Основные подходы к автоматизированному проектированию единичных технологических процессов

При проектировании единичных технологических процессов методом синтезарешение общей задачи синтезируется из выбираемых по определенному алгоритму решений частных задач (ЛТР).

Схема проектирования ТП включает семь этапов:

1 Ввод описания чертежа детали.

2 Синтез маршрутов обработки поверхностей детали.

3 Синтез принципиальной схемы ТП.

4 Синтез технологического маршрута обработки детали.

5 Синтез состава и структуры операций ТП.

6 Доработка ТП (расчет режимов резания, нормирование).

7 Оформление технологической документации.

После ввода конструкторской информации о детали осуществляется синтез маршрутов обработки отдельных поверхностей детали (МОП). Между методами обработки поверхностей и параметрами поверхности, достигаемыми с помощью этого метода, существует функциональная связь , в соответствии с которой поверхность с параметрами более низкого качества преобразуется в поверхность с параметрами более высокого качества посредством технологического метода . Любая последовательность методов, преобразующая поверхность заготовки, в поверхность детали, представляет собой вариант МОП. Количество возможных методов обработки и вариантов МОП велико. На конкретном предприятии оно ограничивается возможностями существующего оборудования, что несколько сокращает количество альтернативных МОП, но проблема выбора конкретного МОП для конкретной поверхности остается.

Пример результатов синтеза МОП для трех торцовых поверхностей втулки, представленный в виде трех линейных графов, приведен на рисунке 30. На рисунке приняты следующие обозначения: 10, 11, 12, 20, …, 31, 32, 33 – промежуточные состояния поверхностей детали, например, 31 – первое промежуточное состояние третьей поверхности.

Синтез принципиальной схемы ТП заключается в том, чтобы из отдельных МОП построить допустимые варианты ТП обработки детали. В базе данных хранится принципиальная схема, разбивающая будущий ТП на последовательность отдельных этапов обработки. Наличие принципиальной схемы позволяет проектировать ТП в порядке, обратном изготовлению детали, т.е. от заключительных этапов с известными параметрами детали, к черновым этапам, заканчивая выбором размеров и формы заготовки. Принципиальная схема ТП построена на основе анализа обработки деталей различных классов с учетом возможных комбинаций механической и термической обработки. Универсальная принципиальная схема состоит из 13 этапов (таблица 16).

С помощью условий принципиальной схемы ТП анализируется необходимость каждого из 13 этапов схемы, и выявляются те переходы из выбранных ранее в каждом МОП, которые должны быть выполнены на данном этапе. Соотнесение переходов МОП и самих промежуточных поверхностей с этапами принципиальной схемы ТП производится сравнением параметров поверхности заготовки и детали, обеспечиваемых переходом МОП, с параметрами, характеризующими один из 13 этапов схемы (выбирается самый близкий этап).

Рисунок 30 – Результаты синтеза маршрута обработки торцовых поверхностей детали «втулка»

В результате распределения переходов по этапам каждый этап будет содержать переходы одного или разных методов обработки с одинаковыми (или близкими) параметрами точности, шероховатости и т.д.

Рассмотрим распределение МОП по этапам принципиальной схемы ТП для примера обработки втулки с учетом закалки и последующего шлифования торца 3 (рисунок 2).

Исходными данными для синтеза маршрута обработки детали (МОД) являются структура принципиальной схемы ТП и сформированный набор методов (переходов) одного или разных МОП в каждом этапе. Каждый переход записан в промежуточные массивы в памяти компьютера в виде многоразрядного кода, состоящего из номера получаемой поверхности и кода метода обработки. Например, код перехода 31101 означает:

3 – номер поверхность детали (третья поверхность);

1 – первое промежуточное состояние этой (третьей) поверхности;

101 – метод обработки (получистовое точение), в результате которого первое промежуточное состояние третьей поверхности достигнуто.

Таблица 16 – Универсальная принципиальная схема ТП (по В. Д. Цветкову)

			Э1 – заготовительный
			Э2 – черновой
			Э4 – получистовой 1
			Э7 – термический 3
			Э8 – чистовой 1

Рисунок 31 – Распределение маршрута обработки поверхностей по этапам принципиальной схемы для примера с обработкой детали «втулка»

Код метода обработки определяет код применяемого оборудования. Переходы одного метода обработки, коды которых соответствуют одинаковым кодам оборудования (или метода обработки), образуют укрупненную операцию этапа. Сформируем массив кодов переходов для обработки детали «втулка» (рисунок 32).

Рисунок 32 – Массив рядов переходов для обработки детали «втулка»

Для укрупненных технологических операций этапов обработки характерна максимальная концентрация переходов, что равносильно одновременной обработке всех поверхностей. В производственных условиях такая операция не всегда может быть выполнена и требует разукрупнения на несколько простых операций. В ходе разукрупнения происходит упорядочение обработки поверхностей путем выбора обоснованной последовательности установов. После разукрупнения операций на несколько простых определяют последовательность их выполнения.

Таким образом, при формировании МОД решаются следующие задачи:

1 Определение состава технологических операций.

2 Разукрупнение укрупненных технологических операций на несколько простых.

3 Формирование последовательности технологических операций на каждом этапе.

4 Выбор типа оборудования для каждой технологической операции.

Первая задача (расчленение исходного набора переходов этапа на укрупненные операции) выполняется программным модулем, представляющим собой процедуру сортировки кодов, отобранных в этап переходов по признаку типа оборудования.

Вторая задача (разукрупнение укрупненных операций на простые) осуществляется определением их рационального состава и последовательности обработки на основании анализа отношений между поверхностями детали:

1) отношений наложения, когда одна поверхность расположена на другой и поэтому не может быть обработана раньше;

2) отношений точности взаимного расположения, когда в первую очередь должна быть обработана базовая поверхность, и только затем поверхности, точности взаимного расположения которых заданы относительно данной базовой поверхности и т. д.

Третья задача (формирование последовательности операций) выполняется путем выявления признаков технологической совместимости и предшествования. Две операции попарно совместимы, если состояние детали на выходе одной операции может быть исходным для другой.

Источником информации для решения четвертой задачи (выбора оборудования) являются технологические признаки кода перехода. Конкретная модель станка определяется с учетом габаритных размеров детали, требований точности, величины партии и других факторов.

Задача синтеза состава и структуры операций ТП состоит в определении оптимальной последовательности переходов, рациональной формы, окончательных и промежуточных размеров заготовки. Синтез оптимальной технологической операции включает в себя решение задач создания оптимальной структуры операции и определения ее оптимальных параметров (припусков, межпереходных размеров, режимов резания).

В основе синтеза оптимальной структуры заложен перебор конечного множества вариантов, состоящий из собственно синтеза очередного варианта, его оценки и принятия по результатам оценки решения о замене ранее выбранного варианта на новый вариант или о прекращении синтеза новых вариантов. Для оценки синтезируемых вариантов структуры операции вводится целевая функция с критерием оптимальности (минимум технологической себестоимости, максимум производительности операции).

Поскольку рассчитать значение целевой функции можно только после окончания синтеза структуры операции и определения оптимальных значений всех ее параметров, поиск оптимального варианта структуры перебором вариантов требует значительных затрат машинного времени. Поэтому на каждом шаге проектирования вводятся косвенные или эвристические (основанные на предыдущем опыте проектирования) критерии, с помощью которых отбрасываются малоэффективные варианты.

На заключительном шаге проектирования анализируются лишь несколько наиболее рациональных вариантов, из которых и выбирается оптимальный.

Отдельные шаги синтеза операции реализуются независимыми программными модулями, взаимодействие которых организуется в рамках итерационного алгоритма, многократно обращающегося к одним и тем же шагам в ходе улучшения первоначальной структуры. Количество рассматриваемых вариантов структуры при использовании такого алгоритма меньше, чем при полном переборе всех вариантов, но вместе с тем, отсутствует гарантия получения наилучшего из всех возможных решения. Примерами шагов упомянутого алгоритма являются выбор вариантов технологических баз и схемы базирования, определение последовательности обработки поверхностей и т.д.

На этапе доработки ТП производится определение режимов резания, осуществляющееся либо выбором нормативных значений из базы данных по известному набору исходных данных, либо решением задачи параметрической оптимизации режимов резания методами линейного и нелинейного программирования, а также нормирование ТП.

На этапе оформления технологической документации полученная на предыдущих этапах и хранящаяся в различных промежуточных массивах информация сводится в форме единых технологических карт, шаблоны которых содержатся в базе данных системы.