Моделирование точности базирования при автоматизированном проектировании технологического процесса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Фролова, Галина Александровна

• Фролова, Галина Александровна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фролова, Галина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор работ по расчету точности технологического оборудования.

1.2. Обзор работ по базированию.

1.3. Методы определения положения точек контакта при базировании.

1.4. Постановка задачи исследования.

Глава 2. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ КВАЗИДИНАМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ И ЕЕ РЕШЕНИЕ.

2.1. Постановка задачи квазидинамического базирования.

2.2. Определение погрешности базирования.

2.3. Решение задачи квазидинамического базирования.

2.4. Выводы.

Глава 3. БАЗИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ В СХВАТАХ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА.

3.1 Постановка задачи.

3.2. Математическая модель задачи.

3.3. Вывод уравнений связей.

3.4. Разрешающая система уравнений и алгоритм решения.

3.5. Выводы.

Глава 4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА БАЗИРОВАНИЯ ДЕТАЛИ В СХВАТАХ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА.

4.1. Описание алгоритма.

4.2. Оценка точности математической модели.

4.3. Решение задачи перемещения призматической детали в координатный угол.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование точности базирования при автоматизированном проектировании технологического процесса»

Возросшие требования к функциональным возможностям технологического оборудования, степени автоматизации и механизации производимых процессов, а также необходимость сокращения сроков его внедрения в производство, требуют разработки методов достоверной оценки точности создаваемого оборудования на этапе проектирования.

При технологическом проектировании необходимо осуществить прогноз ожидаемой точности процесса обработки. Это достигается либо на основании известных методов оценки точности, либо на основании современных методов математического моделирования.

Одной из причин, вызывающих погрешность выдерживаемого при обработке размера и пространственные отклонения во взаимном положении геометрических элементов обрабатываемой детали, являются погрешности ее установки на станке для обработки.

Погрешность, связанная с установкой детали составляет существенную долю в общей производственной погрешности линейных и угловых размеров, выдерживаемых на операциях механической обработки. При обработке высокоточных деталей на финишных операциях технологического процесса величина погрешности установки может быть даже сопоставима с допусками на выдерживаемые размеры [84,93].

Процесс базирования, как один из составляющих этапа установки, существенно влияет на точность «попадания» детали в заданную систему координат и, безусловно вносит свою долю в погрешность результата.

В большинстве опубликованных работ процесс базирования и оценка результатов базирования рассматриваются на основе анализа размерных цепей или метода координатных систем с деформирующимися связями. Оба подхода к процессу базирования являются статическими.

В автоматизированных технологических процессах обрабатываемая деталь, поступающая на базовые поверхности оснастки, при установке имеет определенные скорость и ускорение, обусловленные внешними силами и силами трения, в том числе.

Перемещения детали в этом случае соизмеримы с допусками на обработку и вносят в процесс базирования неопределенность. Эта неопределенность может быть учтена при рассмотрении движения детали в процессе базирования, как абсолютно твердого тела, на которое накладываются соответствующие неидеальные связи со стороны базирующих тел.

Исходя из этого изучение на математических моделях влияния на точность обработки погрешности базирования детали, установка которой осуществляется в автоматизированном режиме, с учетом отклонений формы детали, характера приложения силовых факторов, сил трения, скоростей и ускорений, и получение необходимых рекомендаций являются актуальными.

Целью работы является повышение эффективности оценки погрешности базирования при автоматизированном проектировании на основе решения квазидинамической задачи.

Научная новизна работы состоит в исследовании механического взаимодействия заготовки с базирующими элементами приспособления и разработке и установлении на этой основе связи между погрешностью базирования, с одной стороны, и совокупностью размерных, силовых и физико-механических факторов с другой, и прогнозировании на этой основе точности базирования. На защиту выносится:

1. Общая математическая модель перемещения детали при ее базировании в технологической системе на основе квазидинамического подхода.

2. Математическая модель оценки погрешности базирования цилиндрической детали в схватах промышленного робота.

3. Информационная модель оценки погрешности базирования детали при автоматизированном проектировании.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Фролова, Галина Александровна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выполненный анализ литературных источников показал, что в настоящее время разработаны различные методы определения погрешности базирования. При этом используемые для оценки погрешности базирования математические модели недостаточно полно отражают процессы и явления, происходящие на этапе базирования различных тел.

2. В методах базирования можно выделить два основных направления: геометрическое, основанное на размерном анализе и динамическое, учитывающее установочные усилия и силы трения, инерционные и физико - механические свойства базируемого тела.

3. Погрешность базирования целесообразно рассматривать на основе комплексного взаимодействия заготовки с поверхностями приспособления, учитывая инерционные и физико-механические свойства тела, постоянные и позиционные силы, силы трения.

4. Общие соотношения для комплексной модели описываются на основе дифференциальных уравнений движения твердого тела, учитывающих динамику процесса движения при наличии сил трения и уравнений связей.

5. Универсальная математическая модель позволяет описать решение отдельных задач базирования как частный случай общей модели.

6. Специфика формирования геометрического образа заготовки, как совокупности локальных систем координат, построенных на поверхностях путем разбиения последних на конечные элементы, позволяет использовать для матричного преобразования координат малые возмущения, что значительно упрощает используемые зависимости.

7. Предложенные математические зависимости позволяют решить общую задачу квазидинамического базирования. Как пример, работа модели представлена решением задачи базирования детали цилиндрической формы в схватах промышленного робота.

8. Разработан и реализован алгоритм базирования детали цилиндрической формы в схватах промышленного робота, рекомендуемый к использованию при оценке погрешности базирования.

9. Выполненные разработки можно использовать в качестве подсистемы АСТПП, что, безусловно, повысит эффективность оценки погрешности базирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фролова, Галина Александровна, 2007 год

1. Абрамян Б.А. Развитие теории контактных задач в СССР. М.:, Наука, 1976. -492 с.

2. Александров П.С. Лекции по аналитической геометрии. М.: Наука, 1968. -911 с.

3. Ануфриев И.Е. Самоучитель MatLab 5.3/б.х. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. -736 с.

4. Базров Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ. М.: Машиностроение, 1984. -256 с.

5. Базров Б.М. Технологические основы проектирования самоподнастраиваю-щихся станков. М.: Машиностроение, 1978. - 216 с.

6. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1969.-559 с.

7. Балакшин Б.С. Использование теории размерных цепей при разработке и выполнении технологических и производственных процессов сборки. В кн.: Современные направления в области технологии машиностроения. - М.: Машгиз, 1957.-с. 32-56.

8. Батыров У.Д. Имитационные контактные задачи в технологии / У.Д. Батыров, М.Г. Косов. -М.: Янус-К, 2001.- 102 с.

9. Бахвалов Н.С. Численные методы: Учеб. пособие / Н.С. Бахвалов, Н.Н. Жидков, Г.М. Кобельков. М.: Наука, 1987. - 600 с.

10. Беляков Б.Ю. Автоматизация обеспечения оценки точности технологического оборудования при статически неопределимом базировании. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2003.- 26 с.

11. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин. -М.: Машиностроение, 1973. 344 с.

12. Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

13. Бухгольц Н.Н. Основной курс теоретической механики. 4.2: М.: Наука, 1966.-332 с.

14. Вартанов М.В. Обеспечение технологичности конструкции изделий при их многоуровневом преобразовании в структуру процесса автоматизированной сборки: Дис. .док. техн. наук: 05.02.08, 05.13.06/МГТУ «МАМИ», 2005.-415 с.

15. Воркуев Д.С. Расширение технологических возможностей собираемости резьбовых деталей на основе автоматической доориентации при неустойчивом движении корпуса завинчивающегося устройства. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2004. - 19 с.

16. Вотинов К.В. Временная инструкция по изучению и повышению жесткости узлов станка. М.: ЭНИМС, 1976. 58 с.

17. Гаврилов А.В. Определение точности базирования корпусных деталей с учетом размерных, динамических и жесткостных факторов. Автореферат,- М.: МГТУ «Станкин», 1995. 23 с.

18. Гилой В. Интерактивная машинная графика. -М: Мир, 1981.-384 с.

19. ГОСТ 21495 76 Базирование и базы в машиностроении. Термины и определения,- Введ. 01.01.77. - М.: Издательство стандартов, 1976 - 35 с.

20. Гусейнов Д.Д. Повышение точности и производительности растачивания комбинированными оправками систем отверстий в корпусных деталях: Дис. .кан. техн. наук: 05.02.08, 05.13.06/МГТУ «Станкин» М., 1984.-243 с.

21. Дальская Т.А. Достижение параметров пятна контакта зубчатого зацепления при сборке редукторов. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1983. - 21 с.

22. Демьянова Е.В. Разработка способов автоматизированной установки плоских уплотнений в стык соединений и определение режимов работы оборудования. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2007.- 20 с.

23. Дунаев П.Ф. Расчет допусков размеров / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. М.: Машиностроение, 1981. - 189 с.

24. Житников Ю.З. Автоматизация сборки резьбовых соединений. 4.1: Теоретические основы автоматизированной сборки изделий с резьбовыми соединениями: Учеб. пособие / Ю.З. Житников. Ковров.: КГТА, 1996.- 131 с.

25. Жуков В.А. Расчет допусков на составляющие звенья с учетом жесткости деталей. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1991. - 24 с.

26. Иванов В.Н. Методика выбора технологических баз при механической обработке деталей цветных кинескопов / В.Н. Иванов, Б.Н. Гусев В сб.: Электровакуумная техника. Вып. 1, сер. 4. -М.: Энергия, 1975. с. 31-38.

27. Иванов В.Н. Технологические основы качественного сопряжения деталей оболочек цветных кинескопов в массовом производстве. В. сб.: Машинные методы проектирования электровакуумных приборов. - Львов: Объединение «Кинескоп», 1972. с. 5-19.

28. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации. -М.: Машиностроение, 1975.-221 с.

29. Иосилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. М.: Машиностроение, 1981. - 224 с.

30. Исмаилов Б.М. Повышение производительности токарной многорезцовой обработки при обеспечении заданной точности. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1984.-22 с.

31. Каминская В.В. Станины и корпусные детали металлорежущих станков. М.: Машгиз, 1960. -360 с.

32. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроение, 1976. 288 с.

33. Кован В.М. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1975.-485 с.

34. Кован В.М. Основы технологии машиностроения / В.М. Кован, B.C. Корсаков B.C., А.Г. Косилова. М.: Машиностроение, 1965. - 521 с.

35. Кован В.М. Расчет припусков на обработку в машиностроении. М.: Машгиз, 1953.-207 с.

36. Кован В.М. Основы технологии машиностроения / В.М. Кован, B.C. Корсаков.- М.: Машиностроение, 1977.-416 с.

37. Колесов И.М. Служебное назначение и основы создания машин. Ч. 2. Учеб. пособие.- М.: Мосстанкин, 1976. 121 с.

38. Колесов И.М. Исследование связей между формой, поворотом и расстоянием плоских поверхностей деталей машин. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1967. -18 с.

39. Корсаков B.C., Маталин А.А. Наши предложения по составлению ГОСТа «Базы и базовые поверхности». М.: Машиностроитель № 9, 1975. с. 5-8

40. Косов М.Г. Моделирование точности при автоматизированном проектировании и эксплуатации металлорежущего оборудования. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1985. - 46 с.

41. Косов М.Г. Моделирование точности при проектировании технологических машин: Учеб. пособие/М.Г. Косов, А.А. Кутин, Р.В. Саакян, JI.M. Червяков. -М.: МГТУ «СТАНКИН», 1997. 104 с.

42. Jle Зунг. Дискретная модель расчета точности хвостового соединения инструмента. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1995. 21 с.

43. Левина З.М. Контактная жесткость машин / З.М. Левина, Д.Н. Решетов. -М.: Машиностроение, 1971.-264 с.

44. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений. М.: Физматгиз, 1960. - 444 с.

45. Люкшин B.C. Кинематика манипуляторов/ B.C. Люкшин, Г.И. Шевелева. -М.: Мосстанкин, 1983.-61 с.

46. Максимова М.И. Разработка способов автоматизированной установки уп-лотнительных колец в канавки цилиндрических поверхностей деталей и определение режимов работы сборочного оборудования. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2007.- 23 с.

47. Мальков Н.П. Некоторые закономерности технических размерных связей и использование их при разработке технологических процессов. Автореферат. -М.: Мосстанкин, 1965.-28 с.

48. Марков Н.Н. Нормирование точности в машиностроении. М.: Издательство «Станкин», 1992. - 320 с.

49. Маталин А.А Конструкторские и машиностроительные базы. М.: Машиностроение, 1965. 208 с.

50. Маталин А.А. Технология машиностроения. J1.: Машиностроение, 1985. -496 с.

51. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. JI.: Машиностроение, 1970.-319 с.

52. Матвеев В.В. Размерный анализ технологических процессов изготовления деталей машин. Челябинск: ЧПИ, 1977. - 45 с.

53. Матвеев В.В. Проектирование экономичных технологических процессов в машиностроении. Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 1979. - 111 с.

54. Митрофанов В.Г. Связи между этапами проектирования технологических процессов изготовления детали и их влияние на принятие оптимальных решений. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1980. - 48 с.

55. Митрофанов В.Г. Моделирование процесса консольного растачивания отверстий / В.Г. Митрофанов, А.Г. Схитладзе // Станки и инструмент. 1981,- № 9. - с.24-27.

56. Мордвинов Б.С. Расчет технологических размеров и допусков при проектировании технологических процессов механической обработки: Учебное пособие / Б.С. Мордвинов, Е.С. Огурцов. 2-е изд. - Омск, 1975. - 160 с.

57. Мяченков В.И. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов. Справочник. М.: Машиностроение, 1989. - 520 с.

58. Нгуен Хонг Ко Моделирование точности позиционирования промышленного робота с целью повышения эффективности обслуживания технологического оборудования на ГПС. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1990. 22 с.

59. Новиков О.А. Достижение заданной точности торцового фрезерования с максимальной производительностью. Автореферат. М.: Институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М. Губкина, 1982. - 24 с.

60. Палей М.А. Отклонения формы и расположения поверхностей. М.: Изд-во стандартов, 1973. - 244 с.

61. Портман В.Г. Анализ точности зубошлифовальных станков, работающих плоским кругом/ В.Г. Портман, А.П Бобров // Станки и инструменты. 1982, № 12.-с. 24-26.

62. Портман В.Т. Суммирование погрешностей при аналитическом расчете точности станка. Станки и инструмент, 1980, №1, с.6-8

63. Портман В.Т. Матричный метод расчета точности металлорежущих станков. Автореферат. М.: ЭНИМС, 1987,- 24 с.

64. Проников А.С. и др. Надежность в технике. Технологические системы. Испытания станков с числовым программным управлением на технологическую надежность (методические рекомендации).- М.: ВНИИМАШ, 1979. 58 с.

65. Проников А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

66. Птуха Л.И. Достижение точности сборочной единицы с учетом количественной связи показателей точности деталей. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1979.-26 с.

67. Пуш В.Э. Автоматические станочные системы / В.Э. Пуш, Р. Пигерт, В.А. Сосонкин. М.: Машиностроение, 1982. - 319 с.

68. Пуш В.Э. Прогнозирование и оптимизация точности и параметрической надежности шпиндельных узлов на стадии проектирования: Дис. .док. техн. наук: 05.03.01/Моск. автомеханич. ин-т.- М., 1985. 553 с.

69. Решетов Д.Н. Детали и механизмы металлорежущих станков / Д.Н. Решетов, В.В. Каминская.- т.1. -М.: Машиностроение, 1972.-664 с.

70. Решетов Д.Н. Расчет валов (шпинделей) с учетом упругого взаимодействия их с опорами. М.: Машгиз, 1939. - 78 с.

71. Рульков А.А. Информационная модель оценки точности технологической оснастки в условиях автоматизированного проектирования. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2002. 24 с.

72. Рыбальченко Ю.Л. Повышение точности обработки на многошпиндельных, многоинструментальных расточных станках. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1983.- 19 с.

73. Саакян Р.В. Дискретная модель оценки точности закрепления деталей в приспособлениях и соединениях на этапе проектирования (плоская задача). Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1994. 22 с.

74. Салатов Б.Х. Выбор способа адаптивного управления токарной обработкой на станках с ЧПУ. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1982. - 22 с.

75. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: МИР, 1979 -392 с.

76. Симанженков К.А. Моделирование точности закрепления деталей в приспособлениях, содержащих гибкие элементы при автоматизированном проектировании технологических процессов. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2002. -22 с.

77. Соколовский А.П. Научные основы технологии машиностроения. J1.: Маш-гиз, 1955.-514 с.

78. Соколовский А.П. Жёсткость в технологии машиностроения. JL: Машгиз, 1946.-125 с.

79. Соломенцев Ю.М. Моделирование точности при проектировании процессов механической обработки / Ю.М. Соломенцев, М.Г. Косов, В.Г. Митрофанов.-Обзор. М.: НИИМАШ, 1984. 56 с.

80. Соломенцев Ю.М. Адаптивное управление технологическими процессами / Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов. М.: Машиностроение, 1980.-536 с.

81. Сорокин А.И. Повышение точности установки заготовок на станках. Автореферат. М.: Институт нефтехимической и газовой промышленности им. И.М. Губкина, 1982.-25 с.

82. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под. ред. А.Г. Косило-вой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. Т. 1.656 с.

83. Статический и динамический расчет несущих систем станков. Экспресс-информация « Автоматические линии и металлорежущие станки», № 31. М.: ВИНИТИ, 1977. - 1977. - реф. № 15 с. 4.9.

84. Сычева Н.А. Структурная модель механизма образования погрешностей технологического процесса механической обработки деталей / Н.А. Сычева, М.Г. Косов // Вестник машиностроения. 1991. №4. с. 56-58.

85. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки на станках. М.: Машиностроение, 1982. - 208 с.

86. Требушников А.В. Повышение эффективности выбора технологической оснастки по критерию точности на основе использования автоматизированной системы. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 2003. 24 с.

87. Фролова Г.А. Квазидинамическое базирование / Г.А. Фролова, М.Г. Косов // СТИН. 2007. - № 6. - с. 29-32.

88. Фролова Г.А. Динамика базирования в автоматизированном производстве. В сб. Информационные технологии в технических и социально-экономических системах. Том.1. М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», «Янус-К» 2005 -с. 82-85.

89. Фролова Г.А. Влияние качества базируемой поверхности на точность обработки // Производство. Технология. Экология. ПРОТЭК-2007:Труды Международной научно-практической конференции, Том.2, (сентябрь 2007)-М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», Янус-К, 2007.- с.54-55.

90. Хорхорова М.А., Косов М.Г. Оценка погрешностей позиционирования при больших угловых перемещениях узлов технологического оборудования. В сб.: Проблемы автоматизации проектирования и изготовления в машиностроении. -М.: Мосстанкин, 1986.-е. 3-8.

91. Худобин J1.B. О формировании погрешности установки заготовок на операциях механической обработки / JT.B. Худобин, М.А. Белов, И.Н. Ермолаева //

92. Известия Томского политехнического ун-та. Т.305. - Вып.1. - Томск, 2002. -с. 166-169.

93. Худобин JI.B. Базирование заготовок и расчеты точности механической обработки: учебное пособие / JI.B. Худобин, М.А. Белов. Ульяновск: УлПИ, 1994.- 188 с.

94. Червяков J1.M. Управление процессом обеспечения точности изделий машиностроения на основе когнитивных моделей принятия технологических решений. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1999.-40 с.

95. Шаев Е.Я. Исследование влияния отклонения формы поверхностей деталей на их положение в машине. Автореферат. М.: МГТУ «Станкин», 1980. - 25 с.

96. Шамин В.Ю. Теория и практика решения конструкторских и технологических размерных цепей: Учебное пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 1999. -429 с.

97. Шевелева Г.И. Теория формообразования и контакта движущихся тел: Монография. М.: Издательство «Станкин», 1999. - 494 с.

98. Шимохина Т.Я. Исследование пространственных размерных связей деталей в машине, базируемых по плоским поверхностям. Автореферат. М.: Мосстанкин, 1979.-24 с.

99. Mohr С.A., Power A. S. Elastic boundary conditions for finite elements of infinite and semi-infinite media "Proc. Jnst. Civ.Eng.", 1978, c. 675-684.