Введение к работе
Актуальность работы. Закономерность последних десятилетий развития научно - технической революции позволяет сделать вывод, что объём проектно -конструкторских и проектно- технологических работ возрастает приблизительно в 10 раз каждые 10 лет. Одновременно с этим всё более актуальными становятся проблемы увеличения производительности труда разработчиков новых изделий, сокращения сроков проектирования, повышения качества разработки проектов, решение которых определяет уровень научно - технического прогресса общества. Исследования в этой области показали, что разрешение перечисленных задач напрямую связано с разработкой автоматизированных систем конструкторского проектирования (в дальнейшем CAD) и автоматизированных систем технологической подготовки производства (в дальнейшем САМ). Создано много надёжно работающих CAD - и САМ - систем. Но в последнее десятилетие появилось новое направление, создание универсальных интегрированных систем CAD/САМ, которое успешно развивается и в России.
Для промышленного производства CAD - и САМ -, а также CAD/САМ - системы приобретают всё большее значение. Особенно остро возникает необходимость в их использовании при проектировании и изготовлении деталей с фасонной формой, так как именно этим процессам свойственна высокая трудоёмкость. В настоящее время создан широкий спектр специализированных CAD - и САМ -систем, большая часть из которых автоматизирует такие операции, как быстрое и эффективное выполнение большого объёма вычислений, хранение и передача большого объёма информации, визуализация результатов проектирования с помощью средств машинной графики.
Несмотря на это, вопрос о расширении возможностей функционирования всех типов автоматизированных систем до сих пор остаётся наиболее актуальным. Для решения указанной проблемы необходимо разрабатывать специальные функциональные модули, в результате чего будет повышаться эффективность процесса проектирования изделия и точности его обработки.
Цель работы. Целью работы является повышение эффективности процесса проектирования и обеспечение точности обработки сложных поверхностей изделий.
Решаемые научные задачи.
-
Вывод аналитических выражений для непрерывной и кусочной аппроксимации свободных поверхностей аналитическими сплайн —функциями.
-
Разработка системы вероятностных математических моделей на основе полученных аналитических зависимостей.
-
Разработка математических моделей описания свободных и комбинированных технических поверхностей на основе полученной системы вероятностных математических моделей.
-
Разработка методики представления моделей свободных поверхностей в соответствии со стандартными и специальными графико-технологическими форматами.
-
Разработка информационно - алгоритмического и программного обеспечения для представленных выше задач.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Модифицированная структура интегрированной системы CAD/САМ предназначенной для 3-х и 5-ти координатной обработки.
-
Математические модели деталей, содержащих свободные поверхности.
-
Методика представления геометрических данных по поверхностям деталей.
-
Специализированное информационно-алгоритмическое обеспечение ряда функциональных модулей модифицированной интегрированной системы CAD/САМ предназначенной для 3-х и 5-ти координатной обработки.
-
Ряд рекомендуемых специализированных программных функций для расширения функциональных возможностей интегрированных систем CAD/CAM.
Методы исследования. В работе использовались основные положения технологии машиностроения, методы системного анализа, методы структурного анализа, основные методы вычислительной геометрии, основные положения теории сплайнов и ряд других научных методов и теорий. Научная новизна состоит в:
-создании концепции построения интегрированной системы CAD/САМ для формирования свободных поверхностей методом 3-х и 5-ти координатной фрезерной обработки;
разработке способа задания свободных поверхностей путём аппроксимации их аналитическими сплайнами;
разработке методики представления геометрических данных по поверхностям деталей;
разработке математического аппарата описания, модификации и хранения свободных поверхностей.
В результате исследований сущности процесса проектирования свободных поверхностей и процесса многокоординатной обработки на станках с ЧПУ разработана непрерывная и кусочная аппроксимация аналитическими сплайн - функциями высокого порядка позволяющая с высокой степенью точности приблизить геометрический образ изделия к его техническому прототипу.
Практическая полезность заключается в:
разработке комплекса алгоритмического и программного обеспечения для функционирования в составе интегрированной CAD/САМ - системы;
применении модифицированной интегрированной CAD/САМ - системы для эффективного проектирования сложных поверхностей изделий;
обеспечении регламентированной точности обработки сложных поверхностей изделий.
Реализация результатов работы. Данная работа проводилась в рамка* программы «Конверсия и высокие технологии» по теме «Разработка и создание гаммы прецизионных обрабатывающих центров с интеллектуальной системо? ЧПУ», а также в рамках неправительственной программы между Южной Кореей м Россией по теме «Изготовление, испытание и поставка опытного образца двухпо зиционного, пятикоординатного обрабатывающего центра с ЧПУ модели TCP-500».
Результаты работы нашли применение в виде встроенных программных мо дулей в интегрированную CAD/CAM-систему «Кредо», разработчиком которой является ОАО «Научно - Исследовательский Центр Автоматизированных Систег^ Конструирования». Кроме того завершена разработка резидентной САМ системь с элементами CAD для фирмы TONGIL" (Южная Корея).
Аппробация работы. Основные положения и результаты работы в целом обсуждались на заседаниях кафедры «Теория технологических машин» МГП> «СТАНКИН» в 1996-1998 гг., на научно-технической конференции «Точность ав томатизированных производств» в г. Пензе в 1997 г., на «V Международной науч но-технической конференции по динамике технологических систем» в г. Ростове на-Дону в 1997 г., а также на научном семинаре «Информационные технолога НИЦ АСК в машиностроении» в ОАО «Научно - Исследовательский Центр Авто матизированных Систем Конструирования» в г. Москве в 1998 г.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, 5 глав; изложена на^?Д^"страницах машинописного текста, содержит SP рисунков, с? таблиц, приложений; список литературы включает в себя ?3 наименований.