- •Е.Л. Евсин, JI.X. Зубаирова
- •2-е издание стереотипное
- •Пермь 2005
- •ВВЕДЕНИЕ
- •ГЛАВА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ
- •1.1. Становление науки о проектировании
- •13. Основные аспекты системного подхода к проектированию
- •1.4. Структура жизненного цикла технической системы
- •1.5. Разновидности проектирования
- •1.6. Принципы проектирования
- •1.7. Стадии и процедуры проектирования
- •1.8. Формализация проектирования и режимы работы САПР
- •ГЛАВА 2. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •2.1. Процедуры на стадии разработки технического задания
- •2.3. Процедуры на стадии разработки эскизного проекта
- •ГЛАВА 3. КОНСТРУКТОРСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
- •3.1. Задачи конструкторского проектирования
- •3.2. Геометрическое моделирование
- •3.3. Автоматическое создание чертежей
- •ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •4.1. Технологическая подготовка производства
- •4.2. Машиностроительное иронзводство и его характеристики
- •43. Основные понятия технологического проектирования
- •4.5. Методы обработки поверхностен
- •4.6. Припуски и допуски на обработку
- •4.7. Базирование и базы в машиностроении
- •4.8. Формирование структуры технологического процесса
- •4.9. Технологическая унификация
- •4.Н. Классификация и кодирование исходной информации
- •4.12. Структура технологического проектирования
- •4.13. Математические модели технологического проектирования
- •ГЛАВА 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
- •5.1. Функции и средства автоматизация ТПП
- •53. Организационная структура АСТПП
- •5.4. Функциональная структура АСТПП
- •5.5. Подсистема проектирования технологических процессов
- •5.6. Методы автоматизированного проектирования ТП
- •5.7. Методы прямого документирования и параметрического проектирования
- •5.9. Проектирование ТП по методу синтеза
- •5.10. Экспертные системы
- •5.11. Моделн представления знаний
- •5.12. Язык таблиц решений
- •ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО МЕТОДУ СИНТЕЗА
- •6.1. Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления
- •Т012. Выбор вида заготовки в серийном, крупносерийном и массовом производствах для трех групп материала
- •62. Установление маршрутов обработки отдельньи поверхностей
- •6.3. Разработка принципиальной схемы технологического процесса
- •6.5. Расчет технологических размеров
- •6.6. Проектирование операций
- •6Л. Расчет управляющих программ для ставков с ЧПУ
- •6.8. Проектирование технологических процессов сборки изделия
- •ГЛАВА 7. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •7.1. Состав и структура САПР
- •7.3. Классификация САПР
- •7.4. Интеграция САПР
- •7.6. Математическое обеспечение САПР
- •7.9. Лингвистическое обеспечение САПР
- •7.10. Методическое н организационное обеспечение САПР
- •7.12. Сравнительный анализ интегрированных CAD/CAM-систем
- •7.13. Проектирование надежных систем
- •Вопросы к главе 7
- •Библиографический список
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.
Таблица 4.8
Перечень свойств технологических элементов
Технологический элемент |
| |
Свойства элемента |
|
Станок |
|
Вид станка. |
|
|
|
Модель станка. |
|
|
|
Класс точности. |
|
|
|
Наибольший и наименьший диаметры обрабатываемой |
|
|
|
заготовки, обрабатываемою отверстия и т.п. |
|
|
|
Диапазон или ряд подач, количество оборотов шпинде |
|
|
|
ля в минуту и т.п. |
|
|
|
Стоимость |
|
Станочное приспособление |
|
Вид приспособления. |
|
|
|
Геометрические параметры. |
|
|
|
Стоимость |
I |
|
|
|
|
Режущий инструмент |
|
Вид инструмента. |
] |
|
|
Обозначение. |
|
1 |
|
Геометричсские параметры. |
| |
|
|
Материал режущей части. |
|
|
|
Стойкость. |
|
|
|
Стоимость |
|
Измерительный инструмент |
Вид инструмента. |
|
Диапазон измерения. |
|
Единица измерения. |
|
Стоимость |
Обрабатываемая поверхность
!
!
Базовая поверхность
I |
-— —---- |
1 |
Вид поверхности (цилиндр, плоскость и т.д.). Положение поверхности (внутренняя, внешняя).
Геометрические параметры. Точность.
Шероховатость. Материал заготовки
Вид поверхности (цилиндр, плоскость и тщ.). Положение поверхности (внутренняя, внешняя).
Геометрические параметры. Точность.
Шероховатость. Материал заютовки
j
!
!
i
Анализируя технологические элементы и их свойства, можно сделать вывод, что между элементами и их свойствами существует:
отрршение принадлежности (каждый элемент имеет определенное
свойство);
-отношение следования - между одними и теми же элементами (на пример, станки, обеспечивающие чистовую обработку используются после станков для черновой обработки);
-отношение совместимости - между различными элементами (напри
мер, в одном переходе участвуют обрабатываемая и базовая поверхности, станок, инструмент, режимы резания);
- отношение предопределения (токарный станок определяет исполь зование токарных резцов).
В процессе проектирования технолог изучает свойства технологиче ских элементов и, выбирая необходимые, сравнивает их между собой. С тех нологической точки зрения имеет смысл сравнивать лишь значения одно именных свойств. Так, можно сравнивать класс точности станка и точность обрабатываемой поверхности, диаметр заготовки и наибольший допустимый диаметр обработки на конкретном станке.
Определение областей существования отношений проводится с помо щью логического анализа технологических законов, правил и утверждений.
Пример утверждения: каждый технологический элемент связан какимлибо отношением с другим элементом.
Пример технологического правила: базовая поверхность обрабатыва ется раньше той поверхности, для которой она используется в качестве базо вой.
Цель проектирования - получение описания объектов проектирования: переходов, операций, маршрута. Описание перехода включает в себя описа ние свойств обрабатываемой поверхности, станка и инструментов (режущего и измерительного), описание параметров режимов обработки. В символах логики предикатов описание перехода выглядит следующим образом. Пусть а - конкретная поверхность, Ъ- станок, с - инструмент, d - режим резания, Pi ь • • •» Рт\>Р 12» • • •> Рnit Р13» • • •* Риз* Р Ну • • Рп4 конкретные свойства соот ветственно поверхности, станка инструмента и режима резания. Тогда опи сание перехода запишется:
Pi |(а)л.. • лРт\(а)лР\2(Ь)л...л Р ^ ^ л Р ^Д ^л ...лР*з(с) P\A(d)/\. . .лРПА(с[).
Так как в переход входят элементы, которые совмещаются, то очевид но, что условием формирования перехода являются зависимости между эле ментами, определяющие их совместность.
Описание математических соотношений на уровнях структурных, ло гических и количественных свойств принимает конкретные формы в услови ях определенного объекта. Например, множество параметров, влияющих на
выбор скорости резания при различных методах обработки, можно предста вить в виде
M v = {7^, /я, /, 5 , dy By cv, k vуxv, y v, zv, rv}, |
(4 .1 ) |
где Ти - стойкость инструмента, мин; m - показатель относительной стойко сти инструмента; t - глубина резания, мм; s - подача, мм/об (мм/зуб, мм/дв.ход, мм/мин); d - диаметр обрабатываемой поверхности или диаметр инструмента; В - ширина обрабатываемой поверхности, мм; cv - коэффици ент, характеризующий условия обработки; kv - поправочный коэффициент на скорость резания; JCv, yv, zv, rv - показатели степени.
Логические соотношения между приведенными выше параметрами и скоростью резания v имеют вид
у = Ги л /и л су л ky [(t л xv)v (s л y v)v (d л z,,)v (J9 л rv)], |
(4.2) |
причем Ги,т ,с уД у всегда истинны, а истинные значения других перемен
ных зависят от метода обработки резанием.
Формулы количественных соотношений между параметрами с учетом истинности их логических значений имеют вид:
при наружном точении
СуАу
v = --- — — ; (4.3)
T?tXvsy'
при сверлении
v cvkvd J* |
(4.4) |
Тт*У*
1и Л
и т. д. Следовательно, формулы (4.1) - (4.4) представляют математические модели расчета скорости резания на различных уровнях абстрагирования.
Вопросы к главе 4
1. Какие этапы работы включает в себя технологическая подготовка производства?
2.Назовите задачи технологической подготовки производства.
3.Какие разновидности производства вы знаете?
4.Дайте определение технологического процесса и назовите разно
видности описания этого процесса.
5.Назовите структурные компоненты технологического процесса.
6.Какие методы обработки поверхностей используются в машино
строении?
7.Дайте определения понятиям «припуск» и «допуск на обработку».
8.Охарактеризуйте расчетно-аналитический метод определения при
пуска.
9. Назовите принципы назначения технологических баз.
Ю.Какие принципы используются при формировании структуры тех нологического процесса?
11.Опишите три уровня технологической унификации.
12.В чем отличие типовых и групповых ТП?
13.Приведите пример конструкторско-технологического кода.
14.Назовите этапы проектирования единичного и унифицированн технологических процессов.