Формализация проектирования последовательности обработки резанием поверхностей деталей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Борисов, Олег Эдуардович

• Борисов, Олег Эдуардович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Борисов, Олег Эдуардович

Введение.

Глава 1. Последовательность обработки как составляющая часть структурного синтеза технологического процесса.

1.1. Структурное проектирование и его значение для создаваемого технологического процесса.

1.2. Последовательность обработки - блок синтеза геометрических и технологических свойств обрабатываемой детали.

1.3. Формализованный подход к проектированию технологии, преимущества и перспективы.

1.4. Формализованное построение последовательности обработки: цели и задачи.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Формализация проектирования последовательности обработки резанием поверхностей деталей»

Современное машиностроительное производство, продуктами которого являются уже не только и не столько космические корабли, военная техника и производственное оборудование, но и товары народного потребления или массового спроса, предъявляет особые требования к качеству изделий в сочетании с доступными на них ценами.

Компенсировать недостаток качества товаров увеличением объемов их производства, внедрением радикально новых методов и материалов сегодня уже не удается. Перепроизводство и острая конкуренция среди производителей, характерное для наших дней, оставляет только два пути к первенству среди производящих тот же товар: снижение цен или повышение качества. Второй путь является более перспективным, тогда как первый - лишь временное средство, возможности применения которого сильно ограничены.

Основным средством повышения качества изделий, сроков их разработки, обеспечение точности и стабильности их изготовления, а также получения минимума себестоимости, является совершенствование технической подготовки производства, развитие системы технологического проектирования.

Технологическое проектирование представляет собой главную задачу технической подготовки производства и составляет в среднем половину ее трудоемкости. Кроме того, из практики известно, что трудоемкость технологического проектирования обычно в 2-3 раза превышает трудоемкость конструирования.

Методической основой оптимизации технологических процессов, получаемых в результате технологического проектирования, являются технико-экономические принципы, которые позволяют разрабатывать и принимать к исполнению наиболее рациональные из группы рассматриваемых вариантов технологических процессов.

Согласно этим принципам, обработка детали должна исполнятся с наименьшими затратами труда, минимальной себестоимостью, при условии изготовления изделий в количествах и в сроки, установленные производственной программой. Реализация перечисленных требований обеспечивается вариантностью проектирования, в ходе которого порождаются альтернативные с технических позиций варианты.

В традиционном проектировании вопрос поиска оптимального решения не является приоритетным по причине того, что количество детально анализируемых вариантов невелико, а их оценка производится на основе интуиции и опыта проектировщика и лишь в отдельных случаях - сравнением наиболее простых количественных критериев.

В настоящее время задача выбора оптимальных технологических решений стала весьма актуальной. Это обусловлено, с одной стороны, невозможностью другими способами усовершенствовать технологию, а с другой - широким распространением и ростом доступности вычислительных машин. Таким образом, появились благоприятные условия для автоматизации технической подготовки производства, в том числе, для автоматизации проектирования процессов обработки. Открылись новые возможности для направленного поиска эффективных технологических решений в области структурного и параметрического проектирования.

Теория технологии машиностроения, особенно ее часть, связанная с проектированием технологических процессов, исторически является наукой с хорошо развитой содержательной частью и недостаточным формальным представлением этой содержательной части [28].

Автоматизация проектирования процессов обработки потребовала пересмотра методов решения многих задач проектирования, разработки способов их формализации, количественного описания и выбора критериев оптимальности. Являясь стимулом для разработки формальных методов поиска технологических решений, автоматизация проектирования во многом способствует применению этих методов и в неавтоматизированном проектировании.

Недостаточность формального представления теоретических положений технологии машиностроения ясно обозначилась в ходе создания систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП). Преимущественное развитие получили системы, где проектирование осуществлялось на основе унифицированных (типовых или групповых) технологических процессов или их фрагментов. Методы проектирования были построены на поиске именно таких процессов и соответствующей их доработки. Информация, хранящаяся в «электронных архивах», лишенная общих законов построения и представленная в различной форме, должна была подвергаться настройке при переходе от одной производственной ситуации к другой. Системы такого рода не могли претендовать на универсальность.

Попытки создать системы проектирования, инвариантные в отношении классов деталей, технологических комплексов и производственных условий успеха не получили.

Главным фактором, сдерживающим создание универсальных САПР ТП, следует признать недостаточное развитие технологической теории в области обоснованного принятия решений. Те задачи, которые в традиционном проектировании решаются интуитивно, требуют глубоких исследований для выявления логики их решения, установления информационных связей между соответствующими подзадачами и т. д. Полученные результаты уже можно будет представить в виде, доступном для обработки в условиях полной или частичной автоматизации.

Настоящая работа посвящена исследованиям в области формализации структурного синтеза технологических процессов, а именно - формализованному проектированию последовательности обработки поверхностей детали при ее многократном базировании относительно формообразующих элементов станка.

В основе разработанных методик, моделей и алгоритмов лежат положения математической логики, теории проектирования вообще и опыт технологии машиностроения, представленный в более или менее формализованном виде.

В работе также приведено краткое описание программной реализации решения такой задачи структурного проектирования, как выбор технологических баз.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ, ВЫНЕСЕННЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Структурная модель геометрически-технологического образа обрабатываемой детали.

2. Методика, модель и алгоритм выбора технологических баз и формирования из них комплектов.

3. Методика анализа технологических баз.

4. Методика, модель и алгоритм проектирования последовательности обработки поверхностей детали.

5. Методика по оценке и выбору спроектированных вариантов последовательности обработки.

6. Компьютерная программа - отдельный модуль САПР ТП по формированию комплектов баз для групп обрабатываемых поверхностей.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Борисов, Олег Эдуардович

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана формальная модель структуры детали, основанная на ее параметрическом описании шестикомпонентными векторами положения. Геометрические свойства детали характеризуются ее видом ее поверхностей и их связями с прямоугольной системой координат, а технологические - развитостью в направлениях, характерных для данного вида поверхностей. Модель реализует универсальную форму описания поверхностей детали, предполагающую общность их атрибутивной структуры.

2. Показано, что задача выбора технологических баз и формирования из них комплектов может быть сведена к поиску полных «покрытий» компонентов вектора суммарной требуемой ориентации обрабатываемых поверхностей компонентами векторов базирующих свойств возможных баз. При этом задача «покрытия» решается индивидуально для каждого сочетания «базы - обрабатываемые поверхности», что дает возможность корректировки векторов положения для того, чтобы «не потерять» недостающую угловую связь при базировании. Рассмотрены все возможные варианты присутствия отверстий среди баз и обрабатываемых поверхностей.

3. Разработана методика для подготовки состава потенциальных баз, позволяющая сократить объем данных, участвующих в дальнейшем переборе в ходе выполнения алгоритма формирования комплектов баз. Ограничения приведены в систематизированном виде.

4. Построен детальный алгоритм выбора баз для СТОК-группы, учитывающий помимо индивидуальных атрибутов также взаимное расположение поверхностей детали и позволяющий корректно обрабатывать ситуацию базирования на поверхности вращения.

5. Разработана методика формирования последовательности обработки детали, имеющая в основе многократное решение задачи базирования при поиске маршрутов, обеспечивающих точность ВРП методом постепенного перехода от одной поверхности к другой по мере обработки потенциальных баз.

6. Предложена модель и создан алгоритм генерации последовательностей, предусматривающий поэтапное развитие вариантов начала обработки и доведение их до пустого множества необработанных поверхностей без потери баз хотя бы на одном этапе генерации.

7. Проведена рационализация алгоритма генерации последовательностей обработки на предмет исключения заведомо равноценных или непригодных вариантов, чтобы предотвратить их дальнейшее развитие в ходе выполнения алгоритма.

8. Разработана методика оценки и распределения по предпочтительности полученных вариантов последовательности обработки. Распределение производится путем применения ряда технологических и функциональных критериев.

9. Создана программа автоматизированного проектирования комплектов баз для СТОК-групп «Базирование-2005», позволяющая:

- создавать и накапливать формальные описания деталей и составляющих их поверхностей;

- формировать множество возможных баз для последующей генерации комплектов, настраивая критериальные фильтры;

- оперативно проверять полученное множество на возможность дальнейшего использования;

- последовательно формировать одинарные, двойные и тройные комплекты баз для выбранной группы поверхностей;

- упорядочивать полученные комплекты по степени избыточности базирующих связей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ПЯТОЙ ГЛАВЕ

На основе ранее разработанных алгоритмов создана компьютерная программа [5, 6], имеющая ценность, во-первых, как подтверждение «работоспособности» предшествовавших теоретических изысканий, и, во-вторых, как возможный модуль системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

Рассмотренная программа основывается на принципах построения реляционных баз данных, то есть оперирует множеством таблиц для получения новых таблиц, позволяющих сформировать в итоге требуемый результат. Операции с таблицами производятся при помощи разнообразных запросов на выборку, добавление, обновление и удаление данных согласно условиям, задаваемым в программе на языке SQL.

Разработана схема работы программы, обеспечивающая переход от входных данных (упорядоченная характеристика поверхностей детали и выбранная СТОК-группа) к выходным (множества одинарных, двойных и тройных комплектов баз).

Все операции с данными, не требующие участия оператора, скрыты посредством пользовательского интерфейса, который состоит из двух экранных форм. Использование элементов управления в составе этих форм дает возможности быстрого и практически безошибочного ввода исходных данных пользователем, сохранения их в базе данных, указания признаков СТОК-группы, ограничения состава отдельных баз и последующего формирования из них комплектов различной размерности.

Перспективы улучшения и модернизации программы сводятся к расширению ее функциональности за счет обеспечения работы с рядом СТОК-групп, что требует значительного усложнения кода программы и требуемых на ее выполнение вычислительных ресурсов. Реализация такого улучшения предполагается лишь в условиях реального коммерческого проекта САПР ТП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Борисов, Олег Эдуардович, 2007 год

1. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении / Б. Е. Челищев, И. В. Боброва, А. Гонсалес-Сабатер; под ред. Н. Г. Бруевича. М.: Машиностроение, 1987. - 264 с.

2. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / Под ред. Н. М. Капустина. М.: Машиностроение, 1985. 304 с.

3. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / Под ред. Г. К. Горанского. М.: Машиностроение, 1976. 239 с.

4. Борисов О. Э. Автоматизация выбора баз при проектировании обработки деталей резанием «Базирование 2005» // Инновации в науке и образовании. 2006, № 2 (13), с. 8.

5. Борисов О. Э. Автоматизация выбора баз при проектировании обработки деталей резанием «Базирование 2005». М.: ВНТИЦ, 2006. -№50200600143.

6. Борисов О. Э. Определение избыточности базирования при автоматизированном проектировании процессов обработки резанием // Молодежь и научно-технический прогресс. Материалы региональной научной конференции. Ч. 1 Владивосток: ДВГТУ, 2006, с. 140 - 141.

7. Борисов О. Э. Подготовка информации о доступности поверхностей для обработки // Размерная наладка, надежность и эффективность процессов машиностроительного производства. Межвузовский сборник научных трудов. Владивосток, 2004 г., с. 90 - 94.

8. Борисов О. Э. Технологический процесс как адаптивная информационная система // Молодежь и научно-технический прогресс. Материалы региональной научной конференции. Ч. 1 Владивосток: ДВГТУ, 2006, с. 143.

9. Борисов О. Э., Старостин В. Г. Информационный подход к технологическому проектированию. // Сборник трудов Дальневосточного отделения Российской инженерной академии. Вып. 11. Владивосток, 2006 г, с. 87-90.

10. Владимиров Е. В. Автоматизация с помощью ЭВМ расчетов режимов резания и норм времени при одноинструментальной обработке деталей на металлорежущих станках. Минск: Изд-во АН БССР, 1975. 95 с.

11. Горанский Г. К. Расчет режимов резания при помощи ЭВМ. Минск: Госиздат БССР, 1963. 329 с.

12. ГОСТ 3.1109-82 (СТ СЭВ 2064-79, СТ СЭВ 2522-80, СТ СЭВ 252380).

13. Капустин Н. М. Разработка технологических процессов деталей на станках с помощью ЭВМ. В 2-х кн. М.: Машиностроение, 1976. -287 с.

14. КолесовИ. М. Основы технологии машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1997. - 592 с.

15. Комиссаров В. И., Леонтьев В. И. Точность, производительность и надежность в системах проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1985.-224 с.

16. Комиссаров В. И., Леонтьев В. И., Старостин В. Г. Размерная наладка универсальных металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1968.-208 с.

17. Куликов Д. Д., Падун Б. С., Яблочников Е. И. Автоматизация проектирования технологических процессов: Учебное пособие. Л.: Издательство ЛИТМО, 1984. 84 с.

18. Курс начертательной геометрии (на базе ЭВМ) / Под ред. А. М. Тевлина. М.: Высшая школа, 1983. 175 с.

19. Машиностроение. Терминология: Справочное пособие. Вып. 2. -М.: Издательство стандартов, 1989. - 432 с.

20. Митрофанов С. П. Научные основы групповой обработки. -Л.: Лениздат, 1959.- 156 с.

21. Основы технологии машиностроения. / Под ред. В. С. Корсакова. 3-е изд. переработ, и доп. - М.: Машиностроение, 1977. - 461 с.

22. Павлов В. В. Математическое обеспечение САПР в производстве летательных аппаратов. Учебное пособие. М.: МАТИ, 1978, 67 с.

23. Павлов В. В. Структурное моделирование производственных систем. М.: Мосстанкин, 1987. - 80 с.

24. Проектирование технологических процессов механической обработки деталей в АСТПП. Учебное пособие. / Павлов В. В. и др. М.: Мосстанкин, 1987.-76 с.

25. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. Учебник для вузов. / С. Н. Корчак, А. А. Кошин, А. Г. Ракович, Б. И. Синицын; Под общ. ред. С. Н. Корчака. М.: Машиностроение, 1988. - 352 с.

26. Старостин В. Г., Лелюхин В. Е. Формализация проектирования процессов обработки резанием. М.: Машиностроение, 1986. 136 с.

27. Старостин В. Г., Рассказов Д. М. Принципы формирования системы размерных связей детали // Сборник трудов Дальневосточного отделения Российской инженерной академии. Вып. 9. Владивосток, 2004 г., с. 123-126.

28. Цветков В. Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М.: Машиностроение, 1972. 240 с.

29. Цветков В. Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск: Наука и техника, 1979. 261 с.

30. Челищев Б. Е. Теория и практика создания комплекса многофункциональных автоматизированных систем для проектирования технологических процессов машиностроения. // Труды института № 410. НИАТ, 1982.-55 с.