Автоматизация выбора структур технологических процессов изготовления деталей на многоцелевых станках на основе 3D графических моделей Максимовский Дмитрий Евгеньевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Проблема выбора структуры тп в технологиии машиностроения и САПР ТП 11

1.1 Выбор технологических баз – основа проектирования структуры ТП 11

1.1.1 Понятие структуры технологических процессов 11

1.1.2 Рекомендации по выбору технологических баз в технологии машиностроения 13

1.1.3 Формализация основных принципов базирования 19

1.1.4 Принципы базирования и структура ТП в САПР ТП 22

1.2 Выбор структуры ТП в САПР ТП 24

1.2.1 Анализ возможностей современных САПР ТП 28

1.2.2 Характеристика функциональных особенностей САПР ТП 31

1.3 Графические системы и проблема преобразования конструкторской информации деталей в технологическую информацию 31

1.3.1 Графические системы САПР 31

1.3.2 Установление свойств поверхностей детали на основе обработки геометрических форматов графических систем 35

1.3.3 Методы преобразования конструкторской информации машиностроительных деталей из графических систем в исходную информацию САПР технологических процессов механической обработки 36

Выводы по главе 1 41

ГЛАВА 2. Математическая постановка задачи проектирования структуры технологического процесса 43

2.1 Установление свойств поверхностей и отношений, необходимых для проектирования ТП, на основе STEP формата 3D-модели детали и заготовки (преобразование F1) 47

2.2 Формирование множества MТП технологических переходов з

2.2.1 Формирование множества методов обработки поверхностей детали (преобразование Fn) 52

2.2.2 Формирование планов обработки поверхностей (преобразование К) 54

2.3 Установление свойств переходов, бинарных отношений этапов обработки и типов поверхностей (преобразования F. - FS) 60

2.4 Преобразование бинарных отношений по базированию (преобразования F-F) б 11

2.4.1 Лишение заготовки 6-ти степеней свободы (преобразование FA 62

2.4.2 Обеспечение технологической оснасткой (преобразование FQ) 68

2.4.3 Обеспечение заданной точности конструкторских размеров (преобразование FA Ю /

2.5 Оптимизация выбора технологических баз (преобразование FA 73

2.6 Предшествование по базированию (преобразование F) 74

2.7 Выбор структуры операций (преобразования - F-F) 74 15

2.7.1 Отношение объединения переходов в операции (преобразование FA 74

2.7.2 Влияние ориентации заготовки на поворотном столе на отношения базирования (преобразование F) 75

2.7.3 Бинарные отношения предшествования по позициям (преобразование F) 77

Выводы по главе 2 78

ГЛАВА 3. Выбор структуры технологического процесса на основе решения прямой задачи размерного анализа 80

3.1 Постановка прямой и обратной задачи размерного анализа 80

3.2 Выбор структуры технологического процесса на основе решения прямой

задачи размерного анализа 82

3.2.1 Свойства исходного графа GT = {Рт,иЛ и подграфа GTn = {PTn,UTA 82 К 1 1 } ill \ III III )

3.2.2 Оптимизация структуры ТП как экстремальная задача на графе 92

3.2.3 Результаты оптимизации структуры ТП 96 Выводы по главе 3 101

ГЛАВА 4. Выбор структуры технологического процесса на основе конструкторско-технологической параметризации 102

4.1 Описание класса корпусных деталей 102

4.2 Математическое описание выбора структуры ТП с помощью унификации на основе конструкторско-технологической параметризации 103

4.3 Выбор структуры технологического процесса с помощью типизации на основе конструкторско-технологической параметризации (Использование КТП в комплексе программ T-FLEX и СИТЕП МО) 108

Выводы по главе 4 117

ГЛАВА 5. Модуль выбора технологических баз в подсистеме проектирования САПР ТП 119

5.1 Состав структуры и информационное обеспечение СИТЕП МО 119

5.2 Описание модуля выбора технологических баз 124

5.3 Программное обеспечение моделирование комплектов технологических баз (КТБ) 125

5.4 Программное обеспечение Система размерного анализа механической обработки 127

Выводы по главе 5 131

Заключение 132

Список сокращений 134

Список литературы

• Принципы базирования и структура ТП в САПР ТП
• Формирование планов обработки поверхностей (преобразование К)
• Свойства исходного графа GT = {Рт,иЛ и подграфа GTn = {PTn,UTA 82 К 1 1 } ill \ III III )
• Выбор структуры технологического процесса с помощью типизации на основе конструкторско-технологической параметризации (Использование КТП в комплексе программ T-FLEX и СИТЕП МО)

Введение к работе

Актуальность работы. Важным направлением повышения эффективности технологической подготовки производства корпусных деталей на многоцелевых станках является автоматизация проектирования технологических процессов (ТП) и, в частности, выбора ее структуры при использовании систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП). Автоматизация выбора структуры ТП определяется тем, что в условиях автоматизированного производства необходимо в максимальной степени снижать долю ручного проектирования ТП. В то же время в силу особенностей конструкции корпусных деталей процедура проектирования ТП плохо поддается принципам формализации (использованию типовых и групповых технологических процессов). Особенности конструкции корпусных деталей (корпуса редукторов, электродвигателей, узлов станка с габаритными размерами от 300 до 800 мм) по сравнению с деталями типа тела вращения определяются следующими факторами: наличием большого количества обрабатываемых поверхностей, сложными внешними и внутренними размерными связями между поверхностями основных и вспомогательных конструкторских баз, требованиями к качеству поверхностного слоя обрабатываемых поверхностей. Перечисленные особенности корпусных деталей приводят к большому количеству вариантов базирования, которые определяют структуру технологического процесса.

При автоматизированном выборе технологических баз необходимо решить следующие задачи:

установление геометрических и технологических свойств поверхностей корпусных деталей из геометрических форматов графических систем;

моделирование возможных комплектов технологических баз (КТБ) корпусных деталей при обработке на многоцелевых станках, при этом в качестве исходной информации об обрабатываемой детали и заготовке используются полученные свойства поверхностей из геометрических форматов графических

систем;

- формализация ограничений, к важнейшим из которых относится обес
печение заданной точности размеров на чертеже и критериев, включающих ко
личество установов в процессе обработки.

При выборе технологических баз в мелкосерийном автоматизированном производстве необходимо учитывать особенности обработки корпусных деталей на многоцелевых станках в условиях гибкого автоматизированного производства (ГАП):

основным критерием выбора баз является количество установов, подлежащих минимизации, которое влияет на время обработки и, следовательно, на технологическую себестоимость. Это влияние характеризуется тем, что затраты на многоцелевые станки и их амортизацию значительно превосходят соответствующие показатели для универсального оборудования;

выбор схем базирования сопровождается одновременным выбором ориентации заготовки на поворотном столе, в силу того что последняя сильно влияет на возможность обработки большинства поверхностей с этих баз;

при распределении технологических переходов по позициям на данном установе необходимо учитывать режим смены позиции и инструмента (последовательный или параллельный).

Процедура выбора технологических баз и структуры ТП в современных САПР ТП решается следующим образом:

использование унифицированных ТП, позволяющих перенести структуру ТП с последующим редактированием на рассматриваемую деталь (применительно к корпусным деталям данная методика является малоэффективной);

множество исходных элементов структуры ТП в настоящее время формируются с помощью планов обработки поверхностей, а последовательность выполнения переходов и объединения их в операции назначается технологом в режиме диалога;

распознавание свойств поверхностей детали на основе геометрических форматов графических систем и выполнение отдельных этапов автоматизированного выбора технологических баз выполняется в режиме диалога.

В целом, выбор технологических баз и структуры ТП в современных САПР ТП носит эвристический характер и не всегда обосновывается количественными оценками и критериями эффективности.

Целью данной работы является снижение трудоемкости проектирования ТП и себестоимости изготовления за счет автоматизации выбора структур ТП корпусных деталей в САПР ТП. При наличии альтернативных вариантов структур ТП, обеспечивающих заданные конструкторские размеры, окончательный выбор осуществляется по таким показателям как суммарный объем межпереходных припусков, технологическая себестоимость и трудоемкость обработки. Повышение автоматизации выбора КТБ как важнейшего элемента структуры ТП определяется разработанными алгоритмами преобразования исходной информации, моделированием возможных КТБ, формализацией ограничений и критериев.

В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

1. Разработка моделей объектов изготовления (машиностроительных деталей) на основе векторных форматов графических систем.

2. Разработка моделей технологических процессов, исходные элементы которых представлены технологическими переходами и отношениями на этом множестве технологических переходов.

3. Установление связей между структурой детали и структурой ТП.

4. Разработка методики оптимизации структур ТП на основе размерного анализа по критерию минимизации количества переустановов.

5. Разработка математического и программного обеспечения подсистемы проектирования структуры ТП в САПР ТП.

Методы исследования. В основе полученных научных результатов лежат основные положения теории базирования технологии машиностроения, теории графов, теории моделей, методологии проектирования технологических процессов механической обработки, логики предикатов.

Научная новизна данной работы заключается в следующих положениях, выносимых на защиту:

6. Установленные связи между геометрической структурой 3D графической модели корпусной детали и структурой технологического процесса ее изготовления на горизонтальных многоцелевых станках в виде многоэтапной процедуры преобразования структур.

7. Раскрытие понятия структуры ТП в виде множества технологических переходов и отношений на этом множестве, к важнейшим из которых относятся бинарные отношения базирования и отношения объединения переходов в операции.

8. Состав свойств поверхностей деталей, необходимых для базирования и алгоритм их распознавания на основе STEP формата.

9. Задача оптимизации структуры ТП впервые представлена в виде задачи оптимизации на графе: «Из заданного графа G_Т технологических возможностей обработки требуется выделить подграф технологического процесса G_ТП со свойствами, обеспечивающими заданную точность конструкторских размеров при минимальном количестве установов заготовки».

Практическая ценность заключается в установлении связей между структурами детали и технологического процесса изготовления. Реализация данных связей оформлена в виде алгоритмического, информационного и программного обеспечения подсистемы проектирования на основе синтеза в САПР ТП СИТЕП МО. Так же разработан алгоритм распознавания свойств поверхностей по базированию на основе обработки формата STEP. Разработано программное обеспечение «Моделирование комплектов технологических баз» и «Система размерного анализа технологических процессов механической обработки (РАМО)».

Реализация и внедрение результатов. Полученные результаты использованы в подсистеме «Проектирование ТП» системы автоматизированного проектирования ТП СИТЕП МО 4 в программном модуле выбора технологических баз. Результаты исследования внедрены в учебном процессе ФГБОУ ВО

«МГТУ «СТАНКИН» по направлению 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» при проведении лекций и семинарских занятий.

Степень достоверности и апробация работы: основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на международных научно-технических конференциях: XXIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС -2011), Москва, РАН ИМАШ им. А. А. Благонравова, 2011 г.; Международная научная конференция «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении», Москва, РАН ИМАШ им. А. А. Благонравова, 2012 г.; IV Международная научно-практическая конференция «Достижения молодых ученых в развитии инновационных процессов в экономике, науке, образовании», Брянск, БГТУ, 2012 г.; на всероссийских научно-технических конференциях: Всероссийская молодежная конференция «Инновационные технологии в машиностроении (ИТМ-2011)», Москва, МГТУ «СТАНКИН», 2011 г.; Всероссийская молодежная конференция «Автоматизация и информационные технологии (АИТ-2012)», Москва, МГТУ «Станкин», 2012 г.; 10-ая Всероссийская научно-практическая конференция, Новосибирск: НГТУ, 2012 г.; I Всероссийский студенческий научный форум с участием молодых исследователей, Саранск, МордГУ им. Н. П. Огарева 2012 г.; Всероссийская молодежная научная школа, Воронеж, ВГТУ, 2012 г.; Всероссийский конгресс молодых ученых, Санкт-Петербург, НИУ ИТМО, 2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, среди них: 1 статья на английском языке в издании, входящем в международный перечень SCOPUS, 4 статьи в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК РФ, и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти

глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации – 185

страниц, включая 38 рисунков, 17 таблиц, 5 приложений и 129 наименований

литературы.

Принципы базирования и структура ТП в САПР ТП

Выбор структуры ТП, как было сказано выше, непосредственно связан с выбором баз. Выбор технологических баз влияет на установление отношений связей между элементами ТП. Проблема выбора технологических баз представляет собой трудно формализуемую задачу.

При выборе технологических баз необходимо учитывать многочисленные факторы, влияющие на показатели точности поверхностей и их взаимного положения после обработки и показатели эффективности технологического процесса. Среди них размер 14 ные связи, размеры поверхностей, геометрическая форма детали и составляющих ее поверхностей, качество и форма заготовки, и т.п.

Изучению вопросов базирования посвящены многочисленные труды ведущих ученых нашей страны: В.М. Кована, А.П. Соколовского, Б.С. Балакшина, Б.М. Базрова, И.А. Коганова, И.М. Колесова, М.Г. Косова, А.А. Маталина, В.Г. Митрофанова и др.

Одним из первых ученых который начал заниматься вопросом базирования в своих работах [9, 10], является В.М. Кован. Ключевой рекомендацией в данной работе является обработка максимального количества поверхностей с одной и той же выбранной базы. На первом этапе обработки необходимо обработать выбранную поверхность базирования. После установки заготовки на обработанную поверхность базирования, следует обрабатывать оставшиеся поверхности в такой последовательности, что бы наиболее точные поверхности обрабатывались раньше, чем менее точные. Если при дальнейшей обработке необходимо изменение базирующей поверхности, то принимают ту поверхность, у которой количество точных размеров между этой поверхностью и основными базами детали максимально. Применение данных рекомендаций позволяет не накапливать дополнительные погрешности базирования, которые возникают при обработке поверхностей детали.

Впоследствии данные рекомендации были названы принципом единства баз. В некоторых работах [11, 12] данный принцип описывается, как требование сохранения выбранной базирующей поверхности на всех операциях механообработки.

А.П. Соколовский [13, 14, 15] негативно относился к принципу единства баз. Он акцентирует внимание на том, что использование принципа единства баз во многих случаях неосуществимо и неоправданно.

Приспособление, используемое при обработке за один установ, как правило, является сложным и дорогим в изготовлении, а так же не эргономичным. Но в тоже время, без видимых причин менять базы не стоит. Благодаря применению принципа единства баз упрощается образование зависимостей в расположении обработанных поверхностей детали, расчет размеров и операционных припусков и т.п. [14]. Долгое время нерешенным оставался вопрос, касающийся обработки поверхностей от одних и тех же баз, и тех поверхностей, которые следует использовать в качестве единых баз при обработке детали.

В своих работах А.П. Соколовский [13, 16] сформулировал технологическое правило, получившее название "принцип кратчайших путей" [14]. Данное правило рекомендует строить размерные цепи, влияющие на план обработки детали таким образом, чтобы количество звеньев в них было минимально.

Для решения задачи выбора баз отдают преимущество тем технологическим размерным цепям, в которых содержатся размеры, связывающие базы и обрабатываемые от этих баз поверхности. Выбранные технологические базы гарантируют получение размеров с допустимыми отклонениями при минимальном числе звеньев размерных технологических цепей, в которые входят исполняемые размеры по «принципу кратчайшего пути».

В случае применения «принципа кратчайших путей» для выбора технологических баз возможно использование большей части полей допусков, заданных конструктором при проектировании детали.

Частным случаем "принципа совмещения баз" является "принцип кратчайших путей". При выборе технологических баз с использованием "принципа совмещения баз" отдают предпочтение тем поверхностям, которые связанны размером с обрабатываемой поверхностью.

При использовании "принципа кратчайших путей" возможно совмещение конструкторских и технологических баз, в результате чего возможно использовать поля допусков на конструкторские размеры, т.к. в данном случае погрешность базирования равна нулю. Однако во многих случаях конструкция приспособления при использовании "принципа совмещения баз" получается очень сложной и дорогой. Тогда данный принцип оказывается нерациональным и невозможным.

При анализе цепного и координатного методов достижения требуемой точности обработки Б.С. Балакшин [17] выявил следующую закономерность, что ис 16 пользование цепного метода позволяет получить более высокую точность взаимного положения поверхностей. При использовании цепного метода организуется принудительная смена баз. Основной рекомендацией при смене технологических баз является построение размерных цепей, которые обеспечивают наименьшие погрешности замыкающих звеньев.

Под сменой баз Б.С. Балакшин понимает замену одних поверхностей деталей, заготовок или сборочных единиц машины, используемых в качестве баз, другими. В результате смены баз практически всегда появляются добавочные погрешности. Обработка и измерение всех поверхностей от одинаковых технологических баз позволяет избавиться от добавочных погрешностей. Именно так Б.С. Балакшин трактует принцип единства баз. Основную выгоду от использования данного принципа можно получить при обработке простых по конструкции заготовок. Так же автор акцентирует внимание на том, что при использовании принципа единства баз используются основные преимущества координатного метода: независимость погрешностей каждого из координатных звеньев от погрешностей других координатных звеньев; при координатном методе погрешность каждого цепного звена равна сумме погрешностей двух координатных звеньев, образующих данное цепное звено.

В 70-е годы XX века в МГТУ СТАНКИН под началом Б.С. Балакшина была разработана четко структурированная классификация основных понятий и определений теории базирования. Данная классификация легла в основу ГОСТ 21495-76 «Базы в машиностроении. Термины и определения» (далее ГОСТ) [18]. Вывод теории базирования основывается на теоретической механике. Главным выводом из этой теории является «правило шести точек». Данное правило гласит: для определения положения детали, рассматриваемой как абсолютно жесткое тело, относительно другой детали необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек [19, стр. 131].

Формирование планов обработки поверхностей (преобразование К)

Планом обработки Р поверхности будем называть упорядоченную последовательность П = \п\, i = 1...k технологических переходов (методов) 77, по зволяющую перевести состояние S0, определяемое заготовкой, в состояние S,, определяемое чертежом детали.

Поверхность детали в общем случае допускает альтернативные планы ее обработки, которые будем называть возможными. При формировании возможных планов обработки поверхности используются таблицы связей f(m,7r) - «методы - поверхности», f2 (m,s) - «методы - станки»; f3(m,k) - «методы - качество».

Совокупность возможных планов обработки поверхности я\ будем обозначать символом Р , где / - номер поверхности; j - номер плана обработки. Алгоритм формирования множества Р использует метод минимальных покрытий и содержит следующие этапы:

В таблице Тип ,к ), г - номер метода; а - номер диапазона качества. Каж дая строка таблицы является булевым вектором размерности п . Далее задачу поиска возможных планов Р обработки поверхности кг приведем к классической задаче минимального покрытия строками таблицы единичной строки. План обработки Рг будем рассматривать, как совокупность методов m (строк) таблицы Тип ,к ), которая удовлетворяет следующим свойствам: - логическая сумма методов равна единичной строке е; - удаление любой строки из таблицы Т(т,к) нарушает выполнение первого свойства.

Первое условие означает, что для обеспечения качества на каждом диапазоне необходимо использовать один из альтернативных методов (строк) таблицы Т(т,к).

Указанная совокупность Рг называется минимальным покрытием строк таблицы Т(т,к) единичной строки е. Технологический смысл минимального покрытия заключается в том, что последовательное использование методов позволяет обработать поверхность от состояния заготовки до состояния, требуемого в чертеже.

Математическую постановку задачи выбора планов обработки поверхности сформулируем в следующем виде: «требуется найти множество Р минимальных покрытий строками т таблицы Т(т,к) единичной строки». Этап 3. Определение множество планов обработки поверхности в виде логического выражения в конъюнктивно-дизъюнктивной форме (КДФ):

Этап 4. Преобразование КДФ логического выражения Рг в ДКФ, которое содержит в явной форме альтернативные планы обработки поверхности. Преобразование использует раскрытие скобок и удаление лишних слагаемых по правилу поглощения (2.12). Исходное множество Р высказываний с операциями объединения v и пересечения & является решеткой, при этом каждая из перечисленных операций удовлетворяет следующим свойствам: - идемпотентности т v т =т ; т &т =т ; ггг ггг - коммутативности т vm =т vm ; т Sim =т &т ; - ассоциативности [т v т )v т, =т v[m vm,); [т Sim )Sim, =т Scim Scm.Y \ г J / к і \ j к / " \ і j / к і \ j к /" - поглощения m v[m Sim )=m ; m Scim vm )=m . (2.12) Рассмотрим следующий пример. Состояние поверхностного слоя отверстия, определяемое чертежом, имеет следующие характеристики: 035/77; Ra = 0,63 мкм.

Разобьем диапазон изменения шероховатости Ra = (25 - 0,63) мкм на следующие интервалы: (25 —10), (l0-5), (5-2,5), (2,5-1,25), (1,25-0,63), которые перенумеруем цифрами от 1 до 5. Обозначим технологический метод обработки отверстия символом т , где / - номер метода по порядку. Характеристики методов обработки отверстия показаны в таблице 2.1. Таблица 2.1 - Характеристики методов обработки отверстия № Наименование метода Шероховатость Ra , мкм -10 10-5 5 -2,5 2,5 -1,25 1,25 - 0,63 m1 Сверление 1 2 Рассверливание 1 3 Растачивание 1 1 1 1 m4 Зенкерование 1 1 m5 Развертывание 1 1 e 1 1 1 1 1 Планы обработки P можно представить в виде следующего логического высказывания: Р = (/??,)&(m v да, v т)&(m3 v т4 v /тО&(m3 v т5)&(m3 vmj. (2.13) V 1 / V 2 3 4 / V 4 5 / V 5 / V 5 / Высказывание (2.13) имеет конъюнктивно-дизъюнктивную форму (КДФ). Необходимо определить преобразование F этой формы в дизъюнктивно-конъюнктивную форму (ДКФ), так чтобы каждое слагаемое являлось минимальным покрытием. ДКФ представляет собой множество альтернативных планов обработки поверхности отверстия.

Выбор рабочих планов Р обработки поверхностей к осуществляется на основе использования критериев эффективности обработки всех обрабатываемых поверхностей рассматриваемой детали. В качестве критерия используется количество типов оборудования и средств технологического оснащения на реализацию выбранных планов обработки, которое подлежит минимизации. Этот критерий влияет на загрузку оборудования и оснастки.

Рассмотрим алгоритм формирования рабочих планов обработки Р поверхностей, который включает два этапа: - моделирование возможных планов обработки всех поверхностей с использованием технологических методов обработки; - выбор конкретного плана обработки каждой поверхности таким образом, чтобы в совокупности выбранные планы обеспечивали оптимизацию критерия суммарной технологической себестоимости всей детали. Математическая постановка каждого из этапов алгоритма может быть представлена в виде задачи выбора минимальных покрытий. Исходная информация алгоритма содержит: - возможные планы обработки всех поверхностей детали, полученные на первом этапе, представленные в виде таблицыР = [/).], где / - номер поверхности; j - номер плана; - состав оборудования данного участка; - таблица связи f2(m,s) между методами т и станками s .

Свойства исходного графа GT = {Рт,иЛ и подграфа GTn = {PTn,UTA 82 К 1 1 } ill \ III III )

Мощным средством повышения эффективности проектирования технологических процессов является их унификация, то есть сокращение разнообразия ТП к минимуму на основе классификации по конструктивным и технологическим признакам. В настоящее время существуют следующие виды унификации технологических процессов: аналоговая, типовая, групповая, модульная. Проектирование ТП на основе унификации [128] в основном используется для деталей тел вращения [2]. Но в тоже время этот метод проектирования ТП так же может эффективно применяться для определенных групп корпусных деталей. К одной из таких групп относятся детали типа корпусов, угольников, кронштейнов, которые является наиболее простыми по конструкции корпусными деталями. Детали данной группы используются в виде дополнительных опор в различных конструкциях, для обеспечения требуемой точности относительного положения механизмов. У данной группы корпусных деталей имеются различные базирующие поверхности, которые классифицируются по функциональному назначению на основные и вспомогательные базы. В качестве основных баз выступают плоские поверхности или комбинации плоской поверхности и одного или двух базовых отверстий. С помощью основных баз корпусные детали крепятся к различным рамам, корпусам и т.д. Наиболее часто встречаемыми схемами базирования в данном случае является три плоскости (координатный угол) или плоскость и два отверстия. Вспомогательными базами у данной группы корпусных деталей выступают главные отверстия, по которым базируются валы, шпиндели и т.д. Так же в виде вспомогательных баз используются плоские поверхности и различные их сочетания, которые используются для определения положения крышек, фланцев и т.д.

В большинстве корпусных деталей присутствуют различные технологические отверстия малого диаметра, а так же резьбовые и крепежные. Они используются для фиксации положения присоединяемых сборочных единиц, подвода смазки для снижения трения к трущимся поверхностям. При создании машины формируются размерные связи, которые обеспечивают выполнение служебного назначения. В размерных связях корпусная деталь участвует размерами и относительными поворотами своих поверхностей. Эти размерные и угловые параметры детали непосредственно определяют точность положения одного комплекта вспомогательных баз относительно другого или точность положения вспомогательных баз относительно основных баз детали. В соответствии с этим к точности геометрической формы, размеров и относительных поворотов базирующих поверхностей корпусных деталей предъявляются повышенные требования. Материалы, применяемы в корпусных деталях в основном зависят от служебного назначения и условий их работы [119].

Актуальным направлением повышения эффективности проектирования технологической подготовки машиностроительного производства является автоматизация передачи конструкторской информации в среду технологического проектирования. Указанная проблема заключается в том, что графические форматы (GRB, DWG, DXF и др.), характеризующие геометрические свойства объектов изготовления, необходимо преобразовать в табличные форматы (DBF, DB и др.) для решения технологических задач. Эти преобразования требуют привлечения сложного математического аппарата. Перспективным направлением решения указанной проблемы является использование конструкторско-технологической параметризации.

Под конструкторской параметризацией понимается использование переменных параметров чертежа (линейных, радиальных, диаметральных и угловых размеров, показателей качества поверхностей и др.) с целью автоматической перерисовки чертежа при изменении этих переменных. Под технологической параметризацией понимается множество переменных параметров ТП и связей между ними, позволяющих в автоматическом режиме изменять одни параметры при изменении других. В ТП такими параметрами будут: скорость V, подача S и глубина t резания, а также установочные приспособления, вспомогательный, режущий и мерительный инструменты и т.д.

Под конструкторско-технологической параметризацией (КТП) понимается множество конструкторских X и технологических Y параметров, связей между ними, позволяющих в автоматическом режиме определять параметры и структуру ТП.

Конструкторско-технологическая параметризация эффективно используется при проектировании ТП на основе унификации технологических решений, изготовления деталей-аналогов, типовых и групповых технологических процессов [44, 128]. Эффективность унификации ТП заключается в том, что при выборе их структуры используется опыт проектирования ТП деталей той же группы, что и рассматриваемая деталь. Под структурой ТП понимается совокупность технологических переходов, очередность их выполнения, а также группирование переходов в позиции, установы и операции. Две детали имеют одинаковую структуру ТП, если сохраняется последовательность выполнения переходов (Рисунок 4.1) и выполняются условия:

При выборе структуры ТП на основе унификации деталь Д1 формируется различным образом: - при проектировании ТП на основе детали-аналога как деталь-аналог, обладающая преимущественно похожими конструктивно-технологическими параметрами по отношению к рассматриваемой; - при проектировании ТП на основе типизации как деталь-представитель класса деталей, к которому принадлежит рассматриваемая; - при проектировании ТП на основе групповой технологии как комплексная деталь, поверхности которой обрабатываются с помощью групповых операций с использованием групповой переналаживаемой оснастки. Основная задача при использовании методов унификации заключается в установлении отображения F множества обрабатываемых поверхностей детали Д1 на множество поверхностей детали Д2 .

При проектировании маршрутных и маршрутно-операционных ТП необходимо после выбора структуры ТП на основе унификации выполнить расчеты параметров ТП (шифры оборудования и оснастки, припуски, технологические размеры, показатели качества на каждом переходе, режимы резания и нормы времени), т. е. характеристики переходов, отраженные в технологических картах. Необходимость расчета параметров ТП определяется тем, что автоматический перенос параметров унифицированных ТП на единичную деталь невозможен, так как параметры существенно зависят от размеров детали.

Для повышения уровня автоматизации проектирования технологических процессов в СИТЕП МО реализована схема технологической параметризации, которая является существенным компонентом PDM-технологии (Product Data Management) [37, 129]. Смысл данной схемы состоит в том, что в пределах установленной структуры ТП при внесении изменений в конструктивные параметры детали, автоматически вносятся изменения в технологические параметры. Причем данные изменения показываются не только в таблице ТП, но и картах комплекта технологической документации. Это позволяет реализовать PDM-технологию, при внедрении которой любое модифицирование конструкторских параметров деталей влечет за собой не только автоматизированное изменение параметров технологий, но и управляющих программ станков с ЧПУ.

Выбор структуры технологического процесса с помощью типизации на основе конструкторско-технологической параметризации (Использование КТП в комплексе программ T-FLEX и СИТЕП МО)

Выбор рабочих планов Р обработки поверхностей к осуществляется на основе использования критериев эффективности обработки всех обрабатываемых поверхностей рассматриваемой детали. В качестве критерия используется количество типов оборудования и средств технологического оснащения на реализацию выбранных планов обработки, которое подлежит минимизации. Этот критерий влияет на загрузку оборудования и оснастки.

Рассмотрим алгоритм формирования рабочих планов обработки Р поверхностей, который включает два этапа: - моделирование возможных планов обработки всех поверхностей с использованием технологических методов обработки; - выбор конкретного плана обработки каждой поверхности таким образом, чтобы в совокупности выбранные планы обеспечивали оптимизацию критерия суммарной технологической себестоимости всей детали.

Математическая постановка каждого из этапов алгоритма может быть представлена в виде задачи выбора минимальных покрытий. Исходная информация алгоритма содержит: - возможные планы обработки всех поверхностей детали, полученные на первом этапе, представленные в виде таблицыР = [/).], где / - номер поверхности; j - номер плана; - состав оборудования данного участка; - таблица связи f2(m,s) между методами т и станками s .

Результирующая информация содержит различные конфигурации оборудования, используемые для обработки детали, и рабочие планы обработки каждой поверхности. Алгоритм содержит следующие этапы: - составление логического выражения Р\т) = &vv Р..(т)), которое содержит множество альтернативных планов обработки поверхностей детали; в виде логического высказывания в виде конъюнктивно-дизъюнкивной формы (КДФ); - преобразование выражения Р(т) в выражение P(s) относительно пере менных s с использованием таблицы f2(m,s): Р\т) = P\s)= &{vP.(f 4s))), (2.15) где: т = /Г1 (s) - обратная функция /2, разрешенная относительно т ; - преобразование F формы КДФ в ДКФ с помощью алгоритма Петрика [123], который использует метод минимальных покрытий: P(S)= Q(S). (2.16) Форма Q(S) содержит множество альтернативных конфигураций оборудования участка, позволяющих обработать рассматриваемые детали. - преобразование формы Q(s) с использованием обратной функции т = /Г1 (s), в результате чего получаем рабочие планы обработки поверхностей детали. 2.3 Установление свойств переходов, бинарных отношений этапов обработки и типов поверхностей (преобразования F4 – F7 )

Рабочие планы обработки поверхностей содержит множество технологических переходов MТП , которые обеспечивают требуемое качество поверхностей, заданное в чертеже (преобразование F4 ), а также свойства переходов, которые определяют унарные отношения R(1)ТП (преобразование F5 ). К свойствам переходов относятся: технологический метод обработки, технологическая оснастка, этап обработки, показатели качества после обработки, то есть результаты преобразований F3 –F4 .

Рабочий план обработки поверхности определяет последовательность выполнения переходов, то есть бинарные отношения предшествовании R (2) ЭТАП определяемые этапами обработки (преобразование F6 ). 2.3.3 Бинарные отношения предшествования R(2)ТИП , определяемые типами поверхностей (преобразование F7 ) формируются на основе описания поверхностей (Рисунок 2.2), которые отражают их свойства геометрические, технологические и требования к качеству обработки. Тип поверхности определяется на основе использования классификаторов поверхностей. При проектировании технологических процессов используются классификаторы поверхностей, ориентированные на использование различных методов проектирования: - на основе принципов унификации (работы А. П. Соколовского [14], С. П. Митрофанова [128]); - на основе модульного проектирования (работы Б. М. Базрова [124]); - на основе автоматизированного проектирования ТП (работы А. А. Лихачева [109]), используется технологический принцип классификации, который связывает геометрическую форму поверхности с методом обработки и режущим инструментом. Важной характеристикой поверхности является ее принадлежность по геометрической форме либо к элементарной, либо составной. Как правило, поверхности элементарной формы можно представить аналитически (например цилиндрические, конические, сферические и др.). К составным относятся поверхности, которые состоят из элементарных (канавки, шпоночные, пазы, резьбовые и др.). Особенность составных поверхностей заключается в том, что эти поверхности обрабатываются методом копирования режущей кромкой инструмента (например, наружная круговая канавка получается в результате обработки канавочным резцом. Другая особенность составных поверхностей заключается в том, что они обрабатываются после обработки сопрягаемых с ней элементарных поверхностей. Например, наружная цилиндрическая канавка 3 обрабатывается после наружной цилиндрической поверхности 4, лыска 5 после наружной цилиндрической поверхности 6, фаска 1 после внутренней цилиндрической поверхности 1. Другими словами, поверхности 4, 6, 2 находятся в бинарном отношении предшествования с поверхностями 3, 5, 1. (Рисунок 2.5).