Введение к работе
Актуальность работы. Системы автоматизированного проектирования занимают исключительное положение среди компьютерных приложений - это индустриальные технологии, непосредственно направленные в сферу самых важных областей материального производства.
Современные CAD/САМ системы дают не только возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, что, в конечном счете, определяет ее конкурентоспособность.
В настоящее время наибольший интерес проявляется к системам, позволяющим автоматизировать различные этапы технологической подготовки производства. В первую очередь, это относи гея к автоматизации проектирования механической обработки плоских и объемных деталей на станках с числовым программным управлением. Как показали исследования специалистов компании Omega technologies, ltd (рис. 1), 2.5 и 3-х координатная обработка составляет около 96 % от общего объема деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, поэтому наибольшее внимение уделено вопросам автоматизации именно в этой области.
Распределение объема производства
%>
С()».ічое чрс.шцича
: V 3 К 0 -"РСИЗВ02СЇЕС
>7
?)%
2.5х
Зх
4х
5х
Вид обработки
Рис. 1. Распределение объемов производства применительно к
станкам с ЧПУ
Расчет траектории движения режущего инструмента является одной из наиболее трудоемких вычислительных задач в области автоматизации проектирования технологии. Разработчики CAD/CAM систем постоянно стремятся создавать новые схемы обработки. Например, одной из наиболее популярных является схема «Сечение постоянной плоскостью», которыя позволяет выполнять черновую и чистовую обработку детален любой сложности используя недорогие 2.5 координатные станки.
Наличие в современном производстве различных видов оборудования делает актуальной задачу автоматизации проектирования технологии не только для станков с ЧПУ, но и для любых других его видов. При этом особенно острым становится вопрос интеграции всех этапов технологической и конструкторской подготовки производства и выпуска полного комплекта рабочей документации.
Решению этих задач посвящена данная работа, которая выполнялась в соответствии с отраслевыми и региональными научно-техническими программами.
Цель работы. Автоматизация технологического проектирования операций механической обработки резанием за счет создания новой ннтергированной CAD/САМ системы, разработки новых схем движения режущего инструмента и создания специализированного модуля проектирования маршрута обработки, позволяющих обеспечить сквозной цикл проектирования и изготовления изделия, уменьшения уровня ручного проектирования.
Методы исследования. Теоретическое исследование процесса автоматизации технологической подготовки производства выполнено на основе современных методов доступа к базам данных разнородной структуры. В качестве лингвистической основы для проектирования использован специализированный технологический язык программирования самостоятельной разработки. Основные расчетные функции выполнены с использованием библиотеки дискретной геометрии, разработанной на основе методов сплайновой и UV-арифметнки, векторной алгебры,теории вероятности.
Экспериментальная проверка полученных теоретических положений проводилась на промышленных предприятиях России н Центральной Европы с использованием современного контрольно-измерительного оборудования п персональных компьютеров. Результаты измерений обрабатывались с помощью математической статистики.
Научная новизна состоит в следующем:
разработан механизм интеграции конструкторского и технологического модулей в новую единую систему проектирования - CAD/CAM ADEM;
разработаны новые модули формирования траектории движения режущего инструмента различных типов по схемам
«Контурный зигзаг» и «Сечение постоянной плоскостью» для станков с числовым программным управлением;
разработан механизм булевых операций с многосвязными контурами, используемый при расчете траектории движения режущего инструмента по схеме «Сечение постоянной плоскостью»;
разработан специализированный модуль в составе CAD/CAM ADEM, автоматизирующий проектирование маршрута обработки поверхностей деталей машиностроения на примере гладких цилиндрических отверстий.
Практическая ценность заключается в создании научно обоснованной методики интеграции конструкторского и технологического модулей в рамках единой системы проектирования, позволяющей обеспечить сквозной цикл изготовления изделия при повышении его качества и достижении значительного экономического эффекта.
Достигнуто повышение эффективности использования станков с ЧПУ при применении схем обработки «Контурный зигзаг» и «Сечение постоянной плоскостью» для черновой и чистовой фрезерной обработки.
Специализированный модуль проектирования маршрута обработки поверхностей деталей машиностроения обеспечивает на стадии разработки сквозных технологических процессов:
сокращение сроков проектирования;
снижение себестоимости продукции вследствие сокращения трудоемкости;
комплексное решение задачи проектирования технологии -от формирования маршрута обработки детали до получения полного комплекта рабочей документации для ее изготовления, включая программы для станков с ЧПУ.
Учитывая комплексный характер проектирования и примене-
7 ниє распределенной модели данных; для созданной автоматизированной CAD/САМ системы введена аббревиатура ADEM (Assignment Design Engineering and Manufacturing - распределенное проектирование, расчет и производство).
Результаты работы внедрены на более чем 10 предприятиях оборонного комплекса в городах: Москва, Ижевск, Томск, Самара, Калинград, Казань и других, с экономических эффектом не менее 18 тыс. рублей на одно рабочее место, в ценах 1998 года.
CAD/CAM ADEM рекомендована Управлением информатики Министерства науки и технологии Российской Федерации в качестве инструмента для комплексной реорганизации системы подготовки производства предприятий оборонной промышленности.
Материалы научных исследований используются в учебном процессе 5 высших учебных заведений России: Ижевском государственном техническом университете, Московском высшем техническом университете им. Н.Э. Баумана, Самарском аэрокосмическом государственном университете им. СП. Королева, Харьковском авиационном институте, Казанском государственном техническом университете им. А.Н. Туполева.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована практическим использованием проверенной математической модели, сходимостью полученных теоретических и экспериментальных результатов и соответствием работам, выполненным другими авторами.
Апробация работы. Основные материалы работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-практической конференции «CAD/CAM/CAE системы в инновационных проектах» (г. Ижевск, 1998 г.) и международной конференции «Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, 1999 г.)
Экспонаты по работе демонстрировались на Всероссийских выставках в городах Москве, Самаре, Санкт-Петербурге и Ижевске.
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы
в 6 печатных работах, в том числе одном Свидетельстве об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и трех приложений.
Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 2 диаграммы, 12 таблиц и список литературы из 118 наименований.
