student
student
In this paper, the application of CAD programs in a flexible production process for optimizing the production of the prototype electrobike of the SmartMoto Polytech student team is considered.
modeling, prototyping, design, manufacturing
SMC Polytech – команда молодых инженеров, учащихся Московского политехнического университета. Мы разрабатываем электромотоциклы и участвуем на них в международных соревнованиях Smart Moto Challenge в Барселоне, Испания [1, 2]. За год команде студентов необходимо разработать и сконструировать электромотоцикл, который, впоследствии, будет проходить динамические и статические испытания на гонке перед руководителями и инженерами иностранных компаний в области электротранспорта и смежных областей. Команда проводит огромную работу: помимо расчетов и сборки студенты сами производят большую часть деталей, которые используют в своем байке. Электротранспорт − это новое, быстроразвивающееся и перспективное направление, на которое ориентируются всё больше крупных производителей.
В данной статье мы попытались изложить наш успешный опыт в интегрировании CAD программ (в частности, SolidWorks) в производственный процесс на примере нашего проекта.
SolidWorks (Солидворкс) [3] – программный комплекс систем автоматизированного проектирования для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах разработки технологической и конструкторской документации для производства. Обеспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения. Продукт разработан французской компанией Dassault systemes в 1995 г.
Включает в себя модули для проектирования твердотельных 3D моделей, создания электрических схем (SW Electrical), проведения прочностных и аэродинамических расчётов, модуль CAM, средства для контроля качества и др. [4].
SolidWorks (далее SW) очень схож с другими CAD (Autodesk Inventor, KOMPAS 3D, T-Flex), однако, этот продукт имеет некоторые преимущества, которые стали определяющими в выборе ПО. У команды был опыт работы с другими программами, но все они по определённым критериям не подошли.
Сейчас мы используем SW для создания подробных 3D моделей, составления технической документации, чертежей [5, 6], проведения расчётов на прочность [7], создания рендеров и проектирования технологического процесса, написания управляющих программ для оборудования с ЧПУ.
Во время проектирования пятого прототипа нам пришлось задуматься о возможностях оптимизации производственного процесса. Это сильно экономит время на создание прототипа и повышает его качество.
В прототипе байка мы используем в качестве несущей конструкции стальную раму, изготовленную из труб. Так как это главный элемент конструкции, к ней предъявляются повышенные требования по точности и качеству изготовления.
Производственный процесс включает в себя такие пункты:
1) резка и подготовка труб;
2) торцевание труб для их взаимной стыковки;
3) базирование труб на стапеле с помощью технологической оснастки;
4) сварка.
Из всех этих процессов наибольшую сложность для нас представляет процесс торцевания и подготовки труб.
Торцевание – это процесс обрезки краёв труб, необходимый для их последующей плотной стыковки. Это так же помогает улучшить качество сварных швов и лёгкость их создания.
Для совершения этой операции мы используем торцеватель ленточного типа со сменными вальцами – оснасткой (рис. 1). Процесс выглядит следующим образом.
Необходимая длина заготовки вычисляется при помощи инструмента измерений в SW. После этого труба, отрезанная на лентопильном станке, устанавливается в зажимы торцевателя, предварительно отрегулированные на нужный угол. После этого начинается процесс торцевания. В этом месте мы сталкиваемся с проблемами.
1. Очень сложно определить момент, когда деталь станет необходимой формы и размеров.
2. При создании труб, которые имеют стыковку с двумя и более трубами сложно определить взаимное расположение стыков труб.
В связи с этим нам пришла идея оптимизировать этот процесс. Мы изготавливаем «развёртку» трубы в месте необходимого соединения. После чего распечатываем на бумаге и наклеиваем её на участок трубы. В результате получаем видимый контур, который необходимо получить в результате торцовки.
Процесс создания развёртки выглядит следующим образом:
- По существующей 3D модели рамы мы выбираем необходимую трубу.
- Труба изолируется из сборки
- Создаётся необходимая система координат, выбирается плоскость.
- В этой системе мы выбираем плоскость, перпендикулярную оси трубы с помощью нескольких построений.
- В этой плоскости мы производим вырез кромки с одной стороны величиной 0,1 мм.
-
В результате данной оптимизации нам удалось сократить время изготовления рамы на неделю, качество сварочных швов существенно улучшилось. Качественно торцованные трубы гораздо легче выставлять на стапеле. Построенная рама прошла проверку в «боевых» условиях. Нам удалось одержать победу в соревнованиях.
Известная гонщица Анастасия Нифонтова (неоднократный призёр многочисленных соревнований, таких как DAKAR) на нашем мотоцикле установила рекорд скорости на электромотоцикле на фестивале «Байкальская миля».
1. Smart Moto Challenge v5. YouTube [elektronnyy resurs]. URL: https://www.youtube.com/watch?v=pQJiBPdD3Rg . - Zagl. s ekrana.
2. Barcelona. SmartMoto Challenge MAMI team. YouTube [elektronnyy resurs]. URL: https://www.youtube.com/watch?v=fGAvJT6bN6o . - Zagl. s ekrana.
3. SolidWorks. Elektronnaya enciklopediya Wikipedia [Elektronnyy resurs]. - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/SolidWorks . - Zagl. s ekrana.
4. Alyamovskiy A.A. SolidWorks 2007/2008. Komp'yuternoe modelirovanie v inzhenernoy praktike/ A.A. Alyamovskiy, A.A. Sobachkin, E.V. Odincov, A.I Haritonovich, N.B Ponomarev - Sankt-Peterburg: BHV-Peterburg, 2008. - 1040 s.
5. Polikarpov Yu.V. Soderzhanie vuzovskogo kursa nachertatel'noy geometrii v epohu tret'ey promyshlennoy revolyucii // Geometriya i grafika. - 2018. - №3. - S. 49-55. - DOI:https://doi.org/10.12737/article_5bc453447db654.91666264
6. Harah M.M., Slavin B.M., Kozlova I.A., Guseva T.V. Postroenie linii peresecheniya nekotoryh slozhnyh poverhnostey // Geometriya i grafika. - 2015. - №2. - S. 38-45. - DOI: doi.org/10.12737/12167
7. Savel'ev Yu.A., Cherkasova E.Yu. Vychislitel'naya grafika v reshenii netradicionnyh inzhenernyh zadach // Geometriya i grafika. - 2020. - №1. - S. 33-44. - DOI: https://doi.org/10.12737/2308-4898-2020-33-44.
