Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ работ, выполняемых в рамках технологической подготовки производства и способы повышения их производительности 8
1.1 Состав и структура задач, решаемых в рамках технологической подготовки производства 8
1.2 Подходы к проектированию технологических процессов изготовления деталей. Повышение производительности проектных работ 14
1.3 Автоматизация проектирования технологических процессов изготовления деталей 24
1.4 Цель и задачи работы 31
Глава 2. Методика проектирования индивидуальных технологических процессов изготовления деталей 34
2.1 Подходы к формализованному описанию машиностроительных деталей 35
2.2 Методика выбора технологических баз для обработки элементов детали 52
2.3 Назначение планов обработки элементов детали и построение технологического маршрута обработки 84
2.3.1 Формализованное описание планов обработки поверхностей детали 85
2.3.2 Определение параметров переходов обработки: оборудования, оснастки, режимов резания 91
2.3.3 Построение маршрута обработки 96
2.4 Выводы по главе 102
Глава 3. Программные средства разработки технологических процессов изготовления деталей 103
3.1 Состав, структура и назначение программных средств модуля проектирования ТП 105
3.2 Программные средства описания машиностроительной детали 109
3.3 Программные средства назначения комплектов технологических баз 116
3.4 Программные средства назначения планов обработки и построения технологического маршрута 120
3.5 Программные средства оформления и тиражирования результатов проектных работ 125
3.5.1 Структура форм технологических документов 125
3.5.2 Программные средства описания бланков технологической документации 128
3.6 Выводы по главе 133
Основные результаты и общие выводы по работе 135
Список литературы 137
Приложения 146
- Подходы к проектированию технологических процессов изготовления деталей. Повышение производительности проектных работ
- Методика выбора технологических баз для обработки элементов детали
- Определение параметров переходов обработки: оборудования, оснастки, режимов резания
- Программные средства назначения планов обработки и построения технологического маршрута
Введение к работе
Машиностроение - огромная отрасль производства, которая создает машины, оборудование, вычислительную технику, транспортные средства; одним словом все, что применяется повсеместно. Машины окружают нас повсюду, с их помощью поддерживаются привычные условия жизни: подается вода, электроэнергия, тепло; производятся продукты питания, предметы одежды и обихода. Жизнь человека трудно представить без машин. Они являются помощниками и часто заменяют человеческий труд, поэтому вопросам их создания и совершенствования всегда уделялось огромное внимание.
Цель создания любой продукции — удовлетворение каких-либо потребностей человека и общества. В условиях современной рыночной экономики о потребностях общества можно судить по состоянию рынка товарной продукции: если какая либо потребность общества не удовлетворена в полной мере, то это приводит к дефициту продукции или услуг, призванных ее удовлетворить. Следовательно, создание дополнительного количества данного вида продукции, а также более совершенных аналогов, будет востребовано обществом и с высокой долей вероятности принесет экономический эффект. Таким образом, анализ рынка позволяет определить направление деятельности вновь создаваемого или существующего предприятия.
Природа предоставляет в распоряжение человека минимум предметов, пригодных к использованию сразу, без какого-либо преобразования. Поэтому почти всегда человеку прходится путем качественных изменений предоставленных ему предметов природы приспосабливать их для удовлетворения своих потребностей.
Любое целенаправленное качественное изменение невозможно без соответствующей технологии. Поэтому технология как таковая и технология машиностроения в частности являются основополагающими элементами в производственной деятельности человека, определяют технический прогресс любого государства и общества, оказывают решающее влияние на жизненный уровень людей.
Обострение конкуренции на рынке машиностроительной продукции, непрерывное усовершенствование конструкций машин, рост требований к их качеству вызывают насущную необходимость резкого сокращения производственно-технологического цикла создания машин, а также повышения качества принимаемых проектных решений. Наиболее остро эта необходимость ощущается в технической подготовке производства, которая является важнейшим этапом жизненного цикла изделия, и затраты времени и средств на которую зачастую значительно превышают затраты на само производство.
Развитие средств вычислительной техники (СВТ) и информационных технологий доказали возможность повышения производительности в различных областях деятельности человека [1, 7, 33, 35, 50]. Использование кульмана для подготовки конструкторской документации, расчеты с применением логарифмической линейки и математических таблиц, оформление технологических процессов на пишущей машинке постепенно уходят в прошлое. Предприятия, ведущие работы без применения соответствующих СВТ или с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из-за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и низкого качества проектов. Компьютерные средства автоматизации приходят как в проектные отделы, конструкторские бюро и офисы, так и в производственные цеха и подразделения. Это дает существенный выигрыш в сроках выполнения работ, а значит, позволяет более оперативно реагировать на стремительно изменяющиеся условия рынка.
В настоящее время разработано и используется большое количество программных приложений и комплексов, позволяющих облегчить труд человека, повысить его качество и производительность [1, 13, 35, 43, 46, 57, 58, 60, 76, 81]. Однако, если во многих областях деятельности человека, таких как бухгалтерия, склад, конструкторская подготовка, разработка программ для станков с ЧПУ и др. компьютерная автоматизация достигла больших успехов, то в технологической подготовке производства уровень автоматизации работ по-прежнему остается достаточно низким. Связано это в первую очередь с особенностями данной предметной области.
Таким образом, повышение производительности труда при выполнении проектных работ в технологической подготовке производства, в том числе с использованием средств автоматизации, в настоящее время является одной из наиболее актуальных и трудно решаемых проблем современного машиностроения.
Настоящая работа является попыткой предложить решение одной из важных научно-технических проблем, заключающейся в развитии теории и практики проектирования технологических процессов изготовления деталей и разработки на их основе систем автоматизированного проектирования.
Работа выполнена на кафедре «Технология газонефтяного машиностроения» Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина.
Подходы к проектированию технологических процессов изготовления деталей. Повышение производительности проектных работ
Проектирование ТП изготовления различных деталей является важнейшим этапом ТИП. Именно качество спроектированного техпроцесса в наибольшей степени определяет качество изготавливаемой продукции, а сокращение времени проектирования позволяет в кратчайшие сроки начать производство.
Первые навыки изготовления необходимых человеку благ появились еще в древности. Их можно считать первыми ТП. Со временем знания и навыки мастеров накапливались и обобщались, появлялись первые промышленные ТП, однако наиболее остро вопрос о разработке и внедрении процессов изготовления изделий встал в начале XX в. в связи с бурным развитием техники.
Все возрастающий спрос на промышленную продукцию приводит к необходимости организации все новых и новых производств. Непрерывное усложнение конструкции изделий, повышение требований к их качеству привели к необходимости проведения тщательной подготовки к производству, документированию проектных решений и контролю их выполнения. Сложность и многообразие задач, возникающих в процессе подготовки производства, привели к возникновению технологии машиностроения как научной дисциплины. Первыми книгами по технологии машиностроения были труды И.В. Двигубского, И.И. Тиме, А.П. Гавриленко и др. Это были основные курсы, по которым учились несколько поколений русских инженеров.
С тех пор вопросам проектирования технологических процессов и общей технологии машиностроения уделялось и уделяется огромное внимание.
Разработке теоретических основ технологии машиностроения и комплексным исследованиям в этой области посвящены работы А.П. Соколовского, В.М. Кована, Б.С. Балакшина, СП. Митрофанова, А.А. Маталина, М.Е. Егорова и др [10, 29, 36, 40, 61]. Эти работы послужили основой создания и формирования дисциплины «Технология машиностроения». Из последних трудов, определяющих современное состояние и уровень развития технологии машиностроения, можно отметить работы А.Г. Суслова, A.M. Дальского, И.М. Колесова, Ю.М. Соломенцева, Б.М. Базрова, В.А. Тимирязева и др [3, 4, 50, 52,54,65,66].
В результате многочисленных исследований [3, 10, 29, 32, 36, 40, 42, 43, 52, 61, 67] сформировалось несколько подходов к проектированию технологии и организации работ в ТПП.
Исторически первым и наиболее распространенным до настоящего момента типом технологии является единичная (индивидуальная) технология, когда технологические процессы разрабатываются индивидуально для каждой конкретной детали и для каждой конкретной сборочной единицы. Индивидуальная технология позволяет в полной мере учесть все особенности предмета производства, однако обладает рядом недостатков, основным из которых является большая трудоемкость ТПП. Кроме того, оказалось, что на различных предприятиях, несмотря на различие в выпускаемой продукции, технологи зачастую выполняют одни и те же проектные процедуры. Учитывая, что в среднем машиностроительное изделие примерно на 70% состоит из общемашиностроительных узлов и деталей, на предприятиях разрабатывается огромное количество ТП их изготовления, качество которых во многом зависит от квалификации и опыта проектировщика. При этом наиболее удачные и высокоэффективные решения, разработанные каким-либо предприятием, просто терялись в огромном разнообразии, и эти разработки практически не находили применения на других предприятиях.
Таким образом, проектирование индивидуального технологического процесса отличается большим разнообразием возможных вариантов решения. Учитывая ограниченность времени, отводимого на разработку ТП, четко обосновать каждое из принятых решений объективными технико-экономическими расчетами не представляется возможным.
Первым шагом в направлении устранения этих недостатков стала идея типизации ТП, предложенная проф. А.П. Соколовским [61]. Сущность типизации ТП состоит в том, что на основе предварительного изучения и анализа частных особенностей деталей, производится обобщение лучших достиже- -ний практического опыта, причем этим особенностям придается характер технологических закономерностей, распространяемых на соответствующие классификационные группы. В задачи типизации входило повышение производительности проектирования технологических процессов, уменьшение их разнообразия и сокращение, тем самым, сроков ТИП, используя при этом последние достижения науки и техники и внедряя их на машиностроительные предприятия в форме типовых технологических процессов. Типовой технологический процесс характеризуется общим технологическим маршрутом изготовления, единством содержания и последовательности большинства операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.
Таким образом, типизация подразумевает необходимость классификации изделий и их элементов. В задачу классификации входит приведение всего многообразия деталей к минимальному числу типов, для каждого из которых можно разработать технологические процессы.
Типовая технология, обладая рядом преимуществ, основным из которых является то, что она может быть применима не для одной, а для группы деталей, в то же время не лишена серьезных недостатков.
Приобретая универсальность, типовой технологический процесс в тоже время теряет свою индивидуальность, присущую единичным ТП. В результате ТП не может полностью учесть всех особенностей конкретной детали, несмотря на то, что она уже классифицирована. Не спроста, например, на Урал-машзаводе такие ТП называют «слепыми» [72]. В итоге, типовой ТП зачастую бывает далек от наилучшего для данной детали, что в некоторых случаях даже может привести к снижению ее качества.
Кроме того, в настоящее время все более остро встает проблема классификации деталей на типы: конструкции деталей постоянно усложняются, повышаются требования к компактности, эргономичности, эстетичности деталей, а выполнение деталью ее служебного назначения временами требует наличия очень сложных пространственных поверхностей. В результате на такую деталь разрабатывается единичный ТП. Если учесть, что, например, в современном автомобильном двигателе практически каждая деталь уникальна, то все преимущества типовой технологии сводятся на нет. Все вышесказанное в наибольшей степени относится и к корпусным деталям, поскольку, несмотря на типовую принадлежность (детали типа «корпус»), их конструктивное исполнение может быть на столько различным, что количество типовых ТП будет таким большим, что не принесет должного эффекта.
Таким образом, можно сделать вывод, что применение типовой технологии с целью сокращения сроков ТПП целесообразно только в случае, если предприятие выпускает большую номенклатуру несложных однородных деталей. Это, как правило, заводы, продукцией которых являются комплектующие, приобретаемые другими предприятиями. Например, крепежные изделия, зубчатые колеса, шкивы, гидро- и пневмоцилиндры и др. Следовательно, идея типовой технологии не является универсальным средством повышения производительности в ТПП, а применительно к проектированию ТП для некоторых групп деталей (в т. ч. корпусных) обладает весьма незначительным эффектом.
Методика выбора технологических баз для обработки элементов детали
Прежде чем производить обработку любой поверхности или группы поверхностей детали, деталь должна быть установлена на станке в требуемом положении с определенной точностью, т.е. произведено ее базирование и закрепление.
Как было отмечено ранее, выбор комплектов технологических баз (КТБ) является одним из наиболее сложных и трудно формализуемых разделов технологии машиностроения, а обобщенная методика выбора КТБ при проектировании ТП отсутствует. Однако нет сомнения в том, что наличие такой методики позволит не только повысить качество проектирования ТП, но и автоматизировать данную процедуру, используя средства вычислительной техники.
Методика решения любой задачи - регламентированная последовательность действий, выполнение которых с учетом принятых критериев и ограничений позволяет достичь поставленную в задаче цель, представив ре зультатьт решения задачи тем или иным предварительно заданным способом, т. е. описанием задачи на внешнем уровне.
Целью решения задачи назначения КТБ является обеспечение ТУ на деталь в ходе ТП ее изготовления, а результатом - последовательность смены КТБ, которая на внешнем уровне описания может быть представлена соответствующей структурной схемой. Очевидно, что критериями выбора КТБ при проектировании ТП являются связи (ТУ) детали, а ограничениями - точность связей, заданная конструктором на рабочем чертеже детали.
Следовательно, вся информация, необходимая для разработки методики целенаправленного выбора КТБ, за исключением структурной схемы последовательности смены КТБ в ходе ТП изготовления детали, имеется. Для построения структурной схемы последовательности смены КТБ необходимо провести анализ причинно-следственных связей (отношения) между связями детали и КТБ, которые могут быть реализованы в гипотетическом ТП изготовления детали.
ТП механической обработки любых машиностроительных деталей, как известно, представляет упорядоченное множество О = {О], 02, ..., (} технологических операций. На каждой операции Oj ТП за один или несколько ус-тановов от поверхностей детали, входящих в состав КТБ осуществляется обработка поверхностей детали. Учитывая, что в процессе реализации ТП каждому установу заготовки соответствует один постоянный КТБ, то ТП изготовления детали целесообразно представить в виде упорядоченной последовательности установов У = {У,, У2, ..., Уп}, каждому из которых ставится в соответствие КТБ (В() и множество групп поверхностей, обрабатываемых от этого КТБ (Pt). При этом каждая операция состоит из одного или нескольких установов (рис. 2.2.1).
КТБ на любом установе (В,), за исключением первой операции, представляет совокупность уже обработанных поверхностей, входящих в состав выделенных у детали групп поверхностей. То есть, для любого і 1: В, е Pj, причем / j. Следовательно, элементы множества В находятся друг с другом в бинарных отношениях потому, что среди этих элементов всегда найдется элемент Вр поверхности которого при реализации ТП представляют КТБ для обработки поверхностей, входящих в состав элемента Bt. Бинарные отношения между элементами множества В (рис. 2.2.2) выражаются посредством технологических связей (отклонения от взаимного расположения, линейные или угловые размеры). С учетом того, что различным установам заготовки могут соответствовать одни и те же КТБ, на схеме они обозначены одинаковыми номерами.
Полученную структурную схему можно трансформировать в граф-дерево последовательности формирования КТБ в ходе ТП изготовления де тали (рис. 2.2.3). Узлами графа являются КТБ, а дугами - технологические связи, реализуемые в ходе ТП механической обработки.
Определение параметров переходов обработки: оборудования, оснастки, режимов резания
После того, как состав переходов для получения всех поверхностей детали определен, для каждого перехода требуется подобрать: - операцию, в рамках которой будет выполняться переход; - оборудование, на котором будет выполняться переход; - приспособление, требующееся для выполнения перехода; - инструмент (режущий, вспомогательный, измерительный), применяемый на переходе; - материалы, требующиеся для реализации перехода (например, СОЖ); - режимы резания на переходе. Анализ причинно-следственных связей, действующих между группами данной информации при проектировании перехода обработки [9, 10, 55, 63, 66, 67] позволяет определить последовательность ее формирования. Условно ее можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 2.3.6. Стрелками на этой схеме показано влияние данных одной группы на содержание информации другой группы. Например, для назначения режимов резания требуется знать: наименование перехода, режущий инструмент, станок, а также информацию о наличии СОЖ. В тоже время, для определения наименования операции достаточно информации только о применяемом станке. Кроме того, на выбор информации каждой группы влияют параметры заготовки (на схеме не указаны): материал, твердость, состояние поверхности и др. На схеме приведены только основные связи, оказывающие непосредственное влияние на выбор информации о переходе. Так в некоторых случаях могут появляться «второстепенные» связи. Например, иногда применяемое приспособление может оказывать некоторое влияние на режимы резания, а тип перехода повлиять на выбор приспособления.
Такие связи учитываются для определенных типов поверхностей (групп поверхностей) в индивидуальном порядке. Таким образом, рассмотренная схема позволяет на основе информации об обрабатываемой поверхности и используемом при обработке КТБ, т.е. на основе решения задачи назначения КТБ (п. 2.2) определить состав и параметры всех переходов, требуемых для получения данной поверхности. Источником информации при традиционном проектировании переходов ТП служит различная справочно-нормативная литература: каталоги справочники, классификаторы, ГОСТы и др. Анализ данной литературы и методов поиска в ней информации позволяет выделить перечень баз данных (БД), необходимых для автоматизированного проектирования переходов ТП (табл. 2.3.1), а также определить алгоритмы поиска и выбора информации из этих БД. В формировании БД могут быть применены методы теории баз данных, алгоритмы поиска и обработки информации на основе специальных проблемно-ориентированных языков программирования [35, 42, 43, 44, 67] и другие современные информационные технологии.
Учитывая различия в технологическом оснащении машиностроительных предприятий и в содержании информации, применяемой при выполнении проектных работ, необходимо использовать такие программные средства, которые позволят пользователям самостоятельно проводить формализованное описание этой информации и создание соответствующих БД. Вернемся к примеру из п. 2.3.1 и определим на основе схемы рис. 2.3.6 и табл. 2.3.1 параметры переходов, выбранных для получения резьбового отверстия КГП1, входящего в состав массива МГПЗ. - на основе КТБ для обработки, выбранного в п. 2.2 (АГП1) выбираем по справочнику приспособление: стол поворотный ГОСТ 16936-71; - на основе информации о приспособлении формируем установочный переход: установить заготовку на поворотный стол, закрепить, снять. - на основе информации о переходе и поверхности формируем текст перехода: сверлить отверстие 06,7 на глубину 20 мм, выдерживая 085 мм. - на основе информации о переходе определяем по справочнику режущий инструмент: сверло 06,7 ГОСТ 4010-77. - на основе информации о переходе, режущем инструменте и приспособлении определяем по справочнику оборудование: вертикально сверлильный станок 2Н135; - на основе информации о переходе и обрабатываемом материале определяем необходимость применения СОЖ: не требуется; - на основе информации о переходе, обрабатываемом материале, инструменте и оборудовании определяем режимы резания
Программные средства назначения планов обработки и построения технологического маршрута
Методика выполнения работ на этапе 2 принципиально ни чем не отличается от этапа 1, т. е. представляет собой диалог, в котором система предлагает пользователю определенное проектное решение, а пользователь может согласиться с ним, получить альтернативный вариант или предложить свой.
Результатом решения задачи является двухуровневый граф дерево, аналогичный рис. 2.2.19, представляющий собой множество КТБ и множество элементов детали, обрабатываемых от этих КТБ (рис. 3.3.7).
На этом решение задачи автоматизированного назначения КТБ для обработки элементов детали завершается и осуществляется переход к следующему этапу проектирования ТП - назначению планов обработки элементарных и комплексных поверхностей, из которых состоит деталь.
Следующим этапом в процессе проектирования ТП, в соответствии с разработанной методикой (гл. 2), является назначение планов обработки поверхностей и групп поверхностей детали. Решение задачи назначения планов обработки выполняется с помощью программных средств, запуск которых в работу осуществляется автоматически после завершения проектных работ на предыдущем этапе и нажатия кнопки «Далее» (рис. 3.3.7).
Общий вид окна модуля для назначения планов обработки представлен нарис. 3.4.1. представлен граф-дерево КТБ, полученный на предыдущем этапе проектирования, расширенный до элементов, подлежащих обработке (элементарных поверхностей и комплексных групп поверхностей), т.е. до элементов на которые требуется назначить планы обработки. В правой части окна расположены компоненты, позволяющие просмотреть параметры выбранного в дереве элемента, а также параметры (внешние связи), которые должны быть получены в процессе реализации выбранного плана.
Назначение планов обработки происходит на основе имеющихся в системе баз данных по планам обработки автоматически при нажатии кнопки «Начать». Результат этой операции представлен на рис. 3.4.2.
Сформированная для каждого требуемого элемента детали таблица «План обработки» позволяет просмотреть переходы назначенного плана, а также параметры качества поверхности, достигаемые на каждом переходе. В случае несогласия пользователя с произведенным выбором, функции модуля позволяют провести корректировку полученного плана обработки: выбор из базы данных другого плана обработки; добавление перехода в план обработки из библиотеки переходов; щ - удаление перехода из плана обработки;
После корректировки состава переходов и нажатия кнопки «Далее» в соответствии с методикой проектирования ТП происходит назначение параметров переходов: оборудования, оснастки, режимов резания и т. д. Эта процедура также производится автоматически на основе имеющихся в системе баз данных, а ее результат представлен на рис. 3.4.3.
Теперь необходимо провести объединение переходов в операции и расположить операции в правильной последовательности. Эта операция производится автоматически после нажатия кнопки «Далее». В результате получаем дерево ТП (рис. 3.4.4). Нажатие кнопки «Далее» приводит к окончанию процесса автоматизированного проектирования ТП и переносу данных в специальный технологический редактор (рис. 3.4.6). Технологический редактор позволяет просмотреть спроектированный ТП в текстовом режиме, а также провести его окончательную корректировку. Кнопки в верхней части окна редактора имеют следующее функциональное назначение: @У - открывает доступ к базам данных системы с целью выбора из них информации и вставки ее в текст ТП; [#! - переход в раздел «Печать»; m отменить последнее выполненное действие; ащ - добавить в текст ТП разделителей в соответствии с разметкой; удалить из текста ТП разделители; представить ТП в виде дерева (по аналогии с рис. 3.4.5); Заключительной операцией процесса разработки ТП изготовления детали является его оформление в соответствии со стандартами (ЕСТД).
