книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

-производственные инструкции;

-общесоюзные, отраслевые и заводские методические указания и руководящие материалы для выполнения технико-экономических расчетов (режимов резания и норм времени, операционных припусков и допусков на операционные размеры, норм расхода материалов, запасов материалов и комплектующих изделий);

-документация по технике безопасности и промышленной санита­

рии;

-отраслевые, заводские и другие планы научно-технического про­ гресса, специализации производства.

Ксправочной информации относятся опыт изготовления аналогич­ ных изделий, методические материалы и нормативы, результаты научных исследований. Источниками справочной информации являются:

-технологическая документация опытного производства;

-документация на действовавшие или действующие единичные, ти­ повые и групповые ТП изготовления деталей, аналогичных заданным (архив

ТП);

-описания прогрессивных методов обработки, средств производства

иорганизации производства, в том числе построения АСУП (автоматизиро­ ванная система управления производством) и АС 11 III (автоматизированная система технологической подготовки производства);

-каталоги, альбомы, паспорта оборудования, средств технологиче­ ского оснащения, средств механизации и автоматизации производства по профилю проектируемых ТП.

4.11.2.Классификация и кодирование деталей

Классификацией называют разделение множества объектов на под­ множества на основе учета общих признаков объектов и закономерных свя­ зей между ними.

Совокупность методов и правил классификации образует систему классификации.

Признаком классификации называют свойство или характеристику объекта, которые могут принимать качественное или количественное выра­ жение, называемое значением признака классификации. Например, деталь - тело вращения - характеризуется наибольшим диаметром, который можно обозначить буквой Д. Д принимает конкретное значение, например Д=100, если диаметр равняется 100 мм.

Существует два основных метода классификации: иерархический и фасетный. При иерархическом методе заданное множество объектов после­ довательно разделяется на подчиненные классификационные группировки. Фасетный метод предусматривает параллельное разделение множества объ­

ектов на независимые классиф икационны е группировки по различны м п ри ­

знакам классификации.

С классификацией непосредственно связан процесс кодирования.

К од - совокупность знаков (сим волов) и си стем а оп ределен ны х п р а ­ вил, при помощ и которы х инф орм ация м ож ет бы ть п редставлен а в виде н а­ бора символов для передачи, обработки и хранения.

Кодирование - преобразование инф орм ации в код.

На практике используются следующие методы кодирования: последовательный, в котором при образовании кода используются

коды последовательно расположенных подчиненных группировок, получен­ ных при иерархическом методе классификации; образованный при этом код будет по характеру позиционным: позиция кодового знака соответствует уровню классификации;

параллельный при образовании кода классификационной группиров­ ки используются коды независимых группировок, полученных при фасетном методе классификации;

порядковый - образование кода из чисел натурального ряда и его при­ своение;

серийно-порядковый, в котором образование кода производится из чисел натурального рада с закреплением отдельных серий или диапазонов этих чисел за объектами классификации с одинаковыми признаками.

Процесс кодирования выполняется на основе классификаторов, кото­ рые представляют собой упорядоченный перечень наименований объектов классификации, признаков классификации и классификационных группиро­ вок и их кодовых обозначений. С целью создания единой системы конструк­ торско-технологической классификации деталей разработаны «Общесоюз­ ный классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции» (ОКП) и «Технологический классификатор деталей машиностроения и при­ боростроения». Процесс кодирования деталей заключается в присвоении де­ тали цифрового кода классификационной характеристики ее конструктив­ ных признаков, дополненного буквенно-цифровыми кодами основных тех­ нологических признаков.

По ГОСТ 2.201-80 устанавливается следующая структура конструк­ торского кода, состоящего из 13 знаков:

ХХХХ ХХХХХХ XXX

код организации-разработчика_____________

код классификационной характеристики _______________

порядковый регистрационный номер__________ ______________

Четырехзначный буквенный код организации-разработчика назнача­ ется по кодификатору организаций-разработчиков.

Код классификационной характеристики присваивается по классифи­ катору ЕСКД и имеет следующую структуру:

Классификатор ЕСКД содержит 99 классов. Например, класс 04 объе­ диняет металлорежущее и деревообрабатывающее оборудование; класс 21 - приборы и усзройства для измерения; для всех видов технологической осна­ стки предназначены классы 28 и 29.

Классы 7 1 - 7 6 содержат коды деталей машиностроения и приборо­ строения. При их классификации учитываются геометрическая форма, функ­ циональное назначение, конструктивные особенности. Класс 71 объединяет детали-тела вращения (кольца, втулки, валы). К классу 72 относятся те же детали, что и к классу 71, но с элементами зубчатого зацепления, а также трубы, разрезные секторы, сегменты и пр.; класс 73 выделен для деталей, не являющихся телами вращения (для корпусов, крышек, кронштейнов и др.); класс 74 включает те же детали, что и класс 73, но изогнутые из листов, по­ лос и лент; в классе 75 рассматриваются детали, являющиеся телами враще­ ния и не являющиеся ими (кулачковые, карданные, арматуры, оптические и др.); класс 76 включает детали технологической оснастки и инструмента.

По технологическому классификатору технологический код подраз­ деляется на основной и дополнительный и имеет следующую структуру:

Размерная характеристика представляет собой обобщенный признак, по которому кодируются наибольший наружный диаметр или ширина (один знак), длина (второй знак) и толщина или диаметр трубы (третий знак). Коды размерной характеристики приведены в табл. 4.5.

Группу материала определяют также по кодировочной таблице (табл. 4.6), а код вида детали в зависимости от технологического процесса ее получения - по табл. 4.7. Для формирования дополнительного технологиче­ ского кода в технологическом классификаторе имеются специальные кодировочные таблицы.

Таблица 4.5

Кодификатор размерной характеристики (фрагмент)

Проектирование ТП изготовления заготовки. Основными факто­ рами, определяющими вид заготовки, являются материал детали, ее конфи­ гурация и габаритные размеры. Во многих случаях заданный по чертежу ма­ териал уже определяет вид заготовки. Если это литейный сплав, то заготов­ кой будет отливка, если деформируемый сплав, то заготовкой будет прокат или поковка. В последнем случае следующим определяющим фактором яв­ ляется конфигурация детали. Для деталей типа гладких пальцев, штифтов, шпилек, ступенчатых валов с малым перепадом диаметральных размеров це­ лесообразным видом заготовки будет черный или калиброванный прокат; для валов и других аналогичных деталей с большей разницей в диаметраль­ ных размерах ступеней в целях экономии материала поковки нужно изготов­ лять ковкой или штамповкой. При этом включается третий определяющий фактор - объем выпуска или тип производства.

Общим правилом в этом случае будет следующее: чем больше объем выпуска изделий, тем более совершенный способ получения заготовки будет целесообразным. Так, для заготовок из деформируемых сталей и сплавов по мере роста объема выпуска изделий будет целесообразным движение:

свободная ковка -» ковка в подкладных штампах -> ковка в закрытых штампах —►безоблойная штамповка.

Для отливок самый простой и наименее точный способ - литье в пес­ чаные формы с ручной формовкой. По мере роста объема выпуска будут экономически оправданы переходы:

литье в песчаные формы с машинной формовкой -> литье в оболочко­ вые формы —►литье в кокиль литье по выплавляемым моделям —> литье под давлением.

Размеры заготовок и допуски на их размеры могут определяться как до выполнения этапа расчета припусков и операционных размеров (на основе отраслевого стандарта на общие припуски), так и после на основе расчета операционных припусков и размеров.

Таким образом, технологические процессы получения заготовок опре­ деляются технологическими свойствами материала, конструктивными фор­ мами и размерами детали и программой выпуска. В действующем производ­ стве учитываются возможности заготовительных цехов (наличие соответст­ вующего оборудования), плановые сроки подготовки производства (проект­ ные работы, изготовление штампов, моделей, пресс-форм).

Проектирование ТП обработки детали. В проектировании ТП обра­ ботки различаются следующие стадии: разработка маршрута обработки от­ дельной поверхности, разработка принципиальной схемы ТП, разработка пе­ реходов, разработка операций, разработка технологического маршрута.

Принципиальная схема ТП —это последовательность этапов обработ­ ки. 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 детализирует­ ся (как правило, в нескольких вариантах) и выбирается оптимальное.

Второй подход основан на анализе отдельных поверхностей и проек­ тировании переходов их обработки. Далее переходы упорядочиваются в опе­ рации, а операции - в маршруты обработки детали. Второй подход имеет следующую последовательность:

переход —> операция —►маршрут.

При большом разнообразии обрабатываемых деталей по формам, раз­ мерам может быть использована лишь типизация маршрута обработки от­ дельных поверхностей. Исходя из этого, выбирают второй подход к проек­ тированию (переход -> операция -> маршрут).

Когда выпускаемые изделия характеризуются большей прздраммой 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 из­ готовления, чертежа исходной заготовки и программы выпуска. Изучаются дополнительные условия проектирования: наличие оборудования; возмож­ ности его модернизации; наличие производственных площадей для расши­ рения производства; возможности применения совершенных видов исход­ ных заготовок, прогрессивного инструмента и приспособлений и т.п.

По программе выпуска и размерам производственной партии опреде­ ляются коэффициент закрепления операций, тип и серийность производства, такт и ритм обработки заготовок.

После этого по технологическим классификаторам деталей анализиру­ ется возможность изготовления детали по существующим на предприятии типовым и Щупловым ТП.

При отсутствии возможности использования существующих унифици­ рованных ТП после проведения указанной подготовительной работы техно­ лог 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 не­ сколько возможных вариантов обработки, окончательный выбор которых производится на основании расчетов и сопоставления достигаемой точности, трудоемкости, технологической себестоимости и срока окупаемости капи­ тальных затрат.

В начале проектирования технолог предварительно устанавливает ви­ ды и маршрут обработки отдельных поверхностей и методы достижения их точности, соответствующие требованиям чертежа, серийности производства и существующего оборудования. После этого разрабатывается принципиаль­ ная схема ТП. Далее технологический процесс проектируется в пределах этапов: назначаются технологические базы, устанавливается последователь­ ность переходов, содержание и последовательность операций, т.е. техноло­ гический маршрут обработки. Маршрут строится по принципу обработки сначала более грубых, а затем более точных поверхностей. В конце маршру­ та выполняются второстепенные операции (сверление мелких отверстий, на­ резание крепежных резьб, прорезка пазов, снятие фасок и заусенцев). Наибо­ лее легко повреждаемые поверхности (наружные резьбы, точные шлифован­ ные и доведенные поверхности) обрабатываются на заключительной стадии ТП.

При проектировании операции уточняют ее содержание (намеченное ранее при составлении маршрута обработки), устанавливают последователь­ ность и возможность совмещения переходов во времени, окончательно вы­ бирают оборудование, инструменты и приспособление (или дают задание на их конструирование). Проектирование перехода включает в себя назначение режимов резания, определение нормы времени.

Разработка управляющих программ (УП) для станков с ЧЛУ начинает­ ся с определения траектории движения инструмента, скорости рабочих и хо­ лостых ходов. Направления и величины перемещений устанавливаются ис­ ходя из конфигурации обрабатываемых поверхностей. Установленная после­ довательность обработки кодируется и записывается на программоноситель. Полученная в итоге УП представляет собой сумму указаний рабочим орга­ нам станка на выполнение действий, из которых складывается весь процесс обработки в операциях, выполняемых на станках с ЧЛУ.

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 обо­

рудование, приспособления и инструменты, устанавливают последователь­ ность переходов, назначают режимы работы сборочного оборудования и ме­ ханизированных инструментов (усилие запрессовки, моменты и порядок за­ тяжки резьбовых соединений, температура нагрева или охлаждения при ис­ пользовании сборки с тепловым воздействием). Проектирование операций - задача многовариантная. Возможные варианты оценивают по производи­ тельности и себестоимости, осуществляя технико-экономический принцип проектирования.

4.13. Математические модели технологического проектирования

Под математической моделью технологического процесса и его эле­ ментов понимают систему математических соотношений, описывающих с требуемой точностью изучаемый объект.

Объектом проектирования может быть технологический процесс, опе­ рация или технологический переход. Если рассматривать технологический процесс в качестве объекта проектирования, то операции будут компонента­ ми. При проектировании операции компонентами будут переходы.

При построении математических моделей используют различные ма­ тематические средства описания объекта - теорию множеств, теорию графов, теорию вероятностей, математическую логику, математическое программи­ рование, дифференциальные и интегральные уравнения.

Процесс моделирования различных объектов, являющихся сложными системами, характеризуется некоторыми общими подходами. При этом вы­ деляются следующие уровни детализации:

1)выбор принципов построения проектируемог о объекта;

2)разработка его структурной схемы;

3)определение характеристик процессов функционирования объекта;

4)разработка функциональных блоков;

5)проектирование элементов блоков.

Нетрудно заметить, что все эти уровни характерны и для проектирова­ ния ТП. При проектировании ТП также соблюдаются принципы блочно­ иерархического подхода, итерации и оптимизации. Разработка структурной схемы сопоставляется с разработкой принципиальной схемы ТП, последова­ тельности операций в виде технологического маршрута и последовательно­ сти переходов в операции. Наиболее крупным компонентом - блоком ТП - является технолог ическая операция, элементами которой, в свою очередь, служат оборудование, оснастка, выполняемые переходы.

Главная функция технологического процесса - это качественное и ко­ личественное преобразование объекта производства из состояния заготовки

в состояние готовой детали. Эта функция может быть выражена в следую-

щем виде:

Ф:ISQ—> = С0,

где Ф - оператор (правило) формоизменения; S0 - исходное состояние заго­ товки; SK- конечное состояние готовой детали; С0 - критерий оптимизации.

Пользуясь таким подходом, ТП можно описать математически в виде функционала Ф формоизменения и параметров обрабатываемой детали S, т.е. Г(Ф, S)=C0. Весь процесс формообразования может быть представлен как переход из состояния заготовки So в состояние детали 5Кпосредством выпол­ нения совокупности некоторой последовательности операций. В этом случае

FX<t>, 5) = Ф| -> Фг Фз • • • “ ►Фк, So -> S\ —►S2 ... S K.

Неотъемлемыми составляющими процесса формообразования являют­ ся потоки материалов (объект производства) и энергия. При этом первая со­ ставляющая отражает объект воздействия, а вторая - средство воздействия. Сущность процесса состоит в передаче информации на объект (материал) с помощью энергии. Для передачи информации используются операционные карты, оснастка, инструмент и управляющие программы в случае использо­ вания станков с ЧПУ

Последовательность операций представляет собой структуру техноло­ гического процесса. Структура операции определяется последовательностью переходов, в переходах структурными элементами являются проходы. При решении технологических задач также рассматривается маршрут обработки отдельной поверхности в виде последовательности переходов по всему тех­ нологическому процессу. Для представления названных структур использу­ ются структурные модели, которые могут иметь форму графов или матриц.

Как известно, задача проектирования ТП характеризуется многовари­ антностью возможных решений. Поэтому в основе разработки структуры лежит перебор вариантов и выбор наилучшей струкзуры по принятым кри­ териям предпочтения одной структуры другой. Для решения таких задач ис­ пользуют алгоритмы дискретного программирования, последовательные и итерационные алгоритмы.

После определения оптимальной структуры ТП определяется содержа­ ние операции и переходов. Для построения математического описания ТП, операции и перехода необходимо выделить состав технологических элемен­ тов, их свойства и отношения. Перечень свойств элементов приведен в табл. 4.8. В зависимости от решаемой задачи количество рассматриваемых свойств уменьшается или увеличивается.