Технологическая унификация. Разновидности технологического проектирования. Функциональная схема САПР ТП

Лекция 2. Технологическая унификация. Разновидности технологического проектирования. Функциональная схема САПР ТП

2.1. Технологическая унификация

Научно-технический прогресс в машиностроении обусловливает ускорение темпов создания все более совершенных машин, увеличение числа их типов, усложнение их конструкций. Это вызывает возрастание затрат времени и средств на технологическую подготовку. В связи с этим становится актуальной задача технологической унификации.

Технологическая унификация – приведение к единой системе методов обработки.

Задачи, решаемые технологом при проектировании ТП, можно разделить на расчетные и нерасчетные. К расчетным относятся задачи по определению припусков на обработку, технологических размеров, режимов резания, нормы времени и расходов материалов. Решение таких задач сводится к выполнению расчетов по формулам, т.е. решение их формализовано. Нетрудно составить алгоритм, позволяющий решать эти задачи с использованием ЭВМ. Однако большую часть составляют нерасчетные задачи. Это такие задачи, как выбор методов обработки, типа оборудования, вида инструмента, назначение схемы базирования, способа установки детали, формирование состава операций, определение последовательности операций, выбор вида заготовки, определение последовательности переходов в операции.

Каким же образом технолог принимает решение в каждом из перечисленных случаев? Рассмотрим в качестве примера задачу о выборе метода обработки. Пусть в детали нужно обработать отверстие. Для решения рассматриваемой задачи технолог применит уже опробованные методы. В технологии известны проверенные на практике методы обработки отверстий. Черновая обработка – сверление, рассверливание, зенкерование, растачивание; чистовая – развертывание, растачивание, протягивание, шлифование и хонингование.

Следовательно, имеется конечный набор известных методов обработки (типовых решений), и задача технолога состоит в обоснованном выборе одного из них, т.е. к принятию одного из типовых решений рассматриваемой задачи.

Необходимо отметить, что типовые решения являются основой автоматизированного проектирования ТП.

При проектировании ТП используются три уровня технологической унификации:

1. типизация маршрута обработки отдельных (элементарных) поверхностей–наружного цилиндра, конуса, сферы, отверстия, плоскости;
2. типизация маршрута обработки сочетаний поверхностей (шпоночного паза, зубьев);
3. комплексная типизация ТП обработки заготовок в целом.

Работа по типизации ТП на любом уровне должна начинаться с классификации деталей, сочетаний поверхностей и элементарных поверхностей. Основной задачей классификации является приведение всего многообразия заготовок, поверхностей, их сочетаний к минимальному числу типов, для которых можно разработать унифицированные ТП.

Типизация маршрутов обработки элементарных поверхностей. В машиностроении накоплен большой опыт разработки и использования типовых маршрутов обработки различных поверхностей. Многие из этих маршрутов зафиксированы в справочных материалах. Число возможных вариантов маршрута может быть довольно большим. Все они, однако, различны по эффективности. Выбор окончательного варианта по этим показателям важен, но сложен и трудоемок. Маршрут выбирают приближенно, оценивая трудоемкость вариантов по суммарному основному времени обработки и используя для расчета нормативные материалы. Более точно выбирают маршрут при сравнении суммарной себестоимости обработки.

Типизация маршрутов обработки сочетаний поверхностей. Под сочетанием понимают обычно набор элементарных поверхностей, образующих конструктивный элемент детали определенного функционального назначения (например, набор поверхностей, образующих шпоночный паз, шлицы). Такие наборы поверхностей называются конструкторско-технологическим элементом детали (КТЭ). Признаками классификации КТЭ на подгруппы, типы являются: функциональное назначение, конфигурация и размеры поверхностей, материал детали, требуемая точность.

Комплексная типизация ТП обработки заготовок. Эта типизация базируется на классификации деталей по конструктивно-технологическим признакам. Она включает в себя анализ и упорядочение отдельных деталей и узлов с целью объединения конструктивно и технологически сходных деталей в соответствующие классы, группы, типы. Под типом подразумевается совокупность близких по форме и размерам деталей одного класса, которые можно обработать по общему типовому ТП. В группу включаются детали с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Для их обработки используется одинаковое оборудование и оснащение при выполнении всех или отдельных операций.

2.1. Разновидности технологического проектирования

Технологическое проектирование подразделяется на три основные части (рис. 2.1):

• изготовления заготовки;
• обработки детали;
• сборки изделия.

Проектирование ТП изготовления заготовки. Основными факторами, определяющими вид заготовки, являются материал детали, ее конфигурация, габаритные размеры и объем выпуска или тип производства.

Проектирование ТП обработки детали. В проектировании ТП обработки различаются следующие стадии: разработка маршрута обработки отдельной поверхности, разработка принципиальной схемы ТП, разработка переходов, разработка операций, разработка технологического маршрута.

Принципиальная схема ТП – это последовательность этапов обработки. Этап – это одна или несколько операций, связанных с решением какой-то конкретной задачи (подготовка технологических баз, черновая обработка поверхностей, термообработка и т.д.).

С точки зрения последовательности выполнения названных стадий разработки ТП возможны два подхода:

Первый подход содержит следующую последовательность стадий:

принципиальная схема ТП маршрут операция переход.

На каждой последующей стадии решение предыдущей стадии детализируется (как правило, в нескольких вариантах) и выбирается оптимальное.

Второй подход основан на анализе отдельных поверхностей и проектировании переходов их обработки. Далее переходы упорядочиваются в операции, а операции – в маршруты обработки детали. Второй подход имеет следующую последовательность:

переход операция маршрут.

При большом разнообразии обрабатываемых деталей по формам, размерам может быть использована лишь типизация маршрута обработки отдельных поверхностей. Исходя из этого, выбирают второй подход к проектированию (переход операция маршрут).

Когда выпускаемые изделия характеризуются большей программой выпуска и меньшей номенклатурой, проектирование ТП производят на базе унифицированных ТП по первой схеме (маршрут операция переход).

Независимо от подхода проектирование технологических процессов механической обработки начинается с изучения и анализа исходных данных: рабочего чертежа детали с соответствующими техническими условиями изготовления, чертежа исходной заготовки и программы выпуска.

После этого по технологическим классификаторам деталей анализируется возможность изготовления детали по существующим на предприятии типовым и групповым ТП.

При отсутствии возможности использования существующих унифицированных ТП после проведения указанной подготовительной работы технолог приступает к проектированию единичного ТП.

Проектирование ТП представляет собой сложную многовариантную задачу, правильное решение которой требует проведения ряда расчетов. При проектировании процессов обработки сложных деталей составляется несколько возможных вариантов обработки, окончательный выбор которых производится на основании расчетов и сопоставления достигаемой точности, трудоемкости, технологической себестоимости и срока окупаемости капитальных затрат.

В начале проектирования технолог предварительно устанавливает виды и маршрут обработки отдельных поверхностей и методы достижения их точности, соответствующие требованиям чертежа, серийности производства и существующего оборудования. После этого разрабатывается принципиальная схема ТП. Далее технологический процесс проектируется в пределах этапов: назначаются технологические базы, устанавливается последовательность переходов, содержание и последовательность операций, т.е. технологический маршрут обработки.

Разработка управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ начинается с определения траектории движения инструмента, скорости рабочих и холостых ходов. Направления и величины перемещений устанавливаются исходя из конфигурации обрабатываемых поверхностей. Установленная последовательность обработки кодируется и записывается на программоноситель. Полученная в итоге УП представляет собой сумму указаний рабочим органам станка на выполнение действий, из которых складывается весь процесс обработки в операциях, выполняемых на станках с ЧПУ.

Проектирование ТП сборки изделий. Конструктор изделия при составлении сборочных чертежей должен решить вопрос о методе обеспечения заданной точности замыкающих звеньев размерных цепей изделия. При анализе исходной информации технолог проверяет выбранное решение. Принятый метод сборки должен быть достаточно полно отражен в сборочном чертеже и оговорен в технических условиях на приемку изделия. Изучение собираемого изделия завершается составлением технологических схем общей и узловой сборки. Эти схемы отражают последовательность сборки изделия и его составных частей. Схемы сборки снабжают надписями, поясняющими характер сборочных работ и выполняемый при сборке контроль (запрессовка, пайка, клепка, выверка, проверка зазоров).

Маршрут сборки включает в себя установление последовательности технологических и вспомогательных операций на основе технологических схем. Содержание операций определяют в зависимости от типа производства и темпа сборки. При проектировании операций окончательно выбирают оборудование, приспособления и инструменты, устанавливают последовательность переходов, назначают режимы работы сборочного оборудования и механизированных инструментов.

2.3. Функциональная схема САПР ТП

Основу задания на проектирование технологического процесса составляют сведения о детали, которые при неавтоматизированном проектировании задаются в виде чертежа с множеством специальных обозначений и перечнем технических требований, изложенных в виде текста. Эту информацию при автоматизированном проектировании необходимо ввести в ЭВМ (компьютер).

В ЭВМ, как правило, предусмотрена возможность ввода лишь буквенно-цифровой информации. К такому виду необходимо привести всю информацию о детали: описание ее конфигурации, размерных связей, технических требований. Следовательно, нужно разработать буквенно-цифровую модель, позволяющую с помощью системы формальных правил представить информацию о детали.

Необходимой информацией для проектирования ТП являются сведения о парке металлообрабатывающего оборудования на предприятии, технических характеристиках станков, режущем, вспомогательном и измерительном инструментах, станочных приспособлениях, заготовительном производстве, ГОСТах, нормалях, всех необходимых руководящих и нормативных материалах. При автоматизированном проектировании необходимо организовать информационно-справочную службу, которая могла бы обеспечить процесс проектирования необходимой справочной информацией.

Процесс автоматизированного проектирования базируется на множествах типовых решений и алгоритмах их выбора. Их описание также нужно формализовать, организовать их ввод, размещение в памяти ЭВМ и предусмотреть возможность оперативной работы с ними.

Таким образом, для организации автоматизированного проектирования ТП с помощью ЭВМ необходимо:

1) разработать метод формализованного описания исходной информации о детали;

2) разработать совокупность типовых решений и алгоритмов их выбора применительно к условиям производства, где система проектирования будет эксплуатироваться;

3) организовать информационно-поисковую службу в ЭВМ;

4) формировать технологические документы.

Все названные задачи могут быть представлены как задачи обработки информации. С этой точки зрения проектирование ТП можно разделить на три основных блока (рис. 2.2):

1. подготовка информации;
2. обработка информации при проектировании ТП;
3. формирование, контроль и анализ выходной информации.

2.2. Функциональные схема САПР ТП

Проектирование ТП начинается с анализа чертежа детали. После этого формируется переменная (или входная) информация – информация о детали, для которой необходимо спроектировать ТП. Эта деталь называется текущей. Входная информация может быть представлена в виде кода, таблицы кодированных сведений, машинной графики или на формализованном языке.

Условно-постоянная информация – это информация, необходимая для проектирования ТП, исходя из содержания переменной информации. К этой информации относятся сведения о применяемом оборудовании, средствах технологического оснащения, нормативные материалы для выбора режимов обработки и расчета норм времени.

При каждом проектировании ТП на разные детали информация о детали, введенное для проектирования ТП, будет разной. Поэтому эту информацию и назвали переменной. Информация об оборудовании и оснащении при проектировании ТП на разные детали меняется гораздо реже, хотя тоже может измениться. Потому она называется условно-постоянной.

Переменная информация о деталях, на которые проектировались или будут спроектированы ТП, хранится в базах данных деталей.

Условно-постоянная информация может храниться в базах данных и в базах знаний. Ее выбор и решение других задач проектирования может выполняться по разработанным технологами алгоритмам.

Блок обработки информации, т.е. блок проектирования ТП, включает три возможных варианта.

Первый – ручная обработка информации. В этом случае все решения технолог принимает сам, без ЭВМ. Выполняется лишь анализ информации о детали без разработки и ввода переменной информации в ЭВМ. Такой метод проектирования называется методом прямого документирования, а САПР ТП– технологическим редактором.

Второй вариант–автоматизированный. Он предполагает решение некоторых задач без участия человека и ожидает ввода информации о детали или в виде переменной информации, или в ходе проектирования ТП в диалоге. ЭВМ в основном решает расчетные задачи, т.е. определяет параметры ТП: вес заготовки, режимы обработки, нормы времени. Данные, необходимые для расчета, должны быть организованны в базах данных.

Третий вариант проектирования–автоматический, с обязательным вводом переменной информации. Здесь и расчетные, и нерасчетные задачи ЭВМ решает без участия технолога по введенным ранее алгоритмам. При работе в автоматическом режиме технолог вводит только информацию о детали. В этом случае необходимо наличие и базы данных, и базы знаний. САПР ТП такого уровня сложны в организации, относятся к экспертным системам–разновидностям искусственного интеллекта. Для снижения сложности таких систем используется локализация–сужение номенклатуры деталей до определенного типа или группы. В этом случае метод проектирования–на основе типизации.

Мы рассмотрели три варианта проектирования ТП и отметили, что автоматизированное и автоматическое проектирования предполагают наличие экспертной системы.

Последний блок САПР ТП – блок контроля и анализа выходной информации, результата проектирования. Для САПР ТП это–описание технологического процесса (маршрутная карта, операционные карты, эскизы, ведомость оснастки). Выходная информация также переменная Задача этого блока проектировщик выполняет без компьютера при любом виде проектирования.

От блока контроля и анализа результатов идет обратная связь к блоку подготовки данных: на основе анализа ошибок проектирования корректируются базы данных, алгоритмы в базах знаний и программы.

Вопросы к лекции 2

1. Дать пояснение понятию типовое технологическое решение.
2. Дать определение технологической унификации.
3. Какие уровни технологической унификации используются при проектировании ТП?
4. Назовите разновидности технологического проектирования.
5. В каком виде необходимо ввести информацию о детали для автоматизированного проектирования ТП?
6. Назовите задачи, необходимые решить при автоматизации проектировании ТП?
7. Какая информация относится к переменной информации?
8. Какая информация относится к условно-постоянной информации?
9. Где хранится переменная и условно-постоянные информации?
10. Выходная информация является переменной или постоянной?
11. В чем отличие автоматизированного и автоматического проектирования ТП?

PAGE 1

Анализ чертежа детали

Подготовка переменной информации

одготовка услов- но-постоянной информации для ЭВМ

Корректировка данных, алгоритмов и программ

Автоматическая обработка

Автоматизирован-ная обработка

Ручная

обработка

Контроль, доработка ТП, анализ ошибок проектирования

Контроль, доработка ТП

Контроль

Обратная связь

Блок подготовки информации

Блок обработки информации

Блок контроля и анализа выходной информации

Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ

Рис.2.1. Разновидности технологического проектирования

Проектирование маршрута, операций, переходов

Проектирование переходов

Проектирование операций

Проектирование маршрута сборки

Разработка схемы сборки

Анализ исходной информации

Проектирование переходов

Проектирование операций

Проектирование маршрута обработки

Классификация и группирование деталей

Разработка управ. программ для станков с ЧПУ

Проектирование переходов

Проектирование операций

Проектирование маршрута обработки

Разработка принципиальной схемы ТП

Установление маршрута обработки отдельных поверхностей

Анализ исходной информации

Унифицированных

ТП

Единичных ТП

Конструирование заготовки

Выбор метода изготовления

Выбор вида заготовки

Анализ исходной информации

Проектирование ТП сборки изделия

Проектирование ТП обработки детали

Проектирование ТП изготовления заготовки

Технологическое проектирование

Технологическая унификация. Разновидности технологического проектирования. Функциональная схема САПР ТП