Сквозное проектирование в машиностроении. Основы теории и практикум

Сквозное проектирование
в машиностроении.
Основы теории и практикум

Ìîñêâà, 2023

Бунаков П. Ю., Широких Э. В.

Допущено учебнометодическим объединением вузов по образованию в области
автоматизированного машиностроения (УМО АМ)  в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению
«Констукторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств»,
специальности
 «Автоматизация технологических процессов и производств (машиностроение)»
направление подготовки
«Автоматизированные технологии и производства»

2-е издание, электронное

УДК 32.973.26-018.2
ББК 004.438
Б91

Р е ц е н з е н т ы

Доктор технических наук, профессор, главный специалист 
отдела 122 Конструкторского бюро машиностроения А. С. Трушков

Кандидат технических наук, доцент, главный инженер 
Научно-исследовательского и конструкторско-технологического института 
подвижного состава В. Н. Огуенко

Б91
Бунаков, Павел Юрьевич.
Сквозное проектирование в машиностроении. Основы теории и практикум / П. Ю. Бунаков, 
Э. В. Широких. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 121 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — 
Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : 
электронный.
ISBN 978-5-89818-485-8
Учебное пособие содержит материалы для выполнения практических занятий по сквозному проектированию 
изделий машиностроения, начиная от создания математической модели в среде САПР 
T-FLEX и заканчивая изготовлением опытного образца на фрезерно-гравировальном станке EGX-300.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 151001 «Технология 
машиностроения», специализация «САПР технологических процессов». Будет полезна студентам 
средних специальных учебных заведений, а также преподавателям, работающим в области автоматизированного 
проектирования и технологической подготовки производства.

УДК 32.973.26-018.2 
ББК 004.438

Электронное издание на основе печатного издания: Сквозное проектирование в машиностроении. Основы теории 
и практикум / П. Ю. Бунаков, Э. В. Широких. — Москва : ДМК Пресс, 2010. — 120 с. — ISBN 978-5-94074-620-1. — 
Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни 
было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно 
существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим 
издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, 
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-485-8
© Бунаков П. Ю., Широких Э. В., 2010
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2010

Краткое содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................. 6

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................... 7

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ ....................... 10

ГЛАВА 1. ФРЕЗЕРНОГРАВИРОВАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
EGX300 ....................................................................................... 11

ГЛАВА 2. ВСТРОЕННОЕ ПРОГРАММНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ EGX300........................................................... 19

ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ
ВЫСОКОИНТЕГРИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
НА БАЗЕ САПР TFLEX ............................................................... 31

ГЛАВА 4. СОПРЯЖЕНИЕ КОМПЛЕКСА EGX300
С САПР TFLEX ............................................................................ 41

ГЛАВА 5. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОПЕРАЦИОННЫХ ТП ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКАХ С ЧПУ ..................................................................... 49

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ........ 59

ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОСНАЩЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОБРАЗЦОВ ДЕТАЛЕЙ ...... 71

ГЛАВА 8. МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
НА СТАНКЕ МОД. EGX300 ....................................................... 77

ГЛАВА 9. ПРАКТИКА СКВОЗНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ОБРАЗЦОВ ДЕТАЛЕЙ ................................................................. 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................... 118

ЛИТЕРАТУРА ............................................................................. 119

Содержание

Предисловие ................................................................................ 6

Введение ....................................................................................... 7

Перечень используемых сокращений .................................. 10

Глава 1
Фрезерногравировальный комплекс EGX300 ................. 11

1.1. Технические характеристики комплекса .................................. 12
1.2. Установка материала и инструмента ....................................... 13
1.3. Установка начальной точки ...................................................... 14
1.4. Установка параметров обработки ............................................ 15

Глава 2
Встроенное программное обеспечение EGX300 .............. 19

2.1. Основные характеристики программного обеспечения........... 20
2.2. Пример формирования геометрической модели ..................... 23
2.3. Возможности встроенного программного обеспечения .......... 28

Глава 3
Методические основы изучения
высокоинтегрированных технологий
на базе САПР TFLEX ................................................................. 31

3.1. Возможности основных систем комплекса TFLEX................... 32
3.2. Система TFLEX как учебная САПР ........................................... 35
3.3. Методика параметрического проектирования в системе
TFLEX............................................................................................. 37
3.4. 3Dмоделирование в системе TFLEX ...................................... 38

Глава 4
Сопряжение комплекса EGX300 с САПР TFLEX ............... 41

4.1. Краткое описание формата DXF ............................................... 42
4.2. Написание интерфейсных программ DXF ................................ 47

Содержание
5

Глава 5
Основы методики проектирования операционных ТП
для обработки деталей на станках с ЧПУ ............................. 49

Глава 6
Разработка управляющих программ .................................... 59

6.1. Методика составления управляющих программ ...................... 60
6.2. Основные возможности системы TFLEX ЧПУ .......................... 61
6.3. Имитация обработки со съемом материала............................. 63
6.4. Методика проектирования управляющих программ
в TFLEX ЧПУ ................................................................................... 65
6.5. Особенности 3Dи 5Dобработки ............................................ 67

Глава 7
Разработка технологического оснащения
для обработки образцов деталей .......................................... 71

Глава 8
Методика изготовления деталей на станке
мод. EGX300 ............................................................................. 77

8.1. Подготовка информации ......................................................... 78
8.2. Управление процессом обработки........................................... 80

Глава 9
Практика сквозного моделирования образцов деталей...... 83

9.1. Методика моделирования детали «Скоба» .............................. 84
9.2. Методика моделирования детали «Корпус 1» .......................... 88
9.3. Методика моделирования детали «Шатун» .............................. 93
9.4. Методика моделирования детали «Колесо
турбокомпрессора» ........................................................................ 97
9.5. Методика моделирования детали «Крышка».......................... 103
9.6. Методика моделирования детали «Корпус 2» ........................ 110
9.7. Методика изготовления деталей на станке EGX300 .............. 115

Заключение .............................................................................. 118

Литература ............................................................................... 119

Предисловие

Одной из ведущих тенденций информатизации промышленных предприятий является процесс слияния решений для автоматизации проектирования и технологической подготовки производства с решениями для автоматизации производственных процессов. Это связано с необходимостью перехода к более сложным
задачам создания автоматизированных систем для управления всеми этапами
жизненного цикла изделия, включая управление этапом его изготовления на современном высокопроизводительном оборудовании с числовым программным
управлением (ЧПУ) [9, 13].
Проблема интеграции отдельных этапов жизненного цикла изделий в процессе автоматизации возникла достаточно давно, практически одновременно с появлением первых автоматизированных систем. Особую актуальность она приобрела
в последние годы, когда предприятия начали активно переходить от автоматизации отдельных задач и подразделений к комплексной автоматизации [15]. Необходимость интеграции определяется прежде всего потребностями самих предприятий: в условиях конкуренции нужно оптимизировать процессы проектирования,
технологической подготовки производства и изготовления изделий, оперативно
реагировать на быстро меняющиеся условия спроса и предложения на рынке, повышение требований к качеству выпускаемой продукции, срокам исполнения заказов и т. д.
Это диктует необходимость внесения изменений в структуру подготовки
инженеровтехнологов как специалистов, непосредственно участвующих в подобных интеграционных процессах и, более того, призванных быть их организаторами и непосредственными исполнителями. Преподавание технологий автоматизированного проектирования должно базироваться на самых современных
технических и программных решениях и охватывать все этапы производственного отрезка жизненного цикла изделий: конструирование, технологическую подготовку производства и изготовление изделия.
Настоящее издание представляет собой обобщение теоретических разработок
и практического опыта, накопленного авторами в Коломенском институте (филиале) Московского государственного открытого университета (КИ (ф) МГОУ).
Оно содержит материалы, необходимые для организации занятий по технологиям сквозного проектирования для студентов специальности «Технология машиностроения».
При написании книги с разрешения компании «Топ Системы» использовались материалы из документации по системе TFLEX.
Авторы надеются, что книга найдет своего читателя среди преподавателей и
студентов конструкторских и технологических специальностей высших и средних специальных учебных заведений, и будут признательны за все конструктивные замечания и предложения по ее содержанию.

Введение

Основой подготовки специалистовтехнологов является сочетание получаемых
теоретических знаний с практическими навыками работы в среде программноаппаратных комплексов сквозного проектирования и изготовления изделий [3, 7].
Для реализации этой цели на кафедре технологии машиностроения Коломенского института (филиала) Московского государственного открытого университета
разработана концепция подготовки современных инженеровтехнологов по специализации «САПР технологических процессов» (ТП) в рамках специальности
151001 «Технология машиностроения», в полной мере владеющих компьютерной
техникой, коммуникационными технологиями, средствами автоматизации проектирования и технологической подготовки производства [8].
Главным в подготовке таких специалистов является сочетание получаемых теоретических знаний с практическими навыками работы в среде высокоинтегрированных
программноаппаратных комплексов [4]. Для реализации этой цели на кафедре технологии машиностроения создан программноаппаратный комплекс на базе отечественной системы автоматизированного проектирования (САПР) TFLEX и фрезерногравировального станка модели EGX300 японской фирмы Roland. Его внедрение
в учебный процесс потребовало разработки необходимого учебнометодического
обеспечения, которое позволяет студентам изучить все основные практические аспекты организации сквозного проектирования, технологической подготовки и изготовления изделий на современном машиностроительном предприятии:
• понимание структуры, роли и места комплексной САПР в производственной системе, информационной и организационной взаимосвязи систем
конструкторскотехнологического проектирования с производственными
системами;
• знание методов разработки и преобразования математических моделей
в ходе решения задач проектирования и изготовления;
• разработка 3D математических моделей деталей представителей, требующих выполнения многокоординатных видов обработки;
• использование возможностей современных САПР по преобразованию информации в процессе выполнения конструкторскотехнологических и производственных работ;
• применение виртуального моделирования процессов обработки деталей
с целью верификации разработанных управляющих программ (УП);
• изготовление спроектированных деталей на современном оборудовании
с ЧПУ по разработанным УП.
Выполнение лабораторных работ и курсовое проектирование по дисциплинам
специализации предполагают работу с реальными деталями, выпускаемыми на
предприятиях региона, в ходе которой студенты самостоятельно реализуют все
операции от разработки 3Dмодели до получения физического образца.

Введение
8

Фрезерногравировальный станок EGX300 является профессиональным оборудованием для 2D/3Dобработки заготовок. Его функциональные возможности
позволяют обеспечить выполнение широкого круга операций при небольших габаритах станка и легком управлении, что делает применение станка оптимальным
в условиях учебного заведения, а небольшие габариты позволяют разместить его
на обычном рабочем столе.
В составе программного обеспечения станка имеется встроенная система геометрического моделирования, выходная информация которой может непосредственно использоваться для формирования управляющих программ для последующей обработки. Однако основная ее функциональность ориентирована на
выполнение гравировальных работ по созданию объемных художественных
надписей. Использование же станка EGX300 в учебном процессе на кафедре Технологии машиностроения для подготовки специалистовтехнологов по специализации САПР ТП требует выполнения работ по моделированию, конструкторской
и технологической подготовке изготовления деталейпредставителей, имеющих
сложную геометрическую форму и требующих фрезерной обработки уровня не
ниже 3D. Технологические возможности выбранного оборудования позволяют
решить эту задачу. Однако встроенное программное обеспечение ориентировано
на решение задач гораздо более низкого уровня сложности.
Таким образом, автономное использование станка EGX300 в учебном процессе практически не представляет интереса с точки зрения специализации САПР
ТП. Это потребовало разработки единого интегрированного комплекса, включающего в свой состав мощные средства геометрического моделирования и аппаратнопрограммные интерфейсы с данным оборудованием. Традиционной платформой изучения высокоинтегрированных технологий проектирования на
кафедре Технологии машиностроения является российская CAD/CAM/CAE/
PDM/CAPP система TFLEX, которая и стала базой для проведения этих работ.
На сегодняшний день система TFLEX является единственной из отечественных разработок в области САПР, которая в полном объеме реализует концепцию
комплексной автоматизации всех проектнопроизводственных этапов жизненного
цикла изделий на единой программнометодической и информационной основе [6].
Широкая функциональность и наличие высокоэффективных средств работы позволяют использовать TFLEX для решения широкого круга проектных задач.
Использование системы в учебном процессе позволяет наглядно, на практических
примерах продемонстрировать все преимущества комплексной автоматизации.
В состав TFLEX входят два модуля для разработки и верификации управляющих программ для станков с ЧПУ: TFLEX ЧПУ и TFLEX NC Tracer. Особо следует отметить, что TFLEX ЧПУ является встраиваемым модулем для TFLEX
CAD и функционирует исключительно совместно с ней, что позволяет получить
полноценное CAD/CAMрешение [3]. Это дает возможность реализовать важный методологический момент: студент при выполнении задач технологического
проектирования имеет доступ ко всей конструкторской функциональности систе

Введение
9

мы TFLEX CAD, позволяющей создавать модели, чертежи и эскизы обрабатываемых деталей, разрабатывать приспособления и инструмент, а также выполнять
другие конструкторские работы по мере необходимости. Помимо этого, единая
CAD/CAMсистема обеспечивает полную ассоциативность конструкторскотехнологических данных, при которой однажды созданная траектория обработки будет автоматически перестраиваться после изменения геометрии детали, а также
единство интерфейсов конструкторского и технологического проектирования.

Перечень используемых
сокращений

САD – Computer Aided Design (автоматизированное проектирование)
САЕ – Computer Aided Engineering (автоматизированная инженерная разработка)
САМ – Computer Aided Manufacturing (автоматизированная подготовка производства)
CAPP – ComputerAided Process Planning (планирование технологических процессов)
DXF – Drawing eXchange Format (формат передачи рисунков)
NC – Numeric Control (числовое управление)
PDM – Product Data Management (управление данными о продукте)
VRML – Virtual Reality Modeling Language (язык моделирования виртуальной
реальности)
ЕСКД – единая система конструкторской документации
ОЦ – обрабатывающий центр
РТК – расчетнотехнологическая карта
САПР – система автоматизированного проектирования
ТБ – технологическая база
ТП – технологический процесс
УП – управляющая программа
ЧПУ – числовое программное управление

Глава 1

Фрезерногравировальный
комплекс EGX300

1.1. Технические
характеристики комплекса ........ 12
1.2. Установка материала
и инструмента............................ 13
1.3. Установка начальной
точки.......................................... 14
1.4. Установка параметров
обработки .................................. 15

Фрезерногравировальный комплекс EGX300
12

1.1. Технические характеристики
комплекса

С точки зрения использования оборудования в учебном процессе, комплекс модели EGX300 представляет собой удобный, компактный и легко настраиваемый
станок (рис. 1.1). Его технические характеристики следующие:
• размеры станка – 592 мм × 530 мм × 357 мм;
• вес – 28.5 кг;
• размер стола – 305 мм × 230 мм;
• потребляемая мощность: 1.8A/117В, 0.9A/220–230В, 0.9A/230–240В;
• максимальные размеры рабочей области – 305 мм × 230 мм × 30 мм;
• мощность шпинделя – 30 Вт;
• скорость вращения шпинделя – от 5000 об/мин до 15 000 об/мин;
• максимальные скорости подачи: по осям X, Y – 3600 мм/мин; по оси Z –
1800 мм/мин;
• механическое разрешение по осям X, Y, Z – 0.00125 мм/шаг (микрошаговое
управление);
• программное разрешение по осям X, Y – 0.01 мм/шаг или 0.025 мм/шаг;
• интерфейс – параллельный (Centronics), последовательный (RS232C);

Рис. 1.1. Фрезерногравировальный комплекс EGX300