Применение ЭВМ в технологическом проектировании, отражается на постановке технологических задач, а так же требует решение дополнительных задач.
Рассмотрим основные задачи:
1) Основу задания на проектирования тех. процесса составляют сведения о детали, которые при ручном проектировании задаются в виде чертежа, с множеством специальных обозначений и перечня технических требований в виде текста. Эту информацию при автоматизированном проектировании необходимо ввести в ЭВМ. К формализованному виду необходимо привести всю информацию о детали: описание её конфигурации, размерных связей, технических требований и т.д. (Организовать ввод исходных данных).
2) Неотъемлемой частью информации являются сведения о наличном парке металлорежущего оборудования, заготовительном производстве, технических характеристики станков, режущего, вспомогательного и режущего инструмента, станочных приспособлениях, ГОСТы, нормали, необходимые руководящие и нормативные материалы. По этому необходимо организовать информационно справочную службу, для обеспечения процесса проектирования необходимой справочной документации. При этом необходимо разработать методы поиска необходимой информации, а так же её вывод в нужном виде. (Организовать информационную БД).
3) Процесс автоматизированного проектирования базируется на множествах типовых решениях и алгоритмах его выбора. Их так же нужно описать формальным образом, организовать ввод, размещение в памяти ЭВМ и предусмотреть возможность оперативной работы с ними.(Запрограммировать решения алгоритмов его выбора).
4) Результатом работы ЭВМ должна явиться распечатка технологических карт или другой документации, поэтому нужны программы вывода результатов проектирования в виде удобном для технологов и рабочих станочников. В случае автоматизации всего производственного процесса, результаты проектирования должны передаваться на технологическое оборудование. (Вывод результатов проектирования).
№2 Исходная информация для разработки технологического процесса.
Исходная информация делится на:
1) Базовая – включает данные содержащиеся в конструкторской документации на изделии, программу выпуска, определяющую тип производства. Сведение о наличных средствах технологического оснащения, производственных площадях и т.д.
2) Руководящая – содержится в стандартах ЕС ТПП, соответствующих отраслевых стандартов и стандартах предприятия. На тех процессы, методы управления ими, технологическое оснащение, производственных инструкциях и т.д.
3) Справочная – включает данные содержащиеся в документах, на действующие и типовые тех. процессы по данному виду обработки, описания прогрессивных методах обработки; каталогах; номенклатурных справочниках, технологического оборудования и оснастки; материалах по выбору технологических нормативах (режимов обработки, припусков, норм расходов материалов и др.); планах повышения технического уровня производства; методических материалах по управлению точности процессов обработки; материалах и трудовых нормативах, в том числе общемашиностроительных, и отраслевых нормативах времени, для нормирования технологической трудоёмкости, тарифных классификационных справочниках.
№3 Язык описания детали (ЯОД) (16.03.2013)
В настоящее время используются различные ЯОД, ориентированные на определённые типы деталей и перечень решаемых задач. Рассмотрим текстовую форму ЯОД разработанного В. Д. Цветковым и рекомендуемого в САПР ТП. В основу этого языка положено утверждение о том, что каждый описываемый объект рассматривается как система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов. Отношения, описывающие связи между элементами, обедняют их в систему (объект) функционирующую как единое целое.
Процесс описания детали включает:
1. Мысленное расчленение детали на составляющие элементы (Анализ).
2. Синтез детали из составляющих элементов.
Согласно структуре этого ЯОД, для формализованного описания детали необходимы следующие данные:
1) Идентификация детали.
2) Общее сведение о детали.
3) Сведение о форме детали.
4) Сведение о структурных элементах детали.
5) Сведение о размерных связях между элементами детали.
6) Сведение о технических требованиях, на точность взаимного расположения детали.
Данные для идентификации детали (ИДНДЕТ) – служат для описания номера, наименования, и технологического класса детали.
Описание общих сведений о детали (ДАНДЕТ) – включает габаритные размеры, обозначение материала, физико-механические свойства, технические требования, относящиеся к детали в целом.
Описание информации о базовых элементах – включает форму Ф, размер, шероховатость поверхности, отклонение от её правильной формы Р и её физико-механические свойства С. N1={Ф,Р,С}
Форма поверхности – определяется цифровым кодом или сокращённой записью согласно классификационным таблицам.
Размерные параметры определяются
P={Ri,Шi,ОФ}
Где:
Ri-размерный параметр шероховатости.
Шi – шероховатость i-й поверхности.
ОФ – условное обозначение отклонения от правильной геометрической формы.
Физико-механические свойства поверхности описываются следующими параметрами:
С={ТО,МС,ВП}
Где:
ТО – условное обозначение вида термообработки.
МС – условное обозначение вида механического свойства поверхности.
ВП – условное обозначение вида поверхностного покрытия.
При описании отдельных поверхностей ряд параметров может отсутствовать, поэтому состав определителя и его формат будут для различных поверхностей неодинаковыми.
При формализованном описании форм поверхностей каждая ступень классификации может описываться словами естественного языка или цифровым кодом. При цифровом кодировании каждая цифра обозначает один из признаков классификации (класс, подкласс, вид и разновидность). Перед кодом ставится единица для наружных поверхностей и ноль или «-» для внутренних поверхностей. Например для гладкого цилиндрического валика, торцевая поверхность будет иметь код 12111, а цилиндрическая 12121.
Форма детали может быть описана с помощью конструктивных операций и отношений между элементами детали, определяющих взаимное расположение элементов, различные связи и технические связи.
Конструктивными операция являются: соединение, отсечение и пересечение. Деталь в этом случаи рассматривается заданной в прямоугольной системе координат, плоскости которой проходят через наиболее характерные элементы. Для тел вращения система координат привязывается к одному из торцов и продольной оси детали.
Операция соединения Q1 и Q2 обозначается символом Ui и заключается в построении из этих элементов более сложного объекта Д:
Д=Qi Ui(m)Q2
Где Ui-признак характера взаимного соединения в пространстве.
m-наименование оси, по которой происходит соединение элементов.
Операция отсечения обозначается Цi и заключается в построении объекта полученного отсечением от объёмного элемента Q1 элемента Q2:
Д=Q1 Цi(m) Q2
Где I j обозначает характер операции отсечения.
Операция пересечения обозначается ∩I и заключается в описании объекта, полученного в результате объёмного элемента Q1 и Q2:
Д=Q1 ∩iQ2
Эти отношения записывают следующим образом Q1 Ei(Q2,Q3,…,Qn)
Ei-вид отношения.
Существуют следующие виды взаимного расположения поверхностей:
1. Саостность (E1).
2. Перпендикулярность (E2).
3. Параллельность (E5).
4. Симметричность (E7)/
5. Расположение элементов по прямой (E8).
6. Расположение элементов по окружности (E9).
7. Параллельность (E10).
8. Эквивалентность (E11).
Инцидентность - характеризует принадлежность одного элемента к другому. Например если элементы Q2 и Q3 лежат в плоскости Q4, то следует записать (Q2,Q3) E10 Q4.
Эквивалентность– характеризует 2 или более элементов имеющих одинаковые форма размер и физико-механические свойства.
Если имеются 2 одинаковы поверхности Q1 и Q2 и одна из них описана ранее то для описания другой достаточно указать: Q1 E11 Q2.
Для описания размерных связей между элементами деталей Qi и Qj используются отношения вида:
Qi mb Qj.
Где
m- вид размера.
b-числовое значение размера.
Описываемы размеры бывают:
· Линейные (обозначаются x, y, z).
· Проивзовльно расположенные (Обозначаются l).
· Угловые (f).
· Диаметральные.
Технические требования к точности взаимного расположения элементов, поверхностей Qi и Qj, определяются видом отклонения ЕН, его числовым значением сигма и описываются отношения. Технические требования включают следующие виды отклонения:
- От сносности – ЕН1
- Торцевое биение – ЕН3
- Радиальные биения – ЕН4
- От параллельности – ЕН5
- Непересеченное осей - ЕН6
- От симметричности – ЕН7
- Смещение осей от номинального расположения по прямой – ЕН8.
- Смещение осей от номинального расположения по окружности – ЕН9
- Отклонение от расположения в одной плоскости – ЕН10.
Пример 1: Отклонение от соосности поверхностей Q1 и Q2, равное 0,01мм.
№4 Формализованное описание детали (25.03.2013)
Подготовка чертежа к кодированию состоит из 3 этапов:
1. Анализ чертежа детали;
2. Выбор системы координат;
3. Нумерация поверхностей;
Анализ чертежа целью выполняется с целью определения рациональной структуры чертежа.
Выбор системы координат производят через наиболее характерные элементы детали. Для тел вращения характерные элементы детали. За начало координат принимается один из крайних торцов детали. А оси проводят вдоль оси детали и вдоль её торца. Для плоских призматических деталей система координат связывается с базовыми поверхностями, а деталь располагается в положительном квадрате.
Нумерация поверхностей производится по часовой стрелке, начиная с левого крайнего торца. Сначала нумеруются основные поверхности, составляющие наружный и внутренний контур детали. А затем дополнительные (переходные). В той же последовательности.
Номера поверхности заключают кружки. Которые соединяются выносными линиями соответствующими проекциями поверхностей на чертеже.
Пример:
Пример описания детали:
1. Анализ чертежа детали.
2. Выбор системы координаты.
3. Y
4. Данные для идентификации детали.
ИДНДЕТ: НД, 351681/ ИД, ОСЬ/ТК, 040.
Где НД – номер детали.
ИД – наименование детали.
ТК – технологический класс.
Наименование параметров отделяются от данных «,» а отдельные параметры «/».
ВТО – вид терма обработки с указанием параметра, характеризующего твёрдость.
RA – шероховатость остальных поверхностей.
РП – размер партии.
6. Описание сведений об элементарных типовых и нормализованных поверхностях.
ЭЛЕМЕНТ:
1=ТОРЕЦ 1/ДВ, 40
2=ЦИЛ 1/ДВ, 40/LB,6
3=ТОРЕЦ 2/ДВ, 40
4=ЦИЛ 2/ДВ,34/ LB, 44/RA, 0.32
5=ТОРЕЦ 2/ДВ, 34
6=ЦИЛ 2/ДВ,20,К7/LB,30.-0.1/RA, 0.63
7=ТОРЕЦ 1/ДВ,20
8=ФАСКА/ ВВ,2/УГ,45Г
9=ФАСКА/ВВ,2/УГ,45Г
10=КАН 1/ДМ,30/ВВ,3
11=ФАСКА/ВВ,2/УГ,45Г
7. Описание формы детали.
1,2 U1, OX
2,3 U1, OX
3,4 U1, OX
4,5 U1, OX
5,6 U1, OX
6,7 U1, OX
8. Описание размерных связей и технических требований.
РАЗМЕРЫ:
1,7,Х,80
7,5,Х,-30,-0.1
5,3,Х,-44
4,6,ЕН1,0.01
№5 Множество технологических задач и типовых решений (30.03.2013)
Процесс ручного проектирования ТП представляет собой ряд действий, с помощью которых инженер-технолог производит выбор элементов из массивов различных технологических элементов, устанавливает между ними соответствие, формируя переходы и технологические операции.
Решение любой задачи на ЭВМ, требует наличие аналитических или других видов зависимостей, отражающих количественную, а не качественную сторону процесса проектирования. По этому для автоматизации технологического проектирования необходимо провести формализацию технологии. То есть провести замену содержательных предложений формулами.
Этот процесс называемый формализацией обеспечивает возможность создания универсальных алгоритмов относительно начальных, и конечных условий (например: относительно формы и размеров детали, характеристик оборудования и оснастки и т.д.).
Множество технологических задач, которые решает технолог в процессе проектирования, можно свести к в 2 группам:
1. Представляют задачи, которые легко поддаются формализации – к таким задачам относятся: расчёт режимов резания; расчёт припусков не механообработку; расчёт норм времени и т.д. Решение этих задач сводится к выполнению к расчётам по формулам.
2. Составляют задачи, которые условно называют не формализуемыми – к ним относятся: выбор метода обработки; выбор оборудования; инструмента; назначение и схемы базирования; выбор вида заготовки; определение последовательностей операций и т.д. Для этих задач в технологии машиностроения нет формальных методов решения, то есть, не установлены функциональные соотношения, позволяющие формально получать решения с учётом исходных данных.
Формализация процессов технологического проектирования связано с описанием количественных связей информационной структуры детали, с технологическими особенностями её обработки. Геометрическая структура детали определяет методы достижения требуемой точности, выбор технологических и измерительных баз, последовательность обработки и т.д.
Что бы получить полное описание геометрии любой конструкции, необходимо описать её структуру, форму, размеры и взаимное расположение отдельных элементов.
Выбор технологического решения сводится к проверке соответствия исходных данных и условий применяемости типового решения. В случае выполнения всех условий соответствующее типовое решение принимается.
Рассмотрим задачу выбора шлифовального круга на операцию круглого наружного шлифования методом врезания.
Для решения этой задачи необходимо:
1. Сформировать множество типовых решений.
2. Сформировать комплекс условий применяемости.
3. Сформировать массив параметров применяемости.
4. Разработать алгоритм логической проверки соответствия исходных данных и условий применяемости.
Допустим на некотором предприятии имеются шлифовальные станки 3-х моделей – они и составляют множество типовых решений.
МТР = {3У12В,3У131М,3М163В}
Сформируем комплекс условий применяемости выявленных типовых решений.
Комплекс условий применяемости (КУП) – это множество параметров, проверка которых с достаточной достоверностью позволит выбрать то или иное решение.
Условиями применяемости является размещение детали в рабочей зоне станка и возможность обработки её на данном типе оборудования.
Первая группа условий регламентирует габаритные размеры детали – диаметр вала (D), и длинна L, в пределах рабочей зоны станка.
Вторую группу составляют следующие требования: длинна шлифуемой шейки l, не должна превышать высоту шлифовального круга H; высота бурат h у шлифуемой шейки детали 3, не должна быть больше чем перепад шлифовального круга 1 и закрепляющий его планшайбы 2.
Условие применяемости типового решения являются ограничениями на параметры, характеризующие исходные данных.
Это позволяет описать комплекс условий применяемости математическими средствами.
Dmin<=D<=Dmax
КУП= Lmin<=L<=Lmax
lmin<=l<=lmax
hmin<=h<=hmax
Совокупность параметров регламентированных комплексом условий применяемости называется комплексом параметров применяемости (КПП).
КПП={D.L.l.h}
В соответствии с КПП формируются исходные данные задачи и характеристики типовых решений.
Для решения задачи нужно выявить допустимые для каждого типового решения диапазонов параметров применяемости. Соответствующие характеристики шлифовальных станков и обрабатываемых деталей приведём в таблице.
Модель станка
Параметры станка, мм
D
L
l
h
3У12В
<=200
<=500
<=40
<=50
3У131М
<=280
<=700
<=50
<=75
3У163В
<=280
<=1400
<=200
<=75
Далее формируется массив условий применяемости
D L l h
3У12В 200 500 40 50
МУП= 3У131М 280 700 50 75
3М163В 280 1400 200 75
В соответствии с КУП для заданного набора исходных данных.
Ил={Dд.Lд.lд.hд}
Из 3 имеющихся применяется то решение которая удовлетворяет неравенствам КУП.
Процедуру проверки этим условиям можно писать при помощи формального алгоритма.
В рассмотренном примере выделены лишь те условия, которые определяют принципиальную возможность обработки. В производственных условия этот комплекс может быть расширен.
При решении любых технологических задач необходимо в каждом случаи:
1) Сформировать множество типовых решений.
2) Комплекс условий применяемости.
3) Комплекс параметров применяемости.
4) Массив условий применяемости.
5) Алгоритм решения.
№6 Методы машинного проектирования технологических процессов(06.04.2013)
В автоматизированном проектировании техпроцессов можно выделить 3 основных метода:
1. Метод случайно хронологии.
2. Метод анализа.
3. Метод синтеза.
Метод случайной хронологии – основан на использовании готовых решений, на всех уровнях проектирования. За счёт заимствования существующих единичных техпроцессов. Схема нахождения маршрутов следующая: детальàдеталь-аналогà процессà на деталь.
Для реализации этого метода необходимо иметь развитую информационно систему. В БД этой системы должны находится поисковые образцы детали, и их техпроцессы. С помощью ИПС находятся детали аналоги. Далее по номерам чертежей в БД отыскиваются техпроцессы на выбранные детали аналога. Техпроцесс на деталь аналог используется как исходных вариант! Позволяющий перейти на следующий уровень проектирования – уровень операций. Откорректировав применительно к детали можно получить необходимый рабочий техпроцесс. Корректировки касаются структуры техпроцесса, в параметров режущего и измерительного инструмента. Качество процесса зависит от результатов поиска детали аналога. Указанный метод целесообразно использовать для деталей, на которые не разработаны унифицированные техпроцессы (УТП).
Метод анализ – основан на применении УТП. Применение УТП позволяет:
1) Сразу войти в образ решений близкую к оптимальной.
2) Сократить количество перебираемых вариантов за счёт использования типовых технологических решений.
На первом этапе производится адресация (привязка) детали к УТП. Алгоритм адресации основан на сравнении двух объектов (адресуемого объекта и эталона). По общим свойствам составу и структуре. На основе такого сравнения делается вывод о сходстве объектов, и возможности использования эталона которыми является УТП. После того как выбран УТП производится его анализ и доработка. Применительно к обрабатываемой детали. Для этого исключаются отдельные (ненужные) операции и производится анализ на возможность использования оставшихся унифицированных операций. Доработка операций заключается в следующем:
1) Проверяется, возможно, использования приспособления, при заданной схеме базирования.
2) Производится удаление отдельных переходов операций.
3) Уточняются типоразмеры режущего и измерительного инструмента.
Метод синтеза – основан на синтезе технологических маршрутов и операций. Типизация решений в данном случае выполняется, как правило, на уровне перехода. При этом для каждой поверхности детали производят разделение на промежуточные состояния, и выбирают методы их обработки. Разработка технологического маршрута производится на основе анализа размерных связей детали и синтеза схем базирования. Разработка операционной технологии основана на анализе структурных связей заготовки и детали, и синтезе структуры операции. Техпроцессы спроектированные методом синтеза приближаются по степени учёта особенностей и по охвату разнообразных типоразмеров детали в единичном ТП.
Общая постановка проблемы автоматизированного проектирования заключается в создание единой интегрированной системы позволяющей использовать все три рассмотренных метода, проектирование в этом случае выполняется в 3 этапа:
На первом этапе используются унифицированные технологические процессы. Если для некоторых деталей не удалось спроектировать процесс на базе УТП производится синтез техпроцесса с использованием отдельных типовых решений. В случае не удачи синтеза проектирование осуществляется на основе случайной аналогии с использованием механизма диалога и ИПС.
№7 Автоматизация проектирования по методу анализа размерных связей единичных технологических процессов
7.1Анализ размерных связей деталей с использованием теории графов
Размерные связи машиностроительных деталей можно представить графом, вершины которого обозначают элементарные поверхности, а ребра – размерные связи между ними.
Где А= - множество поверхностей детали, E= - множество размеров, связывающих поверхности
Размерная цепь – это расположенная по замкнутому контуру совокупность размеров, влияющих на точность одного из размеров контура. Ввиду того, что замыкающие звено непосредственно при обработке не выполняется и представляет собой результат формирования всех остальных звеньев цепи, граф размерных связей детали в одном координатном направлении является деревом и называется связанным неориентированным графом.
Если на чертеже детали имеется размерные связи более чем в одном координатном направление, то граф которым они описываются, называется цепью или мультиграфом.
На этом рисункеребра X12, X24, Y12 и Z310 и другие обозначают размерные связи, между элементами детали по координатам X Y Z.
На графе можно выделить несколько ветвей – маршрутов графа. Под маршрутомпонимается такая последовательность ребер S=(Е0, E1, E2,….., En), при которой каждые два соседних ребра Ei-1 и Ei имеют общую вершину, т.е. E0=(a0, a1); Е1=(а1, а2), …………., En=(an, an+1).
При этом одно и тоже ребро может встречаться в маршруте несколько раз. Если в маршруте графа нет ребер, предшествующих E0, то a0 называется начальной вершиной S, а если нет ребер, следующих за En-1, то an называется конечной вершиной S.
Любая вершинаграфа, принадлежащая двум соседним ребрам Ei-1 и Ei, называется внутренней или промежуточной вершиной.
С помощью теории графов может быть сформирована формализованная модель геометрической структуры детали. Эта задача сводится к распознаванию её размерных связей в таблице кодировочных сведений (ТКС). И построению матрицы смежности.
№8 Синтез технологического маршрута(13.04.2013)
Синтез технологического маршрута в изготовлении детали, производится на основе построения планов обработки поверхности. Алгоритм построения технологического маршрута по методу статистического анализа, можно разделить на несколько этапов:
1. Происходит формирование плана обработки. Выбор плана производится на основе анализа таблиц соответствий. В качестве условий определяющих выбор плана обработки Wi принимаются код (вид обрабатываемой поверхности Kэ). Вид термообработки То, шероховатость поверхности, точность обработки в квалитетах КТ, отклонение взаимного расположения. Расположение отверстий ОТ, вид отверстий ВО и др. В зависимости от этих условий из таблицы типовых планов обработки, выбираются планы Wi на каждую обрабатываемую поверхность, и формируется таблица планов обработки поверхностей данной детали.
Таблица 2. Планы обработки поверхностей деталей, вал.
НЭ
Wi
Исходной информации для следующего этапа служит граф размерных связей с опорными базами и таблица выбранных планов обработки. Если вершины этого графа сравнить с планами обработки Wi соответствующих поверхностей, то получится вторичный граф размерных связей, в вершинах вторичного графа будут сформированы планы обработки, состоящие из наборов кодов методов обработки (КМО).
3. Третьим этапом синтеза технологического маршрута является объединение одноименные технологических методов обработки принадлежащих.
101 – 3, 4, 5, 1, 2, 8, 7
102 – 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8
201 – 10-80
301 – 2, 1, 7
310 – 7
4. На заключительном этапе предусматривается определение последовательности выполнения операций. Для этого необходимо проверить операции на совместимость, то есть возможность предшествования операций друг другу при обработке деталей. Для проверки операций служит таблица, в которой операции записаны в порядке их возможного выполнения – сначала подготавливаются технологические базы, затем выполняются черновые, чистовые и отделочные операции.
Номер операции
Код операции
Операция
Поверхности, обрабатываемые в операции (нумерация согласно ТКС)
Центровальная
80, 10
Токарная черновая
1, 8, 2, 3, 4, 5, 7
Токарная чистовая
1, 8, 2, 3, 4, 5, 6, 7
Круглошлифовальная
2, 7
Полировальная
Полученный в результате синтеза маршрут может уточняться на стадии проектирования операционной технологии.
- множество поверхностей детали, E= 
- множество размеров, связывающих поверхности 