КОМПАС-ШТАМП 5 — новая технология автоматизированного проектирования штампов

Маргарита Добровольская

Опубликовано: "САПР и Графика" №7, 2000

В общем объеме работ по технологической подготовке производства (ТПП) новых изделий в машино- и приборостроении проектирование и изготовление технологической оснастки (штампов, пресс-форм, приспособлений) стоит на первом месте по трудоемкости и срокам реализации этих работ. Поэтому многие предприятия рассматривают автоматизацию проектирования и изготовления оснастки в качестве одного из эффективных способов снижения трудоемкости и сокращения сроков ТПП.

Отдельные предприятия решают вопросы автоматизации проектирования оснастки на базе импортных или отечественных универсальных средств машинной графики (системы AutoCAD, PRO/ENGINEER, CIMATRON, Unigraphics, КОМПАС-ГРАФИК, T-FLEX и др.), которые позволяют в той или иной степени снизить трудоемкость и повысить качество проектирования. Однако эффективность проектирования и оформления полного комплекта конструкторских чертежей на оснастку с использованием только универсальных графических систем относительно невелика. Значительное повышение эффективности достигается при использовании дополнительных специализированных программных средств и систем автоматизированного проектирования, расширяющих возможности универсальных графических систем с учетом специфики проектирования оснастки.

В СНГ накоплен значительный многолетний опыт создания САПР штампов холодной листовой штамповки. Большинство таких систем используют понятие "Типовая конструкция штампа". Под типовой конструкцией понимается штамп, предназначенный для определенной операции штамповки (например, штамп совмещенный или последовательный для вырубки-пробивки), при этом накладываются определенные ограничения на конструкцию штампа — определенный набор деталей, ограниченные способы установки крепежа, фиксации заготовки и т.д. Штампы-прототипы одной типовой конструкции различаются между собой геометрией рабочей зоны деталей пакета (матрицы, съемника, пуансонодержателя и т.п.), количеством и типами пуансонов, размерными параметрами деталей штампов и некоторыми другими элементами конструкции, которые продиктованы геометрическими характеристиками штампуемой детали. В некоторых системах предусмотрена возможность выбора вариантов исполнения для отдельных функциональных систем штампов (системы фиксации заготовки при штамповке, съема полосы и т.п.).

Для каждой типовой конструкции создается своя подсистема или программно-методический комплекс (ПМК), который включает программы проектирования штампа именно этой типовой конструкции. Процесс автоматизированного проектирования штампов на базе типовых конструкций обычно разбивается на несколько этапов. Последовательность этапов проектирования отображается в головном меню системы. Пункты головного меню обязательны к выполнению в заданной последовательности.

Типичными представителями САПР штампов типовых конструкций являются системы: АВТОШТАМП (Институт технической кибернетики НАН РБ), T-Flex/Штампы (АО "ТопСистемы", Москва), КОМПАС-ШТАМП 4 (ГП "СКТБ Автоматизации Технологических Процессов", Минск).

В реальных условиях предприятий автоматизация проектирования штампов на базе типовых конструкций оставляет за рамками системы автоматизированного проектирования достаточно широкий круг штампов произвольных (нетиповых) конструкций. Для ряда предприятий внедрение систем проектирования штампов на базе типовых конструкций малоэффективно ввиду небольших объемов типового проектирования. В общем среднегодовом объеме проектирования штампов на большинстве предприятий приборостроительного профиля типовые конструкции составят 15-20%, для отдельных предприятий — до 30%. Для предприятий машиностроительного профиля САПР штампов типовых конструкций обеспечит автоматизацию не более 10% годового объема проектирования. Использование САПР штампов типовых конструкций при создании сквозных САПР приводит к разрыву цепочек автоматизированного проектирования. Таким образом, актуальной становится задача создания Системы, которая обеспечит автоматизацию проектирования штампов не только типовых, но и произвольных конструкций.

В ГП "СКТБ автоматизации технологических процессов" (г.Минск) разработана новая технология автоматизированного проектирования технологической оснастки при создании очередной, пятой версии Системы КОМПАС-ШТАМП 5. В Системе КОМПАС-ШТАМП 5 использованы современные средства объектно-ориентированного программирования в среде WINDOWS и наиболее удачные технические решения, реализованные в предыдущей версии Системы — КОМПАС-ШТАМП 4 (для MS DOS), которая поставлена более чем на 30 предприятий России, Беларуси, Украины. КОМПАС-ШТАМП 4 применяется на Минском Тракторном заводе, Минском Авиаремонтном заводе, Брестском заводе газовой аппаратуры, Гомельском электротехническом заводе, Московском заводе "Маяк", Тульском оружейном заводе и др.
Система КОМПАС-ШТАМП 5 направлена на автоматизацию проектирования штампов как оригинальных, так и типовых конструкций для различных операций холодной листовой штамповки. Система функционирует в операционной среде WINDOWS на персональных компьютерах типа Pentium и обеспечивает возможность вычерчивания чертежей на любом плоттере или принтере, работающем в среде WINDOWS.

Система реализована на базе чертежно-конструкторского редактора КОМПАС-ГРАФИК 5, разработанного акционерным обществом "АСКОН" (Россия) — одним из лидеров в области разработки и поставки программной продукции САПР в СНГ. КОМПАС-ГРАФИК 5 — высокоэффективный чертежно-конструкторский редактор со средствами интерактивной параметризации, давно зарекомендовал себя как реальная альтернатива AutoCAD и другому импортному ПО этого класса.

Отличительной особенностью системы КОМПАС-ШТАМП 5 от других систем автоматизированного проектирования штампов является отсутствие ограничений на конструкции проектируемых штампов, использование одинаковой технологии работы конструктора при проектировании как оригинальных, так и типовых конструкций штампов. При этом наиболее высокий уровень автоматизации достигается при проектировании штампов на базе стандартных и типовых блоков и пакетов.
Система КОМПАС-ШТАМП 5 содержит средства для автоматизированного моделирования конструкции штампа проектировщиком, набор Библиотек объектов проектирования, набор Параметрических библиотек конструктора штампов.

На ранних стадиях проектирования проектировщик формирует индивидуальную модель конструкции проектируемого штампа в виде дерева проекта конструкции, которое отображается на экране дисплея (Рис. 1) и отражает номенклатурный состав и конструктивные особенности объектов проектирования штампа, образующих конструкцию. В качестве объектов проектирования могут выступать сборочные единицы (блок, пакет и т.д.), технологические системы (система крепежа, система фиксации заготовки и т.д.), детали штампов, отдельные проектные процедуры (формирование рабочей зоны, выбор пресса). Проект конструкции штампа формируется конструктором путем выбора объектов проектирования из списков допустимых разновидностей этих объектов, предлагаемых системой КОМПАС-ШТАМП 5 (Рис. 1).

Рис. 1. Дерево проекта и список объектов проектирования.

Проектирование и формирование сборочных и деталировочных чертежей штампа обеспечивают Библиотеки объектов проектирования, каждая из которых обеспечивает связное проектирование какого-либо одного объекта (блока, пакета, технологической системы, отдельных деталей штампа).
Дерево проекта обеспечивает автоматический подбор и подключение Библиотек объектов, соответствующих проектируемой конструкции штампа, и позволяет проектировщику самостоятельно устанавливать удобный ему порядок проектирования.

Библиотеки объектов проектирования включают широкий набор программных модулей, позволяющих выполнять:

• расчеты технологических и конструктивных параметров штампа (усилие и центр давления штамповки, габариты и закрытая высота штампа, и т.д.);
• проектирование деталей штампа;
• компоновку элементов конструкции на сборочных чертежах;
• формирование комплекта сборочных и деталировочных чертежей штампа.

Степень соответствия состава Библиотек объектов проектирования системы КОМПАС-ШТАМП специфике производства предприятия-заказчика влияет на достижимый уровень автоматизации проектирования, но не ограничивает область применения системы. Не охваченные этими Библиотеками элементы конструкции штампа проектировщик может выбрать из Параметрических библиотек конструктора штампов (которые входят в состав КОМПАС-ШТАМП 5) или вычертить средствами системы КОМПАС-ГРАФИК, автоматическая загрузка которой при проектировании обеспечивается деревом проекта конструкции.

Параметрические библиотеки конструктора штампов включают набор программных модулей, которые обеспечивают проектирование и вычерчивание отдельных конструктивных элементов чертежа (отверстий под крепеж в плане и разрезе, прямоугольников разного исполнения и т.п.), стандартных и унифицированных деталей штампов (винты, штифты, толкатели и т.п.). Результаты проектирования, полученные при использовании параметрических библиотек, в папку "Проект" не передаются и используются, в основном, для вычерчивания дополнительных разрезов и выносных сечений на чертежах, полученных средствами Библиотек объектов проектирования.

Результаты проектирования накапливаются в папке "Проект", которой присваивается уникальное имя на начальных этапах проектирования штампа, и используются на последующих этапах проектирования другими модулями. Порядок накопления и использования результатов проектирования соответствует порядку проектирования, установленному конструктором. Информация, полученная при проектировании сборочных единиц, используется автоматически при проектировании деталировочных чертежей. И наоборот, результаты проектирования деталей штампа используются при формировании сборочных чертежей.

Конструктору предоставляется возможность самому устанавливать порядок проектирования — проектировать первоначально разрез штампа или план низа или верха, сборочные или деталировочные чертежи. При определении геометрических параметров блока, пакета, деталей штампа, конструктор может выбирать параметры из таблиц нормативно-справочной информации (НСИ) или задавать значения параметров, исходя из конструктивных соображений, либо использовать расчетные значения параметров, полученные в системе КОМПАС-ШТАМП 5.

КОМПАС-ШТАМП разработан конструкторами для конструкторов и содержит развитые средства диалогового общения программных средств с проектировщиком в удобной для него форме на дружественном и понятном языке. В Системе широко используются текстовые, экранные, а также слайдовые меню, которые позволяют конструктору выбирать решение на основании привычных графических образов. (Рис.2,3). Все расчетные параметры проектирования предъявляются конструктору на контроль. Он может согласиться с предложенными или дать параметрам свои значения.

Рис. 2. Слайдовое меню для выбора типа трафарета.

Работа в диалоге позволяет эффективно использовать опыт и знания специалиста. Система либо просит конструктора выбрать один из возможных вариантов, либо информирует конструктора о принятых ею решениях, предлагая согласиться или изменить их.

На любом этапе проектирования конструктор может внести необходимые коррективы, изменить ранее принятые решения, повторив только те этапы, которые непосредственно связаны с корректировкой.

Рис. 3. Текстовое меню для выбора способа установки крепежа на плане низа штампа.

Информационная база системы содержит табличные данные из справочников и государственных стандартов, используемых при проектировании штампов. Предусмотрен простой и удобный доступ для редактирования таблиц НСИ с целью адаптации Системы к условиям конкретного предприятия. Объектно-ориентированная структура программного обеспечения предоставляет дополнительные возможности для развития и адаптации Системы путем добавления или замены модулей в Библиотеках проектирования.

Формирование комплекта чертежей штампа, в соответствии с требованиями ЕСКД обеспечивается за счет максимального использования эффективных средств построения и редактирования чертежей чертежно-конструкторского редактора КОМПАС-ГРАФИК. (Рис. 4,5) В среде КОМПАС-ГРАФИК вычерчивается штампуемая деталь, выполняются оригинальные построения в процессе проектирования (при необходимости), производится окончательная доводка чертежей штампа, компоновка и вывод чертежей на бумажные носители.

Система КОМПАС-ШТАМП 5 передана более чем десяти предприятиям Беларуси, Украины и России для опытной и для промышленной эксплуатации (Барановичский завод торгового машиностроения ПО"Беларусторгмаш", ПО "Бобруйскагромаш", Оршанский завод "Красный борец", Гомельский завод торгового оборудования, ГП "Минский электротехнический завод им. В.И.Козлова, ОАО "Лтава" г. Полтава, НПК "Фотоприбор" г.Черкассы и др.). Система постоянно пополняется дополнительными программными модулями, расширяющими функциональные возможности.

Рис. 4. Чертеж штампа для рубки заготовок. Конструктор Петухов В.Н., АО "Брестский завод газовой аппаратуры".

Рис. 5. Чертеж штампа последовательного действия. Конструктор Варавко И.Е., ГП "Минский электротехнический завод им. В.И.Козлова".

Новая методика автоматизации проектирования технологической оснастки, разработанная при создании Системы КОМПАС-ШТАМП 5, использована также при разработке комплекта библиотек для автоматизированного проектирования пресс-форм, первая редакция которого проходит тестирование на ГП "Минский завод "Термопласт".