Modern technologies in educational process and production

Abstract

Modern mechanical engineering is impossible without information technology. The machines are representatives of the symbiosis of mechanics and electronics. Despite of the abundance of software for calculations, solutions often do not coincide with the real test. A method is developed to determine the effect of vibration on the cutting process, which allows to solve some of the appearing problems.

Full Text

Современное машиностроение предъявляет высокие требования к выпускникам технических вузов. Активное внедрение информационных технологий на предприятиях привело к увеличению потребности в высококвалифицированных инженерных кадрах, владеющих навыками работы в системах автоматизированного проектирования. В соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов, выпускники технических вузов должны не только владеть набором профессиональных знаний, умений, навыков и компетенций, но и быть готовыми к освоению новых знаний, обеспечивающих профессиональную конкурентоспособность. Успешное решение этой задачи может быть достигнуто при переходе к использованию в учебном процессе информационных технологий, связанных с инженерным анализом и твердотельным моделированием. Для решения задач, стоящих перед Университетом машиностроения при кафедре «Автоматизированные станочные системы и инструменты» (АССИ), существует «Расчетно-конструкторское бюро», которое за время своего существования прошло долгий путь: от нескольких компьютеров, оснащенных AutoCAD 14 и КОМПАС, до мощного, хорошо оснащенного центра с лицензионным программным обеспечением, квалифицированным преподавательским и инженерным составом и, конечно, со студентами, делающими сложные расчетно-проектировочные работы. На кафедре создана хорошая методика преподавания дисциплин САПР, разработаны десятки лабораторных работ, ведется научно-исследовательская работа. В настоящий момент на кафедре ведется обучение следующим программным продуктам: Solid Works, ALTAIR, CAMWORKS, ESPRIT, EULER, NASTRAN. Рисунок 1. Схема процесса разработки конструкции Проектирование оптимальной конструкции с использованием современных подходов является достаточно сложной задачей, требующей разнообразного программного обеспечения. Конструкторы разрабатывают конструкцию в CAD-системе, затем передают ее в расчетный отдел, где специалисты по расчетам проводят расчеты при помощи CAE-систем, для запуска производства детали передаются технологам, которые используя CAM-системы, создают управляющие программы для станков с ЧПУ (рисунок 1). Данная схема процесса разработки конструкции может подойти только для идеального предприятия. В реальности данные на каждом этапе корректируются, «курсируя» между конструкторами, технологами и расчетным отделом. Зачастую на отечественных заводах можно увидеть следующую картину. Конструкторы разрабатывают конструкцию в определенной CAD-системе, далее готовая модель передается расчетчикам, работающим в CAE-системе, которая не может получать данные на прямую из CAD-системы, используемой конструкторами. Конструктор вынужден «транслировать модель» в сторонних форматах. В случае необходимости исправить модель на основании расчетов конструктор в ручном режиме вносит коррекцию в модель. Такая же ситуация происходит и при использовании CAM-систем. Таким образом, получается многократная работа: сначала конструктор создает модель, потом расчетчик и технолог вносят изменения, после этого конструктор вновь в ручном режиме корректирует конструкцию. Данную проблему «несостыковки» программного обеспечения можно решить при помощи программного комплекса Solid Works. Программный комплекс Solid Works идеально подходит для задач современного проектирования как оборудования, так и металлоконструкций. Благодаря своей открытой структуре и множеству приложений Solid Works позволяет охватить весь процесс проектирования: от создания модели конструкции до создания управляющей программы для станка с ЧПУ. При этом передача данных между CAD, CAE и САМ системами происходит «напрямую» без применения сторонних форматов (рисунок 2), что значительно упрощает и ускоряет процесс проектирования и, как следствие, производства в целом. Рисунок 2. Схема передачи данных между CAD-, CAEи САМ-системами в Solid Works Примером применения современных технологий программного комплекса Solid Works может послужить работа по проектированию и производству картера двигателя, которая была выполнена на кафедре «Автоматизированные станочные системы и инструменты» Университета машиностроения. Весь процесс проектирования, расчета и написание управляющей программы для станка с ЧПУ происходил исключительно в среде Solid Works. Рисунок 3. Разработка модели картера в CAD системе Solid Works Рисунок 4. Построение сетки для расчета картера в САЕ системе Solid Works На первом этапе был разработан картер для двигателя (рисунок 3). Инструменты Solid Works позволили в полной мере получить необходимый профиль будущей детали. Второй этап заключался в расчете картера и внесения изменений в исходную модель (рисунок 4). Уже на данном этапе можно ощутить преимущество применения программного комплекса Solid Works. Модель автоматически передается в САЕ-систему для расчета напряжений и теплообмена. Задаются граничные условия, строится сетка конечных элементов и выполняется расчет, по результатам расчета вносятся изменения в модель. Поскольку Solid Works осуществляет «тесную интеграцию» продуктов, входящих в состав комплекса, изменения в CAD-системе автоматически передаются в САЕ. Данная функция позволяет автоматически откорректировать ранее созданную расчетную модель, для расчета измененной модели требуется лишь запустить расчет заново. На последнем этапе с помощью САМ-системы создается управляющая программа для станка с ЧПУ. Как и в случае с САЕ-системой, модель автоматически передается в САМ-систему. Полученная в САМ-системы управляющая программа постоянно поддерживает ассоциативную связь с исходной моделью, что позволяет в случае изменения модели автоматически пересчитать управляющую программу для станка (рисунок 5). Рисунок 5. Создание управляющей программы для станка с ЧПУ в САМ-системе Рисунок 6. Обработанный картер Как видно из приведенного примера, Solid Works позволил замкнуть внутри себя весь жизненный цикл модели: от проектирования до создания управляющей программы для станка с ЧПУ. Функция, позволяющая в автоматическом режиме после изменения исходной САD-модели, корректировать САЕ- и САМ-модели незаменима для производств с групповой технологией. Создав одну качественную САD-САЕ-САМ-модель, предприятие в кратчайшие сроки сможет прейти на выпуск новой модификации детали, откорректировав лишь исходную модель (рисунок 6).