Выбор структуры S = < M, R > при автоматизированном проектировании ТП является основной и до конца нерешенной задачей несмотря на большой опыт разработок и внедрения САПР в практику проектирования Причина заключается в том, что входные параметры ( х, р ) и выходные параметры оператора проектирования - у являются в свою очередь структурами Sвх и Sвых и связь F между структурами Sвх , Sвых и S не может быть представлена аналитически в силу того, что математическая теория преобразования структур применительно к задаче проектирования ТП в настоящее время еще не разработана.
При автоматизированном проектировании ТП связь F реализуется в алгоритмической форме, то есть на основе моделирования обработки заготовки в конкретном производстве входные параметры ( х, р ) преобразуются в выходные. Алгоритмические связи F относятся к разряду поточечных (входная точка - выходная точка) и не позволяют использовать математические методы оптимизации сложных систем.
Особенность проектирования ТП на основе унификации заключается в том, что структура ТП для единичной детали получается из структуры унифицированного ТП с последующим редактированием. В частности,
планы обработки поверхностей единичной детали получаются из планов обработки соответствующих поверхностей унифицированной детали споследующим удалением «лишних» переходов или добавлением новых переходов. Последовательность обработки поверхностей единичной детали устанавливается путем установления соответствие j между поверхностями pi единичной детали d2 и qj унифицированной деталями.
Так же важным направлением повышения автоматизации проектирования технологической подготовки машиностроительного производства является использование принципов унификации технологических решений (технологических процессов изготовления деталей – аналогов, типовых и групповых технологических процессов) [1, 2]. Эффективность использования принципов унификации ТП заключается в том, что при выборе структуры ТП используется опыт проектирования ТП деталей той же группы, что и рассматриваемая деталь. Под структурой ТП понимается состав технологических переходов, последовательность их выполнения и группирование переходов в позиции, установы и операции. Две детали имеют одинаковую структуру ТП, если сохраняется последовательность выполнения переходов (см. рис.1) и выполняются условия (1, 2).
Рис. 1 Последовательность выполнения переходов.
На рисунке 1 pi = ( p ib , p io) и q j = ( l jb , l jo) и технологические переходы унифицированного и единичного ТП; p ib и l jb - поверхности технологических баз; p io и l jo - обрабатываемые поверхности; j – однозначное отображение множества переходов ТП единичной детали d2 на множества переходов ТП унифицированной детали d1.
l jo = j (p io)
( 1 )
то есть поверхности при отображении j сохраняются.
Для любой пары переходов детали выполняется условие:
,
( 2 )
то есть выполняется последовательность обработки.
Таким образом, при проектировании маршрутных и маршрутно-операционных ТП структура ТП передается из унифицированных деталей на рассматриваемую и остается проблема расчета параметров (шифров оборудования и оснастки, припусков, технологических размеров, показателей качества на каждом переходе, режимов резания и норм времени), то есть характеристик переходов, которые отражены в технологических картах. Необходимость расчетов параметров ТП определяется тем, что автоматический перенос параметров из унифицированных ТП на единичную деталь невозможен, так как параметры существенно зависят от размеров детали.
При токарной обработке заготовки унифицированной детали в центрах унифицированный ТП имеет вид:
ТП = (8,4),(8,7),(8,3),(8,6),(8,2),(8,5),(8,1)
При токарной обработке заготовки унифицированной детали в патроне унифицированный ТП имеет вид:
ТП = (1,4),(1,7),(1,3),(1,6),(3,1),(3,5),(3,2)
Для единичной детали ступенчатого вала (см. рис.) при токарной обработке заготовки единичной детали в центрах ТП имеет вид:
ТП = (6,3),(6,4),(6,2),(6,5),(6,1)
Для единичной детали ступенчатого вала (см. рис.) при токарной обработке заготовки единичной детали в патроне ТП имеет вид:
ТП = (1,3),(1,4),(1,2),(3,1),(3,5).
Функция соответствия между поверхностями единичной и унифицированной деталью имеет вид:
j
p = {1,5,2,4,3} [ l = {2,6,3,7,4}.
К унифицированным технологическим процессам относятся:
- ранее разработанные ТП деталей-аналогов;
- типовые технологические процессы;
- групповые технологические процессы.
Процесс автоматизированного проектирования ТП на основе унификации с использованием перечисленных вариантов содержит следующие общие этапы:
- классификация деталей по конструктивным и технологическим признакам (этап 1);
- создание информационной базы по деталям и технологическим процессам их изготовления (этап 2);
- разработка конструкции унифицированной детали - представителя каждого класса (этап 3);
- организация поиска унифицированной детали для единичной детали (этап 4);
- отображение унифицированной детали на экран дисплея для анализа (этап 5);
- отображение унифицированного ТП на экран дисплея (этап 6);
- редактирование унифицированного ТП с учетом отличий унифицированной детали от единичной (этап 7).
Перечисленные этапы имеют особенности для каждого варианта унификации. Рассмотрим эти особенности.
6.1. Проектирование ТП на основе детали-аналога
Процесс проектирования можно представить с помощью следующей диаграммы (рис.6.1).
Выбранная деталь-аналог ТП детали-аналога
Рассматриваемая деталь ТП детали
Рис.6.1 Диаграмма проектирования ТП на основе детали-аналога
Этап 1 предполагает разбиение деталей на однородные классы с точки зрения служебного назначения и технологии изготовления в условиях рассматриваемого производства. Цель классификации деталей заключается в том, чтобы выбрать детали аналоги для единичных деталей.
К моделям первого этапа относятся модели идентификации и классификации объектов. В частности, при использовании таких показателей детали как класс или подкласс по машиностроительному классификаторуее сложность, степень обрабатываемости конструкционного материала, сложность обрабатываемых поверхностей, уровень автоматизации производства, серийность и др. возможны такие модели идентификации как модели многофакторного регрессионного анализа и другие модели статистической обработки данных (например, при идентификации обрабатываемости конструкционного материала необходимо устанавливать взаимосвязи между физико-механическими характеристиками материала и трудоемкостью его механической обработки)
Сущность моделей классификации объектов, как было указано ранее, заключается в том, чтобы:
- разбить множество разработанных ранее ТП деталей-аналогов на однородные группы с точки зрения технологии их изготовления классификация);
- установить правила сопоставления новой детали к конкретной группе (классифицирование).
В результате классификации деталей каждый класс определяется с помощью набора неравенств, которым удовлетворяют значения конструктивно технологических признаков.
В результате классифицирования устанавливается возможность соотнесения единичной детали рассматриваемому классу.
Этап 2 предполагает создание информационной базы по деталям аналогам i , которые содержат конструктивно технологические признаки x и логическую форму yi (x), необходимые для поиска унифицированной детали для единичной, и технологические процессы их изготовления, которые содержат характеристики технологических переходов и операции, с помощью которых выполняется редактирование.
Этап 3 предполагает, что унифицированными деталями являются все детали аналоги каждого класса.
Этап 4 заключается в расчете конструктивно технологических признаков единичной детали по ее описанию. С помощью этих признаков в информационной базе выполняется поиск детали, для которой логическая форма yi (x) = 1.
Этап 5 отображает конструкцию детали аналога на экран дисплея для визуального анализа сходства и различий единичной детали от аналога.
Этап 6 отображает технологический процесс днтпли аналога на экран дисплея для технологического анализа.
Этап 7 выполняет редактирование ТП детали аналога в ручном или автоматизированном режиме путем удаления лишних оперций и переходов, а также добавления новых операций и переходов для поверхностей, которые присутствуют в детали аналоге и отсутствуют в единичной детали или отсутствуют в детале аналоге и присутствуют в единичноц детали.
В практике автоматизированного проектирования ТП широко используются методы унификации, которые рассмотрены ниже.
Унифицированные ТП отражают общие элементы ТП - структурные и параметрические широкого класса деталей и поверхностей, широко используются в практике автоматизированного проектирования в силу следующих преимуществ:
- отражают многолетний опыт проектирования в технологических подразделениях завода, что повышает качество проектирования;
- снижается трудоемкость проектирования за счет снижения объема принимаемых технологических решений;
- повышается эффективность использования технологического оборудования и оснастки.
Унифицированные ТП подразделяются на типовые и групповые.
Типовой ТП характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций для изделий, обладающих общими конструктивными признаками – служебным назначением, геометрической структурой, поверхностями детали, требованиями к качеству, а также серийностью и уровнем автоматизации производства. Общими конструктивными признаками деталей заданного класса обладает деталь-представитель, для которой разрабатывается типовой ТП
Групповые ТП характеризуются в первую очередь общностью содержания технологических операций с точки зрения использования оборудования и оснастки. Групповой метод проектирования – метод унификации технологии производства, при котором для групп однородной по технологическим и конструктивным признакам продукции устанавливаются однотипные высокопроизводительные методы обработки с использованием однородных и быстропереналаживаемых орудий производства, при этом обеспечивается экономическая эффективность производства, необходимая быстрота его подготовки и переналадки.
Особенность проектирования на основе типизации заключается в редактировании типового ТП – путем удаления «лишних» операций и переходов на основе сопоставления обрабатываемых поверхностей проектируемой детали и детали-представителя. Сфера применения типизации – серийное и крупносерийное производство, для которого характерна небольшая номенклатура изготавливаемых изделий, приходящихся на одно рабочее место, При этом имеется возможность разработки конструкции детали-представителя и типового ТП. Для деталей, конструктивные особенности которой сильно влияют на выбор единых технологических баз и баз на первых операциях (например, корпусные детали), типизация ограничена.
Особенность проектирования ТП на основе группирования заключается в том, что проектирование ТП выполняется одновременно для нескольких деталей (например, деталей производственной программы), обрабатываемые поверхности группируются по технологическим признакам, то есть объединяются в групповые операции. При этом объединение осуществляется по критерию наилучшего использования оборудования и оснастки. Сфера применения методов группирования при проектировании ТП – мелкосерийное и серийное производство. Несмотря на большую номенклатуру изготавливаемых деталей, что характерно для мелкосерийное производство, многие детали неразличимы по технологическим признакам, искусственно повышается серийность производства.
Далее последовательность проектирования на основе типизации и группирования
6.2. Проектирование ТП на основе типизации
Типовой ТП характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций для изделий, обладающих общими конструктивными признаками – служебным назначением, геометрической структурой, поверхностями детали, требованиями к качеству, а также серийностью и уровнем автоматизации производства. Общими конструктивными признаками деталей заданного класса обладает деталь-представитель, для которой разрабатывается типовой ТП
На этапе 1 разбиение ТП на классы осуществляется, так же как и при использовании деталей-аналогов с использованием конструктивно-технологических признаков, а описание каждого класса выполняется с помощью логики высказываний, где простое высказывание формализуется с помощью отношений =,>,< над значениями признаков, а составное высказывание, которое описывает каждый класс, формализуется с помощью логических операций «и», «или», «нет» над простыми высказываниями, например, класс деталей тел вращения типа крышек может быть представлен с помощью следующего высказывания L:
На этапе 3 выполняется разработка конструкции детали представителя каждого класса, которая содержит все поверхности рассматриваемого класса, причем при обработке каждой поверхности назначаются наибольшие требования к их обработке. Деталь представитель является унифицированной деталью. При использовании современных методов конструкторской параметризации конструкция детали представителя оформляется в виде параметризованного чертежа. При изменении переменных конструкции детали представителя в автоматическом режиме создаются чертежи деталей рассматриваемого класса.
На этапе 7 выполняется настройка типового ТП на единичную деталь.
Особенности настройки заключаются в том, используется операция удаления «лишних» операций и переходов с учетом того, что в единичной детали отсутствуют некоторые обрабатываемые поверхности и установлены меньшие требования качества к обработке отдельных поверхностей. В то же время при использовании методов проектирования по аналогы использованы операции удаления и довавления. При использовании конструкторско технологической параметризации операция настройки выполняется в автоматическом режиме (см. главу 8).
6.3 Проектирование ТП на основе принципов группирования
Группой называется совокупность деталей, характеризуемая при обработке общностью оборудования, оснастки, наладки всего технологического процесса или отдельных операций. Группа днталей при групповом производстве единством: технологическом (общность технологии), инструментальном (общность оснашения) конструкторском, и организационно плановом (единое планирование и организация производства) [ ].
Особенность этапа 1 классификации деталей заключается в том, что в основу классификации положен технологический признак и далее конструкторский.
На этапе 3 в качестве унифицированной детали разрабатывается комплексная деталь, которая берется в основу построения групповых процессов механической обработки. Под комплексной понимается реальная или условная (искусственно созданная) деталь, содержащая в своей конструкции все основные элементы, характерные для деталей данной группы, и являющаяся ее конструктивно технологическим представителем. Для тел вращения, например, комплексная деталь состоит из наружных и внутренних цилиндрически поверхностей, канавок, резьб, фасок и др.
Комплексная деталь служит основой при разработке группового процесса и групповых оснасток. Под групповой оснасткой понимается совокупность приспособлений и инструментов, обеспечивающая обработку всех деталей данной группы с применением небольших подналадок.
детали 
выполняется условие:
,
