Разработка концепции автоматизированного проектирования технологических процессов зубообработки: На примере Электростальского завода тяжелого машиностроения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Лунев, Виктор Николаевич

• Лунев, Виктор Николаевич
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лунев, Виктор Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ,

1.ГЛАВА ПЕРВАЯ.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ.

2.ГЛАВА ВТОРАЯ,РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗУБООБРАБОТКИ .

3.ГЛАВА ТРЕТЬЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЗУБОРЕЗНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПО ВИДАМ ДЕТАЛЕЙ.

ЗЛ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ВНЕШНЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ.

3.2 КОНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ.

3.2.1 ИЗМЕРЕНИЕ МОНТАЖНОЙ ДИСТАНЦИИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС.

3.3 ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ. 3.3Л ЧЕРВЯЧНЫЕ КОЛЕСА.

3.3.2 ЧЕРВЯКИ.

3.4 ЗВЕЗДОЧКИ. .

3.5 РАСЧЕТ СМЕННЫХ ШЕСТЕРЕН

4.ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ,ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. ПРИЛОЖЕНИЯ

- 3 -

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка концепции автоматизированного проектирования технологических процессов зубообработки: На примере Электростальского завода тяжелого машиностроения»

ВВЕДЕНИЕ

Переходный период к рыночным отношениям »который переживает в настоящее время Российская Федерация и который сопровождается резким сокращением производства ,привел к кризису в промышленности,особенно предприятий тяжелого машиностроения с длительным циклом изготовления продукции .Кризис взаимных неплатежей привел к тому,что хотя у зтих предприятий осталось большое количество потенциальных заказчиков ,но большинство из них неплатежеспособны.В такой экономической ситуации .когда лишь незначительное число заказчиков может вкладывать инвестиции в трудо- и материалоемкую продукцию тяжелого машиностроения , требуется быстрая отдача от зтих инвестиций и соответственно снижение сроков изготовления продукции от зтапа подготовки производства до собственно производства.Имеющееся ранее отставание в темпах роста производительности труда в сфере подготовки производства от производительности труда в производстве в настоящее время еще более обостряет это противоречие и требует перехода на новую ступень всей системы технической подготовки производства (ТПП) и одной из ее главных составляющих -технологической подготовки производства, а в ряде случаев и отказа от сложившегося разделения труда на конструкторскую и технологическую подготовку производства при использовании достижений вычислительной техники. ;

За последние двадцать лет период нахождения изделия в производстве сократился более чем в три раза , а средняя продолжительность цикла технологической подготовки производства увеличилась приблизительно в два раза и составляет от 0,5 до 5 лет ( 1 ). В условиях единичного и серийного производства срок технологической подготовки производства стал соизмерим со сроком нахождения детали в производстве ,а в ряде случаев и превышает его (1 ).

Структурные изменения,происходящие в настоящее время,обуслов-

лены диспропорциями,сложившимися в машиностроении в предыдущий период.Машиностроение было ведущей отраслью экономики .оно аккумулировало огромные трудовые и материальные ресурсы .В машиностроении и металлообработке было сосредоточено 24% производственных фондов промышленности ,свыше 40% всех рабочих,свыше 53% инженерно-технических работников. С учетом работников механических цехов немашиностроительных предприятий в машиностроении было сосредоточено до 60% всех трудовых ресурсов промышленности2).Парк металлообрабатывающего оборудования превысил парк США »Японии и ФРГ вместе взятых (3).Развитие машиностроения стало наталкиваться на острый кризис трудовых ресурсов.Особенно напряженным явился вопрос кадрового обеспечения машиностроения конструкторами , технологами, рабочими.Многолетнее экстенсивное развитие практически исчерпало трудовые ресурсы . Между имеющимися производственными фондами и наличными трудовыми ресурсами возникли существенные диспропорции. Так ,в среднем по стране»на 100 рабочих мест на машиностроительных предприятиях в первую смену приходилось 40 рабочих ,во вторую смену - 13 . Положение осложнялось наличием значительной доли морально и физически изношенного оборудования . Производительность труда почти в два раза ниже ,чем в развитых в техническом отношении странах.Подготовка конструкторов ,технологов и рабочих -маши-ностротелей прогрессивно отставала от потребностей машиностроения, росла текучесть кадров .Зто в значительной мере объяснялось социальной непривлекательностью указанных профессий .Производство содержит множество тяжелых,монотонных и утомительных операций , низок уровень автоматизации.В сфере конструкторских работ примерно 50% составляют нетворческие операции:оформление чертежей и текстовых документов ( 4 ) .В технологическом проектировании доля нетворческих операций еще выше - 80%( 5 ).В сложившихся условиях одним из основных путей коренной перестройки является - широкое внедрение механизации и автоматизации,в том числе новейших авто-

матизированных технологий и вычислительной техники.Частичная автоматизация не может »как показывает практика »кардинально изменить положение.Так »внедрение в производство станков с ЧПУ не дало ощутимых результатов»хотя зти станки значительно дороже универсального оборудования.

Для современного этапа развития единичного и мелкосерийного производства характерно следующее:

-тенденция к упрощению состава и требований к оформлению конструкторской и технологической документации;

-сохранение дискретного характера производства; -сохранение в качестве преимущественных видов производства обработки металлов резанием и слесарно-сборочных операций;

- сохранение традиционных принципов действия и основных компонентов конструкции технологического оборудования,дооснащаемо-го средствами и системами автоматизации;

-сохранение заметной роли в производственном процессе технологических и производственных пауз,сокращение которых (как средства ускорения производства) сопряжено с улучшением синхронизации и координации операций (принцип "канбан" -"точно вовремя") ( 6 ).

Особую актуальность эти проблемы приобретает для таких сложных и ответственных изделий машиностроения как детали зубчатых передач, так как при их проектировании необходимо учитывать множество ограничений,накладываемых действующим произведством.

Актуальной становится задача систематизации и формализации накопленных знаний в области технологии зубонарезания,разработке групповых и типовых технологических процессов зубообработки в единой математической модели и создания на этой основе САПР ТП данной предметной области.

Проектирование и изготовление деталей зубчатых передач имеет ряд особенностей,которые позволяют выделить эти детали из общего набора деталей машин .Такими особенностями являются:диск-

- 6 -

ретность основных конструктивно-технологических параметров зубчатых деталей ;стандартизованность , в большинстве случаев на уровне ГОСТов,этих параметров;значительный объем расчетных работ , связанных с конструированием и изготовлением зубчатых деталей ,

Кроме этого зубообработка в тяжелом машиностроении (единичном и мелкосерийном производстве ) имеет ряд особенностей , присущих данному типу серийности производства :изготовление деталей мелкими партиями ,а часто и единичных деталей ,с неопределенным периодом повторяемости;высокая квалификация производственных рабочих ,с чем связано - некоторое снижение требований к степени конкретизации описания технологических процессов ( используется в основном маршрутно -операционное описание); использование в большинстве случаев универсальной оснастки ; использование предприятий тяжелого машиностроения в качестве региональных центров по изготовлению и ремонту крупногабаритных деталей , Цель работы,Целью работы являлась разработка концепции автоматизированного проектирования технологических процессов зубообработки и создание САПР ТП данной предметной области для сокращения сроков технической подготовки производства и повышения качества разрабатываемых технологических процессов (на примере ОАО "Злектростальский завод тяжелого машиностроения") и интеграция этой системы в САПР К (конструирования зубчатых передач).

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- выявить значимые для технологического проектирования конструктивные параметры различных видов зубчатых передач

- выявить закономерности^связывающие конструктивные параметры зубчатых передач с параметрами технологических процессов их изготовления

- сформулировать критерии выбора характеристик технологических процессов (выбора маршрута обработки ,выбора металлургического

- ? -

оборудования,выбора режущего инструмента и назначения режимов резания)

- разработать эффективный алгоритм расчета чисел зубьев сменных колес

- разработать структуру данных о режимах резания »позволяющую осуществлять автоматический выбор по нескольким независимым переменным

Методика исследований,Достижение поставленной цели осуществлялось комплексным решением разнородных задач с использованием следующих теоретических методов:разработки типовых и групповых технологических процессов,теории алгоритмов,теории чисел,исследования операций, теории кодирования,методах создания прикладного программного обеспечения ЭВМ и баз данных.

Научная новизна,Выявлены закономерности,связывающие конструктивные параметры деталей зубчатых передач с параметрами технологических процессов их изготовления.С учетом особенностей проектирования и изготовления деталей зубчатых передач на предприятии с индивидуальным и мелкосерийным характером производства сформулирована концепция САПР ТП зубообработки ,в которой доминирующим конструкторско -технологическим параметром зубчатых передач является модуль зацепления.Создана интегрированная система автоматизированной подготовки производства зубчатых передач.Разработаны алгоритмы расчета чисел зубьев сменных колес с использование математического аппарата цепных дробей.

Практическая ценность работы. Результаты работы используются при проектировании зубчатых передач ,производится многокритериальный анализ передач,в том числе и по технологическим параметрам. Разработанная САПР позволяет получать оперативную информацию о зубчатых передачах не только специалистам в области зубчатых передач,но работникам смежных подразделений (экономические службы, маркетинговые).Разработанная САПР значительно снижает время ТПП на

зубчатые передачи .снижает влияние субъективных факторов при проектировании.Разработанные программы по расчету чисел зубьев сменных колес позволяют отказаться от использование табличных . методов подбора и значительно (на порядок) повысить точность настроек станков.Разработаны и внедрены новые способы измерения монтажного расстояния конических зубчатых колес.Разработан и внедрен в производство новый способ обработки крупномодульных червяков пальцевыми фрезами на зубофрезерных станках. Апробация работы. Разработанная САПР реализуется в отделе главного технолога и отделе главного конструктора ОАО ЗЗТМ.Годовая экономия времени инженерно - технических работников составляет 13 425 часов. По материалам диссертации был сделан доклад на научно - технической конференции в Московском государственном открытом университете. Публикации.По теме диссертации опубликовано 13 работ. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав и общих выводов ; содержит 130 стр. машинописного текста, 34 таблиц,1? рисунков в текстовой части,списка использованной литературы из 57 наименований и приложений.

Во введении обоснована актуальность работы,изложены цели и задачи исследования,показана научная новизна и практическая ценность.Кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой главе дан краткий анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов механообработки.

Во второй главе разработана концепция САПР ТП зубообработки. Зубчатые передачи являются одним из важнейших элементов деталей машин и механизмов.От качества их изготовления в значительной мере зависят эксплуатационные свойства этих машин, их надежность и конкурентоспособность .

Концепцию САПР ТП зубообработки в тяжелом машиностроении ( единичное и мелкосерийное производство ) можно сформулировать следующим образом ; детали зубчатых передач классифицируются по

видам ; каждому виду соответствует устойчивый на уровне маршрута и выбора оборудования групповой или типовый технологический процесс »основные параметры которого зависят от доминирующего конструктивно-технологического параметра-модуля зацепления » ряд которых ГОСТирован и обеспечивается гаммой дорогостоящего режущего инструмента,

В третьей главе выявлены закономерности и разработаны алгоритмы САПР ТП для следующих видов зубчатых передач : деталей цилиндрических передач деталей цилиндрических червячных передач .деталей конических передач с круговыми зубьями и для звездочек цепных передач,

В четвертой главе приведены экономические показатели использования разработанной системы автоматизированного проектирования. Общий положительный эффект от использования разработанной САПР в А,О, ЗЗТМ складывается из следующих статей :

- сокращение времени технической подготовки производства, конструкторских и технологических работ (по нормативам НИИПТМА1);

- повышение оперативности расчетов,сокращение времени принятия решения о возможности и стоимости изготовления зубчатых передач, появилась возможность проведения расчетов в присутствии заказчика;

- анализ и оптимизация передач по разным критериям (конструктивным параметрам »трудоемкости,материалоемкости и др.).

Акционерное общество "Злектростальский завод тяжелого маши-

J

ностроения" специализируется на выпуске прокатного »доменного,обогатительного и другого оборудования. Оборудование с маркой ЭЗТМ работает в 34 странах мира .За время рыночных преобразований А.О. ЗЗТМ решением Европейского клуба торговых лидеров удостоено следующих наград;"Седьмой Международной Европейской наградой за качество"и "Международной Европейской наградой за торговую марку", предприятие имеет собственное металлургическое производство , изготавливает заготовки для собственных нужд :выплавка стали, фасонное литье из стали и чугуна »кузнечно - прессовое производство

из слитков ;имеет мощности по изготовлению сварных металлоконструкций, Механосборочное производство сконцентрировано в нескольких крупных цехах с соблюдением принципа специализации повторяющейся продукции , Зубообработка производится в специализированном цехе,где сконцентрированы зубообрабатыванщие станки и специальная оснастка.Цех изготавливает зубчатые детали и комплектующие узлы для других цехов завода по кооперации.

Злектростальский завод тяжелого машиностроения является типичным представителем предприятий тяжелого машиностроения по принципам организации производства,что позволяет выявленные закономерности распространить на другие заводы.

- 11 -ГЛАВА ПЕРВАЯ.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ. Среди задач ТПП проектирование технологических процессов механообработки занимает особое место »так как качество разрабатываемой технологии определяет ход решения остальных задач ТПП и эффективность производства в целом,в том числе качество и конкурентоспособность выпускаемого оборудования.Однако применяем; ые методики проектирования технологических процессов содержат обычно рекомендации "неформального" характера со сложными логическими связями ( ? ).Поэтому качество проектирования продолжает во многом зависеть от опыта, интуиции технолога и от достоверности используемых еправочно-нормативных материалов , что не исключает субъективности при разработке технологических процессов.Снизить влияние субъективного фактора при разработке технологических процессов ,повысить качество, сократить трудоемкость и стоимость их проектирования позволяют системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) ( 8 ).

Начиная с 60-х годов на территории бывшего СССР проводятся теоретические исследования и практические разработки в области создания и внедрения в производство САПР ТП, Автоматизация проектирования технологий базируется прежде всего на новых достижениях в области машиностроения ,в том числе на методах классификации и группирования деталей »классификации обрабатываемых поверхностей и способах их обработки (28,29) »групповой обработке деталей »декомпозиции (расчленение на несколько уровней ) процессов проектирования технологий.

Сложность и многогранность задачи автоматизации проектирования технологий на базе ЭВМ определяет многообразие науч-

ных методов »применяемых в качестве инструмента исследования данной предметной области,в том числе методов исследования операций »исчисления предикатов »теории графов и теории множеств »элементов теории систем »выбора и принятия решений,теории алгоритмов,методы создания прикладного программного обеспечения ЭВМ и баз данных.

На стыке перечисленных дисциплин возникла и развивается теория разработки САПР ТП .основы которой заложены в трудах Н,М.Капустина(?,21,22), Г,К.Горанского (23), И.А.Иващенко, В.П.Смоленцева,Б.А.Голоденко, С.П.Митрофанова (24,45,46), А.И.Петренко, О.И.Семенова,Б.Е.Челищева,В.Д.Цветкова и др. Нынешний кризис в стране ослабил связи внутри научного пространства стран СНГ и наиболее актуальными становятся прикладные разработки в конкретных областях технологии машиностроения при некотором снижении объема фундаментальных исследований.

В настоящее время отечественными исследователями наиболее полно изучен вопрос построения САПР ТП для конкретных групп деталей .В достаточной мере исследованы проблемы формирования маршрута обработки »выбора оборудования и средств технологического оснащения и разработки инструментальных наладок для технологических процессов обработки деталей типа валов, фланцев ,втулок и некоторых других. ;

Направление исследований по автоматизации проектирования технологических процессов изготовления деталей »относящихся к конкретным группам »определяет объект исследования -технологический процесс и закономерности его разработки,при этом на основе учета конструктивно-технологических особенностей деталей, входящих в данные группы,выявляются специфические правила и алгоритмы протекания технологических процессов,свойственные только рассматриваемой группе деталей ,

САПР ТП нашли применение в основном на предприятиях с ус-

тойчивой номенклатурой деталей .поддающихся обширному группированию и позволяют охватить до 85 % деталей типа тел вращения, до 50% плоскостных деталей и до 30% корпусных деталей ( 9 ).

Особую актуальность приобретает вопрос создания САПР ТП для предприятий тяжелого машиностроения■.которое характеризуется широкой .меняющейся номенклатурой сложных деталей .небольшой серийностью,а часто и единичным изготовлением уникального оборудования .причем объем экспериментальных и доводочных работ по сравнению с предприятиями массового производства и оборонных отраслей весьма незначителен .что в еще большей степени усиливает требования к качеству разрабатываемых технологических процессов,

На многих предприятиях машиностроения разработаны и внедрены различные САПР ТП.Каждая из подобных систем в той или иной мере моделирует деятельность технолога и имеет определенную степень автоматизации проектирования технологий .

Реализованные на практике САПР ТП отличаются между собой по составу .структуре и функциональным возможностям,но имеют в своей основе один из следующих методов автоматизации проектирования технологических процессов: 1) повторного использования единичных технологических процессов, 2) унифицированного (группового или типового) технологического процесса ,3) синтеза технологического процесса, 4) комбинации этих основных методов (1).

МЕТОД ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕДИНИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ наиболее детально описан В.Д.Цветковым ( 9 ).0н основан на использовании готовых технологических решений путем заимствования их из существующих единичных технологических процессов.

Схема проектирования технологии при использовании рассматриваемого метода может быть представлена последовательностьнкде-таль — деталь-аналог —технологический процесс на деталь -анал-

ог — технологический процесс на деталь.Проектирование технологии осуществляется в два этапа ;поиск аналогов»преобразование процессов -аналогов. Первый этап выполняется с помощью операции "поиск". По заданному поисковому образу в базе данных системы отыскиваются детали-аналоги и технологические процессы их изготовления .Поиск аналогов происходит с учетом принципа "технологического подобия" охватываемых деталей .технологических процессов и их элементов .Второй этап выполняется с помощью операции "преобразование".Преобразование процесса-аналога состоит в исключении или добавлении структурных элементов в процессах-аналогах на основе выявленных различий между обрабатываемой деталью операционным состоянием детали-аналога.

Формализация процесса проектирования в данном случае заключается в следующем .Во-первых »необходимо разработать метод фор-мированя поискового образа детали и технологий аналогов и метод поиска аналогов.Во-вторых »необходимо разработать метод преобразования процессов -аналогов.

Поисковый образ детали или процесса состоит из набора системных характеристик и их допускаемых отклонений .При этом две детали или две технологии считаются подобными (т.е.аналогичными), если они обладают набором системных характеристик,отличающихся между собой в пределах отклонений своих значений.

При выполнении операции "преобразование" процесса-аналога принимаются решения об исключении или добавлении структурных элементов в процессах-аналогах на основе анализа технологического подобия и операционных состояний детали-аналога и обрабатываемой детали ,

Опыт применения данного метода в автоматизированном проектировании технологий показывает »что процесс»спроектированный по по аналогии с существующими зачастую не является оптимальным»так как он основан на использовании случайного процесса »не всегда

- 15 -

лучшего для конкретных условий .

При этом поиск деталей-аналогов происходит тем точнее, чем выше степень детализации их описаний и чем больше возможностей представляет пользователю информационно-поисковый язык системы. Однако создание базы данных .содержащей- полные описания всей номенклатуры деталей конкретного предприятия .чрезвычайно трудоемко из-за сложности структуры деталей.

МЕТОД УНИФИЦИРОВАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

Основы автоматизации проектирования технологий на базе метода унифицированного технологического процесса (НТП) наиболее полно изложены в трудах Н.М.Капустина,Г.К.Горанского, С.П.Митрофанова (1,10,25).НТП представляет собой типовой или групповой технологический процесс,содержащий готовые технологические решения .которые принимаются при разработке технологий для конкретных деталей .

Схема проектирования технологии с использованием данного метода такова:деталь— УТП — рабочий технологический процесс.

Под технологическими решениями .содержащимися в УТП в виде ряда его неизменных элементов .понимаются сведения о заготовке . маршруте (плане) обработки .применяемом оборудовании .приспособлениях .инструменте .Они являются общими для деталей данного типа или группы.

УТП создается на каждую комплексную деталь -представитель группы после классификации и группирования деталей по признакам конструктивно-технологического подобия.

Отличительной чертой комплексной детали является то,что она содержит в себе образы всех деталей группы .Любую деталь данной группы можно получить из комплексной путем "отсечения "элементов, не принадлежащих рассматриваемой детали.

Таким образом .технологический процесс изготовления реальной детали создается в результате последовательной выборки операций и переходов из УТП в соответствии с особенностями его геометри-

ческого образа,

В зависимости от степени конструктивно -технологического подобия деталей группы УТП может быть типовым или групповым .Групповой технологический процесс по всем показателям совпадает с типовым . Однако^для конкретной детали группы он может содержать избыточную информацию »которая не включается в реальный технологический процесс.

Формализм данного метода состоит в том »что конкретные технологические решения выбираются по заданным критериям или приоре-тетам из множества решений»допустимых в конкретной ситуации,которые предварительно формируются из множества технологических решений ,содержащихся в УТП.

САПР ТП »построенные на основе данного метода имеют степень автоматизации труда технолога , близкую к 100 У. . С помощью таких систем можно проектировать технологические процессы только на детали »которые по своим конструктивно -технологическим признакам относятся к группам »охватываемым этими системами,

МЕТОД СИНТЕЗА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА .

Основан на использовании многоуровневой декомпозиции процессов технологического проектирования и типизации технологических решений на уровне перехода»

Для каждой поверхности детали производится типовое разделение на промежуточные состояния .Проектирование технологии происходит на основе анализа размерных связей элементов детали »структурных связей в заготовке и детали,синтеза схем базирования и стуктуры операции ( 9 ).

Автоматизированное проектирование технологических процессов, основанное на данном методе ,в общем случае происходит в четыре этапа .На первом этапе ( ПС ) синтезируется принципиальная схема технологического процесса,формирование черновых и чистовых этапов обработки детали.

На втором этапе ( ТМ )- синтеза технологического маршрута -решаются задачи:расчленение множества методов обработки поверхностей на укрупненные операции;разбиение укрупненных операций-на простые ;выбор оборудования для каждой простой операции ;выбор технологических баз и схем базирования детали ¡определение последовательности операций .

На третьем этапе ( ОП ) синтезируются технологические операции. Для этого выполняется:определение межоперационных размеров; расчленение операции на переходы;выбор средств технологического оснащения ;определение режимов резания и норм времени;выбор оптимального варианта операций .

При необходимости осуществляется четвертый этап ( УП разработки технологического процесса -синтез управляющих программ для станков с ЧПУ,

САПР ТП .реализующие рассмотренный метод,имеют степень автоматизации труда технолога близкую к 100%, Опыт создания и внедрения подобных систем показал,что разработка алгоритмов и программ .реализующих синтез технологического маршрута и операций,затруднена сложностью синтеза ; снижение количества синтезируемых вариантов технологических процессов с целью сокращения времени и стоимости их разработки приводит к высокой доле типовых решений, учитывающих специфику конкретного предприятия ,

Указанные трудности ограничивают сферу применения САПР ТП, основанную на методе синтеза технологических процессов .проектированием технологий для некоторых групп деталей типа тел вращения.

Практика разработки и внедрения САПР ТП показывает ,что при формализации этапов проектирования технологий возникают определенные трудности .Наибольшей сложностью отличается задача формализации определения маршрута обработки деталей »решение которой требует учета многих трудноформализуемых или на сегодняшний день неформализуемых факторов »например учета парка оборудования,тех-

нологической оснастки и их технологических характеристик;квалифи-кации исполнителей ¡технологических традиций предприятий и ряда

ДРУГИХ.

Трудности формализации имеют и другие объективные причины . Среди них основной является сложность обобщения и использования работ по технологии машиностроения.Результаты этих работ , как правило »оформлены в виде графиков ,таблиц,рекомендаций и расчетных формул,разнообразных по оформлению и не связанных единой методикой .Отмеченные трудности обуславливают высокую степень зврис-тичности технологических решений и, как следствие,невозможность полной формализации функций технолога.

В работе ( И ) отмечается ,что как показывает опыт разработки и внедрения,все указанные три метода широко применяются в САПР ТП .По своим возможностям они не противоречат ,а дополняют друг друга.Программы, построенные на основе методов типизации , характеризуются меньшим (на 30-40%) объемом и затратами машинного времени по сравнению с многоуровневым итерационным методом. В связи с этим автоматизацию проектирования технологических процессов на детали типовых форм целесообразно осуществлять на основе методов типизации ,а на остальные детали - преобразованием процессов - аналогов и многоуровневым итерационным способом.

Разработанные в развитых в техническом отношении странах (CIA .Германия » Япония ) САПР (41,42,43) машиностроения превосходят отечественные аналоги по функциональным возможностям и качеству.Следует отметить,что современные САПР реализованы в основном.на базе профессиональных автоматизированных рабочих мест ( АРМ ),которые являются быстро развивающимся классом вычислительной техники.

Основные области применения АРМ за рубеже : системы автома-тизизации проектирования и производства (CAD/CAM),системы авто-атизации инженерного труда (CAE),научных исследований и экспери-

ментов (CASE),конторской и управленческой деятельности (DAS),

Обзор достижений в области САПР и гибкой автоматизации (12) дает основание сделать следующие выводы ;

- В развитых капиталистических странах внедрены САПР для условий мелкосерийного машиностроительного производства,обладающие высокими техническими характеристиками,существенно превосходящими характеристики отечественных систем,

- Главное преимущество зарубежных систем перед отечественными состоит в совершенстве технических средств и базового программного обеспечения ,

- В единичном производстве применяются специализированные»предме-тно-ориентированные САПР »расширение их предметной области связано с организацией группового производства.

- САПР и системы управления проектированием и производством реализуются в настоящее время в виде совокупностей профессиональных рабочих мест (АРМ).

- АРМ оснащены ориентированным на пользователя .хорошо развитым базовым программным обеспечением (машинная графика , СУБД,обработка текстов).Прикладное программное обеспечение разрабатывается применительно к конкретным наборам функций проектирования и предметной области применения .

- Многообразие предметных областей применения и специфических характеристик машиностроения порождает проблемы их унификации , взаимной интеграции »соотношения автоматизированных функций и функций выполняемых человеком.

Наиболее полно САПР ТП рассматриваемой предметной области-автоматизации проектирования технологических процессов зубообра-ботки в тяжелом машиностроении - разработаны в НПО ЦНИИТМАШ и НПО НИИПТМАШ (Украина).Разработанная- НЙИПТМАШ САПР ТП зубообра-ботки (13предусматривает¡автоматизированный выбор оборудования » последовательности обработки »режущего инструмента,режимов ре-

зания инормирования операций при обработке на зуборезных станках.

Разделение функций между технологом и ЭВМ следующее :техно-лог вводит информацию о зубчатом зацеплении и далее из предлагаемого машиной меню выбирает соответствующее оборудование.назначает переходы .назначает режущий инструмент.Далее в пакетном режиме ЭВМ назначает режимы резания и нормирует операцию.на печать выдается технологическая карта и рассчитываются наладочные шестерни дифференциала.

За человеком сохранены основные функции технолога;выбор оборудования .инструмента .маршрута обработки .что позволяет говорить об автоматизированном проектировании,а не об автоматическом. Данная система позволяет пользоваться ею только специалисту тех-нологу-зуборезчику,что делает ее недоступной для других пользователей »имеющих отношение к зубообработке (конструкторы »службы маркетинга и др .).Кроме работ НИИПТМаш имеется ряд разработок (14,15,16,17,18,19) в области автоматизации технологических процессов зубообработки решающих достаточно сложные ,но локальные задачи гпоектирование профильного зуборезного инструмента »червячных фрез,применяемости режущего инструмента »проектирование специального мерительного инструмента .Во всех зтих работах в качестве исходной информации требуется ввод данных о геометрии зубчатой детали»которые неоднократно дублируются при разработке разнородных этапов технологических процессов зубообработки .

Задача повышения уровня автоматизации САПР ТП зубообработки в тяжелом машиностроении и интеграции разнородных знаний об этой предметной области в единой математической модели остается актуальной .Желательным конечным результатом разработки такой САПР ТП является включение ее в САПР конструирования зубчатых деталей »т.е.выявление связей параметров зубчатых передач с параметрами технологических процессов их изготовления и более полная автоматизация технологического проектирования.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Лунев, Виктор Николаевич

И.Результаты работы внедрены на Злектростальском заводе тяжелого машиностроения,Годовая экономия составляет 13 500 часов фонда рабочего времени ИТР и 2 ООО ООО ОМ.

- 123

Список опубликованных работ по диссертации,

1.Лунев В.Н. Автоматизированное проектирование технологической операции. СТИН N2, 1993, с.27 - 29.

2.Лунев В.Н. Автоматизация проектирования технологической операции по нарезанию зубьев червячных колес. Тяжелое машиностроение N 9—10 1994 , с.24 - 27.

3.Лунев В.Н. Приспособление для измерения монтажного размера конических зубчатых колес. Станки и инструмент ,N 12 ,1991, с.36,

4.А.С. N 1649238 Лунев В.Н. Приспособление для контроля расстояния от опорного торца зубчатого колеса до точки пересечения образующих наружного и заднего конусов.

5.Патент N 2063608 Брулинский В.В.,Лунев В.Н.,Сердечнев В.А.Способ измерения монтажного расстояния конических зубчатых колес.

6.Лунев В.Н.,Кульбацкий С.А. Автоматизированный расчет чисел зубьев сменных колес при помощи программируемых микрокалькуляторов.Станки и инструмент N 3 1990 с.16-17.

7.Сердечнев В.А.,0вумян Г.Г.,Лунев В.Н. Концепция автоматизированного проектирования зубообработки в тяжелом машиностроении.СТИН N12 1994 с.9-12.

8.Лунев В.Н, Подбор трехпарных гитар на программируемом микрокалькуляторе. Станки и инструмент N 1 1992 с.19-21.

Э.Лунев В.Н.,Лагутин.С.А.,Дерябин А.И. Нарезание крупномодульных червяков на горизонтальном зубофрезерном станке мод.5В373П.Станки и инструмент N 6 1994 с.40.

10.Lunew U.N, Accessory for measuring installation size of bevel gears. Russian engineering research 1992 by Allerton Press.Ins s.liO,

11.Lunew U.N. Selektion of three - pair change - gear units on a programmable cakculator,Russian engineering research 1992 by Allerton Press,Ins S.85,

12.U.A.Serdechnev,G.G.0vumyan,and U.N.Lunev The concept of computer-aided gear-cutting desing in the heavy engineering indutry. Russian engineering research 1995 by Allerton Press,Ins S.38-41.

13.U.N.Lunev,S.A.Lagutin,and A.I.Deryabin Making great-module worms on the 5U373P horisontal glear-hobbing macine. Russian engineering research 1995 by Allerton Press,Ins s.88.

- ¡24

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лунев, Виктор Николаевич, 1999 год

Список литературы

1. Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства. /С. П. Митрофанов , Ю. А, Гулько, д. д. Куликов и др. м. , 1981.

2. Хейнман С. А. Развитие машиностроения ¡ организационные и структурные факторы. Экономика и организация промышленного производства. 1984 , N б, с. 89 НЕ.

3. Белянин П. Н. Отраслевая технологическая наука и развитие маши-ностоения. / Коммунист , 1981, Ы 11, с. 22 - 25.

4. Белянин П. Н. Гибкая автоматизация маши«остроения - состояние , трудности .проблемы. / Плановое хозяйство, 1985, Ы 7, с. 19 - 25.

5. Митрофанов С. П. и др. Автоматизация технологической подготовки серийного производства. /М. ¡Машиностроение , 1974,360с.

6. Хакштейн Р. , Хирт К. Гибкость и производительность - несовместимые противоположности ? / Вестник машиностроения , 1990, N1,с. 71-74.

7. Автоматизированная система проектирования технологических процессов механосборочного производства / В. М. Зарубин , Н. М. Капустин, В. В. Павлов и др. М. , 1979.

8. Б. А. Голоденко, В. В. Смоленцев /САПР в мелкосерийном производстве. Воронеж,Издательство Воронежского университета 1991.

9. Цветков В. Д. Системно - структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск, 1979.

10. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении / Под ред. Г. К. Горанского , М. ,1976.

11. ЭВМ в проектировании и производстве / под обшей ред. Г. В. Горанского , М. , 1976.

12. Адамов Е. О., Дукарский С. М. Концепция гибкой автоматизации экспериментальны)™ машиностроения М. 1990.

13. Создание САПР технологических процессов для предприятий тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения :отчет о НИР (заключит. )НП0 "НИИПТМАШ",Руководитель Кучумов A.n. -гр 0188006137

14. Совершенствование САПР и конструкций зуборезных червячных фрез: Отчет о НИР (заключит.)/ Пермский политехнический институт,Руководитель Цепков A.B. - ГР 01860045019. ^

15. Система автоматизированного проектирования специального инструмента (САПР нСпецинструмент") для комплекса АРМ:Информационный листок ВНИИМИ N 90-1376 ,1990.

16. Пути создания САПР зуборезной операции . Смирнов H.h. "Повышение эффективности процессов резания материалов .Волгоград 1987, с. 49 - 52.

17. Автоматизированное проектирование пальцевых твердосплавных фрез для зубозакругления. Передовой производственный опыт и научно-технические достижения .рекомендуемые для внедрения, 1990, Ы 12 с.19.

18. Программное обеспечение системы автоматизированного проектирования технологических процессов механообработки (САПР - Т). Федоров

Е.Ф. "Совершенствование разработки технологических процессов мех.обработки деталей типа зубчатых колес и вал-шестерен средствами автоматизированного проектирования" М,, 1987 с.131-135.

19. Выбор режима проектирования САПР технологических процессов механической обработки . Элькинсон И.А.,Энтин И. М. "Совершенствование разработки технологических процессов мех. обработки деталей типа зубчатых колес и вал-шестерен средствами автоматизированного проектирования" И. ,1987 с. 4 -8.

20. Таблицы для подбора шестерен.Справочник. Сандаков М. В. ,Вегнер В. А. , Вегнер М. К. , И. 1988.

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

22. Капустин Н. М. , Павлов В. В. .Козлов Л. В. и др. Диалоговое проектирование технологических процессов . И. Машиностроение 1983.

23.Горанский Г. К. , Бендерова Э.И. Технологическое проектирование

в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М. Машиностоение 1981.

24.Митрофанов С. П. и др. Технологическая подготовка производства гибких производственных систем. Л. Машиностроение 1987.

25. Яковлев С. К. , Панькин Б. Л. , Филатов А. Н. Автоматизированная система проектирования технологических прочессов механической обработки деталей в условиях группового производства. Л. : 1985.

26. Алферова 3. В. Теория алгоритмов. М: Статистика 1973.

27.Сушкевич А. К. Теория чисел.Издательство харьковского университета. 1954.

28. Классификатор ЕСКД. Введение . М. :Издательство стандартов. 1986.

29. Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения . М, : Издательство стандартов ,1987.

30. Овумян Г. Г., Адам Я. И. Справочник зубореза. М. : Машиностроение 1983.

31. Овумян Г. Г. » Езерский Е. В. , Хухрий С. А. Повышение производительности и качества чистового зубонарезания. М. .-Машиностроения ,1979.

32. Гинзбург Е. Г. , Халебский Н. Т. , Производство, зубчатых колес. Л. Машиностроение ,1978.

33. Евстигнеев Ю. А. Станкостроение СССР. Зубообрабатымаюшие станки. М. : НИИМАШ, 1979.

34.Калашников С. Н. , Калашников С. А. изготовление зубчатых колес. М. : Высшая школа ,1980.

35.Кедринский В. П. , Писманик К. М. Станки для обработки конических зубчатых колес. М. :Машиностроение 1967.

36. Лоскутов В. В., Ничков А. Г. Зубообрабатываюшие станки. М. : Машиностроение , 1978.

37. Марков А. Л. Измерение зубчатых колес. М. ¡Машиностроение »1973.

38. Производство зубчатых колес.М. :Машиностроение ,1975.

39. Режимы резания металлов ¡Справочник. М. ¡Машиностроение, 1972.

- ¡ ¿.ъ -

40.Тайц Б. А. Точность и контроль зубчатых колес. М. ¡Машиностроение, 1972.

41. Киселева Э. В. .Морозова Л. С, .Аносова Е. В. Рынок САПР за рубежом. Экспресс - информация. ТС-3 Автоматизированные системы управления»

B. 3 М. : Цниитэйприборостроения . 1988.

42. Морозов В. А. Инженерные АРМ за рубежом. (Аналитический обзор по материалам зарубежной печати). М. :ЦООНТИ "Экобс", 1988.

43. Брябин В. М. Программное обеспечение персональных ЭВМ. М. : Наука. Гл. ред. Физ. -мат. лит. , 1988.

44. Шпур Г. ,Краузе Ф. Л. Автоматизированное проектирование в машиностроении . М. ¡Машиностроение ,1988.

45.Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства. Митрофанов С. П. , Гульнов ю. А. , Куликов Д. Д. и др. М. : Машиностроение , 1981 .

46.Организация группового производства. Под обшей ред. Митрофанова

C. П. , Петрова В. А. Л.: Лениздат, 1980.

47. Исследование операций. В 2-х тт. Майзер X., Эйджин Н. , Тролл Р. и др. М. : Мир , 1981.

48. Пятибратова В. Н. , Пронина 3. С. , Суворова В. И. Интегрированная обработка данных на машиностроительном предприятии. М. : Финансы и статистика , 1985.

49.Соколов В. Ф. Технологическая подготовка производства гибкого автоматизированного производства. Авиационная примышленность ,1984, Н6,

50. Овумян Г. Г. Совершенствование технологических процессов зубо-обработки. Энергомашиностроение ,1984 N 8.

51.Инструкция по изготовлению зубчатых колес с упрочненными зубьями,Министерство тяжелого энергетического и транспортного машиностроения, М. 1966.

52. Инструкционный материал по расчету на ЭВМ цилиндрических, конических и глобоидных передач редукторов, НПО ВДИИТМАШ, М. 1984.

53. Ковтушенко А. А. »Лагутин с. А. Шестеренные клети прокатных станов. Тяжелое машиностроение. 1998. Д/ 4 . С. 1>-22.

54. Ковтушенко А. А., Лагутин С. А. Опыт оптимизации нормализованных редукторов металлургического оборудования. Вестник машиностроения. 1985 Д/^ 10. С. 43-47.

55.укрупненные нормативы времени на механическую обработку зубчатых колес. Единичное и мелкосерийное производство. Краматорск 1985.

56.Нормы времени на конструкторские работы. Краматорск 1985.

57.Нормы времени на технологические работы для сборочно-сварочного и механосборочного производства. Краматорск 1987.

При .л о же ни е /.

I Т^хническ}

Г

I «Г X /

I « ? 1 ^^

а к

внедрения с^с^е^ь^ автоматизированной подгото^|^проиэ1 на цилиндрические и шеврот

наружного зацепления.

Утверждаю: ^Директор АО ЭЗТМ .^ктрадов Ю.В,

ства ¡едачи

В 1994 г. силами ОГК и ОГТ разработана комплексная система автоматизированной подготовки производства на цилиндрические и шевронные передачи наружного зацепления. Программа реализована на 1ВМ РС совместимой ЭВМ РС АТ 386\387 при наличии не менее 4 Мб оперативной памяти с использованием версии 5.О табличного редактора БирегСаХс и элементов СУБД НИКА для организации дружественного интерфейса.

Система позволяет в автоматическом режиме выполнять следующие этапы технической подготовки производства:

1. Для ОГК:

1.1. Производить геометрический расчет цилиндрических передач с проверкой качества зацепления по ГОСТ 16532-70,

1.2. Производить прочностной расчет по ГОСТ 21 354-81.

1.3. Производить расчет допусков и измерительных размеров зубьев по ГОСТ 1643-81.

2. Для ОГТ :

Разрабатывать маршрутные карты по ГОСТ 3.1103-74 технологических процессов на зубофрезерные и зубошлифовальные операции с выполнением следующих переходов:

2.1. Выбор металлорежущего оборудования (27 единиц).

2.2. Выбор режущего инструмента (дисковых, червячных и пальцевых фрез: 415 позиций).

2.3. Назначение режимов резания, норм времени и разряда работы на операции с адаптацией режимов резания для конкретного станка.

2.4. Расчет сменных шестерен дифференциалов и гитар обкатки из полного набора шестерен 2-20 .. 100.

2.5. Печать технологической карты на бумаге.

■ 3. Для управления маркетинга:

Оперативное принятие решения о возможности нарезания зубьев на заготовках заказчика с определений трудоемкости.

4. Для ОГМет:

Предварительный анализ конструкции зубчатых деталей на возможность закалки зубьев ТВЧ и цементации по маркам сталей.

Пре

комиссии

A.В.Булатов

Б.Захаровский

B.А.Сердечнев Г.Н.Власов й. А. Коткж 'Л. И. Гаврилова -

A.А.Ковтушенко

B.Н.Лунев

C.А.Лагутин В.Г.Усачев Н.В.Ковальская

- зам. главного инженера

- главный конструктор

- главный технолог

- главный металлург

- нач. управления маркетинга нач. отдела труда и зарплаты

- нач. бюро ОГК

- нач. бюро ОГТ

- вед. научн. сотрудник ОГК

- вед. научн. сотрудник ОГК

- вед. инженер ОГТ

- 1В8 -

Приложение 2. . Образцы последовательного меню САПР

|£"]=Проектирование редукторов^

1.Расчет геометрии и прочности передач

2.Расчет валов и подшипников

3.Цилиндрические зубчатые передачи

4.Цилиндрические червячные передачи

5.Конические передачи с круговым зубом ¿.Проектирование литых колес

грС"]=Конические передачи с круговым зубом^

1.Расчет маркетинговой таблицы

2.Геометрический и прочностной расчет

3.Просмотр параметров передачи

4.Расчет наладки зуборезного станка

5.Просмотр парметров наладки станка

6.Печать маркетинговой таблицы

7.Печать таблицы параметров передачи

8.Печать карт наладок станков

9.Просмотр маршрутной карты

A.Редактирование маршрутной карты

B.Печать маршрутной карты