книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов
..pdfОснованием для деления ТП на этапы могут быть и другие технологи ческие признаки. Например, использование защиты меднением поверхностей без цементации диктует ввод дополнительного этапа - меднения. Организа ция производства также может оказывать влияние на выделение этапов, на пример распределение оборудования по разным цехам. Перечень этапов на зывают планом обработки деталей.
При формировании этапов обработки следует учитывать технологиче ские особенности обработки отдельных поверхностей, которые можно рас сматривать как две группы: технологически простые и технологически слож ные поверхности.
Технологически простые - поверхности деталей, для которых приме няются только методы механической обработки. Технологически сложные - поверхности деталей, при формировании которых наряду с механической об работкой применяются термические, гальванические и другие методы обра ботки или покрытия поверхности. В общем случае считается, что при обра ботке технологически простых поверхностей сохраняется последователь ность стадий в виде маршрута обработки для конкретной поверхности. Фор мирование технологически сложных поверхностей характеризуется, как пра вило, нарушением этой последовательности. Так, в конце процесса обработ ки детали, на стадиях тонкой обработки, могут выполняться работы, связан ные с разметкой, формированием технологических баз. В то же время вы полнение работ, характерных для данного этапа обработки, может произво диться на различных ее стадиях. Так, «формирование заготовки под повтор ное старение» выполняется на черновой, получистовой и чистовой стадиях. Это во многом связано с установившимися на предприятии традициями. Чтобы учесть эту особенность и сделать более приспосабливаемыми разраба тываемые САПР ТП, предложено рассматривать приоритетные и вариантные стадии и этапы обработки.
Если при назначении этапа обработки руководствуются объективны ми техническими критериями, инструкциями, рекомендациями, статистиче скими данными, а процесс принятия решения носит алгоритмический харак тер, то такая реализация конкретного этапа будет приоритетной. При вари антной реализации технолог руководствуется субъективными соображения ми, указаниями руководства и т.д., а принятое решение можно считать «во левым». Следует отметить, что приоритетная реализация этапов характерна для конкретной, как правило, одной стадии обработки, а вариантная - для
ряда близких по характеру стадий.
В целях уменьшения числа анализируемых особенностей обработки и упрощения алгоритмов выбора этапов необходимо проводить их ранжирова ние, т.е. определять точное место каждого этапа в пределах стадии обработ
ки.
Синтез общего плана обработки относится к трудноформализуемым задачам и разрабатывается с использованием диалогового режима работы на
ЭВМ.
Для выбора этапов обработки детали необходимо установить опреде ленный состав условий и критериев (признаков) для функционирования каж дого этапа в принципиальной схеме обработки.
Классификационные признаки подразделяются на следующие группы: конструктивно-технологические признаки деталей общего назначения (точ ность, шероховатость поверхностей, материал); конструкторско-технологи ческие признаки особенностей формирования заготовок; приведенные вели чины припусков; сведения о жесткости заготовки; сведения о твердости, прочности заготовки.
Выявленный состав признаков и условий выбора этапов позволяет выбрать большое число вариантов возможных решений. Однако они в значи тельной степени сокращаются в случае алгоритмического выбора решений. В то же время введение условий, определяемых «волевым решением», дает возможность учесть все многообразие особенностей, присущих конкретному производству.
Для построения общего плана обработки деталей необходимо объеди нить набор технологических решений в виде типовых этапов с условиями их функционирования. Сравнивая конкретные признаки, характеризующие ана лизируемую деталь, с условиями выбора типовых этапов в общем плане об работки получают принципиальную схему ТП конкретной детали. Эту опе рацию обычно выполняют с помощью таблиц соответствий.
При выборе этапов обработки используют аппарат математической логики, главной задачей которой является структурное моделирование лю бых дискретных систем, характеризующихся конечным числом состояний.
Каждое условие, определяющее выбор этапа, может пребывать в двух состояниях - «да» или «нет»: совпадают или не совпадают признаки кон кретной детали с условиями выполнения этапа. Известно, что объекты с дву мя возможными состояниями характеризуются булевыми переменными, а отношения между ними представляются булевыми функциями - отрицанием X , дизъюнкцией Х\ V Х2(V - или, логическая сумма) и конъюнкцией Х } Л Х2 (Л - и, логическое произведение). В общем случае условие выбора этапа представляется в виде логического выражения
КЭ = / ( * , , лг2,..., Х п),
где КЭ - код этапа, принимает два значения - «да» или «нет»; Х ь Х 2, ~ - признаки детали.
Для некоторых этапов, которые являются общими, логическая функ ция отсутствует и принимается КЭ = 1. Общий план обработки деталей типа тела вращения состоит из 17 этапов (табл. 6.6). Знак «= =» - знак отношения «равно» в логическом выражении. Например, КЭ = ХТО = = 1 . 1 —КЭ равня
ется 1, и этап выполняется, если для детали необходима термообработка — нормализация (при описании детали с нормализацией признаку детали «ХТО» присваивается код 1.1 и выражение принимает вид 1.1 = = 1.1).
|
Общий план обработки |
Таблица 6.6 |
|
|
|
Этап обработки |
Условие выполнения этапа (ком |
Код этапа КЭ |
|
ментарий) |
|
1
1.Заготовительный
2.Подготовительный (обработка центро вых отверстий)
3.Черновой
4.Термообработка
2
Всегда
кз=дд£>),
отношение длины детали L к диа метру D больше 5
КЗ-ДВЗ), вид заготовки - не полуфабрикат с кодом 4
КЭ -/(ХТО), ХТО - нормализация
3
КЭ- 1
КЭ L/D >5
К Э -В З -4
КЭ - ХТО-= 1.1
5. Получистовой |
Всегда |
КЭ - 1 |
|
6. Меднение |
КЭ-ДХТО), |
КЭ - ХТО - - 3.2 V |
|
|
|
азотирование и цементация с защи V ХТО- “ 4.2 |
|
|
|
той меднением |
|
7. |
Получистовой И (удаление меди с по |
КЭ - /(ХТО), |
КЭ - ХТО ® = 3.2 V |
|
верхностей с ХТО) |
азотирование и цементация с защи V ХТО - - 4.2 |
|
|
|
той меднением |
|
8. |
Цементация |
КЭ-ДХТО), |
КЭ - 4 < ХТО < 5 |
|
|
ХТО - цементация |
|
9. Получистовой 111 (удаление цементи |
КЭ-ДХТО) |
рованного слоя с поверхностей без ХТО |
|
при защите припуском, обработка вторич |
|
ных поверхностей без ХТО) |
|
10. Термообработка |
/-(ХТО), |
|
ХТО - закалка или цементация |
11. Чистовой 1 |
ПКгК), |
|
есть хота бы одна поверхность с |
|
шероховатостью Ra< 2,5 |
12. Азотирование |
ЛХТО). |
|
ХТО - оотмроимие |
КЭ -Х ТО --3.1
КЭ -Х Т О -- 1.3 V V ХТО = я 1.4 V 4 <
<ХТО < 5
КЭ = Я* < 2,5
КЭ = 3 < ХТО < 4
13. Чистовой 11 (обработка поверхностей |
f(XТО), |
К Э -Х Т О --3.1 |
без ХТО при защите припуском при азо |
ХТО - азотирование с |
|
тировании) |
зашитой припуском |
КЭ - 3 < ХТО < 4 |
14. Чистовой 111 (обработка азотируемых |
Г(ХТОХ |
|
поверхностей) |
ХТО - азотирование |
|
15. Чистовой IV (обработка вторичных |
;^"(точность) |
КЭ = точность < 9 |
поверхностей: зуба, шлиц, резьбы) |
\Г(ХТО), |
|
16. Гальванический |
КЭ - ХТО --2 .1 V |
|
|
ХТО - хромирование нтш |
V ХТО - - 22 |
|
1никелирование |
|
17. Доводочный |
} |
КЭ-*.<0,16 |
|
1есть хотя бы одна поверхность с |
|
|
1шероховатостью Я* < 0 16 |
|
В условии выполнения этапа f( R a. К) К - номер цилиндрической по верхности детали, принимающий значения от 1 до 40. Например, Ra2 - ше
роховатость второй поверхности детали.
Кодирование признака «вид химико-термической обработки и гальва нопокрытия» показано в табл. 6.7.
Результатом поэтапной проверки выполнения условий для анализи руемой детали и выбора этапов является принципиальная схема ТП с указа нием номера, наименования этапа и номеров обрабатываемых поверхностей на каждом этапе.
Таблица 6.7 Виды химико-термической обработки и нанесения гальванопокрытия
Вид обработки
Термообработка:
нормализация улучшение, старение закалка общая закалка ТВЧ
Нанесения гальванопокрытия: хромирование никелирование
j Азотирование:
! с зашитой припуском I с защитой меднением I кругом 1Цементация:
I с защитой припуском | с защитой меднением | кругом
I |
Код |
|
!_________ |
_ |
!! |
1 |
|
; |
! |
u |
| |
' |
1-2 |
|
j |
1.3 |
| |
|
1.4 |
I |
|
|
j |
2.1
2.2
3.1
3.2
3.3
4.1
4.2
4.3
6.4.Проектирование ТП в пределах этапа обработки
Врезультате разработки принципиальной схемы технологический процесс оказывается разделенным на несколько этапов. Известно, какие по верхности, до какой точности и шероховатости подлежат обработке на каж дом этапе.
Дальнейшее проектирование ТП ведется в пределах этапа, при этом решаются следующие задачи: уточнение методов обработки и выбор обору дования; выбор технологических баз и типа оснастки; формирование струк туры и последовательности операций.
Выбор методов обработки и типа оборудования определяется усло виями проектирования ТП. Если ТП разрабатывается при проектировании нового цеха или завода, технолог может выбирать любые оптимальные по экономическим критериям виды обработки и оборудования. При заводской разработке ТП технолог обязан исходить из условия использования имеюще гося в цехе (на участке) оборудования.
Для решения вопроса окончательного выбора методов обработки и оборудования необходимо установить технологические комплексы, т.е. группы поверхностей, которые можно обрабатывать за одну операцию и в одном установе. Во многих случаях вопрос о формировании комплексов ре шается с учетом конфигурации детали, назначения и формы поверхностей. Поверхности деталей - тел вращения (валы, втулки, диски и т.д.) - разделя ются, как правило, на два технологических комплекса с тем, чтобы поверх ности каждого комплекса можно было обрабатывать при одной установке (с одной и другой стороны от поверхности с максимальным диаметром). Гораздо большее число комплексов поверхностей приходится формировать при обработке корпусных заготовок - оно будет значительным при использова нии универсальных станков и приспособлений и может быть уменьшено при использовании современного оборудования. Так, станки типа обрабатываю щего центра с поворотным столом позволяют вести обработку поверхностей различной формы, расположенных на всех сторонах заготовки при одной ее установке. Комплекснрование (объединение поверхностей в технологические комплексы) особенно важно для финишных ступеней обработки, так как об работка поверхностей при одной установке позволяет наиболее простым и экономическим способом обеспечить требуемую по чертежу точность взаим ного расположения поверхностей (по параллельности, перпендикулярности, соосности).
Известно, что одинаковые точности обработки и качество обработан ной поверхности могут быть достигнуты различными способами. Поэтому сначала подбирают для обработки каждой поверхности или комплекса по верхностей на каждом этапе несколько возможных методов обработки и обо рудования, а затем сопоставляют варианты по производительности и техно логической себестоимости.
При отборе вариантов целесообразно использовать справочные и нормативные материалы по трудоемкости и себестоимости отдельных мето дов обработки.
Основными факторами, влияющими на выбор оборудования, являются: - конструкция детали, ее габаритные размеры и другие характеристи
ки (например, обрабатываемость);
-требуемая точность обработки;
-вид заготовки (штучная, из прутка);
-объем выпуска изделий, тип производства, размер партии заготовок.
175
Выбор оборудования выполняется в три шага: выбор группы станка (токарный, фрезерный и т.д. - отбирается сопоставлением вариантов обра ботки, как было отмечено выше), выбор класса станка (универсальный или с программным управлением) и выбор типоразмера станка (модели).
Эффективность применения станков с ЧПУ выражается:
1)в повышении точности и однородности обрабатываемых деталей;
2)в повышении производительности обработки благодаря уменьше нию доли вспомогательного времени с 70 - 80% для обычных станков до 40 - 45%; в среднем производительность возрастает: для токарных станков в два-
три раза, для фрезерных - в три-четыре раза и для обрабатывающих центров
-в пять-шесть раз;
3)в снижении себестоимости обработки, связанном с повышением производительности, снижением затрат на приспособления и т.п.;
4)в значительном сокращении потребности в высококвалифициро ванных станочниках (вследствие многостаночного обслуживания и др.).
Имеются сферы производства, в которых применение станков с ЧПУ является явно целесообразным. Сюда относится обработка заготовок, кото рые имеют сложную конфигурацию и различные фасонные поверхности и изготовление которых на традиционных станках невозможно или требует больших затрат времени и труда
Выбирая типоразмер станка, руководствуются принципами соответст
вия:
1)рабочей зоны станка конфигурации и габаритным размерам детали (например, токарную обработку деталей типа дисков, колец малой длины и большого диаметра выгоднее и удобнее выполнять не на токарно винторезном, а на токарно-лобовом или на токарно-карусельном станке);
2)точностных возможностей станка заданной по технологии точности обработки заготовки;
3)мощности, жесткости и кинематических возможностей станка наи выгоднейшим режимам резания;
4)производительности станка заданной программе выпуска деталей.
Вслучае малой производительности для операции может потребоваться не сколько станков. С другой стороны, применив станок чрезмерно большой производительности, не сможем его достаточно загрузить.
Выбор типоразмера станка относится к задачам, число решений кото рых невелико, а логические зависимости их выбора достаточно сложны.
В качестве примера рассмотрим фрагмент базы знаний выбора обору дования - выбор зубошевинговальных станков, характеристики которых представлены в табл. 6.8. Для формального представления алгоритма выбора решений этой задачи можно использовать таблицу решений с ограниченны ми входами (TOl 15).
Модель
станка
5А702Г
5703В
5717С
Характеристики зубошевинговальных станков |
Таблица 6.8 |
||||||
|
|||||||
Размеры деталей, мм |
|
|
Параметры зубчатого венца |
||||
Диаметр |
Длина |
Модуль, мм |
Угол наклона зуба, град. |
||||
Аша |
й ж |
Z>mia |
|
Wrnin |
Шпал |
ОцЦв |
ОЦтх |
60 |
320 |
0 |
110 |
1,50 |
6 |
0 |
35 |
125 |
500 |
0 |
80 |
1,75 |
8 |
0 |
17 |
300 |
800 |
0 |
200 |
2,00 |
8 |
0 |
35 |
Т 0115 Выбор эубошевинговального станка
Диаметр детали меньше 60 мм
Длина детали меньше или равно 110мм
Модуль меньше 1,5
Угол наклона зуба меньше или равен 17° Выбран станок модели 5А702Г
СТАНОК не выбран
£><60 |
Нет |
|
|
|
D < « 3 2 0 |
Да |
- |
|
|
D < = 500 |
|
Да |
- |
|
£>< = 800 |
Да |
- |
Да |
|
£ < = 1 1 0 |
Ла |
|
|
|
£ < = 80 |
|
- |
|
|
£ < = 200 |
Нет |
|
Да |
|
т < - 1,5 |
|
|
|
|
т < = 6 |
Да |
- |
|
|
m < = 8 |
|
Да |
Да |
|
а = < 17 |
Д» |
Да |
Д» |
|
П = <35 |
- |
- |
||
СТАНОК = ‘5А702Г |
1 |
|
|
|
СТАНОК = '5703В' |
|
1 |
1 |
|
СТАНОК = '5717С |
|
|
|
|
СТАНОК = |
|
|
|
1 |
6.4.2. Выбор технологических баз
При механической обработке поверхности выдерживаются точность самой поверхности (по размеру и форме) и точность положения обрабаты ваемой поверхности относительно других поверхностей детали (по коорди нирующему размеру, по угловому положению, параллельности, перпендику лярности). В соответствии с этим рассматриваются два вида размеров: раз мер самой поверхности и размеры, определяющие взаимное положение по верхностей (координирующие размеры).
Наиболее сложные задачи при автоматизации проектирования возни кают в связи с требованиями к взаимному расположению поверхностей. Это
объясняется тем, что наборы методов обработки отдельных поверхностей из вестны и отработаны, число сочетаний поверхностей неограниченно.
Рекомендации и правила по определению баз можно разделить на 3
класса:
1) утверждения, описывающие закономерности координации отдель ных элементов (поверхностей, осей) детали;
2)утверждения, описывающие закономерности сохранения положе ния детали в процессе обработки;
3)описания точностных зависимостей.
Кпервому классу относятся следующие утверждения:
-взаимная координация поверхностей детали определяется разме ром или цепочкой размеров; при этом координирующий размер направлен по нормали к той поверхности (или оси), которую он координирует;
-на конструкторском чертеже любые два элемента чертежа, связан ные размером, координируют друг друга, эта координация не имеет направ ленности;
-на операционном эскизе положение каждой поверхности по одно му направлению координации задано одним размером. Эта координация имеет направленность - фиксируется положение обрабатываемой поверхно сти относительно базы.
Утверждения, относящиеся ко второму классу - к ориентации и за креплению детали:
-сохранение положения детали осуществляется путем наложения шести связей, лишающих деталь шести степеней свободы;
-функцию определения положения детали относительно средств об работки и закрепления выполняет комплект баз. В комплект баз входят по верхность, относительно которой посредством размера ориентирована обра батываемая поверхность, и поверхности, к точкам которых могут быть при ложены силы, противодействующие силам резания.
Третий класс утверждений - по точности:
-точность исполняемого размера определяется погрешностью обра ботки (погрешностью настройки), погрешностью установки детали в приспо соблении и приспособления - на станке;
-погрешность установки детали в приспособлении определяется по грешностью технологической базы (размеров, формы, шероховатости);
-необходимо соблюдать принципы постоянства и единства баз; принцип единства состоит в том, чтобы для обрабатываемой поверхности в качестве конструкторской, измерительной и установочной базы использовать один и тот же элемент детали; принцип постоянства баз предполагает по возможности использование одной базы для множества операций;
-необходимо соблюдать принцип наикратчайшего пути, т.е. для об работки какой-либо поверхности следует назначать в качестве базовой ту по верхность, которая связана с ней кратчайшей размерной связью;
- среди поверхностей, для которых назначается база, должна нахо диться поверхность, которая связана кратчайшими размерными связями с как можно большим числом поверхностей и, следовательно, будет базовой на следующем этапе обработки.
Методика выбора баз с точки зрения автоматизации должна содер жать количественные характеристики выбора, этапы определения баз и их последовательность.
В качестве количественной оценки используется погрешность уста новки. Решение общей задачи выбора баз разделим на три этапа:
1)исследование вопроса координации обрабатываемой поверхности в одном направлении - в направлении исполняемого размера;
2)дополнение выбранной базы до полного комплекта, который дол жен обеспечить закрепление и координацию детали относительно средств обработки;
3)выбор баз для группы поверхностей, обрабатываемых за одну опе
рацию.
Вопрос выбора баз для группы поверхностей, обрабатываемых за од ну операцию, решается при учете свойств поверхностей. При этом часть вы бранных ранее баз меняется. При замене необходимо учесть, что погреш ность исполняемого размера во вновь построенной размерной цепи не долж на превышать допустимую погрешность.
Выбор технологических баз и типа оснастки с учетом требований точности взаимного расположения поверхностей является одной из самых трудноформализуемых задач автоматизированного проектирования. Поэтому при разработке САПР единичных технологических процессов для повыше ния их надежности часто используют локализацию системы, т.е. сужение но менклатуры деталей, охватываемых системой. Достаточно надежные алго ритмы можно создать на детали типа тела вращения (валы, втулки, шестерни, муфты и тщ.). При изготовлении деталей этого типа перечень возможных способов базирования небольшой (патрон, центра, патрон с поджимом зад ним центром, люнеты), что и упрощает алгоритмы. Решение данной задачи для деталей сложной конфигурации целесообразно выполнять в диалоговом режиме проектирования.
6.4.3. Формирование последовательности и структуры операций
При решении задачи выбора технологических баз для групп поверх ностей и установлении последовательности обработки поверхностей опреде лены и основные структурные элементы ТП механической обработки. Так, при выборе баз формируют группы совместно обрабатываемых поверхно стей, исходя из их свойств и взаимного расположения. Эти группы являются исходным множеством для определения состава операций.
Последовательность операций определяется порядком баз и улучше нием качества; для групп операций, имеющих одни и те же базы, порядок
обработки устанавливается исходя из требований организации ТП, например требования максимально возможной концентрации операций на одном уча стке по типам применяемого оборудования.
Полученную последовательность операций можно уточнить, исполь зуя следующие рекомендации (о некоторых из них было сказано выше):
1.В первую очередь следует обрабатывать поверхности, принятые за чистые (обработанные) технологические базы.
2.Последовательность обработки зависит от простановки размеров. В
начале нужно обрабатывать ту поверхность, относительно которой на черте же координировано большее число других поверхностей.
3. При невысокой точности исходной заготовки сначала следует обра батывать те поверхности, с которых для раннего выявления литейных и дру гих дефектов, например раковин, включений, трещин и отсеивания брака, требуется удалить небольшой слой материала.
4.Последовательность операций необходимо устанавливать в зависи мости от требуемой точности поверхности: чем точнее должна быть поверх ность, тем позднее ее необходимо обрабатывать, гак как обработка каждой последующей поверхности может вызывать искажение ранее обработанной. Снятие каждого слоя металла приводит к перераспределению остаточных напряжений, что и вызывает деформацию заготовки. Последней нужно обра батывать ту поверхность, которая является наиболее точной и ответственной.
5.Операции обработки поверхностей, имеющих второстепенное зна чение и не влияющих на точность основных параметров детали (сверление мелких отверстий, снятие фасок прорезка канавок и т.п.), следует выполнять
вконце ТП, но до операций окончательной обработки ответственных по верхностей. В конец маршрута желательно также выносить обработку легкоповреждаемых поверхностей, к которым относят наружные резьбы, наруж ные зубчатые и шлицевые поверхности.
6.Необходимо учитывать возможное сокращение путей транспорти ровки деталей.
Задача формирования структуры операции состоит в том, чтобы опре делить оптимальную последовательность переходов.
Для структуры технологической операции так же, как и для ТП, ха рактерна многовариантность, которая предполагает существование опти мального решения. Синтез оптимальной структуры включает в себя опреде ление вариантов последовательности переходов и расчет параметров перехо дов, необходимых для выбора оптимального варианта последовательности. Здесь задача структурной оптимизации решается в три этапа:
- создание (синтез) очередного варианта последовательности перехо
дов;
-анализ (оценка) варианта;
-принятие решения о замене ранее выбранного варианта на новый или о прекращении синтеза новых вариантов.
ISO