Принципы и задачи проектирования 1 Уровни, аспекты и этапы проектирования

Вид материала

Документы

Содержание 3.4.1 Индивидуальные и обобщенные технологические маршруты М обработки класса деталей в обоб­щенный маршрут. Если имеем множество индивидуаль­ных маршрутов M Mi. Мощность пересечения множества операций в обоб­щенном маршруте желательно увеличивать, поскольку при этом мощность обобщенно 3.4.2 Условия назначения операций и индивидуальный технологический маршрут 3.5.3 Формирование обобщенного технологического маршрута 3.4.4 Синтез технологических маршрутов. My* до тех пор, пока не будут просмотрены все операции My*. 3.5 Направленный перебор при синтезе маршрута обработки поверхности детали

Подобный материал:

• Лекция: Организация разработки ис: Каноническое проектирование ис. Стадии и этапы процесса, 312.68kb.
• А. П. Марков Технологические практикум, 91.28kb.
• "Сапр web pack ise. Этапы и технология проектирования устройств на базе плис. Примеры, 449.82kb.
• А. Е. Стешков методология проектирования металлорежущих инструментов, 74.74kb.
• 1 Цели и задачи курсового проектирования, 12.27kb.
• Программа дисциплины Проектирование информационных систем Семестры, 9.14kb.
• С. П. Колотовкин организация курсового проектирования, преддипломной практики и дипломного, 276.32kb.
• Список билетов для экзамена по курсу Моделирование и исследование систем, 99.07kb.
• 05. 13. 12 Системы автоматизации проектирования (по отраслям) Формула специальности, 21.27kb.
• Методы автоматизированного проектирования системы прогнозирования землетрясений 05., 315.41kb.

3.4 Использование типовых решений при синтезе

технологических маршрутов обработки изделий


3.4.1 Индивидуальные и обобщенные технологические маршруты


При технологическом проектировании наибольшее распространение получил метод структурного синтеза, основанный на использова­нии типовых решений и относящийся к методам выде­ления варианта из обобщенной структуры [2,3,7].

Уровень типизации технологических процессов с ши­рокой нормализацией и унификацией конструкций дета­лей во многом определяет трудоемкость технологической подготовки производства на предприятии. Особенно это важно при создании автоматизированной системы под­готовки производства и, в частности, автоматизирован­ного проектирования технологических процессов обра­ботки резанием (при этом необходимо иметь четкие пра­вила, условия назначения операций и т. п.).

Типовые процессы разрабатывают на основе анализа, систематизации и обобщения технологических решений с учетом научных достижений технологии машиностроения и передового производственного опыта. Предусматривают применение высокопроизводительного оборудования, средств механизации и автоматизации, использование прогрессивных методов выполнения заготовок и их об­работки. Типовой процесс должен быть рациональным в конкретных производственных условиях, должен харак­теризоваться единством содержания и последовательно­сти большинства технологических операций для группы изделий, обладающих общими конструктивными призна­ками.

Проектирование маршрутов обработки деталей явля­ется основным этапом технологического проектирования.

Оно включает в себя:

- формирование технологических операций с указанием наименования и сущности выполняемой работы;

- установление последовательности их выполнения;

- оценку полученных результатов.



Рисунок 3.5 - Схема объединения технологических маршрутов.


Исходными данными при этом служат конструктивные особенности детали, технические условия приемки, про­грамма выпуска и вид заготовки. В качестве исходных данных служат также сведения об оборудовании, при­способлениях и инструменте.

Конкретную деталь относят к типовому классу (ва­лы, диски, корпусные детали и др.), подклассу, группе или более мелкой градации (подгруппе, типу) в соответ­ствии с принятым классификатором.

Для данного класса (подкласса, группы, подгруппы или типа) деталей синтезируется обобщенный маршрут обработки, включающий перечень операций обработки, характерных для этого класса. Перечень представляет собой упорядоченное множество операций существую­щих индивидуальных маршрутов. Эти маршруты имеют типовую последовательность и содержание, причем на уровне предприятия учитываются его передовой опыт и традиции, а также научно-технические достижения и перспективы развития отрасли.

На рисунке 3.5 показана схема объединения технологи­ческих маршрутов М обработки класса деталей в обоб­щенный маршрут. Если имеем множество индивидуаль­ных маршрутов M₁, M₂, .... М_i., ..., Мп (где 1, 2, .., i, ..., п — номера индивидуальных маршрутов) для какого-то класса или группы деталей (рисунок 3.5а), то при объеди­нении этих маршрутов (рисунок 3.5б) М_i Му*, где My*— обобщенный маршрут. Каждый типовой индивидуаль­ный маршрут М представляет собой множество опера­ций со своими кодами Ci. Код операции содержит не­сколько знаков, например при четырехзначном коде пер­вые два знака характеризуют вид операции (токарные, фрезерные и т. д.), последние знаки учитывают особен­ности выполнения операции, например обработку дета­ли в патроне, центрах, люнете и т. п.

Необходимым условием включения индивидуального маршрута в обобщенный является наличие области пе­ресечения, например М_i и М_j как непустого множества: М_i ∩ М_j≠0

Важной характеристикой формирования обобщенно­го маршрута является мощность пересечения множеств операций индивидуальных маршрутов |Л1пер|, т. е. ко­личество операций с одинаковыми кодами, входящими в это пересечение

Мпер=∩_i=1 Mi.

Мощность пересечения множества операций в обоб­щенном маршруте желательно увеличивать, поскольку при этом мощность обобщенного маршрута Му*=∩_i=1 Mi уменьшается. Следовательно, обобщенный маршрут представляет множество индивидуальных маршру­тов, представленных своими кодами операций. В М_пер двух или нескольких маршрутов входят эквивалент­ные операции. Эти операции должны иметь один и тот же код. Значения |Мпер| и |Му*| могут служить ориен­тиром для анализа и совершенствования работ по типи­зации технологических процессов, так как количество эквивалентных операций для различных деталей одной группы (класса или подкласса) позволяет оценить воз­можность объединения деталей в группу и уровень про­веденных работ на предприятии по типизации.

Описание операции в технологическом маршруте должно включать ее наименование и сущность выполня­емой работы.

В результате анализа описаний для каждого пред­приятия, группы предприятий или отрасли по реальным технологическим процессам создают конкретный спра­вочник формулировок операций. В таблице 3.1 показаны фрагменты формулировок операций по обработке сту­пенчатых валов и корпусных деталей коробчатого типа (мелкосерийное производство).

Эти справочники формулировок как правило содержат:

- эскиз детали;

- код операции;

- формулировку операции.


Таблица 3.1 - Фрагмент справочника формулировок операций.




3.4.2 Условия назначения операций и индивидуальный технологический маршрут


При синтезе технологического маршрута обработки детали необходимо решить задачи:

- выбор из составленных справочников типовых формули­ровок операций нужных операций для обеспечения требо­ваний качества обрабатываемой детали, а затем опреде­ление места выбранной операции в технологическом маршруте. Решение этих задач основано на том, что для каждой операции выявляются условия, которые будут определяющими при ее включении в технологический маршрут. Как видно из справочника формулировок (см. таблицу 3.1), операции с кодами 1140 и 1155 следует вклю­чать в технологический маршрут, если необходима тер­мическая обработка, соответственно закалка или улуч­шение. Из формулировок других операций, например 1147 , сразу не вытекают условия включения этих операций в технологический маршрут. Однако в одном случае установка ступенчатого вала в патроне и люнете определяется отношением длины к приведенному диа­метру L/Dnp и необходимостью править центровые фас­ки, в другом случае использование гидрокопировального токарного полуавтомата при обтачивании хвостовика вилки зависит от количества ступеней. Поэтому важно выявление условий назначения операций в маршруте на основе технологических предпосылок.

Применяемые заготовки также влияют на выбор опе­раций и их последовательность в технологическом маршруте. Например, в условиях мелкосерийного и средне­серийного производства для изготовления валов приме­няют горячекатаный прокат, штамповки, изготовленные на молотах, горизонтально-ковочных и ротационно-ковочных машинах и др. Каждому виду заготовки соответствуют свои типовые формулировки операций, включе­ние той или иной операции термической обработки, на­пример искусственного старения для литых чугунных корпусов. Вид заготовок влияет на содержание черновых операций, связанных с удалением напуска. В свою оче­редь, использование индивидуальных простейших загото­вок или прогрессивных, приближающихся к контуру де­тали, а также комплексных заготовок для группы дета­лей определяется программой выпуска, конструкцией изделия и характерными особенностями того или иного предприятия или отрасли. Уточнение выбора индивидуальных и комплексных заготовок производят с помощью ЭВМ с учетом затрат на изготовление и черновые опе­рации обработки резанием.

Важное значение имеют условия, определяющие по­грешности размера, формы и положения поверхностей, а также качество поверхностного слоя. Заданные погрешности размера и формы обеспечиваются соответст­вующими методами обработки, характерными для пред­приятия или отрасли. Выбор операций по этим условиям легко осуществляется использованием табличных моделей. Погрешность положения обрабатываемых поверх­ностей непосредственно связана с назначением схем ба­зирования, которые связываются с формулировками опе­раций.

В конструктивно-технологической группе деталей в качестве условий при выборе операций учитывают раз­новидности термической обработки, например для сту­пенчатых валов нормализацию, улучшение, закалку, от­пуск и др.; для корпусных деталей из чугуна — искусст­венное старение и т. д. Эти операции назначаются в технологический маршрут при выполнении условий, выте­кающих из технических требований на изготовление де­тали. Условия, характеризующие шероховатость обраба­тываемых поверхностей, определяются характером про­изводства. Например, при обработке наружных цилин­дрических поверхностей валов выполнение условия, обес­печивающего шероховатость поверхности с Ra = 1,25 ... 0,32, требует введения операции шлифования.

Условия, связанные с габаритными размерами дета­ли, как правило, являются двусторонними неравенствами (больше или меньше граничного значения). Граничные значения для различных групп деталей — разные; более того, они различаются для одной и той же конструктив­но-технологической группы в зависимости от традиций и опыта проектирования технологических процессов на предприятиях и в отрасли. Так, часто нежесткой дета­лью называют, например, ступенчатый вал, если соотно­шение его длины к приведенному диаметру (L/Dnp)>12. Но в некоторых отраслях машиностроения данное отно­шение может быть другим. Это соотношение обусловли­вает варианты схем установки заготовок при их обра­ботке. Например, вал можно установить в центрах, пат­роне и люнете, в центрах с люнетом и т. д.

Габаритные размеры обрабатываемой детали и их граничные значения, а также размер партии запуска­емых в производство изделий в значительной степени влияют на выбор оборудования и технологической осна­стки.

Для выбора операций при синтезе технологического маршрута создают справочники условий. В таблице 3.2 приведен фрагмент такого справочника для выбора опера­ций при обработке ступенчатых валов. Например, операцию обработки ступенчатого вала с формулировкой «Токарная. В патроне и люнете. Подрезать торцы в раз­мер и править центровые фаски согласно эскизу» вклю­чают в маршрут при условии (L/Dnp)>12 (условие А₈₄), причем в случае, если перед этим была термическая об­работка — улучшение (условие А₇₀). Таким образом, операция должна следовать после термической обработки — улучшения и предикат, определяющий выбор ука­занной операции, будет иметь вид A₇₀/\A₈₄. Однако эта же операция может следовать также и после термической обработки — закалки, когда вследствие коробления заготовки необходимо обработать торцы и править центровые гнезда. В этом случае логическая функция будет иметь вид A₆₇/\A₈₄. Обобщение сказанного выража­ется предикатом (A₇₀/\A₈₄) V (A₆₇/\A₈₄).






В общем случае логическая функция выбора й-й опе­рации

(3.1)

где А_i — условие из справочника условий для класса (группы) деталей; п₁ — количество условий, связан­ных операцией конъюнкции; n₂—количество конъюнк­ций, связанных операцией дизъюнкции.

Количество условий, связанных операцией конъюнк­ции, например для группы ступенчатых валов, обычно не превышает двух-трех. Для других конструктивных групп их может быть и больше. Это количество устанав­ливают при 'разработке справочника условий. Ограниче­ния по количеству дизъюнкций не устанавливают. Та­ким образом, логическая функция (3.1) представляет со­бой совокупность наборов ()_j , соединенных между собой логической суммой. Один или несколько таких наборов могут быть включены в логическую функцию. Однако только один из множества наборов однозначно позволяет выбрать операцию для индивидуального мар­шрута и указать в нем соответствующее ей место. Опе­рация может входить в индивидуальный технологический маршрут для деталей класса (группы), если fk=1.

В условиях практического использования автомати­зированного проектирования технологических маршру­тов необходимо выявить применяемость сочетаний конст­руктивно-технологических условий для определенного класса (группы) деталей. Анализ показал, что, напри­мер, для ступенчатых валов, вилок, дисков, корпусов ко­робчатого типа и других деталей количество таких соче­таний ограничено. С повышением уровня типизации тех­нологических процессов и унификации изделий количе­ство сочетаний будет уменьшаться, а это, в свою очередь, упрощает синтез технологических маршрутов.

Упорядоченный перечень операций позволяет синте­зировать индивидуальные маршруты для конкретных де­талей с учетом геометрических, технологических и дру­гих особенностей (условий).

Величины n₁,n₂ строго определены на каждом шаге решения задачи, но могут изменяться по мере изменения множеств условий при построении обобщенного маршру­та. Тогда множество, определяющее обобщенный мар­шрут,

(3.2)

где k=n₃ — количество операций (кодов С_R) в обобщенном маршруте.


3.5.3 Формирование обобщенного технологического маршрута


Формирование обобщенного маршрута начинают с какого-то маршрута М_i (можно с любого), принима­емого за базовый. В него последовательно вставляются недостающие операции всех присоединяемых М_j мар­шрутов. Для этого производится поиск в базовом мар­шруте для каждой операции присоединяемого маршрута эквивалентных операций. Вставляемые недостающие операции занимают определенные места в базовом мар­шруте. Полученный обобщенный маршрут принимается как очередной базовый, к нему присоединяется следую­щий маршрут и т. д. для целого класса деталей. Полу­ченный обобщенный маршрут представляет собой пере­чень операций, каждая из них имеет свою логическую функцию, которая определяет условия включения дан­ной операции в индивидуальный маршрут обработки.

На рисунке 3.6 показана схема построения обобщенного маршрута. К базовому маршруту M_i присоединяется маршрут М_j В результате получается обобщенный мар­шрут М*_yi . Заштрихованные области показывают экви­валентные операции, которые определяют мощность пе­ресечения двух маршрутов. Эквивалентность операций устанавливается по совпадению кодов.

В случае эквивалентности двух операций в обобщен­ный маршрут включается одна из них. В сформирован­ном обобщенном маршруте не должен нарушаться поря­док следования операций любого из объединяемых инди­видуальных маршрутов.

Рисунок 3.6 - Схема построения

обобщенного маршрута


Схема построения обобщенного маршрута (рисунок 3.6) иллюстрируется примером технологии обработки ступенчатых валов. Базовый маршрут М, включал в себя сле­дующие операции:

1) отрезка заготовки; 2) подрезка торцов и зацентровка при установке заготовки в само­центрирующихся призмах; 3) черновая обработка сту­пеней вала на токарном гидрокопировальном полуавтомате; 4) чистовая обработка ступеней вала на том же станке; 5) обработка левой стороны вала на токарном станке; 6) термическая обработка шеек вала; 7) шлифо­вание шеек вала; 8) мойка; 9) контроль. В присоединя­емом маршруте Му операции 1—5 совпадают с операци­ями 1—5 маршрута Мг, затем следуют операции: 6) фре­зерование шпоночного паза; 7) зачистка заусенцев; 8) мойка; 9) контроль. Обобщенный маршрут с учетом вышеприведенных условий представляет собой упорядо­ченное множество операций для обработки двух (в дан­ном случае) разновидностей деталей. Далее происходит присоединение следующего маршрута и т. д.


3.4.4 Синтез технологических маршрутов.


Синтез индивиду­альных технологических маршрутов осуществляется пу­тем их выделения из обобщенного маршрута. Исходны­ми данными для такого выделения являются условия Л^Д, характерные для конкретной детали класса (группы). Обобщенный маршрут содержит элементарные ло­гические функции, соответствующие каждой операции:

где R=1, 2,..., n_з—количество операций в обобщенном маршруте. Схема алгоритма ре­шения данной задачи представлена на рисунке 3.7. Блок 1 вызывает обобщенный маршрут обработки деталей с ко­дами операций и логическими функциями fk. Блок 2 осу­ществляет вызов условий, характерных для данной дета­ли Ля (например, особенности геометрии, точность, каче­ство поверхностного слоя, требования к контролю и др.). Блок 3 производит вызов k-й операции обобщенного маршрута My* с логической функцией fk. Если fk =1 (блок 4), то происходит запоминание выбранной опера ции с кодом Ck в блоке 5. Если логическая операция fk =l, то один из наборов логической функции fk



Если fk =0, то из блока 5 дается команда на вызов следующей операции обобщенного маршрута My* до тех пор, пока не будут просмотрены все операции My*.

Пуск





1. Вызов обобщенного маршрута М*_у с логическими функциями f_к


2. Вызов условий Л^Д, характеризующих деталь.


Печать маршрутной карты


3. Вызов к-й операции М*_у






да


5. Формирование кодов индивидуального маршрута




нет



Останов

да




Рисунок 3.7 – Алгоритм синтеза технологических маршрутов


3.5 Направленный перебор при синтезе маршрута обработки поверхности детали


3.5.1 Многовариантность задачи синтеза маршрута обработки поверхности детали.


При решении задач синтеза маршрута обработки поверхно­стей используют методы направленного перебора, дина­мического программирования и др. Рассмотрим синтез маршрута обработки поверхности на основе направлен­ного перебора, суть которого заключается в определе­нии количества переходов за счет использования допу­стимых режимов резания при условии выполнения огра­ничений и минимизации (максимизации) целевой функции.

При многопереходной обработке поверхности каж­дый предыдущий переход существенно влияет на резуль­таты последующего (главным образом на точность об­работки). Поэтому различные варианты выполнения последующего перехода могут рассматриваться только после того, как выбраны определенные параметры пре­дыдущего перехода.

Различные варианты многопереходной обработки по­верхности должны рассматриваться как отличные друг от друга по количеству и основным характеристикам наборы переходов, выполняемых в строго определенной последовательности. Каждый такой набор дает опреде­ленную точность обработки и связан с конкретными затратами.

Если задана стойкость инструмента, то скорость ре­зания можно принять производной от глубины резания и подачи. Следовательно, два последних параметра и определяют многовариантный характер рассматривае­мой задачи. Глубина резания на первом переходе тео­ретически может принимать значения от максимального t_max, равного общему максимальному припуску на рас­сматриваемую поверхность, до минимального t_min, до­пустимого физикой процесса резания. Каждое последую­щее значение глубины резания может отличаться от предыдущего на величину t, характеризуемую возмож­ностью устойчивого регулирования при данной конструк­ции настроечного устройства. Таким образом, на пер­вом переходе глубина резания выражается величиной t_max.—jt, где j==0, 1, 2,..., р. Каждая из указанных глубин резания может образовывать новый вариант перво­го перехода в сочетании с различными величинами по­дач, принимающими значение от Smax до Smin. В резуль­тате образуется определенное множество вариантов выполнения первого перехода, неравноценных как по по­лучаемой точности обработки, так и по затратам (напри­мер, технологической себестоимости).

Особенности выполнения первого перехода оказыва­ют большое влияние на количество возможных вариан­тов последующих переходов, и в первую очередь за счет изменения глубины резания. Количество вариантов маршрутов на последующих переходах будет тем боль­ше, чем больше та часть припуска, которая осталась неиспользованной после первого перехода. Вариант пер­вого перехода в сочетании с различными вариантами выполнения второго перехода дает набор неравнознач­ных вариантов двухпереходной обработки. Аналогично определяют возможные варианты с третьим, четвертым и последующими переходами.

Варианты маршрута многопереходной обработки по­верхности могут быть представлены графом, вершины которого соответствуют какому-нибудь показателю (на­пример, погрешности обработки поверхности), а ребра, соединяющие две вершины,—определенным парамет­рам перехода. Различные цепи, выходящие из вершины графа, соответствующей какому-либо показателю заго­товки, имеют последнее ребро, рассматриваемое как последний переход. Сами цепи описывают варианты многопереходной обработки. Поэтому формально раз­личные варианты переходов и их последовательностей могут быть представлены ребрами и цепями графа. Де­рево вариантов маршрута обработки поверхности дета­ли представлено на рисунке 3.8.

Чтобы каждая цепь отражала вариант многопереход­ной обработки, представляющий практический интерес, необходимо установить определенные технологические правила, которым она должна удовлетворять.

При выборе плана маршрута многопереходной обра­ботки поверхности детали резанием в первую очередь преследуется цель удалить слой металла (припуск) и достичь заданной точности за наименьшее число пере­ходов. В этом отношении рационально начинать по­строение графа с минимального числа переходов, посте­пенно увеличивая их число.Тогда и расчеты должны проводиться в той же последовательности, что значительно уменьшит их объем. Этого правила надо придер­живаться и при выборе последовательности рассмотре­ния различных значений подач. На завершающем пере­ходе на подачу накладываются ограничения, обуслов­ленные заданной шероховатостью поверхности.

Поэто­му при построении графа достаточно из ряда подач, имеющихся на данном станке, принять ограниченное число, например, пять-шесть, одна-две из которых будут меньше определяемой требуемой шероховатостью по­верхности, а остальные, предназначенные для первых переходов, — больше. В общем случае каждое значение глубины резания может сочетаться с любым значением подачи из ряда Smax, ..., Sk,..., S_min. Практически нецеле­сообразно на последующем переходе использовать по­дачу большую, чем на предшествующем. Поэтому при построении графа количество ребер, исходящих из одной вершины, будут зависеть от того, какому значению по­дачи соответствует предшествующее им ребро. Но и в этом случае не все возможные сочетания глубины резания и подачи должны приниматься во внимание при




Рисунок 3.8 – Дерево вариантов маршрута обработки поверхности

детали

построении графа.

Порядок изменения глубины резания при построении графа регламентируют некоторые технологические пра­вила. Наиболее важное из этих правил устанавливает связь между технической характеристикой настроечного устройства и изменениями глубины резания в различ­ных вариантах переходов. Согласно ему, при построе­нии ребер одной цепи должно выполняться условие закономерного уменьшения первичных погрешностей об­работки, т. е. t_i t_i-1, где t_i—глубина резания, соответ­ствующая рассматриваемому ребру; t_i-1—глубина ре­зания, относящаяся к предшествующему ребру той же цепи

С учетом принятых ограничений уже на первом пере­ходе глубина резания не должна быть меньше опреде­ленного значения. В общем случае минимальная глуби­на резания, рассматриваемая на р-м переходе,

(3.3)

где t_max—максимальная глубина резания при обработке

всего припуска за один переход; — величина при­пуска, удаленная на предшествующих переходах;

p_доп—максимально допустимое число переходов, при­нимаемое для данного расчета.