Проблемы, возникающие при создании гибких производственных систем, касающиеся инструментальной оснастки

1. Проблема обеспечения высокой надежности всех элементов ГПС решается:

• созданием более совершенных конструкций,

• резервированием,

• внедрением систем диагностики,

• внедрением систем контроля и управления элементами ГПС.

2. Проблема правильного выбора типов и числа режущего инструмента,

его хранения.

3. Проблема автоматического слежения за состоянием РИ в процессе

обработки.

Дальнейшее развитие станков должно идти в направлении:

• создания средств адаптивного контроля;

• измерения размеров деталей в процессе резания;

• применения устройств для автоматической компенсации износа инструмента.

4. Не решена полностью задача обеспечения автоматизации смены инструмента, так как загрузка инструментов в магазины выполняется вручную, а также вручную заменяют инструмент при его поломке.

5. Проблема уборки стружки: при многочасовой работе станков (20…24 часа) количество стружки значительно возрастает. Стружка забивается в карманы, отверстия, накапливается в заготовке и на станке. Решение проблемы:

• возможное удаление стружки СОЖ;

• промывка деталей в моечных машинах;

• форма заготовки должна быть такой, чтобы был высокий коэффициент использования металла, то есть иметь минимальные припуски на обработку;

• удаление стружки, например, при помощи конвейера линейного или другого типа (скребковый, винтовой, пластинчатый, ершовоштанговый, магнитный).

Анализируя рассмотренный материал данной темы, можно сделать вывод, что:

1. Инструментальная оснастка для автоматизированного производства, станков с ЧПУ и, следовательно, ГАП, представляет собой самостоятельную область инструментального производства. Это связано с повышением потребности в инструментальной оснастке и взаимозависимости режущего и вспомогательного инструментов.

2. Получает дальнейшее развитие принцип агрегатно-модульного конструирования инструментов применением унифицированных конструкций резцовых вставок, кассет, головок. Это позволяет применять принцип взаимозаменяемости и снижает себестоимость изготовления специального инструмента.

3. Системы агрегатно-модульного инструмента для станков с ЧПУ сверлильно-расточной и фрезерной групп позволяют уменьшить общее количество инструмента на складе, сокращают время подготовки нового производства (гибко перестраиваться) за счет подбора комбинаций инструмента из нормализированных элементов.

4. Для автоматической смены инструмента на токарных станках с ЧПУ в качестве роботизированных модулей используется система блочных инструментов. Блоки, специально закодированные, устанавливаются в ячейках инструментальных магазинов. Положение инструмента после установки определяется автоматически и результаты измерения вводятся в систему коррекции станка.

5. Точность базовых и присоединительных поверхностей вспомогательных инструментов к станкам с ЧПУ очень высока: AT4, AT5 – для угловых размеров, 1...3 мкм – для различного типа погрешностей линейных размеров.

6. Для осуществления автоматической коррекции размеров инструмента, особенно расточного, необходимы специальные устройства с микроподачей режущих кромок по командам от управляющей ЭВМ после измерения истинных размеров.

7. Автоматическую смену инструмента на гибких производственных системах осуществляют из централизованных инструментальных складов с помощью специальных или универсальных манипуляторав. При этом весь контроль за операциями осуществляет управляющая ЭВМ.

Лекция 27

1. Автоматизированное проектирование

режущего инструмента

Общие вопросы применения САПР РИ

Система автоматизированного проектирования режущего инструмента (САПР РИ) является составляющей частью автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).

Проблема широкого использования вычислительной техники для автома­тизации процесса подготовки, конструирования и изготовления РИ вышла на одно из первых мест в связи со следующими причинами:

• высокие требования к точности деталей машин;

• сокращение сроков технологической подготовки производства;

• улучшение конструкций режущего инструмента с точки зрения его точности, производительности, экономичности.

Применение ЭВМ позволяет освободить специалиста от большой доли нетворческого труда, сокращает время проектной подготовки производства, позволяет справиться с задачами многовариантного проектирования в значительно более короткие сроки по сравнению с традиционными способами проектирования.

Опыт машинного проектирования показывает, что автоматизация всего процесса проектирования режущего инструмента затруднена. Главная причина необходимости участия человека в автоматизированном проектировании – это невозможность или неэффективность полной формализации труда проектировщика, особенно в его творческой части, а также отсутствие многих расчетных зависимостей, например, условий оптимизации. При функционировании САПР РИ конструктор имеет возможность творчески просмотреть (при помощи устройства отображения – дисплея), сопоставить и проанализировать десятки и сотни различных вариантов проектных решений и выбрать из них оптимальный. Информационное обеспечение, являясь «хранилищем знаний» (описание моделей, ранее спроектированных), в совокупности с быстродействующими системами поиска и отображения графической и текстовой документации позволяет реализовать эту процедуру.

Основные задачи, решаемые методом САПР РИ, можно разделить на две группы.

I группа. Оперативное оснащение режущим инструментом технологического процесса. Оно непосредственно связано с системой организации инструментального хозяйства на предприятии.

II группа. Проектное оснащение, которое включает стадии поиска инструмента и его проектирования. Стадия поиска идет вначале как выбор из имеющихся стандартных инструментов требуемого типоразмера, а затем, если требуемый типоразмер не найден, поиск из имеющихся спроектированных ранее специальных инструментов.

Автоматизация поиска требует проведения большой организационно– подготовительной работы и использования современных информационных: систем. Сведения об имеющихся инструментах должны быть накоплены в базе данных; это требует определенной классификации (например, по модулю для зуборезных инструментов, по диаметру и длине рабочей части режущего инструмента, по форме и размерам присоединительной части – посадочное отверстие или хвостовик) и т.п.

Общую схему поиска конкретного типоразмера инструмента с помощью ЭВМ можно представить следующим образом (рис.225).

Если результат поиска отрицательный, то с помощью ЭВМ проектируется специальный инструмент, предназначенный для данной конкретной детали; определяются все его параметры с допустимыми отклонениями; вычерчивается рабочий чертеж РИ на печатающем устройстве. Затем с помощью стандартных поисковых систем из нормализованных или ранее спроектированных специальных РИ подбирается инструмент, параметры которого находятся внутри границ, най­денных при предшествующем проектировании.

Рис.225. Схема процедуры поиска конкретного режущего инструмента

При проектировании режущих инструментов с использованием САПР не­обходимо выполнение следующих основных требований:

1. Соблюдение системного подхода, т.е. должна быть разработана ком­плексная система с учётом взаимосвязи всех факторов, с нахождением в этих условиях оптимальных решений.

2. Использование современных методов расчета и проектирования.

3. Максимальное использование алгоритмов и программ.

4. Сохранение модульного принципа, т.е. алгоритмы, на основе которых составляются программы ведения расчетов на ЭВМ, возможно использовать не только при анализе действующих и новых разработок, но и в качестве от­дельных частей программы – отдельных модулей в общей программе при проектировании РИ.

Структурная модель САПР РИ строится с учетом двух принципов:

1. Содержание структурной модели, обусловливается назначением и кон­струкцией (структурой) проектируемого инструмента.

2. Последовательность расположения этапов (блоков) определяется их информационной соподчиненностью.

В укрупненном виде структурная схема САПР РИ может быть представ­лена на рис.226.

1-й блок (этап): предписывает на основании закономерностей кинематики формообразования выбрать форму производящей поверхности. Например, необходимо нарезать зубчатое колесо. Формообразование возможно осуще­ствлять при помощи различных методов: копирования, обката, сочетания методов. Следовательно, тип РИ – зуборезный инструмент.

2-й блок (этап): исследуя схему срезания припуска, можно определить вид РИ (например, червячная фреза, дисковая зуборезная фреза и т.п.).

3-й блок (этап): непосредственное подробное конструирование выбранно­го режущего инструмента: выбор формы и размеров основных частей РИ, геометрических параметров механизма крепления режущей части, проведе­ния необходимых расчетов и т.д. На этой схеме видно, что последователь­ность расположения блоков определяется их информационной соподчинен­ностью, т.е. третий этап определяется вторым, второй - первым.

Рис.226. Общий вид структурной схемы САПР РИ

В качестве примера рассмотрена структурная модель расчетной части проектирования РИ.

Полный состав блоков (см. рис.227) предусматривает общий случай, т.е. определение конструктивных и геометрических параметров конструкции РИ, включающей все основные части режущего инструмента.

Рассмотрим блоки, составляющие структурную модель, в порядке их следования.

Блок 1 – исходные данные: задание на проектирование, чертеж детали, карта механической обработки, операционный эскиз, материал детали с ее химико-механическими свойствами, припуск на обработку, режимы обработки, характеристики модели станка, на котором будет происходить обработка и т.п.

Блок 2 – например, расчет параметров зубчатых колес при проектирова­ли дискового долбяка.

Блок 3 – за критерий оптимальности выбранного инструментального материала можно взять, например, подачу на зуб, стойкость инструмента, крас­ностойкость и т.п.

Блок 4 – выбор формы заточки и геометрии режущей части возможен на основе рекомендаций стандартов и справочных пособий, т.е. это задачи для ЭВМ типа «Поиск».

Блоки 5,6, 7 – задача типа «Поиск» или по соответствующим расчетам.

Блок 8 – размеры механизма крепления режущей части (установочных и базирующих элементов). Выбор производится в два этапа: а – выбор схемы установки закрепляемого режущего элемента и определение конструкции; б –определение конструкции зажимных элементов. Блок 8 реализуется часто на основе таблиц применяемости схем крепления и зажимных элементов.

Блок 9 – задача для ЭВМ типа «Поиск», когда определяется один из двух видов механизма регулирования: а – для непрерывного регулирования; б – для дискретного регулирования (рифления, прокладки).

Блок 10 – используют при определении профиля режущих кромок фасон­ного инструмента (фасонные резцы, фасонные фрезы, специальные фрезы для фрезерования стружечных канавок сверл и т.п.).

Блоки 11,12 – определяются силы резания и геометрические параметры режущей части в процессе резания.

Блок 13 – крепежно-присоединительная часть обеспечивает правильное базирование РИ, надежность и жесткость крепления, быстросменность, взаи­мозаменяемость, требуемую точность настройки и возможность настройки на размер РИ вне станка (для автоматизированного производства). В качестве элементов крепежно-присоединительной части используют отверстие (ци­линдрическое или коническое), хвостовики (цилиндрические или кониче­ские), а также плоскости (для призматического инструмента). Задача решает­ся соответствующими расчетами или операцией типа «Поиск» из банка данных.

Блок 14 – размеры центрирующее-направляющей части определяются в зависимости от конкретной конструкции инструмента. Эти расчеты должны входить в специальные проектно-программные модули (ППМ).

Блок 15 – в каждом конкретном случае размерные параметры определяют­ся по своим зависимостям (фаски, выточки, переходные поверхности, техно­логические канавки и т.п.). Возможна задача для ЭВМ типа «Поиск».

Блок 16 – при назначении допусков на размеры и технических условий на изготовление, испытание, хранение используют как расчёты (например, для разверток, метчиков), так и практические рекомендации (задача типа «По­иск» из базы данных).