Программный комплекс "ФРЕЗА" построен на основе концепции "сквозного проектирования" технологической операции и позволяет решать следующие задачи:
1) автоматизированное проектирование эвольвентных зубчатых колес и зубчатых передач;
2) геометрическое и кинематическое моделирование зубчатых передач;
3) автоматизированное проектирование и моделирование червячных зуборезных фрез различных типов (стандартных и специальных фрез; цельных и сборных фрез; чистовых фрез и черновых фрез под чистовое фрезерование, шевингование и шлифование; фрез с винтовыми и осевыми стружечными канавками; фрез с заборным конусом и т.д.);
4) имитационное моделирование в диалоговом режиме операций червячного зубофрезерования при условии использования осевой (встречной/попутной), тангенциальной и диагональной подачи;
5) оценку качества проектных решений проектировщиком на всех этапах проектирования;
6) автоматизированное ведение протокола сеанса работы, создание текстового отчета о работе, графическое представление эскизов зубчатых колес, зубчатых передач, червячных зуборезных фрез и зубофрезерных операций.
Программный комплекс "ФРЕЗА" разработан в рамках общей концепции объектного подхода к созданию сложных программных и технических систем [18, 35, 51, 104] с использованием средств быстрой разработки приложений (RAD, Rapid Application Development) [38, 53, 89, 126] и предназначен для решения задач автоматизированного проектирования и моделирования на ПЭВМ класса 80386, 80486, Intel Pentium и совместимых с ними компьютерах. Программы комплекса "ФРЕЗА" могут выполняться под управлением операционных сред Windows 3.1х и операционной системы Windows 95. Для эффективной работы в системе "ФРЕЗА" требуется не менее 4 Mb оперативной памяти и не менее 2 Mb свободного дискового пространства. Программный комплекс автоматизированного проектирования и моделирования эвольвентных зубчатых передач, червячных зуборезных фрез и зубофрезерных операций имеет традиционный для Windows-программ интерфейс пользователя и средства навигации. Доступ к большинству функций осуществляется посредством системы меню, инструментальной панели, "горячих" клавиш и клавиатурных комбинаций.
В состав программного комплекса включены логически независимые модули расчета и моделирования эвольвентных зубчатых передач, червячных зуборезных фрез и зубофрезерных операций. Как правило, результаты проектирования, полученные при работе одного из модулей, являются исходными данными для остальных модулей системы. Обмен данными между модулями осуществляется как непосредственно (через оперативную память компьютера), так и с помощью системы внешних файлов. Исходные данные (техническое задание на проектирование), результаты расчета, графические изображения и таблицы могут быть отражены на экране, сохранены в виде внешних файлов на диске или распечатаны на принтере. Режимы расчета передач, фрез и операций задаются в процессе работы и сохраняются во внешнем файле инициализации.
Расчетные программы комплекса "ФРЕЗА" интегрированы с базой данных. При автоматизированном проектировании червячных зуборезных фрез и моделировании зубофрезерных операций используется база стандартных конструкций фрез, построенная на основе ГОСТ 9324-80 [25], а также база типовых функциональных зависимостей для определения конструктивных параметров специальных фрез и электронный справочник стандартных значений конструктивных параметров.
Общий вид экрана компьютера при работе в системе "ФРЕЗА" приведен на рисунках 4.10-4.13.
На рис. 4.10 приведен общий вид экрана при работе в режиме моделирования эвольвентной зубчатой передачи. В этом режиме на экран выводится окно геометрического моделирования ("Эскиз/обкатка передачи"), позволяющий наглядно оценить качество результатов проектирования. В режиме построения обкатки (рис. 4.10) проектировщик имеет возможность наглядно оценить степень соответствия профиля инструментальной рейки (производящего контура) геометрическим характеристикам обрабатываемого зубчатого колеса.
В режиме проектирования фрезы (рис. 4.12) проектировщик или исследователь имеет возможность получить полное представление о результатах проектирования с помощью операции построения эскиза червячной зуборезной фрезы. Результаты построения эскиза выводятся в окно "Эскиз фрезы" и могут быть распечатаны на принтере или сохранены во внешнем файле. Результаты расчетов в системе "ФРЕЗА" достаточны для выполнения рабочих чертежей объектов проектирования (эвольвентных зубчатых колес, входящих в передачу, или червячных зуборезной фрез).
В режиме моделирования процесса обработки пользователь программного комплекса имеет возможность произвести расчет мгновенных площадей слоев, срезаемых различными зубьями червячной зуборезной фрезы на различных тактах моделирования. Кроме того, программный комплекс позволяет строить схему (эскиз) технологической операции обработки, которая используется для оценки закономерностей взаимного позиционирования и относительного перемещения фрезы и заготовки. Общий вид экрана компьютера при работе в подсистеме моделирования зубофрезерной операции представлен на рис. 4.13.
В приложении 3 в качестве примера приведен фрагмент протокола сеанса проектирования и моделирования, созданный в автоматическом режиме программным комплексом "ФРЕЗА".
Функциональная схема подсистемы автоматизированного проектирования и моделирования червячных зуборезных фрез и зубофрезерных операций, которая использовалась при построении программного комплекса "ФРЕЗА", приведена на рис. 4.14.
Исходными данными для автоматизированного проектирования червячной зуборезной фрезы и моделирования зубофрезерной операции в рамках программного комплекса "ФРЕЗА" являются результаты расчета эвольвентного зубчатого колеса, которое должно быть получено в результате обработки, а также данные о типе фрезы (специальная или стандартная фреза), ряд ключевых параметров конструкции инструмента (число заходов, задний угол на вершине зуба), данные о последующей обработке зубчатого колеса (шевингование, шлифование, чистовое фрезерование).
Перечисленные исходные данные, как правило, являются уникальными для каждого сеанса проектирования и моделирования, поэтому их можно рассматривать как "исходные данные задачи". Кроме того, для автоматизированного проектирования требуется определения ряда параметров, которые могут быть отнесены к "режимам расчета". Как правило, режимы расчета остаются неизменными в большинстве задач, однако возможность изменения режимов расчета предусмотрена. К режимам расчета могут быть отнесены тип расчета конструктивных параметров специальных фрез (аналитический расчет, расчет по обобщенным зависимостям или расчет по зависимостям одного из стандартных типов), коэффициенты для определения среднего диаметра фрезы, геометрических параметров заборного конуса и т.д.
Более подробно возможности программного комплекса "ФРЕЗА" рассмотрены в работе [114]. Комплекс "ФРЕЗА" внедрен в учебный процесс кафедры "Металлорежущие станки и инструменты" ВолгГТУ и используется в учебных курсах "Математическое моделирование процессов резания, режущего инструмента и АСНИ" и "САПР и производства сложнорежущего инструмента". Помимо использования при проведении лабораторных и практических работ, программный комплекс "ФРЕЗА" применяется при выполнении студентами курсовых работ и дипломных проектов, а также используется как средство проведения вычислительных экспериментов при подготовке магистерских диссертаций студентами, проходящими курс подготовки по направлению 552908. Возможность быстрого проведения большого объема расчетов, удобный интерфейс и развитые средства навигации позволяют использовать программный комплекс "ФРЕЗА" для решения задач проектирования зубчатых передач и зуборезного инструмента, моделирования операций обработки и проверки корректности проведенных расчетов при выполнении сотрудниками кафедры "Метал¬лорежущие станки и инструменты" ВолгГТУ госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работ.
Таким образом, опыт использования программного комплекса "ФРЕЗА" в учебном процессе и практических исследованиях позволяет сделать вывод о корректности и надежности реализованных в нем алгоритмов проектирования и моделирования эвольвентных зубчатых передач, червячных зуборезных фрез и зубофрезерных операций.
