Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы инженерного анализа и моделирования технологии механической обработки 12
1.1. Основные вопросы инженерного анализа и моделирования технологии механической обработки 12
1.1.1. Задачи инженерного анализа проектирования технологии механической обработки 12
1.1.2. Системы инженерного анализа и моделирования и их место среди других автоматизированных систем 14
1.2. Особенности построения основных подсистем инженерного анализа и моделирования технологии механической обработки 23
1.2.1. Подсистема проектирования технологических процессов механической обработки 23
1.2.1.1. Теоретическое рассмотрение технологического процесса до создания ЭВМ (1938-1955 гг.) 23
1.2.1.2. Системы автоматизации проектированных технологических процессов с помощью ЭВМ (1956-2006 гг.) 27
1.2.1.2.1. Система ГильманаА.М. (1956 г.) 27
1.2.1.2.2. Система ЦветковаВ.Д. (1965-1972 гг.) 31
1.2.1.2.3. Система Капустина Н.М. (1971-1985 гг.) 37
1.2.1.2.4. Система Челищева Б.Е. (1974-1985 гг.) 41
1.2.1.2.5. Другие системы (1976-1988 гг.) 44
1.2.1.2.6. Современные системы и подходы (1988-2006 гг.) 52
1.2.1.3. Выводы 61
1.2.2. Методы расчета технологических размеров 63
1.2.2.1. Метод Пакидова П. А 63
1.2.2.2. Метод Мордвинова Б.С 64
1.2.2.3. Метод Иващенко И. А 70
1.2.2.4. Метод Матвеева В.В 75
1.2.2.5. Метод Сметанина Ю.М 80
1.2.2.6. Метод Калачова О.Н 82
1.2.2.7. Метод Соловьева В.К 85
1.2.2.8. Выводы 87
1.2.3. Подсистема визуализации данных и результатов проектирования 89
1.2.3.1. Графические системы САПР 89
1.2.3.2. Разработка графических систем САПР 92
1.2.3.3. Выводы 93
1.3. Выводы 94
2. Принципы, структура и функции открытой сае-системы моделирования технологии механической обработки, размерного анализа и визуализации данных 96
2.1. Цель создания САЕ-системы технологии механической обработки 96
2.2. Основные принципы построения САЕ-системы 98
2.3. Структура данных и программного обеспечения открытой САЕ-системы механической обработки 98
2.4. Функционирование САЕ-системы механической обработки 102
2.5. Последовательность создания САЕ-системы технологии механической обработки 103
2.5. Выводы 107
3. Формализация проектирования технологии механической обработки, размерного анализа и визуализации на основе информационно связанных моделей 109
3.1. Информационно связанные модели конструкции детали и технологии механической обработки 109
3.1.1. Модели конструкции детали 109
3.1.1.1. Полная модель конструкции детали 109
3.1.1.2. Модель детали на основе ПОЯ 118
3.1.1.3. Модели детали для расчета технологических размеров 127
3.1.1.4. Модель изображения конструкции детали 130
3.1.2. Модели технологии механической обработки 132
3.1.2.1. Полная модель технологии механической обработки 132
3.1.2.2. Модель технологии механической обработки на основе ПОЯ 138
3.1.2.3. Модель технологического процесса, применяемая при расчете технологических размеров 142
3.1.2.4. Модель изображения технологии механической обработки 144
3.1.3. Информационная связь между моделями 148
3.1.3.1. Информационная связь между моделями конструкции детали и моделями технологического процесса обработки 148
3.1.3.2. Информационная связь между полной моделью конструкции детали и моделью детали на основе ПОЯ 149
3.2. Формализация проектирования технологии механической обработки, размерного анализа и визуализации 152
3.2.1. Формализация проектирования технологии механической обработки 152
3.2.1.1. Определение количества ступеней обработки поверхности при проектирования плана технологического процесса механической обработки 152
3.2.1.2. Формирование комплексной детали 156
3.2.1.3. Поиск детали-аналога 159
3.2.1.4. Синтез маршрута технологического процесса 161
3.2.2. Формализация расчета диаметральных и радиальных технологических размеров 168
3.2.2.1. Основные положения расчета диаметральных и радиальных технологических размеров и эксцентриситетов 168
3.2.2.2. Задачи расчета диаметральных и радиальных технологических размеров и эксцентриситетов 171
3.2.3. Формализация визуализации изображений при
проектировании технологии 172
3.2.3.1. Построение изображения конструкции детали 172
3.2.3.2. Построение изображений технологии механической обработки 176
3.3. Выводы 185
4. Алгоритмы и программы проектирования технологии механической обработки, размерного анализа и визуализации 186
4.1. Алгоритмы проектирования плана технологического процесса механической обработки 186
4.1.1. Алгоритм определения числа ступеней обработки 191
4.1.1.1. Общая блок-схема алгоритма 191
4.1.1.2. Ввод исходных данных 191
4.1.1.3. Определение количества ступеней обработки по шероховатости поверхности 193
4.1.1.4. Определение количества ступеней обработки по квалитету размеров 195
4.1.1.5. Определение итогового количества ступеней обработки 200
4.1.1.6. Программа определения числа ступеней обработки поверхностей детали 200
4.1.2. Алгоритм и программа формирования комплексной детали 202 »
4.1.2.1. Алгоритм формирования комплексной детали 202
4.1.2.2. Программа формирования комплексной детали 204
4.1.3. Алгоритм и программа поиска детали-аналога 205
4.1.2.3 .Алгоритм поиска детали-аналога 205
4.1.3.2. Программа поиска детали аналога 207
4.1.4. Алгоритм и программа моделирования плана
технологического процесса механической обработки 207
4.1.4.1. Алгоритм моделирования единичного технологического процесса 207
4.1.4.2. Программа моделирования единичного технологического процесса 211
4.2. Программа расчета технологических размеров и анализ ее работы 214
4.3. Алгоритмы и программа визуализации исходных данных и результатов моделирования 222
4.3.1. Алгоритмы формирования изображения контура детали 222
4.3.2. Алгоритмы формирование изображений заготовки и операционных эскизов 230
4.3.3. Программа визуализации исходных данных и результатов моделирования 237
4.4. Выводы 239
5. Рекомендации по применению результатов исследований и совершенствованию сае-системы технологии механической обработки 240
5.1. Рекомендации по применению результатов исследований на производстве 240
5.2. Рекомендации по применению результатов исследований научных исследованиях 240
5.3. Рекомендации по применению результатов исследований в учебном процессе 241
5.4. Направления совершенствования САЕ-системы технологии механической обработки 241
Заключение 243
Список использованных источников
- Задачи инженерного анализа проектирования технологии механической обработки
- Основные принципы построения САЕ-системы
- Модели детали для расчета технологических размеров
- Определение количества ступеней обработки по шероховатости поверхности
Введение к работе
Одной из важных задач технологии машиностроения является познание закономерностей, действующих в процессе производства, и выявление технических, технологических, экономических и организационных факторов, учет которых позволит повысить эффективность производства и качество выпускаемой продукции. Выявление и изучение этих закономерностей является необходимым условием автоматизации проектирования технологических процессов с целью сокращения сроков проектирования, облегчения труда технологов и получения оптимальных вариантов проектируемых технологических процессов.
В настоящее время широко применяются интегрированные системы компьютерного проектирования и технологической подготовки производства. Применение их значительно повышает эффективность труда технологов, автоматизируя рутинные операции проектирования и оформления документации для конкретного принятого варианта технологического процесса. При этом остается во многом не решенной задача получения оптимального варианта или нескольких близких к оптимальному вариантов технологических процессов для реальных условий производства.
Решение данной задачи возможно на основе разработки автоматизированной системы моделирования технологических процессов САЕ механической обработки, основной функцией которых является укрупненная отработка основных параметров технологических процессов, включая размерный, экономический и организационный анализ с визуализацией результатов. САЕ-система является составной частью комплекса систем конструкторского проектирования CAD и технологической подготовки производства САМ и позволяет повысить его эффективность и качество. В свою очередь возможность создания САЕ-системы механической обработки определяется развитием научных основ технологии машиностроения и автоматизации проектирования, применяемыми математическими моделями, программным обеспечением и техническими средствами.
Целью работы является повышение качества и производительности проектирования технологии механической обработки путем обеспечения автоматизированной отработки и сравнительного анализа и оценки полученных вариантов технологических процессов в автоматизированной САЕ-системе моделирования технологических процессов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
разработка структуры и функций открытой САЕ-системы моделирования технологии механической обработки, размерного анализа и визуализации данных;
разработка информационно связанных моделей (ИСМ) деталей типа «тел вращения» и технологии механической обработки, на основе которых осуществляется моделирование технологии механической обработки, размерный анализ и визуализация исходных данных и результатов моделирования;
формализация проектирования технологии механической обработки, размерного анализа и визуализации на основе применения ИСМ;
алгоритмизация и программирование основных задач проектирования технологических процессов механической обработки, размерного анализа и визуализации
разработка рекомендаций по применению результатов исследований на производстве, научных исследованиях, в учебном процессе и совершенствованию САЕ-системы.
Теоретические исследования проведены с использованием научных основ технологии машиностроения, размерного анализа, теории графов, теоретических основ САПР. Моделирование и обработка данных на ЭВМ производились средствами визуального программирования «Delphi».
В качестве объектов исследований использованы: процесс проектирования технологии механической обработки, конструкторская и технологическая информация, САЕ-системы моделирования.
Научная новизна разработанных моделей, алгоритмов, программ заключается в следующем:
предложена и реализована идея открытости и информационной связи моделей детали, заготовки, технологического процесса механической обработки, размерного анализа и визуализации данных;
разработана функциональная структура открытой САЕ-системы моделирования процесса проектирования технологии механической обработки;
разработаны методики применения открытых ИСМ при решении основных технологических задач анализа и синтеза технологии механической обработки: при определении количества ступеней обработки; при формировании описания детали на проблемно-ориентированном языке (ПОЯ), формировании комплексной детали и поиске детали-аналога; при размерном анализе; при визуализации данных; алгоритмы и программы.
Положения, выносимые на защиту:
Открытая система ИСМ детали, заготовки, технологического процесса механической обработки, размерного анализа и визуализации данных.
Методики применения ИСМ: при определении количества ступеней обработки; при формировании описания детали на проблемно-ориентированном языке, формировании комплексной детали и поиске детали-аналога; при размерном анализе; при визуализации данных; алгоритмы и программы.
Рекомендации по применению и совершенствованию открытой САЕ-системы моделирования механической обработки.
Практическая ценность работы заключена: в разработке программы расчета радиальных технологических размеров, основанной на методике и моделях, предложенных в работе; в разработке программ определения количества ступеней обработки, формирования описания детали на проблемно-ориентированном языке, формирования комплексной детали и поиска детали-аналога в составе открытой САЕ-системы; в разработке рекомендаций по совершенствованию открытой САЕ-системы моделирования процесса проек-
тирования механической обработки и её применению в научных исследованиях и на производстве.
Использование результатов данной работы, на производстве, в научных исследованиях и в учебном процессе позволит повысить качество разрабатываемых технологических процессов и уровень подготовки специалистов.
Реализация результатов работы заключается в следующем. Разработан и прошел опытную эксплуатацию на производстве комплекс программ размерного анализа. Результаты исследования внедрены в учебном процессе при изучении курсов «Математическое моделирование процессов в машиностроении» и «Информационная технология» на кафедре «Технология машиностроения» Омского государственного технического университета при подготовке инженеров по специальности 151001 - «Технология машиностроения».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической электронной интернет-конференции «Технология машиностроения 2005», г. Тула, 2005 г., на III международной научно-технической конференции Новые материалы, неразру-шающий контроль и наукоемкие технологии, г. Тюмень, 2005, на Туполев-ских чтениях (Международная молодежная научная конференция, посвященная 1000-летию города Казани,10-11 ноября 2005 года) г. Казань, 2005, на III международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (Омск, 7-Ю июня 2005 г.), г. Омск, 2005, на Всероссийской научно-технической конференции «Наука-производство-технологии-экология» в Вятском государственном университете, Киров, 2006 г., на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет», г. Омск, 2006 г.
Выражаю благодарность к.т.н., доценту Масягину В.Б. за консультации по теме диссертационной работы.
Задачи инженерного анализа проектирования технологии механической обработки
По данным источников [9,11,65] в состав развитых машиностроительных САПР входят в качестве составляющих системы CAD, САМ и САЕ.
Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двумерного и трехмерного проектирования.
Основные функции САМ-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ, моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, гененерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ, расчет норм времени обработки.
Функции САЕ-систем довольно разнообразны, так как связаны с проектными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений, как при проектировании, так и разработке технологических процессов. В состав машиностроительных САЕ-систем прежде всего включают программы для выполнения следующих процедур: 1) моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ (метод конечных элементов); 2) расчет состояний моделируемых объектов и переходных процессов в них средствами макроуровня; 3) имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри [67].
К числу мировых лидеров в области CAD/CAM/CAE-систем верхнего уровня относятся системы Unigraphics, CATIA, Pro/Engineer.
Система Unigraphics - универсальная система геометрического моделирования и конструкторско-технологического проектирования, в том числе разработки больших сборок, прочностных расчетов и подготовки конструкторской документации. Система многомодульная. Для инженерного анализа (подсистема САЕ) в систему включены модули прочностного анализа с использованием МКЭ с соответствующими пре- и постпроцессорами кинематического и динамического анализа механизмов с определением сил, скоростей ускорений, анализа литьевых процессов пластических масс.
В России получили распространение системы САПР среднего уровня компаний Autodesk, Solid Works Corporation, Beantly, ТопСистемы, Аскон, Интермех, АПМ и некоторых других [4,6,38,65,86]. Все эти системы, как правило, имеют ряд подсистем инженерного анализа и расчета отдельных видов машиностроительных изделий, а также библиотеки типовых конструктивных решений.
Ряд продуктов, интегрированных с программами проектирования компании Autodesk, создан компаниями, входящими в ассоциацию Mechanical Applications Initiative производителей прикладного ПО. Среди них следует отметить программу Dynamic Designer Motion (компания Mechanical Dynamics), предназначенную для расчетов динамики и кинематики механизмов (в том числе трехмерных). Элементами являются модели шарниров, -пружин, сухого трения, ударных нагрузок.
В состав T-Flex CAD включен ряд программ для инженерных расчетов деталей, проектирования штампов и пресс-форм.
Рассмотрим более подробно структуру САЕ-системы для анализа с помощью МКЭ [65,87]. Основными частями программ анализа с помощью МКЭ являются библиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор.
Библиотеки конечных элементов содержат их модели - матрицы жесткости. Очевидно, что модели конечных элементов будут различными для разных задач (анализ упругих или пластических деформаций, моделирование полей температур, электрических потенциалов и т.п.), разных форм конечных элементов (например, в двумерном случае - треугольные или четырехугольные элементы), разных наборов координатных функций.
Исходные данные для препроцессора - геометрическая модель объекта, чаще всего получаемая из подсистемы конструирования. Основная функция препроцессора - представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов.
Решатель - программа, которая ассемблирует (собирает) модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц. Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР - это графическая форма. Пользователь может видеть исходную (до нагружения) и деформированную формы детали, поля напряжений, температур, потенциалов и т.п. в виде цветных изображений, в которых палитра цветов или интенсивность свечения характеризуют значения фазовой переменной.
Важное место в конструкторско-технологических САПР занимают программы технологической подготовки производства. Компании Consistent Software [65], ООО «ИТРП» [5], «Топ Системы» [86], НПП «ИНТЕРМЕХ» [38], НТЦ АПМ [6,100], АСКОН [4], Autodesk [7], Parametric Technology Corporation (PTC) [10], ADEM [104] предлагают системы для технологической подготовки дискретного производства. Эти системы выполняют приблизительно одинаковые функции составления спецификаций, ведения дерева проекта и библиотеки чертежей, синтеза технологических процессов, выбора инструмента, расчета режимов резания, нормирования расхода материалов, ведения технологической документации.
В работе [34] отмечаются недостатки существующих систем САПР технологических процессов (САПР ТП), которые «представляют собой, по существу, текстовые редакторы, в лучшем случае с классификаторами для более быстрого заполнения технологических карт и модулями для поиска технологического оснащения».
Основные принципы построения САЕ-системы
Основные принципы построения САЕ-системы По аналогии с существующими САЕ-системами, предназначенными для проведения расчетов по МКЭ [65], предлагаются следующие принципы построения САЕ-системы расчетов и анализа, связанных с технологией механической обработки [59]: - объектами являются абстрактные модели, а не реальные детали и техпроцессы; САЕ-система не является системой проектирования для конкретной детали по конкретному чертежу и для разработки технологической документации, а служит для работы с моделями анализа и моделирования, поэтому объектами являются модели, которые сохраняют не все, а только основные свойства детали, необходимые для решения поставленных задач -упрощенную геометрическую форму, размерные (в том числе точность), качество поверхности (шероховатость и т.п.); - информационная связь моделей детали, заготовки, техпроцесса, размерного анализа, визуализации и других моделей; все модели должны быть взаимно превращаемыми, преобразовываемыми; - хранение информации в виде текстовых файлов, графических файлов, баз данных; - открытость системы для обеспечения возможности использования результатов ее работы системами CAD/САМ и другими системами; - возможность наращивания расчетными, аналитическими и другими моделями и программными модулями; - преемственность применяемых моделей и программных модулей при их уточнении и совершенствовании. системы в минимальном объем достаточном для построения системы включает в себя следующие модели: полная модель детали и полная модель заготовки и техпроцесса; модели детали, заготовки и техпроцесса (ТП) на проблемно-ориентированном языке (ПОЯ), необходимые для анализа и моделирования технологического процесса; модель детали, заготовки, технологического процесса для расчета линейных и диаметральных технологических размеров и решения других задач размерного анализа; модель детали, заготовки и техпроцесса для визуализации.
Модули программного обеспечения САЕ-системы следующие: модуль моделирования технологического процесса; модуль формирования комплексной детали; модуль поиска детали-аналога; модуль размерного анализа; модуль визуализации детали, заготовки, техпроцесса.
Составные элементы САЕ-системы - модели объектов и модули программного обеспечения - представлены на рис. 3.
Структура данных САЕ-системы должна включать исходную информацию, промежуточную информацию и результирующую информацию.
Начало моделирования должно предваряться вводом всей исходная информации о детали, а затем, в зависимости от решаемой задачи вводится человеком или по его команде автоматически формируется дополнительная информация о технологическом процессе.
Вводимая информация. 1. Информация рабочего чертежа детали преобразуется в эскиз модели детали, включающий упрощенный контур детали в разрезе, числовые данные - номера поверхностей, изображения связей между поверхностями - линей ные конструкторские размеры. Эскиз сопровождается числовыми данными, которые формируются в виде таблиц и включают, как минимум, следующее: 1) количество поверхностей модели детали; 2) таблица видов поверхностей. 3) таблица диаметральных конструкторские размеры; 4) таблица линейных конструкторских размеров; 5) таблица допустимых радиальных биений; 6) таблица допустимых торцевых биений; 7) таблица отклонений от парал лельности; 8) таблица шероховатости поверхностей; 9) количество отрезков :. контура детали; 10) таблица последовательности поверхностей - контур де тали.
2. Информация о технологическом процессе в зависимости от решае мой задачи информация может быть представлена в различном, но непроти воречивом виде.
а). При показе операционных эскизов без расчета размеров (показа и схемы обработки) формируются следующие данные: 1) количество операций техпроцесса, включая заготовку; 2) таблица видов поверхностей техпроцесса - номера операций, количество и номера базовых поверхностей на каждой операции, количество и номера обрабатываемых поверхностей на каждой операции, количество и границы линейных технологических размеров на ка ждой операции, шероховатость обрабатываемых поверхностей на каждой операции.
б) При расчете линейных технологических размеров может вводиться часть информации пункта а) то есть следующее: таблица линейных техноло гических размеров - номера операций, количество и номера базовых торцо вых поверхностей на каждой операции, количество и границы линейных тех нологических размеров на каждой операции.
в) При расчете диаметральных размеров также может вводиться часть информации пункта а) - номера операций, количество и номера базовых диаметральных поверхностей на каждой операции, количество и номера об рабатываемых поверхностей на каждой операции, количество и границы ра диальных технологических размеров на каждой операции
При работе САЕ-системы может потребоваться автоматическое формирование следующей информации. 1. Информации о технологическом процессе с помощью подсистемы моделирования технологического маршрута с учетом типа производства. 2. Вариантов простановки линейных и диаметральных технологических размеров. 3. Данных, необходимых для размерного анализа линейных и диаметральных технологических размеров. 4. Данных, необходимых для визуализации исходных данных и результатов моделирования - изображения плана механической обработки. 5. Величин технологических допусков. 6. Величин припусков.
В разрабатываемой системе реализованы вышеперечисленные пункты 1, 3, 4, 5, 6 и остался неформализованным пункт 2. Решение задачи назначения вариантов простановки линейных и диаметральных технологических размеров является трудноформализуемой задачей и требует отдельного исследования, которое не вошло в рамки данной диссертационной работы.
Модели детали для расчета технологических размеров
При подготовке исходных данных для расчета технологических размеров применяются информационные модели детали и технологического процесса её механической обработки. Построение моделей рассмотрим на примере детали типа тела вращения. Для деталей других типов подготовка данных выполняется аналогично.
При построении модели детали и технологического процесса механической обработки используется не вся информация о детали, а только часть, связанная с расчетом линейных или диаметральных и радиальных технологических размеров.
Модель детали при расчете линейных технологических размеров (ЛТР) представляет собой эскиз детали (рис. 17), на котором показан контур детали без указания фасок и радиусов скруглений, проставлены и пронумерованы порядковыми номерами линейные конструкторские размеры (ЛКР), которые будут участвовать в расчете ЛТР.
Границы ЛКР также нумеруются, начиная с крайнего левого торца, слева направо в возрастающем порядке. Номера границ, которые открыты влево, должны иметь знак минус. Номера границ могут проставляться непосредственно возле поверхности или возле выносной линии. Оба варианта показаны на рис. 17. При необходимости в модель можно включить ЛКР, связывающие не только торцы, например: глубину термообработки, толщину покрытия. При этом необходимо подобные размеры и их границы включить в нумерацию. Заданные чертежом номинальные значения конструкторских размеров с верхним (В.О.) и нижним отклонением (Н.О.) и с номерами левой и правой границ заносятся в табл. 10.
Модель детали при расчете диаметральных и радиальных технологических размеров (ДРТР) представляет собой аналогичный эскиз детали (рис. 18), на котором проставлены и пронумерованы порядковыми номерами диаметральные и радиальные конструкторские размеры ДРКР, которые будут участвовать в расчете ДРТР, причем вначале в возрастающем порядке нумеруются диаметральные размеры, а затем радиальные.
Границы ДРКР также нумеруются, начиная с поверхности с наименьшим диаметром, снизу вверх в возрастающем порядке. Номера границ, которые открыты к оси детали, должны иметь знак минус. Радиальные конструкторские размеры, в отличие от диаметральных, имеют две границы, например, у размера 9 границы 5 и -7; другие варианты радиальных размеров: глубина термообработки, толщина покрытия. Заданные чертежом номинальные значения ДРКР с отклонениями и с номерами границ заносятся в левую половину табл. 11. Для радиальных размеров первым указывается номер границы с меньшим значением диаметра. В таблицу также заносятся значения конструкторских отклонений расположения: отклонения от соосности и радиальные биения с указанием номеров границ, между которыми заданы отклонения. Первым указывается номер базы. Вид отклонения кодируется следующими числами: 1 - радиальное биение, 2 - отклонение от соосности.
Первым этапом решения задачи представления информации в виде, при котором по этой информации непосредственно с помощью графических операторов языка программирования высокого уровня могут быть построены изображения, является этап количественного описания контуров геометрических моделей. На данном этапе информация разделяется на структурную (топологическую) и количественную (размерную) [48], что дает возможность дальнейшей параметризации изображений.
Рассмотрим модель изображения только контура эскиза геометрической модели детали. На эскизе проводятся вертикальные и горизонтальные линии через поверхности и на их пересечении обозначаются кромки. Заполняется табл. 12 обобщенных координат точек контура - номеров вертикалей и номеров горизонталей, на пересечении которых находится описываемая точка (структурная информация). Определяются координаты R горизонталей и Z вертикалей по размерам детали заносятся соответственно в табл. 13 и 14 (размерная информация).
Определение количества ступеней обработки по шероховатости поверхности
Проектирование технологических процессов механической обработки является трудоемкой творческой задачей. Применение ЭВМ для решения этой задачи возможно только при представлении технологического процесса в формализованной и алгоритмической форме [39]. Цель проводимых авторами исследований - применение компьютерного моделирования для первой стадии проектирования процесса обработки - составления плана технологического процесса. План является результатом решения только основных технологических задач: определения количества операций, последовательности обработки поверхностей, выбора схем базирования и закрепления детали.
В качестве объектов моделирования используются простая деталь типа тела вращения, имеющая четыре отличающиеся допустимой шероховатостью поверхности (рис. 51), и план технологического процесса ее обработки, составленный в соответствии с типовыми правилами (рис. 52). Размерная информация не принимается в рассмотрение. Поверхности детали на чертеже обозначены цифрами 1, 2, 3, 4. Те же поверхности обозначены соответствующими цифрами на операционных эскизах плана технологического процесса.
При формализации используется информация о технологическом процессе, связанная с задачами моделирования. Важной задачей технологии машиностроения является определение закономерностей выбора обрабатываемых поверхностей и выбора базовых поверхностей на каждой операции. Информация о последовательности обработки поверхностей содержится в схеме обработки (рис. 53).
Схема обработки содержит числовые обозначения всех поверхностей (как торцев, так и цилиндрических поверхностей) на всех этапах обработки. Обозначение должно состоять из двух элементов - номера поверхности готовой детали, к которой относится рассматриваемая поверхность, и номера ступени обработки, показывающего количества обработок рассматриваемой
поверхности, причем поверхности заготовки соответствует обозначение ступени обработки 0 (ни одной обработки), а поверхности готовой детали соответствует обозначение ступени и, где п - общее количество удаляемых припусков или напусков. Исходя из этого, поверхности будем обозначать десятичными дробями (рис.53), целая часть которых указывает номер поверхности готовой детали, а дробная часть - ступень обработки (0 - заготовка, 1 -первая ступень, 2 - вторая ступень и т.д.).
Дальнейшая формализация заключается в определении исходных данных и результатов проектирования и в разработке правил обработки и базирования, которые позволят составить строгий алгоритм.
Исходными данными при проектировании плана технологического процесса механической обработки детали примем значения допустимой шероховатости четырех поверхностей готовой детали.
Результатом проектирования будет таблица плана технологического процесса с номерами базовых и обрабатываемых поверхностей на каждой операции.
Правило 1. По величине допустимой шероховатости поверхностей готовой детали определяется количество удаляемых припусков в соответствии с условиями: а) если параметр шероховатости Rz 160, то количество припусков равно 0 и поверхность не обрабатывается; б) если параметр Rz 40 и R 160, то припусков 1; в) если параметр Ra 5 и Rz 40, то припусков 2; г) если параметр Ra 1,25 и Ra 5, то припусков 3; д) если параметр Ra 0,16 и Ra 1,25, то припусков 4; е) если параметр Ra 0,16, то припусков 5.
Правило 2. Поверхности, служащими базами на первой операции, являются внешняя цилиндрическая поверхность и левый торец.
Правило 3. На каждой операции обрабатывается только одна поверхность - либо цилиндрическая, либо торец. Последовательность операций: обработка начинается с правого свободного торца, затем обрабатывается внутренняя цилиндрическая поверхность, далее - левый торец и внешняя цилиндрическая поверхность, после чего цикл обработки повторяется; обработка продолжается, пока не будут удалены все предусмотренные припуски. Правило 4. За новую базовую поверхность принимается последняя обработанная поверхность. Правило 5. За одну операцию с обрабатываемой поверхности удаляется только один припуск. Алгоритм проектирования плана механической обработки простой детали разрабатывается на основе применения обозначений поверхностей на схеме обработки и разработанных правил обработки и базирования.
Общая блок-схема алгоритма программы представлена на рис. 54.
План технологического процесса, спроектированного с применением ЭВМ может отличаться от плана, составленного вручную в соответствии с типовыми правилами последовательности обработки и базирования. На основе анализа отличий формулируются более совершенные правила, закладываемые в основу алгоритма проектирования плана технологического процесса механической обработки детали.
