Введение к работе
Актуальность. Значительную долю общей трудоемкости при изготовлении деталей на многооперационных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) составляет обработка точных отверстий. 40...70% от общей трудоемкости изготовления корпусных деталей на многоцелевом станке с ЧПУ составляет именно обработка основных отверстий, служащих базовыми поверхностями для установки валов, осей, подшипников и др.
Высокая трудоемкость обработки отверстий на станках с ЧПУ обусловлена не столько наличием их в большом количестве в обрабатываемых деталях, сколько трудностями в обеспечении высоких требований к параметрам точности размера, формы и расположения.
Для обеспечения высоких параметров точности используются различные технологические схемы обработки отверстий. Обычно назначают до семи переходов различными инструментами, проектирование каждого из которых представляет собой трудоемкую и в тоже время «рутинную» работу.
В области обработки точных отверстий постоянно появляются новые и совершенствуются существующие методы обеспечения точности их размеров, формы и расположения. В связи, с чем оптимальный выбор технологического процесса, режущего инструмента и их характеристик приобретают все большую значимость при разработке технологических процессов обработки точных отверстий на этапе технологической подготовки производства (ТПП), что чрезвычайным образом усложняет сам процесс разработки и обуславливает высокие сроки ТПП на станках с ЧПУ.
Одним из способов сокращения затрат является автоматизация ТПП с применением средств современной вычислительной техники и использованием информационных технологий - CAD/CAM-систем (Computer Aided Design/Manufacturing-sy stems).
Однако при обработке точных отверстий в современных CAD/CAM-системах до сих пор многие задачи приходится решать вручную. Обзор современных CAD/CAM-систем показал, что при разработке технологических процессов обработки отверстий они не учитывают параметры их точности. Кроме того системы не могут автоматизированно подготовить подробную технологическую документацию, необходимую для наладки станка. А создание одной лишь УП не достаточно для комплексной подготовки производства на станках с ЧПУ. Многие задачи, такие как подбор инструментов, назначение оптимальной схемы обработки и др., остаются не автоматизированными. В связи с этим технологи, имея CAD/CAM-системы, вручную назначают технологию обработки точных отверстий, используя рекомендации различных справочников, а также вручную подготавливают сопроводительную документацию для технологической подготовки производства на станках с ЧПУ. Поэтому обработка отверстий, к которым предъявляются жесткие требования по параметрам точности размеров, формы и расположения, по-прежнему остается одной из актуальных проблем современного машиностроения.
Цель работы. Снижение трудоемкости и сроков проектирования технологических процессов обработки точных отверстий на многооперационных станках с ЧПУ на этапе ТПП путем повышения степени автоматизации и расширения функциональных возможностей современных CAD/CAM-систем.
Методы исследования. В основу исследований положены научные положения
теории автоматизированного управления технологическими процессами, технологии машиностроения, вычислительной техники и программирования.
Для разработки программных модулей автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) «САПР ТПП ЧПУ» v. 1.0 использовались методы объектно-ориентированного и структурного программирования. В качестве языка программирования выбран язык Borland Delphi. Также использован персональный компьютер на базе процессора Pentium 4.
Работа системы «САПР ТПП ЧПУ» v. 1.0 осуществлена в среде системы Ком-nac-3D. Для этого использовались библиотеки Компас-Мастер, представляющих собой интерфейс прикладного программирования (API - Application Programming Interface) для доступа к возможностям системы KoMnac-3D из внешних программ.
Для проведения тестирования и анализа существующих, современных CAD/CAM-систем использовались следующие системы: FeatureCAM, GibbsCAM, SpratCAM, EdgeCAM, SurfCAM, TeMMA-3D и многие другие.
Экспериментальные исследования проводились на тестовых деталях с точными отверстиями в производственных условиях по различным сценариям. В качестве многооперационного станка использовался станок фрезерно-сверлильно-расточной группы модели ГДВ400ПМ1Ф4 с УЧПУ модели 2С42-65. Измерения обработанных деталей проводились с помощью специальных и стандартных устройств, а также инструментального микроскопа с цифровым отсчетом модели БМИ-Щ.
Положения, выносимые на защиту:
Результаты экспериментальных исследований по выявлению причин высоких сроков и трудоемкости автоматизированного создания технологических процессов обработки точных отверстий на этапе ТПП и нахождения способов их снижения.
Результаты решения задач проектирования технологических процессов обработки точных отверстий, использование которых позволяет генерировать управляющие программы, карты наладки, операционные карты и ряд другой технологической документации в графической системе Компас - 3D в автоматизированном режиме.
Способ автоматизированного проектирования технологической схемы обработки точных отверстий на многооперационных станках с ЧПУ в зависимости от показателей точности их диаметральных размеров и расположения оси отверстий.
Новая автоматизированная система технологической подготовкой производства на станках с ЧПУ («САПР ТПП ЧПУ» v. 1.0, регистрационный №2008614323 от 24.09.2008 г. и подсистема «Проект ОЦ» v. 1.0, свидетельство № 2007611271 от 26.03.2007 г.).
Результаты экспериментальных исследований, позволяющие дать оценку, достоверности теоретических положений по автоматизации технологических процессов обработки точных отверстий, снижающих сроки и трудоемкость ТПП в целом.
Достоверность полученных результатов подтверждена
обоснованностью выводов и рекомендаций диссертации на фундаментальных положениях современной науки, использованием действующих ГОСТов и нормативных документов.
сравнительным анализом разработанного программного обеспечения автоматизации технологических процессов обработки точных отверстий с существующими системами, подтверждающими значительное превосходство, разработанной
системы над существующими аналогами по следующим параметрам: трудоемкость, время и качество ТПП.
- экспериментальной проверкой теоретических решений, реализованных в виде программного продукта автоматизированной системы «САПР ТПП ЧПУ v. 1.0» и подсистемы «Проект ОЦ v. 1.0». Экспериментальные исследования в производственных условиях показали удовлетворительную сходимость диаметральных размеров и размеров относительного расположения осей обработанных отверстий их номинальным значениям, заданных компьютерной моделью.
Научная новизна: заключается в новом способе автоматизации комплекса задач, решаемых при технологическом проектировании процессов обработки точных отверстий. В том числе научная новизна включает:
Реализовано интегрирование частных решений основных задач автоматизации технологической подготовки производства, включающих назначение технологических схем, выбор режущих инструментов, расчет параметров обработки, в одно общее решение, позволившее осуществить «сквозное» проектирование технологических процессов обработки точных отверстий.
Расширены технологические возможности CAD/CAM-систем, позволившие реализовать проектирование технологических процессов обработки точных отверстий на многооперационных станках с ЧПУ в зависимости от показателей точности их диаметральных размеров и расположения оси отверстий в автоматизированном режиме.
3. Усовершенствовано программное обеспечение, сделавшее возможным в
«сквозном» режиме решать основные задачи проектирования технологических
процессов обработки точных отверстий с оформлением сопутствующей техноло
гической документации: карта наладки станка, управляющая программа, операци
онная карта, операционные эскизы.
Практическая ценность работы. Создано программное обеспечение «САПР ТПП ЧПУ» v. 1.0, работающее в среде системы Компас-ЗБ. Данная система позволяет в автоматизированном режиме проектировать технологическую схему обработки отверстий в зависимости от показателей их точности, выбрать необходимые режущие инструменты из базы данных, окончательно спроектировать переходы обработки точных отверстий, сгенерировать карту наладки в графической системе Компас-ЗБ, сгенерировать УП для станка с ЧПУ в системе «Проект ОЦ» v. 1.0 (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611271 от 26.03.2007).
Особенностью «САПР ТПП ЧПУ» v. 1.0 является то, что основные задачи проектирования технологических процессов обработки точных отверстий система решает полностью самостоятельно, демонстрируя высокую степень автоматизации, что исключает возможность появления ошибок технологов при программировании обработки точных отверстий.
Экспериментально подтверждена эффективность разработанных моделей, алгоритмов и самой системы на тестовых деталях, имеющих точные отверстия.
Использование АСТПП «САПР ТПП ЧПУ» v. 1.0 значительно снижает сроки проведения ТПП для изготовления новых деталей с точными отверстиями и соответственно сроки их выхода на рынок при сохранении приемлемых цен на них. Это является одним из главных условий конкурентоспособности любого предприятия.
Апробация работы. Основные положения данной диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях:
«Механики XXI веку» (ГОУ ВПО «Братский государственный университет») в 2005^-2008 гг., «Наука. Технологии. Инновации» (ГОУ ВПО «Новосибирский государственный технический университет») в 2006, 2007 гг., «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (ГОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный технологический университет») в 2008 г. Разработанные программы апробированы на многооперационных станках с ЧПУ в условиях машиностроительных предприятий ООО «ТИМОКС», ЗАО «СТО» (г. Братск). Выигран Гранд по программе У.М.Н.И.К. - 2008 г.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 работ, включая 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 138 наименований и приложений. Общий объем диссертации содержит 240 страниц основного текста, включая 64 рисунка, 18 таблиц и приложений с исходным текстом программ, актами внедрений, свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ.
