Введение к работе
Актуальность темы. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) механической обработки деталей машин предназначены для автоматизации работ технолога. При этом предполагается, что технолог подготавливает и вводит исходные данные, получает и оценивает описание проектного решения, предложенное системой.
Существующие САПР ТП созданы на алгоритмах, которые предлагают решение из имеющихся на основании сходства осваиваемого и освоенных изделий, то есть методом адресации к аналогу и технолог редактирует его содержание. Достаточно часто осваиваемые детали конструктивно отличаются от уже освоенных, поэтому решения, принимаемые по аналогам, не могут быть законченными и верными, а значит, потребуется участие технолога. Известно, что задача построения структуры технологического процесса (ТП) является многовариантной, поэтому технолог рискует принять субъективное решение. Из выше изложенного следует, что алгоритмы адресации к аналогу не позволяют полностью реализовать назначение САПР ТП без участия технолога в принятии и оценке решений.
Перспективным направлением в устранении недостатков метода адресации к аналогу является метод синтеза технологических решений. Концепция синтеза предполагает формирование структуры ТП из геометрической и точностной информации о детали. Формализованную модель структуры детали условно можно рассматривать как схему, определяющую базовую структуру ТП. В базовой структуре ТП определены состав базовых и обрабатываемых поверхностей на разных этапах обработки резанием, а также последовательность обработки поверхностей с учетом точностных требований. В настоящее время метод синтеза реализован частично, потому что не формализовано построение базовой структуры ТП.
Таким образом, проблема формализации построения базовых структур ТП для создания основы в алгоритмизации синтеза процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения является актуальной.
Цель работы. Разработка методического, алгоритмического, информационного обеспечения САПР для синтеза базовых структур технологических процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения.
Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:
Разработать описание конструкции детали, отражающее взаимное расположение её геометрических элементов и точностных связей.
Формализовать описания детали для определения последовательности обработки резанием.
Разработать алгоритм выполнения процедур построения базовой структуры ТП на основе формализованного описания детали.
Формализовать построение размерно-точностных связей между геометрическими элементами детали по этапам обработки.
Реализовать алгоритм и провести вычислительный эксперимент для проверки математической модели построения базовой структуры ТП.
Методы исследований. Теоретические исследования проведены с использованием научных основ технологии машиностроения, размерного анализа, метода теории графов применительно к расчету технологических размерных цепей, теории матриц, теоретических основ САПР.
Объектом исследования является: процесс проектирования технологии механической обработки, конструкторская и технологическая информация.
Предметом исследования служит синтез базовой структуры технологического процесса обработки резанием заготовок типа тел вращения.
Достоверность. Результаты теоретических исследований подтверждены их многократными проверками на соответствие разработанных ТП реально действующим на различных машиностроительных предприятиях. Выявлено, что базовые структуры разработанных и заводских ТП практически полностью совпадают, а основные отличия касаются обработки фасок и канавок.
Научная новизна:
Для формализации описания и анализа геометрической и точностной информации о детали разработана спецификация поверхностей, которая отражает состав геометрических элементов детали и связи между ними.
Разработано информационное и методическое обеспечение решения основных проектных задач структурного синтеза ТП, связанных с определением состава базовых и обрабатываемых элементов конструкции заготовки, с определением последовательности обработки поверхностей с учетом точностных требований, с построением размерной схемы ТП и выявлением уравнений технологических размерных цепей, в том числе, для расчета допусков расположения.
Разработанные модели и алгоритмы решения проектных задач полностью формализованы, что обуславливает возможность их применения в условиях автоматизированного проектирования.
Положения, выносимые на защиту:
Методика формализованного описания и анализа конструкции детали и заготовки с назначением технологических функций геометрических элементов заготовки и детали.
Методика формализованного построения базовой структуры ТП на основе построения размерных связей согласно этапов обработки.
Методика расчета технологических размеров, включающих расчет допусков расположения.
Алгоритм построения базовых структур технологических процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения.
Практическая ценность работы:
Применение результатов работы в качестве основы для формализованного описания деталей и заготовок при технологической подготовке производства.
Использование разработанного алгоритма для анализа существующих техпроцессов обработки резанием заготовок типа тел вращения на предмет реализации размерных связей.
Возможности применения разработанной методики решения основных проектных задач структурного синтеза в системах автоматизированного и неавтоматизированного проектирования единичных технологий изготовления заготовок типа тел вращения.
Практическая реализация результатов работы.
Результаты работы внедрены в учебный процесс при изучении дисциплин «Математическое моделирование процессов в машиностроении» и «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов» на кафедре «Технология и оборудование машиностроения» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева при подготовке инженеров по специальности 151001 - «Технология машиностроения» и магистров по направлению 150900.68 - «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».
Получены предложения к внедрению результатов работы на ОАО ПКО «Теплообменник», в группе компаний «NS Labs».
Подготовлена заявка на регистрацию программы «Анализ геометрических элементов детали», разработанной на языке программирования Delphi.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки» (Н. Новгород, 2007, 2008, 2010), XI Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2007), Международной научно-практической конференции «Технология, автоматизация производственных систем и управление организационно-техническими системами машиностроительного кластера» (Н. Новгород, 2008), Всероссийских научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении» (Арзамас, 2007, 2009).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ, из них две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего 101 наименование и приложений. Работа содержит 193 страницы, в том числе 157 страниц основного текста, содержит 5 таблиц и 14 рисунков, приложения на 21 странице.
