають повний набір інтегрованих засобів проектування, виробництва, аналізу виробів. У цю категорію систем потрапляють CATIA, Unigraphics, Pro/engeneer, Cadds5, EUCLID, Cimatron, Ansys, Ls-dyna, Adams, Nastran, ABAQUS. Вони використовують потужні апаратні засоби, як правило, робочі станції з операційною системою UNIX. Системи важкого класу дозволяють вирішувати широкий спектр конструкторсько-технологічних завдань. Окрім функцій, доступних системам середнього класу, важким системам Cad, cam доступно:
- проектування деталей найскладнішого типу, що містять дуже складні поверхні;
- виконання побудови поверхонь за результатами обміру реальної деталі, виконання згладжування поверхонь і важких спряжень;
- проектування масивних збірок, що вимагають ретельної компоновки і що містять елементи інфраструктури (кабельні джгути, трубопроводи);
- робота із складними збірками в режимі варіантного аналізу для швидкого перегляду і оцінки якості компоновки виробу.
Однозначно сказати яка з систем краща, а яка гірша не можна. Кожний вирішує для себе це питання, ґрунтуючись на об'єктивних (поставлені задачі, ресурси та ін.) і суб'єктивних факторах (досвід роботи).
Огляд найбільш поширених САПР світових виробників.
AutoCAD – найвідоміший із продуктів компанії Autodesk, універсальна система автоматизованого проектування, що поєднує у собі функції двовимірного креслення й тривимірного моделювання. З'явився в 1982 році і був однієї з перших САПР, розроблених для PC. Швидко завоював популярність серед проектувальників, інженерів і конструкторів різних галузей промисловості завдяки демократичним цінам.
AutoCAD прискорює щоденну роботу зі створення креслень і підвищує швидкість і точність їхнього виконання. Середовище концептуального проектування забезпечує легке й інтуїтивне створення і редагування твердих тіл і поверхонь. AutoCAD дозволяє легко й швидко створювати на основі моделі розрізи й проекції, ефективно формувати комплекти креслень і керувати ними: групувати їх по розділах проекту та інших логічних категорій, створювати переліки аркушів, керувати видами креслень, архівувати комплекти проектної документації та організовувати спільну роботу фахівців. Наявні в AutoCAD засоби візуалізації, такі як анімація й реалістичне тонування, допомагають виявити будь-які вади на ранніх етапах проектування.
Формат DWG, що використовується в AutoCAD є стандартом серед проектувальників різних галузей промисловості, крім того, є можливості експорту й імпорту інших розповсюджених файлових форматів, таких як pdf, що дозволяє ефективно організувати обмін даними між фахівцями.
Програма постійно розвивається, серед можливостей, що з'явилися в нещодавно, можна назвати параметричні взаємозв'язки між об'єктами, створення та редагування об'єктів довільної форми тощо. Існують спеціалізовані галузеві різновиди AutoCAD для архітектури, дорожнього будівництва та землевпорядження, електротехніки, машинобудування тощо. Для фахівців, яким не потрібні функції роботи з 3D графікою, існує полегшена версія AutoCAD, призначена для створення двовимірних креслень – AutoCAD LT.
Рішення Autodesk для промислового виробництва й машинобудування засновані на технології цифрових прототипів, тобто надають конструкторам, інженерам, дизайнерам і технологам можливість повністю досліджувати виріб ще на етапі проектування. За допомогою даної технології виробники створюють цифрові моделі та проекти, конструюють, перевіряють, оптимізують і керують ними на всіх етапах – від ідеї до реального втілення.
T-FLEX CAD – система автоматизованого проектування, розроблена компанією "Топ Системи" з можливостями параметричного моделювання і наявністю засобів оформлення конструкторської документації відповідно до стандартів серії ЕСКД (Єдина система конструкторської документації). T-FLEX CAD є ядром комплексу T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM – набору засобів для рішення завдань технічної підготовки виробництва в різних галузях промисловості. Комплекс поєднує системи для конструкторського і технологічного проектування, модулі підготовки керуючих програм для верстатів та інженерних розрахунків. Всі програми комплексу функціонують на єдиній інформаційній платформі системи технічного документообігу і ведення складу виробів.
КОМПАС – система автоматизованого проектування, розроблена російською компанією "АСКОН" з можливостями оформлення проектної й конструкторської документації відповідно до стандартів серії ЕСКД і СПДБ (Система проектної документації для будівництва). Існує у двох версіях: Компас- Графік і КОМПАС-3D, відповідно призначених для плоского креслення і тривимірного проектування.
Базові можливості системи включають в себе функціонал, який дозволяє спроектувати виріб будь-якого ступеня складності в 3D, а потім оформити на цей виріб комплект документації, необхідний для його виготовлення відповідно до діючих стандартів (ГОСТ, СТП та ін.):
розвинений інструментарій тривимірного твердотілого, поверхневого і параметричного моделювання;
функціонал по створенню та роботі з виконаннями для деталей і складальних одиниць, з подальшим автоматичним отриманням документації (специфікація і креслення з видами і таблицями виконань);
облік допуску для всіх керуючих розмірів в ескізах та операціях побудови;
механізми для роботи з великими збірками: шари, часткове завантаження компонентів, спеціальні методи оптимізації, що дозволяють забезпечити роботу зі складними проектами, що включають десятки тисяч підзборок, деталей і стандартних виробів, а також робота з шарами в 3D;
функціонал моделювання деталей з листового матеріалу - команди створення листового тіла, згинів, отворів, жалюзі, буртиків, штамповок і вирізів в листовому тілі, замикання кутів і т. Д., І також виконання розгортки отриманого листового тіла (формування асоціативного креслення розгортки);
спеціальні можливості, що полегшують побудову ливарних форм - ливарні ухили, лінії роз'єму, порожнини за формою деталі (у тому числі із завданням усадки);
можливість отримання конструкторської та технологічної документації: вбудована система КОМПАС-Графік дозволяє випускати креслення, специфікації, схеми, таблиці, текстові документи;
вбудовані звіти за складом вироби, в тому числі по користувальницьких атрибутів;
засоби інтеграції з різними CAD / CAM / CAE системами;
За замовчуванням КОМПАС-3D підтримує експорт / імпорт найбільш популярних форматів моделей, за рахунок чого забезпечується інтеграція з різними CAD / CAM / CAE пакетами.
ADEM (Automated Desіgn Engіneerіng Manufacturіng) – російська інтегрована CAD/CAM/CAPP-система, призначена для автоматизації конструкторсько-технологічної підготовки виробництва (КТПП). ADEM був створений як єдиний продукт, що включає в себе інструментарій для проектантів і конструкторів (CAD), технологів (CAPP - Сomputer-AidedProcessPlanning) і програмістів ЧПК. Тому він містить декілька різних предметно-орієнтованих САПР під єдиною логікою керування і на єдиній інформаційній базі. ADEM дозволяє автоматизувати наступні види робіт:
3D і 2D моделювання та проектування; оформлення проектно-конструкторської й технологічної документації; проектування технологічних процесів; аналіз технологічності й нормування проекту; програмування устаткування. ADEM застосовується у різних галузях: авіаційній, атомній, аерокосмічній, машинобудівній, металургійній, верстатобудівній та інших.
SolidWorks - продукт компанії SolidWorks Corporation, система автоматизованого проектування (САПР), в трьох вимірах працює під управлінням Microsoft Windows. Розроблена як альтернатива для двомірних програм САПР. Отримала популярність завдяки простому інтерфейсу.
Програма з'явилася в 1993 році і склала конкуренцію таким продуктам як AutoCAD і Autodesk Mechanical Desktop, SDRC I - DEAS і Pro/ENGINEER, Solid Edge. Головне завдання програми - надати користувачеві потужність тривимірної САПР системи за ціною системи двомірного САПР.
Основний продукт SolidWorks включає інструменти для тривимірного моделювання, створення складок, креслень, роботи з листовим металом, зварними конструкціям і поверхнями довільної форми. Присутня можливість імпортування великого числа файлів 2D і 3D CAD програм. Є API для програмування в середовищі Visual Basic і C. Також включена програма для аналізу методом кінцевих елементів початкового рівня CosmosXpress.
SolidWorks Office Professional. Пакет включає основний продукт і декілька розширень :
Animator (створення AVI анімації моделі в русі);
Design Checker (перевірка креслярських даних на відповідність стандартам);
eDrawings Professional (додає можливість рецензування до безкоштовного eDrawings);
FeatureWorks (додає можливість редагування до імпортованих елементів);
PDMWorks Workgroup (PDM система);
PhotoWorks (створення фото-реалістичних зображень побудованих об'єктів);
Task Scheduler (планувальник для об'ємного друку, імпорту/експорту файлів, і створення eDrawings);
Toolbox (бібліотека кріплення і з'єднань);
Utilities (поелементне порівняння деталей);
3D Instant Website (Публікація файлів SolidWorks як HTML документ, використовуючи eDrawings для перегляду).
CATIA – система автоматизованого проектування французької фірми Dassault Systems. CATІА V1 була анонсована в 1981 році. У даний момент у світі використовуються дві версії – V4 і V5, які значно відрізняються між собою. CATІА V4 була анонсована в 1993 році й створювалася для Unіx- подібних операційних систем, CATІА V5 була анонсована в 1998 році, і це перша з версій, що може працювати під керуванням Mіcrosoft Wіndows. По завіренню Dassault Systems, CATІА V5 була написана "з нуля" і втілила в собі передові технології САПР. Спочатку CATІА V5 не користувалася особливою популярністю на ринку і щоб стимулювати її використання Dassault Systems висунула концепцію PLM (Product Lіfecycle Management). Ідея PLM виявилася вдалою і її підхопила майже вся індустрія САПР. У лютому 2008 року Dassault Systems анонсувала нову версію системи – CATІА V6. V6 буде підтримувати програми моделювання для всіх інженерних дисциплін і колективні бізнес процеси протягом життєвого циклу виробу. Нова концепція фірми одержала назву "PLM 2.0 на платформі V6". Суть концепції – тривимірне моделювання і колективна робота в реальному часі. Для зв'язку між людьми, що перебувають у різних точках світу, передбачені засоби простого підключення до Web. PLM 2.0 – це новий підхід, що відкриває можливість використовувати інтелектуальні результати онлайнового взаємозв`язку. Кожний користувач може придумувати, розробляти продукти та обмінюватися інформацією на універсальній 3D-мові. Користувачі зможуть у наочній формі оперувати одночасно віртуальними та реальними об'єктами.
Pro/Engіneer – CAD система високого рівня. Містить у собі всі необхідні модулі для твердотілого моделювання деталей і створення креслярської документації. Має убудовані можливості для проектування зварених конструкцій.
Для виконання поставленої задачі, проектування 3D моделі деталі золотника, найбільше підходить система автоматизованого проектування COMPAS.
3.3 Розробка алгоритму створення тривимірної моделі деталі золотник
Розглянемо елементи побудови даної тривимірної моделі в середовищі КОМПАС-3D V13 детальніше [27].
Для створення нової деталі на стандартній панелі виконуємо команду «Створити» та обираємо вид нового документа «Деталь» (Рисунок 3.1).
Рисунок 3.1
Наступним кроком побудови моделі є вибір площини ескіза, що можна обрати серед площин дерева побудови чи безпосередньо на робочому полі (Рисунок 3.2).
Рисунок 3.2
Активувавши робоче поле площини за допомогою геометрії починаємо побудову ескіза (Рисунок 3.3).
Рисунок 3.3
Рисунок 3.4
З
а
допомогою панелі, що представлена на
Рисунок 3.4 побудуємо ескіз (Рисунок 3.5)
Р
ЕСКІЗ
исунок 3.5
ВИДАВЛЮВАННЯ
А
на панелі спеціального керування вводимо
необхідні параметри:
Р
ПАРАМЕТРИ
исунок 3.6напрямок «на растояние», та відстань – 104мм. (Рисунок 3.6).
В
ибираємо
площину для побудови внутрішньої
поверхні(Рисунок 3.7).
Р
Вибір поверхні
исунок 3.7А
ФАСКА
налогічно будуємо внутрішню поверхню з протилежної сторони. Далі будуємо фаски на внутрішній поверхні. (Рисунок 3.8).Р
Параметри
исунок
3.8
В
Вирізання обертанням
иконуємо операцію вирізання елемента обертанням, для якої визначили спосіб побудови та параметри (Рисунок 3.9).Р
Параметри операції
исунок
3.9
Наступним етапом є створення форми зовнішньої поверхні золотника, шляхом операції «Вирезать». Дану операцію виконуємо аналогічним способом наведеним вище. (Рисунок 3.10, Рисунок 3.11, Рисунок 3.12.)
Р
исунок
3.10
Рисунок 3.11
Рисунок 3.12
Проводимо операцію за допомогою «Масив по концентрической сетки».
Маючи побудовані елементи (отвір, фаска, різьба), що повторюються, їх можна копіювати, використовуючи операції дзеркального масиву чи масиву по сітці.
Наступним етапом є завершення створення тривимірної моделі золотника, шляхом вже відомих нам операцій. Дану операцію виконуємо аналогічним способом наведеним вище. (Рисунок 3.13, Рисунок 3.14, Рисунок 3.15.)
Рисунок 3.13
Рисунок 3.14
Рисунок 3.15
Вибираємо необхідні параметри деталі «Золотник». Рисунок 3.16.
Рисунок 3.17
В
икориставши
бібліотеку призначимо для золотника
матеріал – Сталь 30Х3МФ ГОСТ 4543-71. Рисунок
3.17.
Р
исунок
3.17
Т
ТРИВИМІРНА МОДЕЛЬ ЗОЛОТНИКА
ривимірна модель деталі золотник – готова Рисунок 3.18.Рисунок 3.18
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Кротов, А.М. Техника для садов и виноградников / А.М. Кротов. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1987. – №6. – С.11-14.
2. Гуревич, Л.А. Тракторы и сельскохозяйственные машины / Л.А. Гуревич, В.А. Лиханов, Н.П. Сычугов. – М.: Агропромиздат, 1986. – 336 с.
3. Ведерников, В.В. Основные направления комплексной гидрофикации сельхозмашин / В.В. Ведерников. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1988. – №8. – С. 14-16.
4. Машини землерийні. Системи гальмівні машин з гумовими шинами. Вимоги до систем, їхні характеристики та методика випробовування: ДСТУ ISO 3450:2004. – [Чинний від 2005-01-07] Держспоживстандарт України, 2005.– 24с.
5. Пат. 2026225 РФ, МПК В62 D 5/087. Гидрообъемное рулевое управление / В.Е. Киреев, Ш.К. Мукушев (Россия). – №5034556/11; заявл. 27.03.1992; опубл.10.01.1995, Бюл. №1, 1995 г.
6. Патент України без експертизи по суті 22307 A, МПК В62 D 5/06. Гідравлічний рульовий механізм транспортного засобу Сорокін В.Л., Тріфонов П.І., Заявл. 18.03.1997. Опубл. 03.02.1998, Бюл. № 0, 1998р, заяв № 97031204
7. Пат 1817428 SU, МПК В62 D 5/087. Гидравлический рулевой механизм транспортного средства. Н.И.Иванов, В.П.Пурдик, А.Н.Переяславский, Е.М.Малюк, И.П.Роот, Г.А.Зацепин (Россия). – №5034556/11; заявл. 27.03.1992; опубл.10.01.1995, Бюл. №1, 1995 г.
8. Пат. 2029700 RU B 62 D 5/06 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Пурдик В.П; Переяславский А.Н.; Малюк ЕМ; Роот (Россия). – №5034556/11; заявл. 27.03.1992; опубл.10.01.1995, Бюл. №1, 1995 г.
9. Іванов, Н.И. Анализ работы систем рулевого управления в штатном и аварийном режимах / Н.И. Іванов, О.А. Переяславская, С.А. Шаргородский, В.Л. Сорокин. // Вибрации в технике и технологиях. – 2003. – №4(30). – С. 78-81.
10. Схема гидравлическая принципиальная систем управления поворотом и рабочего оборудования тракторов Кировец. Опубликовано admin в Сб. [Электронный ресурс] 02/11/2012 – 12:42. – Режим доступа: http://www.agrotrust.ru/skhema-gidravlicheskaya-printsipialnaya-sistem-upravleniya-povorotom-i-rabochego-oborudovaniya-trakt.
11. Погорілець, О.М. Гідропривід сільськогосподарської техніки: Навчальне видання / О.М. Погорілець, М.С. Волянський, В.Д. Войтюк, С.І. Пастушенко; за ред. О.М. Погорільця. – К.: Вища освіта, 2004. – 368 с.
12. Андренко, П.М. Проектування гідроагрегатів обертання : монографія / П. М. Андренко, І. П. Гречка, М. С. Свинаренко. – Х. : НТУ «ХПІ», 2013. – 148 с.
13. Іванов, М.І. Моделювання системи гідрооб’ємного рульового керування на базі насоса-дозатора типу МРГ 01 / М.І. Іванов, О.М. Переяславський, С.А. Шаргородський. // Вибрации в технике и технологиях. – 2002. – №2(23). – С. 20.
14. Іванов, М.І., Вплив попутного навантаження на роботу системи гідрообємного рульового керування мобільних машин / М.І. Іванов, С.А. Шаргородський. // Збірник наукових праць Вінницького державного аграрного університету. – Вінниця. – 2002. – Вип.11. – С. 204-210.
15. Попов, Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем: / Д. Н. Попов. – [2-е изд., перераб. и доп.]. – М.: Машиностроение, 1987. – 464 с.
16. Іванов, М.І. Математичне моделювання роботи гідрооб'ємного рульового механізму / М.І. Іванов, О.М. Переяславський, Є.М. Малюк. // Вісник ВПІ. – 1998. – №2. – С.93-96.
17. Немировский, И. А. Расчет гидроприводов технологических машин / И.А. Немировский, Н. Г. Снисарь. – К.: Техника, – 1992. – 181 с.
18. Васильченко, В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник / В.А. Васильченко. – М.: Машиностроение, 1983. – 301 с.
19. Моторная, О. Усовершенствование конструкции насоса-дозатора системы гидрообъемного рулевого управления самоходных машин / О. Моторная, Н. Иванов, Л. Середа, А. Переяславский. // MOTROL: Commission of motorization and energetics in agriculture: Polish Academy of sciences. – Lublin. 2014. – Vol. 16, №5. – C. 103-114.
20. Немировский, И.А. Гидроприводы сельскохозяйственных машин. / И.А. Немировский, В.Ф. Маркин, Л.П. Середа и др.; под ред. И.А. Немировского. – К.: Техніка, 1979. – 139 с.
21. Середа, Л.П. Насос-дозатор з додатковим зливним золотником з новою системою керування для гідрооб’ємних систем рульового керування / Л.П. Середа, О. О. Моторна, Ю.М. Козак, О.М. Переяславський. // Промислова гідравліка і пневматика. – 2012. – №2(36).–С.27-30.
22. Моторна, О.О. Модернізація насос-дозатора виробництва ПрАТ "Будгідравліка", м. Одеса / О.О. Моторна, М.І. Іванов, О.М. Переяславський, Ю.М. Козак. // ХІV Міжнародна науково-технічна конференція АС ПГП "Промислова гідравліка і пневматика". – Одеса, 18 – 19 вересня 2013 р.: матеріали конференції. – Вінниця: ГЛОБУС-ПРЕСС, 2013. – С. 106-107.
23. Моторна, О.О. Математична модель системи гідравлічного об‘ємного рульового керування / О.О. Моторна. // Промислова гідравліка і пневматика. – 2007. – №4(18). – С.95-102.
24. Кондаков, Л. А. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем / Л. А. Кондаков. – М.: Машиностроение, – 1982. – 216 с.
25. Переяславський, О.М. Методичні вказівки до оформлення дипломних проектів для студентів факультету механізації // О.М. Переяславський, М. І. Іванов, Н.Р. Веселовська, С.А. Шаргородський Вінниця, ВНАУ, затверджено Вченою радою ВНАУ, протокол №8 від 27.05.2015. – 58 с.
26. Антонюк В.С. и др. Автоматизация проектирования технологических
процессов. Учебное пособие. - К.: УМК ВО, 1989. - 116с.
27. Большаков В. П.Твердотельное моделирование деталей в САD-системах: AutoCAD, КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, Creo. Учебное пособие. – Питер, 2014.- 304с.
28. Іванов М. І., Переяславський О. М., Козак Ю. М., Моторна О. О. Системи автоматизованого проектування. Методичні вказівки щодо виконання курсового проекту / Вінницький національний аграрний університет. Вінниця.: ВНАУ. 2014 – 41 с.