Совершенствование процессов обработки деталей тел вращения на основе синтеза базовых структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Кутилова, Оксана Игоревна

• Кутилова, Оксана Игоревна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кутилова, Оксана Игоревна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Основные принципы построения САПР ТП.

1.2. Анализ существующих отечественных САПР ТП.

1.3. Анализ существующих классификаций поверхностей.

1.4. Анализ простановки общих допусков расположения.

1.5. Исследование формальных методов построения линейных и диаметральных размерных схем технологических процессов.

1.5.1. Формальные методы построения линейных размерных схем.

1.5.2. Формальные методы построения диаметральных размерных схем.

1.5.3. Автоматизация размерного анализа (система «КОШ»).

1.6. Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ

СПЕЦИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ.

2.1. Подготовка исходных данных.

2.2. Формирование кода геометрических элементов и поверхностей детали.

2.3. Формирование матрицы типа поверхностей.

2.4. Анализ смежности поверхностей.

2.4.1. Формирование матрицы смежности поверхностей.

2.4.2. Формирование матрицы углов связей.

2.4.3. Формирование матрицы совмещений.

2.5. Анализ линейных и диаметральных размерных связей.

2.5.1. Формирование матриц линейных размерных связей.

2.5.2. Формирование матриц диаметральных размерных связей.

2.5.3. Формирование матрицы квалитетов.

2.6. Анализ шероховатости, допусков формы и допусков расположения.

2.6.1. Анализ шероховатости.

2.6.2. Анализ допусков формы.

2.6.3. Анализ допусков расположения.

2.7. Деление диаметральных и линейных размеров на значимые и незначимые.

2.7.1. Выявление истинного корня линейных размеров.

2.7.2. Выявление значимых диаметральных размеров.

ГЛАВА 3 АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ФОРМИРОВАНИЕ БАЗОВОЙ

СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

3.1. Выбор технологических баз и модуля обрабатываемых поверхностей.

3.2. Формирование матрицы планов обработки.

3.3. Координатный и цепной методы получения точности размеров.

3.4. Моделирование базовой структуры технологического процесса.

3.4.1. Формирование завершающей (последней) операции.

3.4.2. Формирование предпоследней операции.

3.4.3. Формирование промежуточных операций.

3.4.4. Формирование второй операции.

3.4.5. Формирование первой операции.

3.5. Построение размерной схемы.

ГЛАВА 4 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ФОРМАЛИЗАЦИИ ДЛЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗОВОЙ СТРУКТУРЫ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

4.1. Формирование спецификации поверхностей.

4.1.1. Формирование матрицы геометрических элементов и поверхностей детали.

4.1.2. Формирование матрицы типа поверхностей.

4.1.3. Формирование матрицы совмещений поверхностей.

4.1.4. Выявление основных и неосновных поверхностей детали.

4.1.5. Формирование матриц значений размеров детали.

4.1.6. Формирование матрицы квалитетов.

4.1.7. Формирование матриц шероховатости и допусков формы.

4.1.8. Формирование матрицы допусков расположения.

4.1.9. Формирование матриц значимости размеров.

4.2. Деление поверхностей по конструктивным и точностным параметрам

4.3. Формирование базовой структуры технологического процесса.

4.4. Формирование размерной схемы технологического процесса.

ГЛАВА 5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУР

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование процессов обработки деталей тел вращения на основе синтеза базовых структур»

Системы автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) механической обработки деталей машин предназначены для автоматизации работ технолога. При этом предполагается, что технолог подготавливает и вводит исходные данные, получает и оценивает описание проектного решения, предложенное системой.

Существующие САПР ТП созданы на алгоритмах, которые предлагают решение из имеющихся на основании сходства осваиваемого и освоенных изделий, то есть методом адресации к аналогу и технолог редактирует его содержание. Достаточно часто осваиваемые детали конструктивно отличаются от уже освоенных, поэтому решения, принимаемые по аналогам, не могут быть законченными и верными, а значит, потребуется участие технолога. Известно, что задача построения структуры технологического процесса (ТП) является многовариантной, поэтому технолог рискует принять субъективное решение. Из выше изложенного следует, что алгоритмы адресации к аналогу не позволяют полностью реализовать назначение САПР ТП без участия технолога в принятии и оценке решений.

Перспективным направлением в устранении недостатков метода адресации к аналогу является метод синтеза технологических решений. Концепция синтеза предполагает формирование структуры ТП из геометрической и точностной информации о детали. Формализованную модель структуры детали условно можно рассматривать как схему, определяющую базовую структуру ТП. В базовой структуре ТП определены состав базовых и обрабатываемых поверхностей на разных этапах обработки резанием, а также последовательность обработки поверхностей с учетом точностных требований. В настоящее время метод синтеза реализован частично, потому что не формализовано построение базовой структуры ТП.

Таким образом, проблема формализации построения базовых структур ТП для создания основы в алгоритмизации синтеза процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения является актуальной.

Цель работы. Разработка методического, алгоритмического, информационного обеспечения САПР для синтеза базовых структур технологических процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения.

Основная идея исследования. Построить информационно-логическую модель детали для автоматического проектирования базовой структуры технологического процесса обработки резанием заготовок типа тел вращения. Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи:

1. Разработать описание конструкции детали, отражающее взаимное расположение её геометрических элементов и точностных связей.

2. Формализовать описание детали для определения последовательности обработки резанием.

3. Разработать алгоритм выполнения процедур построения базовой структуры ТП на основе формализованного описания детали.

4. Формализовать построение размерно-точностных связей между геометрическими элементами детали по этапам обработки.

5. Реализовать алгоритм и провести вычислительный эксперимент для проверки математической модели построения базовой структуры ТП.

Методы и объекты исследований. Теоретические исследования проведены с использованием научных основ технологии машиностроения, размерного анализа, метода теории графов применительно к расчету технологических размерных цепей, теории матриц, теоретических основ САПР. Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Для формализации описания и анализа геометрической и точностной информации о детали разработана спецификация поверхностей, которая отражает состав геометрических элементов детали и связи между ними.

2. Разработано информационное и методическое обеспечение решения основных проектных задач структурного синтеза ТП, связанных с определе7 нием состава базовых и обрабатываемых элементов конструкции заготовки, с определением последовательности обработки поверхностей с учетом точностных требований, с построением размерной схемы ТП и выявлением уравнений технологических размерных цепей, в том числе, для расчета допусков расположения. 3. Разработанные модели и алгоритмы решения проектных задач полностью формализованы, что обуславливает возможность их применения в условиях автоматизированного проектирования.

Практическая ценность работы.

1. Применение результатов работы в качестве основы для формализованного описания деталей и заготовок при технологической подготовке производства.

2. Использование разработанного алгоритма для анализа существующих техпроцессов обработки резанием заготовок типа тел вращения на предмет реализации размерных связей.

3. Возможности применения разработанной методики решения основных проектных задач структурного синтеза в системах автоматизированного и неавтоматизированного проектирования единичных технологий изготовления заготовок типа тел вращения.

Практическая реализация результатов работы.

Результаты работы внедрены в учебный процесс при изучении дисциплин «Математическое моделирование процессов в машиностроении» и «Системы автоматизированного проектирования технологических процессов» на кафедре «Технология и оборудование машиностроения» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева при подготовке инженеров по специальности 151001 - «Технология машиностроения» и магистров по направлению 150900.68 - «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств».

Получены предложения к внедрению результатов работы на ОАО ПКО

Теплообменник», в группе компаний «NS Labs». 8

Подготовлена заявка на регистрацию программы «Анализ геометрических элементов детали», разработанной на языке программирования Delphi.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика формализованного описания и анализа конструкции детали и заготовки с назначением технологических функций геометрических элементов заготовки и детали.

2. Методика формализованного построения базовой структуры ТП на основе построения размерных связей согласно этапов обработки.

3. Методика расчета технологических размеров, включающих расчет допусков расположения.

4. Алгоритм построения базовых структур технологических процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Кутилова, Оксана Игоревна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Анализ состояния проблемы в области технологических основ проектирования технологии механической обработки с применением САПР показал следующее. Не смотря на наличие комплекса сформулированных задач проектирования и разработанных методов и моделей, остается нерешенной проблема автоматизированного синтеза базовых структур ТП - определения состава базовых и обрабатываемых элементов детали, определения последовательности обработки поверхностей с учетом точностных требований, построения размерной схемы ТП и выявления уравнений технологических размерных цепей, в том числе, для определения межоперационных допусков расположения. Поэтому проблема формализации построения базовых структур ТП для создания основы в алгоритмизации синтеза процессов обработки резанием заготовок типа тел вращения остается актуальной.

2. В результате выполнения диссертационной работы предложена структура преобразования данных ЗБ-модели деталей типа тел вращения в матрицы спецификации поверхностей, которые отражают состав геометрических элементов детали и связи между ними и являются исходными данными для технологического проектирования.

3. На основе применения спецификации поверхностей разработана формализованная методика определения этапов обработки поверхности, отличающаяся одновременным учетом требований к шероховатости поверхности и требований к точности размера, связанного с данной поверхностью.

4. Разработан алгоритм синтеза базовой структуры технологического процесса, связанный с определением последовательности обработки поверхностей и состава обрабатываемых и базовых поверхностей на этапах обработки с учетом заданных точностных требований, который может быть использован как в автоматизированном, так и в неавтоматизированном проектировании технологий изготовления деталей. Деление поверхностей по конструктивным и точностным параметрам на МОП и МпТБ позволяет формировать предварительный ТП, исключая субъективное влияние технолога.

5. Формализовано построение диаметральных и линейных размерных схем с учетом межоперационных допусков расположения, которые не назначаются, а рассчитываются.

6. Сравнительный анализ разработанных ТП с заводскими ТП показал адекватность разработанного алгоритма синтеза базовой структуры ТП. Составы обрабатываемых поверхностей и технологических баз практически по всем операциям ТП совпадают. Последовательность обработки поверхностей совпадает, а основные отличия касаются обработки фасок и канавок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кутилова, Оксана Игоревна, 2012 год

1. Кондаков, А.И. САПР технологических процессов Текст.: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ А.И. Кондаков М.: Издательский центр «Академия», 2007.-354с.

2. Норенков, И. П. Основы автоматизированного проектирования Текст.: учеб. для вузов, 2-е изд., перераб. и доп. / И.П. Норенков. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 336 с.

3. Технологическая подготовка гибких производственных систем Текст. / П. А. Митрофанов и др.; под общ. ред. П. А. Митрофанова. Д.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 352 с.

4. Капустин, Н.М. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования Текст.: учеб. пособие для втузов / Н. М. Капустин, Г. Н. Васильев; под ред. И. П. Норенкова. -М.: Высш. шк., 1986. 191 с.

5. Зильбербург, Л.И. Информационные технологии в проектировании и производстве Текст./ Л.И. Зильбербург, В.И. Молочник, Е.И. Яблочников СПб: Политехника, 2008. - 279с.

6. Колесов, И.М. Основы технологии машиностроения Текст.: учебник для мапш-ностроит. спец. вузов. 3-е изд., стер. / И.М. Колесов. - М.: Высш. шк., 2001.-591 с.

7. Базров, Б.М. Основы технологии машиностроения Текст.: учебник для вузов/ Б.М. Базров. М.: Машиностроение, 2005. - 736 с.

8. Дунаев, П.Ф. Расчет допусков размеров Текст. 3-е изд. перераб. и доп. / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. -М.: Машиностроение, 2001. 304 с.

9. Технология машиностроения Текст.: в 2 кн. Кн. 1. Основы технологии машиностроения: учеб. пособ. для вузов/ Э.Л. Жуков и др.; под ред. С.Л. Му-рашкина. М.: Высш. шк., 2003. - 278 с.

10. Технология машиностроения (специальная часть) Текст.: учебник для машиностроительных специальностей вузов/ A.A. Гусев и др. М.: Машиностроение, 1986.-480с.

11. Челищев, Б.Е. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении Текст./ Б.Е. Челищев, И.В. Боброва, А. Гонсалес-Сабатер; под ред. акад. Н.Г. Бруевича. М.: Машиностроение, 1987. - 267с.

12. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении Текст./ Ю. М. Соломенцев и др.; под общ. ред. Ю. М. Соломенцева, В. Г. Митрофанова. М.: Машиностроение, 1986. 256 с.

13. Матвеев, В.В. Проектирование экономичных технологических процессов в машиностроении Текст./ В.В. Матвеев, Ф.И. Бойков, Ю.Н. Свиридов. Челябинск: Юж. - Урал. кн. изд-во, 1979. - 111с.

14. Солонин, И.С. Расчет сборочных и технологических размерных цепей Текст./ И.С. Солонин, С.И. Солонин. М.: Машиностроение, 1980. - 110 с.

15. Иващенко, И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации Текст./ И.А. Иващенко. М.: Машиностроение, 1975. - 222 с.

16. Допуски и посадки Текст.: Справочник в 2 ч. / под ред. В.Д. Мягкова. Л.: Машиностроение, 1983.

17. Горохов, В.А. Основы технологии машиностроения и формализованный синтез технологических процессов Текст.: учебник для вузов в 2-х ч./ В.А. Горохов, А.Г. Схиртладзе, Н.В. Беляков [и др.]; под ред. В.А. Горохова. Старый Оскол: ТНТ, 2011. - Ч. I. - 496 с.

18. Горохов, В.А. Основы технологии машиностроения и формализованный синтез технологических процессов Текст.: учебник для вузов в 2-х ч./ В.А. Горохов, А.Г. Схиртладзе, Н.В. Беляков [и др.]; под ред. В.А. Горохова. Старый Оскол: ТНТ, 2012. - Ч. П. - 576 с.

19. Метелев, Б.А. Основы технологии машиностроения Текст. Часть 1: Комплекс учебно-методических материалов / Б.А. Метелев, Н.М. Тудако-ва, Е.А. Куликова; Нижегород. гос. техн. ун-т Н.Новгород, 2006. - 119 с.

20. Метелев, Б.А. Основы технологии машиностроения Текст. Часть 2: Комплекс учебно-методических материалов / Б.А. Метелев, Н.М. Тудако-ва, Е.А. Куликова; Нижегород. гос. техн. ун-т. Н.Новгород, 2006. - 140с.

21. Махаринский, Е.И. Основы технологии машиностроения Текст.: учебник для вузов / Е.И. Махаринский, В.А. Горохов. Минск: Высш. школа, 1997.-423 с.

22. Кутилова, О.И. Способ построения схемы обработки детали на основе размерного синтеза технологического процесса Текст./ О.И. Кутилова, С.Ф. Магницкая, И.Н. Фролова // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. - №10. -С.28 - 33.

23. Кутилова, О.И. К вопросу выбора метода получения заготовки Текст./ О.И. Кутилова, С.Ф. Магницкая, И.Н. Фролова// Заготовительные производства в машиностроении. 2012. -№2. с.22 - 29.

24. Кутилова, О.И. Автоматизированное создание структуры технологического процесса: монография/ О.И. Кутилова и др.. Н. Новгород: Ни-жегород. гос. техн. ун-т им. P.E. Алексеева. 2011. - 183 с.

25. Кутилова, О.И. Автоматическое формирование графа допусков расположения Текст./ О.И. Кутилова// Будущее технической науки: матер. VIII междунар. молодежи, науч. конф./НГТУ Н.Новгород, 2008 - с. 68-69.

26. Кутилова, О.И. Сравнение CAD-систем на предмет формирования чертежа детали Текст./ О.И. Кутилова, Т.В. Горячева// Будущее техническойнауки: матер. VIII междунар. молодежи, науч. конф./НГТУ Н.Новгород, 2010.-с. 89-90.

27. Кутилова, О.И. Анализ основных принципов построения САПР ТП Текст./ О.И. Кутилова, Т.В. Горячева// Будущее технической науки: матер. VIII междунар. молодежи, науч. конф./ НГТУ Н.Новгород, 2010. -с. 95-96.

28. Голембиевский, А. И. Основы системологии способов формообразующей обработки в машиностроении Текст./ А.И. Голембиевский, под. ред. В. А. Петрова. Мн.: Наука и техника, 1986. - 156 с.

29. Голембиевский, А. И. Формализованное описание и систематизация способов формообразующей обработки Текст./ А.И. Голембиевский. Сообщение1. — М: Изв. вузов. Машиностроение, 1979. 245 с.

30. Голембиевский, А. И. Формализованное описание и систематизация способов формообразующей обработки Текст./ А.И. Голембиевский. Сообщение

31. М.: Изв. вузов. Машиностроение, 1979. - 285 с.

32. Маталин, A.A. Технология машиностроения Текст./А.А. Маталин. Д.: Машиностроение, 1985. -464 с.

33. Соломенцев, Ю.М. Информационно-вычислительные системы в машиностроении: CALS-технологии Текст./Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, В.В. Павлов, A.B. Рыбаков. М.: Наука, 2003.-300 с.

34. Технология машиностроения Текст.: в 2 т. Т. 1. Основы технологии машиностроения / В.М. Бурцев [и др.]; под ред. A.M. Дальского. М.: Изд-во МГТУ, 2001.-678 с.

35. Решетов, Д.Н. Точность металлорежущих станков Текст./ Д.Н. Решетов, В.Т. Портман. М.: Машиностроение, 1986. - 178с.

36. Лихачев, А. Новая версия системы технологического проектирования "ТехноПро" Текст.// САПР и Графика. 2001. -№6.

37. Кашуба, A. ADEM: единое конструкторско-технологическое пространство Текст.// САПР и Графика. 2003. -№5

38. Митрофанов, В.Г. САПР в технологии машиностроения Текст.: учеб. пособие / Митрофанов В.Г., Калачев О.Н, Схиртладзе А.Г., Васин A.M. -Ярославль: Изд-во Ярослав, гос. тех. ун-та, 1995. -298 с.

39. Моисеева Н.К., Функционально-стоимостной анализ в машинострое-нииТекст. М.: Машиностроение, 1987. -320 с.

40. Справочник технолога-машиностроителя Текст.: В 2 т. / Под ред. Коси-ловой А.Г., Мещерякова Р.К. 4-е изд., перераб. и доп. - М.- Машиностроение, 1986. -496 с.

41. Капустин, Н.М. Диалоговое проектирование технологических процессов Текст./ Капустин Н.М., Павлов В.В., Козлов Л.А. и др. М.: Машиностроение, 1983.-255с.

42. Проектирование и производство заготовок: учебник для вузов Текст./ А.И. Батышев [и др.]; под общ. ред. П.И. Ящерицына. М.: Глобус, 2005. - 222 с.

43. Аверченков, В.И. Автоматизация проектирования приспособлений Текст.: учеб. пособие / В.И. Аверченков, В.Б. Ильицкий. Брянск: БИТМ, 1969. -174с.

44. Винокурова, М.В. Современные подходы к проектированию станочных приспособлений Текст./ М.В. Винокурова, Т.В. Думчева, В.А. Колюнов // Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении. Н.Новгород, 2007. -с. 15-17.

45. ГОСТ 2.308-79. Единая система конструкторской документации. Указание на чертежах допусков формы и расположения поверхностей. Введ. 1979-28-05. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 1979.-20 с.

46. ГОСТ 2.309-73. Единая система конструкторской документации. Обозначения шероховатости поверхности. введ. 1973-28-05. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1973. -7 с.

47. ГОСТ 30893.2-02 Основные нормы взаимозаменяемости. Общие допуски. Допуски формы и расположения поверхностей, не указанные индивидуально. введ. 2002-25-06. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 24 с.

48. Горанский, Г.К. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства Текст./ Горанский Г.К., Бендерева Э.И. М.: Машиностроение, 1981.-456 с.

49. Кузнецов, Ю.И. Оснастка для станков с ЧПУ: справочник. — второе издание переработанное и дополненное Текст./ Ю.И. Кузнецов, А.Р. Маслов, А.Н. Байков. — М.: Машиностроение, 1990. — 512 е.: ил.

50. Винокурова, М.В. Разработка методик выбора, расчета и баз данных силовых приводов станочных приспособлений Текст./ М.В. Винокурова // Будущее технической науки: матер. VIII междунар. молодежи, науч. конф./НГТУ -Н.Новгород, 2008. -46с.

51. Масягин, В.Б., Совершенствование теории размерного анализа на основе кромочной модели деталей типа тел вращения Текст.: автореф. На соискание ученой степени док. техн. наук 05.02.08/ В.Б. Масягин. Омск, 2010.

52. Корсаков, B.C. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении Текст./ B.C. Корсаков, Н.М. Капустин, К.Х. Тем-пельгоф, X. Лихтенберг. М.: Машиностроение, 1985. - 304 с.

53. Заде, Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений Текст./ Л.А. Заде. М.: Мир, 1976 -168 с.

54. Цветков, В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов Текст./ В.Д. Цветков. М.: Машиностроение, 1972. - 240 с.

55. Энкарначчо, Ж. Автоматизированное проектирование. Основные понятия и архитектура систем Текст./ Ж. Энкарначчо, Э. Шлехтендаль; пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986. 288 с.

56. Станочные приспособления: справочник Текст. В 2 т. /Ред. совет: Б.Н. Вар-даттткин (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1984. - 55с.

57. Старостин, В.Г. Формализация проектирования процессов обработки резанием Текст./ В.Г. Старостин, В.Е. Лелюхин. М.: Машиностроение, 1986. -136 с.

58. Шпур, Г. Автоматизированное проектирование в машиностроении Текст./ Г. Шпур, Ф.-Л. Краузе; пер. с нем. Г.Д. Волковой [и др.]; под ред. Ю.М. Соломенцева, В.П. Диденко. М.: Машиностроение, 1988. -648с.

59. Ярмош, H.A. Автоматизация информационных ресурсов проектирования Текст./ H.A. Ярмош. Минск: Наука и техника, 1984. - 256 с.

60. Колыбенко, Е.И. Системные знания теории базирования в машиностроении Текст./ Е.И. Колыбенко// Вестник машиностроения, 2005. -№10, 11.