книги / Системы автоматизированного проектирования технологических процессов

случае математическое описание можно преобразовать в соответствующие ему ребра и поверхности для занесения в базу данных и вывода на экран мо­ нитора.

Общепринятым порядком моделирования твердого тела является по­ следовательное выполнение булевых операций (сложения и вычитания) над объемными примитивами. В разных системах реализованы различные спосо­ бы задания формы примитивов:

- ввод параметров для примитива из списка методов задания (как рассмотренные списки методов определения точек, линий и т.д.), например ввод радиуса сферы;

- выполнение перемещения плоской фигуры в пространстве, след от перемещения определяет форму примитива (например, поворот окружности вокруг оси образует сферу, а смещение многоугольника - призму).

Второй способ более гибкий, при этом доступны следующие опера­

ции:

-вращение плоской фигуры вокруг оси на заданный угол;

-протягивание фигуры вдоль пространственной траектории с обра­ зованием поверхности «трубопроводного» типа;

-построение тела по нескольким сечениям - фигу рам.

После создания базового тела производится «приклеивание» или «вы­ резание» дополнительных объемов. Примерами «вырезания» (вычитания) объемов будут различные отверстия, проточки, канавки, а примерами «при­ клеивания» (добавления) - бобышки, выступы, ребра. Дополнительные оп­ ции в операциях позволяют упростить задание параметров. Например, при создании сквозного отверстия можно не рассчитывать его длину, а выбрать опцию «сквозное», а при создании бобышки указать, что она должна быть построена до определенной поверхности.

Дополнительные операции упрощают задание распространенных кон­ структивных элементов - фасок, скруглений, отверстий. Так, для построения фаски не нужно создавать из линий фигуры и перемещать их вдоль ребра, а достаточно указать ребро или грани и ввести параметры фаски - величину катетов или величину катета и угол.

На любом этапе работы тело можно преобразовать в тонкостенную оболочку. Можно удалить часть тела по границе плоскости или другой по­ верхности. Для повторения операции используются команды копирования.

3.2.2. Редактирование геометрической модели

Редакшрование необходимо для корректировки геометрической мо­ дели. При построении такой модели пользователь должен иметь возможность уничтожать, передвигать, копировать ее элементы. В системах машинной графики предусматриваются, например, следующие возможности редактиро­ вания графической информации:

1.Перенос некоторой детали изображения в другое место. Это дейст­ вие связано с выполнением поступательного движения.

2.Копирование детали изображения в другом месте. Функция копиро­

вания подобна функции переноса с той лишь разницей, что положение самой копируемой детали не изменяется.

3.Поворот детали. Это преобразование вращения, при котором деталь поворачивается на заданный угол относительно исходной ориентации.

4.Зеркальное отображение детали. Выполняется относительно задан­

ной плоскости.

5.Уничтожение детали изображения. Эта функция удаляет часть изо­ бражения с экрана и из базы данных.

6.Удаление части изображения с экрана с оставлением ее в базе дан­

ных.

7.Отсечение линии или другого элемента изображения. Эта функция обеспечивает удаление части линии за пределами некоторой точки.

8.Создание секции модели из нужных графических элементов. Скон­

струированная секция, сориентированная должным образом, может быть за­ тем добавлена в модель.

9. Изменение масштаба. Выбранный элемент изображения можно уменьшить или увеличить в соответствии с заданным масштабным коэффи­ циентом в направлении осей. Изменение масштаба может производиться как по всем трем осям сразу, так и по одной или двум.

Принцип моделирования (параметрическое или обычное без взаимо­ связи элементов детали), естественно, накладывает отпечаток на редактиро­ вание. При отсутствии параметризации изменение практически любого раз­ мера требует большой доработки всей модели с использованием названных возможностей редактирования (перенос, удаление части изображения с по­ следующей прорисовкой нового варианта и т.д.).

Наличие параметрических связей намного упрощает редактирование - после задания новых значений параметров модель автоматически перестраи­ вается в соответствии с ними. Например, конструктор изменяет длину пере­ мещения фигуры при создании тела, в результате другой элемент (бобышка, ребро), построенный на торце тела, все равно остается на торце, а не «повиса­ ет» в пространстве на прежнем месте.

3.3. Автоматическое создание чертежей

После определения конструктивных параметров изделия выполняется окончательный функциональный анализ. Как было рассмотрено выше, функ­ циональный анализ включает в себя расчеты механических напряжений и усилий, тепловых и электрических процессов. Для описания динамического поведения проектируемого объекта используются дифференциальные урав­ нения. Процедуры анализа могут быть автоматизированы с использованием программ инженерного анализа. В готовых к применению САПР такие сред­

ства включаются в библиотеку программ и вызываются для использования в процессе работы с каждой конкретной моделью проектируемого объекта. В современных САПР программы инженерного анализа выделяются как само­ стоятельные системы CAE (Computer Aided Engineering - инженерный ана­ лиз, проработка с помощью компьютера).

Автоматическое черчение предполагает выполнение на бумаге конст­ рукторских чертежей непосредственно на основе информации, содержащейся в базе данных САПР. В некоторых автоматизированных конструкторских от­ делах на первых порах возможность автоматического изготовления чертежей была определяющим фактором целесообразности затрат на САПР. Это не­ удивительно, так как производительность САПР при выполнении указанных операций выше производительности чертежника примерно в пять раз.

Целый ряд функциональных возможностей геометрической модели объекта наилучшим образом проявляется именно в процедурах изготовления чертежей. Сюда относятся автоматическое определение размеров, штриховка нужных областей, масштабирование, а также построение разрезов и увели­ ченных изображений конкретных элементов деталей. Важную роль в черче­ нии с использованием ЭВМ играет возможность вращения деталей или вы­ полнения иных преобразований изображений (например, для получения ко­ соугольных проекций, построения изометрии или перспективы). В большин­ стве САПР предусматривается возможность формирования шести проекций детали. Конструкторские чертежи приводятся в соответствие с системой стандартов путем воплощения требований этих стандартов в конкретные ма­ шинные программы.

Команды образмеривания позволяют проставлять линейные и угловые размеры, размеры диаметра и радиуса, а также рисовать осевые линии круга и проводить разнообразные линии-выноски. Кроме того, ряд команд управ­ ляет различными режимами. Для детальной настройки размеров существует серия диалоговых окон. Каждая комбинация настроек определяет размерный стиль, который может постоянно храниться в чертеже. Можно создать необ­ ходимое количество таких стилей, присвоить каждому имя и использовать их

впроцессе нанесения размеров.

Всовременных САПР И имеются встроенные средства оформления чертежа, позволяющие отслеживать ассоциативную связь между моделью и

еечертежом. В этом случае изменение параметров модели приводит к авто­ матическому изменению чертежа.

1. Объясните необходимость итеративного характера процедур конст­ рукторского и функционального проектирования.

2.Назовите задачи конструкторского проектирования.

3.Дайте определение и укажите разновидности геометрического мо­ делирования.

4.Охарактеризуйте методы объемного моделирования.

5.Какие функции выполняют программы машинной графики?

ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

4.1. Технологическая подготовка производства

Сложность современных изделий машиностроения обусловливает не­ обходимость выполнения большого объема работы по технической подго­ товке производства до начала их промышленного выпуска.

Техническая подготовка производства включает в себя в качестве ос­ новных этапов конструкторскую, технологическую и организационную под­ готовку.

Конструкторская подготовка изделия имеет своей целью разработку конструкции изделия и создание чертежей общей сборки изделия, сбороч­ ных элементов и отдельных деталей изделия, запускаемых в производство с оформлением соответствующих спецификаций и другой конструкторской документации. Как видно из описания целей, конструкторская подготовка включает в себя два вида проектирования: функциональное и конструктор­ ское, рассмотренные выше.

Технологическая подготовка производства (ТПП) по ГОСТ 14.004-83 - это совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологи­ ческую готовность предприятия к выпуску изделий заданного уровня качест­ ва при установленных сроках, объеме выпуска и затратах. Основными функ­ циями (задачами) технологической подготовки производства являются: обеспечение технологичности конструкции, разработка технологических процессов (ТП), проектирование и изготовление средств технологического

оснащения (СТО).

Организационная подготовка производства включает в себя календар­ ное и технико-экономическое планирование и организацию производства изделия в установленные сроки в заданном объеме выпуска.

Технологическая подготовка производства базируется на Единой сис­ теме технологической подготовки производства (ЕСТПП). Согласно ГОСТ 14.001-73 ЕСТПП - это установленная государственными стандартами сис­ тема организации и управления процессом ТПП, предусмагрнвающая широ­ кое применение прогрессивных типовых ТП, стандартной технологической оснастки и оборудования, средств механизации и автоматизации производ­ ственных процессов, инженерно-технических и управленческих работ.

Технологическая подготовка является самой трудоемкой частью тех­ нической подготовки производства. Трудоемкость технологического проек­ тирования составляет (в процентах от общего объема технической подготов­ ки) около 30 - 40 % для условий мелкосерийного производства и 50 - 60 % в массовом производстве. Как показывает практика, трудоемкость технологи­ ческого проектирования в 2-3 раза превышает трудоемкость конструирова­ ния машин.

Рассмотрим названные три основные задачи технологической подго­ товки производства.

Обеспечение технологичности конструкции изделий. Для решения этой задачи проводятся: структурный анализ изделий (какие детали и сбо­ рочные единицы входят в изделие) с целью определения возможности уве­ личить количество заимствованных деталей (в том числе и стандартных); технико-экономический анализ производства (какие технологические про­ цессы и средства технологического оснащения можно использовать из про­ цессов и средств подготовки технологически подобных и уже запускавшихся изделий); анализ возможности улучшения технологичности конструкции де­ талей.

Технологичность по ГОСТ 18831-73 рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных за­ трат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке про­ изводства, изготовлении, эксплуатации и ремонте, по сравнению с соответ­ ствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назна­ чения при обеспечении установленных значений показателей качества в при­ нятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта.

Анализ возможности улучшения технологичности конструкции дета­ лей включает в себя анализ возможности: уменьшения размеров обрабаты­ ваемых поверхностей для снижения трудоемкости механической обработки; повышения жесткости детали для обеспечения ее многоинструментальной обработки и высокопроизводительных режимов резания; облегчения подво­ да и отвода режущих инструментов в целях сокращения вспомогательного времени; унификации размеров отверстий, пазов и канавок для сокращения номенклатуры инструментов; обеспечения удобного и надежного базирова­ ния заготовок, а при простановке размеров анализ возможности совмещения технологических и измерительных баз; анализ удобства выполнения много­ местной обработки заготовок.

Показатели для оценки технологичности конструкции учтены требова­ ниями ГОСТ 14.201-73. Технологичность конструкции - понятие относи­ тельное и комплексное. При сс оценке следует учитывать условия производ­ ства (тип, уровень автоматизации и оснащенности), ее нельзя рассматривать изолированно, без взаимосвязи и учета условий выполнения подготовитель­ ных процессов, процессов обработки, сборки и контроля. Отработку на тех­ нологичность конструкции производят в целях получения наименьших тру­ доемкости и себестоимости изготовления изделия в целом.

Улучшение технологичности конструкции позволяет сократить трудо­ емкость изготовления изделия на 15-30 % и более, а себестоимость на 1(>- 20 %. Для отдельных деталей эти показатели могут быть выше.

Понятие «технологичность конструкции» распространяют не только на область производства, но и на процесс его подготовки. Конструкция изделия

должна быть удобной для быстрого освоения его в производстве, а также для эксплуатации его потребителем (удобство обслуживания, ремонтопригод­ ность, экономичность эксплуатации).

Конструкцию изделия рекомендуется отрабатывать на технологич­ ность в процессе создания самой конструкции. При этом достигается рабо­ чий контакт конструкторов и технологов, сокращается длительность после­ дующей разработки технологических процессов.

Разработка технологических процессов (ТП). Цель проектирования ТП - подробное описание процессов изготовления изделия с необходимыми технико-экономическими расчетами и обоснованиями принятого варианта. Эта основная задача технолога дополняется задачей внедрения спроектиро­ ванного технологического процесса на предприятии. В результате составле­ ния технологической документации инженерно-технический персонал и ра­ бочие-исполнители получают необходимые данные и инструкции для осу­ ществления спроектированного технологического процесса в конкретных производственных условиях.

Технологические процессы разрабатывают при проектировании новых и реконструкции существующих заводов, а также при организации произ­ водства новых изделий на действующих заводах. Кроме того, ТП корректи­ руют или разрабатывают новые ТП на действующих заводах при выпуске уже освоенной продукции. Это обусловливается конструктивными усовер­ шенствованиями выпускаемых изделий и необходимостью использования и внедрения в действующее производство передовой технологии и новейших достижений производственной техники.

При проектировании новых и реконструкции существующих заводов разработанные ТП берутся за основу проекта. Они определяют необходимое технологическое оборудование, производственные площади и энергетиче­ ские мощности цеха, его транспортные средства, число рабочих, основные и вспомогательные материалы. На основе спроектированного ТП устанавли­ вают исходные данные для организации снабжения цеха, календарного пла­ нирования, технологического контроля, инструментального и транспортного хозяйства, решают вопросы организации, экономики и управления цехом. От качества технологических разработок зависят технико-экономические пока­

затели завода.

При организации производства новых изделий на действующем заводе разработка ТП предшествует всем подготовительным и организационным работам. На основе ТП выявляют возможности использования имеющегося оборудования и необходимость приобретения нового, определяют требую­ щуюся дополнительную рабочую силу, количество инструмента, средств технического контроля, транспортных средств, материалов, энергии.

Задача проектирования ТП характерна многовариантностью возмож­ ных решений. Даже для сравнительно простых изделий может быть разрабо­

тано несколько различных ТП, полностью обеспечивающих требования ра­ бочего чертежа и технических условий. Сопоставляя эффективность и рента­ бельность этих вариантов, окончательно отбирают один или несколько рав­ ноценных вариантов.

Из этих нескольких возможных вариантов сначала отбирают такие, производительность которых не ниже заданной. Затем выбирают наиболее рентабельный вариант, обеспечивающий минимальную себестоимость изго­ товления изделия.

Проектирование ТП отличается сложностью и трудоемкостью. Его вы­ полняют за несколько последовательных стадий. Вначале делают предвари­ тельные наметки при решении частных и общих вопросов проектирования; на последующих стадиях эти наметки уточняют и конкретизируют на основе детальных технологических расчетов. Знание основных закономерностей построения ТП и математические методы позволяют находить оптимальные решения с помощью методов автоматизированного проектирования.

Основные трудности оптимизации решения сложных технологических задач - наличие большого количества влияющих факторов и отсутствие точ­ ных закономерностей протекания технологических процессов.

Проектирование и изготовление средств технологического оснащения (СТО). К СТО относятся станочные приспособления, режущие, измеритель­ ные и вспомогательные инструменты.

Проектирование технологической оснастки включает в себя решение задач конструкторского и технологического характера. Основные направле­ ния автоматизации решения этих задач: типизация конструктивных и техно­ логических решений; отделение проблемной части от инвариантной; созда­ ние банков данных конструкторско-технологического назначения; использо­ вание диалоговых методов проектирования. На этой основе разрабатываются специальные подсистемы автоматизированного проектирования технологи­ ческой оснастки. Известны подсистемы проектирования штампов, литейных форм, приспособления для сверления плоских деталей, фотошаблонов, пе­ чатных плат, режущего, измерительного и вспомогательного инструментов и др.

4.2. Машиностроительное иронзводство и его характеристики

Машиностроение (машиностроительная промышленность) - промыш­ ленность, изготавливающая орудия труда, предметы потребления и продук­ цию оборонного значения.

Машиностроительное производство - это производство с преимущест­ венным применением методов технологии машиностроения при создании изделий.

К основным методам технологии машиностроения относятся: методы обработки резанием, г.е. методы механической обработки (например, точе­ ние, шлифование, сверление); литье; методы обработки давлением; сварка; порошковая металлургия. Методам обработки соответствуют виды произ­ водства: механическое, литейное, кузнечное, сварочное, порошковая металлургия.

Производство подразделяется на основное и вспомогательное, опытное и установившееся, единичное, серийное и массовое.

Основное производство занято выпуском товарной продукции. Функ­ ция вспомогательного производства - производство средств, необходимых для обеспечения функционирования основного производства. Примером вспомогательного производства является инструментальное производство, задача которого - изготовление средств технологического оснащения (при­ способлений, режущих, измерительных и вспомогательных инструментов).

Опытное производство - это производство образцов, партий изделий для проведения исследовательских работ, разработки конструкторской и технологической документации. Производство изделий по окончательно от­ работанной конструкторской и технологической документации называется установившимся производством.

Важными характеристиками машиностроительного производства яв­ ляются объем и программа выпуска продукции.

Объем выпуска - это число изделий определенного наименования, ти­ поразмера и исполнения, изготовляемых или ремонтируемых предприятием или его подразделением в течение планируемого периода времени.

Программа выпуска - это установленный для данного предприятия пе­ речень (номенклатура) изготовляемых или ремонтируемых изделий с указа­ нием объема выпуска по каждому наименованию на планируемый период времени.

Производственная партия - это предметы труда (например, заготовки) одного наименования и типоразмера, запускаемые в обработку в течение оп­ ределенного интервала времени при одном и том же подготовительно­ заключительном времени на операцию.

Отметим еще понятие «коэффициент закрепления операции» - отно­ шение числа всех различных технологических операций О, выполненных или подлежащих выполнению в течение месяца, к числу рабочих мест Р:

К ,„= 0/Р

Машиностроительное производство по признакам широты номенкла­ туры, регулярности, стабильности и объему выпуска продукции подразделя­

ется на три типа: единичное, серийное и массовое. В ГОСТ 14.004-83 дано следующее определение типов машиностроительного производства:

единичное —производство, характеризуемое малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление и ремонт которых, как прави­ ло, не предусматриваются;

серийное - производство, характеризуемое изготовлением или ремон­ том изделий периодически повторяющимися партиями; в зависимости от числа изделий в партии или серии и значения коэффициента закрепления операций различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное про­ изводство;

массовое - производство, характеризуемое большим объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых или ремонтируемых продолжительное время, в течение которого на большинстве рабочих мест выполняется одна технологическая операция.

Основным признаком отнесения производства к тому или иному типу является коэффициент закрепления операций К30: при К30< 1,0 - производ­ ство массовое; при 1 < К30< Ю - крупносерийное; при 10 < Кт„< 20 - средне­ серийное; при 20 < К3 о < 40 - мелкосерийное; при К3.0 > 40 - единичное.

43. Основные понятия технологического проектирования

Как было отмечено, цель проектирования технологического процесса - разработка для инженерно-технического персонала и рабочих производст­ венных подразделений (цехов, участков) достаточно подробного описания технологических приемов изготовления изделия с указанием порядка их вы­ полнения и расчетными значениями норм расхода материалов, времени, ре­ жимов обработки.

Введем ряд определений для наиболее часто встречающихся понятий. Производственный процесс представляет собой совокупность дейст­

вий людей и орудий производства, необходимых для изготовления изделия. В производственный процесс входят не только процессы, непосредст­

венно связанные с изменением формы и свойств обрабатываемых деталей, сборка узлов и изделий, но и все необходимые вспомогательные процессы: складирование, упаковка, отгрузка изделий; ремонт и модернизация обору­ дования; изготовление инструмента и средств механизации; контроль на всех этапах.

Изделие - любой предмет или набор предметов производства, подле­ жащих изготовлению на предприятии.

Деталь - это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций.