Реализация междисциплинарных связей при изучении технических дисциплин на основе решений АСКОН и НТЦ «АПМ»

В учебном процессе ИТИ активно используют инженерные программы, успешно применяемые в ряде курсов специальных дисциплин [1]. Среди них: CAD-система КОМПАС-3D [3], CAE-система — АПМ WinMachine [4]; CAM-продукты — САПР ТП Вертикаль [5] и др., которые обеспечивают не только подготовку конструкторско-технологической документации и автоматизацию расчетных задач в течение семестра, но и служат для оформления курсовых и дипломных работ.

Данные программы не только стали обязательным инструментом студентов: их использование позволяет также повысить эффективность работы сотрудников ВУЗа — преподавательского и инженерно-вспомогательного персонала. Этому также способствует и постоянное внимание к проблемам региональной тематики. Так, в рамках обеспечения рынка продукцией местного растениеводства стал актуальным вопрос восстановления оросительной системы.

Касаясь технической стороны, стоит отметить, что в регионе наиболее распространенным и прогрессивным методом остается капельная схема полива [2] (рис. 1).

Рис. 1. Капельница [7]

1. экономия воды за счет прямой подачи к корневой системе;
2. создание определенных препятствий распространению болезней;
3. увеличение жизнестойкости растений и их раннее созревание;
4. автоматизация процесса применения системы полива.

1. сложность и в некоторой части дороговизна монтажа;
2. частый выход из строя капельниц вследствие засорения или поломок.

Рис. 2. Накидная гайка капельницы

Рис. 3. Разновидности компрессионных соединительных фитингов [2]

Обратимся к технологии. Классические детали такого типа получают методом литья под давлением из полимерных материалов в специальных пресс-формах, что говорит о массовой форме выпуска.

Для оформления внутренней резьбы в отливке используют закладные элементы. Традиционно их заранее устанавливают в пресс-форму (инструмент), а потом извлекают вместе с отливкой. Далее закладной элемент вручную выкручивают из отливки, что увеличивает время, а следовательно, и стоимость изготовления изделия. Поэтому требуется уменьшить время изготовления данной детали («Накидная гайка»), максимально сократив применение ручных вспомогательных операций, т. е. заставить пресс-форму работать в автоматическом режиме, что в итоге должно снизить себестоимость производства данных деталей.

Для автоматизации изготовления капельниц и «гаек-фитингов» в инструменте (пресс-форме) предусмотрен механический привод. В его основе используется пара винт-гайка, которая преобразует вращательное движение механизма в поступательное и обеспечивает зубчатое зацепление с исполнительными узлами. Внешний вид такого устройства представлен на рис. 4.

Рис. 4. Пара винт-гайка исполнительного механизма

Ходовой винт имеет диаметр 32 мм, с левой нарезкой и десятью заходами. Гайка ходового винта представляет комбинированную конструкцию, в которой резьбовая часть получена заливкой баббита. Такой подход объясним технологической экономичностью, но с эксплуатационной стороны — неудачен, поскольку может приводить к деформациям и заклиниванию устройства.

В качестве решения предлагается резьбовую часть изготавливать из менее жесткого материала, например полиамида. В этом случае соединение лишено хрупкости и менее подвержено поломкам, вследствие чего отпадает необходимость в смазке. Стойкость такой винтовой пары повышается, если сравнивать с гайкой, изготовленной из бронзы.

Гайка ходового винта закреплена в самой форме, что позволяет устанавливать форму на любые термопластавтоматы, делая решение универсальным.

Практически данная задача была реализована на этапе создания модели устройства в рамках непрерывного применения инструментов САПР. В дальнейшем она ориентирована на использование в учебном процессе, при многоэтапной подготовке специалистов по направлению 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов».

После представления электронной сборки на международный конкурс «Юные Асы 3D-моделирования-2015» студентами III курса ИТИ, разработанная модель была анонсирована на ежегодной студенческой научной конференции, где получила должную оценку специалистов.

На рис. 5a и 5б показаны внешний вид модели пресс-формы (а) и получаемых в ней деталей (б). На рис. 6 показан вид пресс-формы после разнесения компонентов.

Рис. 5а.

Рис. 5б.

Рис. 6. Пресс-форма в раскрытом состоянии

1. Определение геометрических характеристик пары винт-гайка и зубчатого зацепления для оптимальных габаритов и расположения узлов пресс-формы. При этом задействована прикладная библиотека КОМПАС-3D «Валы и механические передачи 3D», с которой студенты познакомились в семестре 5 при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования».
2. Выбор материала для деталей пресс-формы из М и С (материал и сортамент) КОМПАС-3D. Базовые приемы и знания по подбору материалов деталей получены в семестре 3 (учебная дисциплина «Технология конструкционных материалов») и в 4-5 семестрах (дисциплина «Материаловедение»).
3. Построение в графическом редакторе КОМПАС-3D трехмерной модели устройства с использованием прикладной библиотеки КОМПАС-3D «Проектирование пресс-форм». Навыки работы с системой приобретены еще в 1-2 семестрах на занятиях по дисциплинам «Инженерная графика» и «Машинная графика» и курсе «Технологическая оснастка» в 9 семестре.

Рис. 7.

1. Ознакомление с производством в ходе учебных практик и формирование списка проблемных тематик.
2. Выполнение прочностного расчета зубчатого зацепления с использованием АПМ WinMachine и оптимизацию конструкции. Практические навыки владения данным программным продуктом студенты получили в ходе изучения дисциплин «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин» в 2-3 семестрах.
3. Написание технологии изготовления деталей пресс-формы после изучения дисциплины «Основы проектирования (Технология машиностроения)» в 7 семестре с использованием САПР ТП Вертикаль.
4. Проведение проверки правильности расчета литниковой системы в 8 семестре в КОМПАС-3D пресс-форм (дисциплина «САПР технологических процессов»).
5. Создание программ обработки деталей пресс-форм для станков с ЧПУ в семестре 10 в ГеММа-3D (дисциплина «Автоматизация производственных процессов в машиностроении»).
6. Оценка затрат и проведение последующей оптимизации конструкторско-технологических решений (дисциплины «Организация и планирование производства», «Математическое моделирование») в 10 семестре.

Выводы

Не менее важным является и правильность, разумность выбора применяемых инструментов. Адекватность использования систем автоматизации применительно к решаемым задачам является отдельной темой и ждет своего решения.

В заключение следует отметить, что автоматизация не панацея, а лишь одно из средств снижения затрат при технологической подготовке производства и она способна обеспечить должный эффект при ее явной необходимости и грамотном, комплексном использовании. Понимание этих правил как студентами, так и преподавательским сообществом позволит повысить качество подготовки выпускаемых специалистов в целом.

Более подробно взгляды авторов на комплексность изучения САПР в техническом ВУЗе, а также соответствующий опыт, изложены в этой презентации.

Используемая литература

2. Самополив огорода или капельное орошение (ОТКУДА И КАК ПОЯВИЛАСЬ СИСТЕМА КАПЕЛЬНОГО ПОЛИВА)

3. КОМПАС-3D — инструмент создателя

4. Комплексный инженерный анализ конструкций и деталей машин

5. Система автоматизированного проектирования технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ

6. Калягина О.В. Комплексное использование САПР в инженерном образовании / Первая международная научно-методическая конференция "Применение программных продуктов КОМПАС в высшем образовании". Сборник трудов. – Тула: Изд-во Гриф и Ко, 2005. – С.3- 4.

7. Какие трубы выбрать для организации полива огорода — советы по выбору от мастеров

Данные об авторах

Котиц Дмитрий Анатольевич, инженерно-технический институт ПГУ им. Т.Г. Шевченко, старший преподаватель кафедры «Автоматизированные технологии и промышленные комплексы», закончил в 2009 г. ИТИ ПГУ по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств в машиностроении».

Юрочкина Татьяна Михайловна, инженерно-технический институт ПГУ им. Т.Г. Шевченко, старший преподаватель кафедры «Машиноведения и технологического оборудования», закончила в 1982 г. механический факультет Санкт-Петербургского государственного технологического института по специальности «Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций».