Разработка 3D модели ступенчатого вала

Федеральное агентство  по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«Воронежский государственный  технический университет»

(ГОУ ВПО «ВГТУ»)

 

 

Факультет автоматизации  и роботизации машиностроения.

 

Кафедра «Технология машиностроения»

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

По дисциплине: «Компьютерные  технологии в машиностроении»

 

Тема: «Разработка 3D модели ступенчатого вала.

Разработка 2D чертежа вала. Оптимизация режимов резания по критерию погрешности силового отжима и машинного времени обработки вала. Исследование погрешности обработки, вызванной износом инструмента. Исследование детали с помощью количественных показателей технологичности детали»

 

Выполнил: ст. гр. ТМ-062                                                 Смолянов Д.А.

Проверил: д.т.н., профессор                                                  Копылов Ю.Р.

 

 

 

 

 

 

Воронеж 2009

Содержание

 

Введение………………………………………………………………………… 3

1. Разработка 3D модели……………………………………………………….. 4

2. Разработка чертежа 2D……………………………………………………… 7

3. История развития информационных технологий в машиностроении……..10

4. Оптимизация режимов по критерию силового отжима…………………….21

5. Исследование погрешности обработки, вызванной износом инструмента..30

6.Исследование детали с помощью количественных показателей

технологичности детали………………………………………………………....36

Заключение………………………………………………………………………..37

Список литературы…………………………………………………………….....38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель данной работы заключается в том, чтобы ознакомиться с областью применения на практике с некоторыми видами программных средств автоматизации машиностроения, изучить методы построения 3D моделей и чертежей 2D в компас, используя программные средства провести оптимизацию режимов резания по критерию погрешности силового отжима и по критерию погрешности износа инструмента. Оценить эффективность и удобство использования компьютерных технологий в машиностроении, чтобы в дальнейшем пользоваться ими и совершенствовать полученные навыки. Так как в наши дни наблюдается быстрое развитие и применение компьютерных технологий в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, тяжелое машиностроение, архитектура, строительство, нефтегазовая промышленность, картография, геоинформационные системы, а также в производстве товаров народного потребления, например бытовой электротехнике. В машиностроении компьютерные технологии используются для проведения конструкторских, технологических работ, в том числе работ по технологической подготовке производства. С помощью компьютерных технологий выполняется разработка чертежей, производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, например штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 РАЗРАБОТКА 3D МОДЕЛИ

 

В среде КОМПАС 3D выполним твердотельную модель ступенчатого вала.

Создаем новый  документ. Выбираем «Деталь» рисунок 1.

 

 

1.  Выбираем плоскость ZY и нажимаем «Эскиз» рисунок 2.

2.  Постройте эскиз  согласно рисунку:

В  нашем  примере  ось  вращения  смещена  относительно  контура  будущего

колеса,  в  результате  при вращении контура  будет  образовано  и посадочное

отверстие.

3.  Выйдите из режима  создания эскиза, отжав кнопку Эскиз .

4.  Для  создания  тела  вращения,  выберите  команду   Операция  вращения

Упрощенное построение изображения зуба. Моделирование 

зуба 

1.  Выберите  торцевую  плоскость  и  постройте   на  ней  следующий  эскиз 

согласно схеме упрощенного построения зуба, приведенного выше (Z=44,

m=1, d

a=46).  Линии  построения  создавайте  стилем  линии – 

Вспомогательная, а контур зуба – Основная.

2.  Выйдите из эскиза, выберите  команду  Приклеить  выдавливанием  ,

установите величину выдавливания, равную ширине зубчатого венца.

В результате получим  модель зуба

 

3.  Выделите  зуб   в  дереве  построения,  если  выделение  снято,  выберите 

команду построения Массива  по концентрической сетке 

4.  На  панели  свойств   щелкните  левой  кнопкой  мыши  на  кнопке  Ось  и

укажите, также щелчком  мыши, цилиндрическую поверхность зубчатого 

венца  или  ступицы,  в  результате  программа  выберет  ось  массива,

совпадающей  с  осью  тела  вращения.  Задайте  количество  элементов массива (в нашем примере – 44).

 

 

 

 

5.  Создайте объект.

 

 

 

 

 Построение  ассоциативного вида чертежа  детали. (2D чертежа)

 Главная панель - Файл  – создать - чертеж 

  Главная панель  – вставка – вид с модели  – стандартный – разместить 

фантом видов на поле формата – щелкнуть.

 

  Выбор формата  

 По умолчанию в  качестве исходного формата (шаблона)  выбран формат А4 

Первый лист в соответствии с ГОСТ- 2.104-68.

 

Для выбора другого формата  щелкните на поле самого формата (листа) правой кнопкой мыши. Во всплывающем меню щелкните левой кнопкой по пункту Параметры текущего чертежа. В появившемся диалоговом окне Параметры  щелкнуть на вкладке Текущий чертеж. Щелкнуть по знаку +      перед пунктом Параметры листа – далее - Формат – в правой части окна выбрать формат А3 и ориентацию Горизонтальный.

  Проставить размеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

 

Система автоматизированного  проектирования ( САПР, в англоязычном написании CAD System - Computer Aided Design System) - это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ [22].

В настоящий момент существует несколько классификационных подгрупп, из них три основных: машиностроительные САПР (MCAD - Mechanical Computer Aided Design), архитектурно-строительные САПР(CAD/AEC - Architectural, Engineering, and Construction), САПР печатных плат (ECAD - Electronic CAD/EDA - Electronic Design Automation). Наиболее развитым среди них является рынок MCAD, по сравнению с которым секторы ECAD и CAD/AEC довольно статичны и развиваются слабо. Рассмотрим процесс развития автоматизированного проектирования в машиностроении.

Современный рынок машиностроения предъявляет все более жесткие  требования к срокам и стоимости проектных работ. Проведение конструкторских работ, нацеленных на создание качественной, конкурентоспособной продукции, связано с подготовкой точных математических моделей узлов и агрегатов, а также с выполнением     огромного объема математических расчетов, необходимых для инженерного анализа конструкций. Основной путь повышения конкурентоспособности предприятия связан с резким сокращением сроков создания моделей и ускорением расчетов математических параметров на всех этапах разработки продукции. Таким образом, применение высокопроизводительных систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAE/CAD/CAM-систем) стало ключевым элементом бизнеса предприятия, работающего на современном рынке машиностроения.

Применение линейки, циркуля  и транспортира на чертежной доске  привело к технической революции  начала XIX века. Для повышения точности все построения выдерживали в  максимально возможном масштабе, при этом погрешность построений составляла не менее 0,1 мм, а при задании угловых значений - не менее 1 мм на одном метре. Таковы пределы точности при геометрическом моделировании на кульмане. Появление ЭВМ стало благоприятной предпосылкой для развития машинной графики, которая включила в себя дисциплины геометрического моделирования и вычислительной геометрии. Основная их задача состоит в решении геометрических задач в аналитической и вычислительной (алгоритмической) форме.

История САПР в машиностроении разделяется на несколько этапов. Первый этап формирования теоретических основ САПР начался в 50-х годах прошедшего столетия.

В основу идеологии положены разнообразные математические модели, такие как теория B-сплайнов, разработанная  И. Шоенбергом (I.J. Schoenberg) в 1946 г. Моделированию кривых и поверхностей любой формы были посвящены работы П. Безье (P.E. Bezier), выполненные в 60-х годах. В этот период сформировалась структура и классификация САПР. Объекты проектирования стали рассматриваться с точки зрения различных областей науки, базовые подсистемы САПР разделились на геометрические, прочностные, аэродинамические, тепловые, технологические, и т. п, впоследствии их стали классифицировать как CAD, CAE, CAM, PDM, PLM.

САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического  моделирования (собственно CAD - Computer Aided Design) решают задачи, в которых основной процедурой проектирования является создание геометрической модели, поскольку любые предметы описываются в первую очередь геометрическими параметрами.

САПР системы технологической  подготовки производства (CAM - Сomputer Aided Manufacturing) осуществляют проектирование технологических процессов, синтеза программ для оборудования с ЧПУ, моделирование механической обработки и т.п. в соответствии с созданной геометрической моделью.

САПР системы инженерного анализа (CAE - Computer Aided Engineering) позволяют анализировать, моделировать или оптимизировать механические, температурные, магнитные и иные физические характеристики разрабатываемых моделей, проводить симуляцию различных условий и нагрузок на детали.

Как правило, эти пакеты работают, используя метод конечных элементов, когда общая модель изделия делится  на множество геометрических примитивов, например тетраэдров. Основными модулями программ анализа являются препроцессор, решатель и постпроцессор.

Исходные данные для препроцессора - геометрическая модель объекта - чаще всего получают из подсистемы конструирования (CAD). Основная функция препроцессора - представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов.

Решатель - программа, которая преобразует  модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и рассчитывает эту систему одним из методов разреженных матриц.

Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР это форма - графическая. Конструктор может анализировать поля напряжений, температур, потенциалов и т.п. в виде цветных изображений, где цвет отдельных участков характеризует значения анализируемых параметров.

Наконец, системы управления инженерными  данными (PDM - Product Data Management) обеспечивают хранение и управление проектно-конструкторской  документацией разрабатываемых изделий, ведение изменений в документации, сохранение истории этих изменений и т. п.

На первом этапе развития возможности  систем в  значительной мере определялись характеристиками имевшихся в то время недостаточно развитых аппаратных средств ЭВМ. Для работы с системами САПР использовались графические терминалы, подключаемые к мэйнфреймам. Процесс конструирования механических изделий заключается в определении геометрии будущего изделия, поэтому истории CAD-систем практически началась с создания первой графической станции. Такая станция Sketchpad, появившаяся в 1963 г, использовала дисплей и световое перо. Ее создатель И. Сазерленд в дальнейшем работал в агентстве ARPA и возглавлял департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета.

Развитие компьютерной графики  сдерживалось не только аппаратными возможностями вычислительных машин, но и характеристиками программного обеспечения, которое должно было стать универсальным по отношению к использовавшимся аппаратным средствам представления графической информации. С 70-х годов прошлого века разрабатывался стандарт графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включал в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования.

В 1977 г. ACM представила документ Core, который описывал требования к аппаратно-независимым программным средствам. В 1982 г. появилась система Graphical Kernel System (GKS), принятая в качестве стандарта в 1985 г, а уже в 1987 г. был разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D-графику.

Параллельно с развитием CAD-систем бурное развитие получили CAM-системы автоматизации технологической подготовки производства. В 1961 г. был создан язык программирования APT (Automatic Programming Tools), впоследствии этот язык стал основой многих других языков программирования применительно к оборудованию с числовым программным управлением. Параллельно с работами, проводившимися в США, в СССР Г.К. Горанский создал первые программы для расчетов режимов резания.

Разработанный к 1950 г. метод конечных элементов послужил толчком к  развитию систем инженерного анализа CAE. В 1963 г. был предложен способ применения метода конечных элементов для анализа прочности конструкции путем минимизации потенциальной энергии.

В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, поставила задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и введен в эксплуатацию. Стоимость разработки, длившейся 5 лет, составила $4 млн. Среди компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation), которая с 1973 г. начала самостоятельно развивать пакет MSC.NASTRAN, впоследствии ставший мировым лидером в своем классе продуктов. С 1999 г. компания MSC называется MSC.Software Corporation. В 1976 г. был разработан программный комплекс анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур DYNA-3D (позднее названный LS-DYNA).