Параметричне моделювання та інтеграція з cae-системами при проектуванні дискових зуборізних фрез у середовищі PTC CREO PARAMETRIC

Анотація

У статті розглядається актуальна проблема підвищення ефективності проектування складного металорізального інструменту в умовах сучасного машинобудування. Об'єктом дослідження є дискові зуборізні фрези, призначені для нарізування циліндричних зубчастих коліс методом копіювання. Оскільки ці інструменти є стандартизованими та виготовляються комплектами (зазвичай з 8, 15 або 26 фрез на кожен модуль залежно від необхідної точності), вони виступають ідеальним об'єктом для застосування методів автоматизації параметричного проектування. В роботі обґрунтовано перехід від застарілих методів моделювання, що використовували наближені побудови сплайнами по характерних точках (характерні для систем типу APM WinMachine), до точного математичного моделювання у CAD-системах високого рівня, таких як PTC Creo Parametric. Авторами представлено комплексну методику створення повністю адаптивної 3D-моделі зуборізної фрези. Основою запропонованого підходу є використання інструменту «Parameters» як центрального вузла керування змінними (модуль, число зубів, кут профілю) та інструменту «Relations» для встановлення математичних залежностей розрахунку похідних геометричних характеристик (ділильний діаметр, діаметри кіл вершин та западин). Важливою частиною роботи є розрахунок та побудова точної геометрії різального зуба. У статті детально описано процес генерації евольвентного профілю за допомогою теоретичних рівнянь у декартових координатах через функцію «Equation Driven Curve» з подальшим віддзеркаленням профілю відносно площини симетрії зуба. Крім того, за допомогою рівняння спіралі Архімеда в циліндричних координатах змодельовано специфічну геометрію затилованої поверхні, що необхідно для забезпечення задніх кутів під час різання. Особливу увагу приділено автоматизації проектування за допомогою інструменту «Family Table», який дозволяє генерувати весь номенклатурний ряд комплекту фрез з однієї базової моделі без ручної перебудови. Також у статті висвітлено питання інтеграції CAD-моделі з CAE-системою ANSYS для проведення інженерного аналізу. Описано послідовність виконання статичного, динамічного (модального) та зв'язаного термоструктурного аналізів, необхідних для оцінки міцності, вібростійкості та термостабільності інструменту під дією робочих навантажень. Результатом роботи є верифікована методика, що значно скорочує час проектування, мінімізує помилки та готує модель до складних розрахунків на міцність.