книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

Ли т е р а т у р а

1.Ростовцев А. М. Контроль качества деталей из пластмасс. Л., 1984.

2.Krause W. Plastzahnrâder. Berlin, 1985.

3.Бслчсв Б., Арпаудов К., Козлова А. Зъбни прсдавкн с пластмасови колела. София, 1985.

4.Булгаков Э. Б. Геометрия зубчатых передач в обобщающих параметрах / / Вестник машинострое­ ния. 1969. № 11. С. 22-26.

5.Kapelevich A. L, Klciss R. Е. Direct Gear Design for Spur and Helical Involute Gears/ GearTechnology. September / October 2002. P. 29-35.

6.Klciss R. E., Kapelevich A. L„ Kleiss N. J. New Opportunities with Molded Gears / AGMA Technical Paper 01FTM9.

7.Старжимский В. E., Кудинов А. Т. О разработке методики расчета формующего инструмента для литых пластмассовых зубчатых колес / / Вестник машиностроения. 1985. № 10. С. 38-41.

8.Кудинов А. Т., Старжимский В. Е., Псссцкий С. С. и др. Способы повышения точности массивных литых зубчатых колес из термопластов / / Пластические массы. 1988. № 7. С. 27-30.

9.Булгаков Э. Б., Васина Л. М. Эвольвснтпыезубчатыс передачи вобобщающих параметра: Справоч­ ник по геометрическому расчету. М„ 1978.

10.Кудинов А. Т., Старжимский В. Е. Назначениедопусковдля литых и прессованных зубчатых колес из пластмасс / / Конструирование изделий из полимерных материалов: Материалы семинара. М.: МДНТП, 1986. С. 68-73.

11.Кудинов А. Т. Технологическая точность ли пах пластмассовых зубчатых колес и методы ее повы­ шения: Дисс. к. т. и. Гомель: ИММС АНБ, 1993.

12.Колеса зубчатые из пластмасс. Расчет размеров и точностных параметров формующих матриц. Конструирование литьевых форм. РТМ 0-01-83. Гомель: ИММС АН БССР.

13.Кудинов А. Т., Старжипский В. Е., Гуревич М. Л. идр. Взаимосвязь технологической усадки и гео­ метрических параметров литых зубчатых колес из термопластов / / Пластические массы. 1990. №3. С. 61-64.

14.Старжимский В. Е., Краузе В., Гаврилова О. В. и др. Пластмассовые зубчатые колеса в передачах точного приборостроения. Мп: Навука i тэхшка, 1993.

15.Lee S. С. A Study on the Design and Manufacturing Technology for Precision Plastic Gears / Korea Intitutc of Science and Technology. Seoul. 1994.

16.Ли С. 4., Старжимский В. E., Осипенко С. А., Кудинов А. Т. Пластмассовые зубчатые колеса: Авто­ матизированный расчет профиля формообразующей матрицы / / Вестник машиностроения. 1995. №10. С. 8-12.

17.Starzinskii V. Е., Osipenko S. A., Kudinov A. T., Lee S. С. Plastic Gears: Automated Computation of Geometrical Parameters and Accuracy Indices. Proceedings. Int. Conf. •♦Gear Transmissions^*. Sofia, Bulgaria. 1995. Vol. 3. P. 91-93.

18.Starzinskii V. E., Osipenko S. A., Kudinov A. T. Plastic Gears: Female Dies Geometrical Parameters Computation and Experimental Results. Proceedings. Int. Conf. «GEARS'96. Manufacturing, Control, Maintenance* Poznan, Poland. 1996. P. 350-356.

19.Старжимский В. E., Осипенко С. А., Кудинов А. Т., Ли С. Ч., Шалобасв Е. В. Пластмассовые зубча­ тые колеса: Анализ методов расчета координат профиля зубчатого венца формообразующей мат­ рицы / / Передачи и трансмиссии. 1999. № 2. С. 36-46.

20.Kapelevich A. L., McNamara T. М. Direct Gear Design for Optimal Gear Performance / SME Gear Processing and Manufacturing Clinic. 2003. - 16 pp.

21.Starzhinsky V. E., Ossipcnko S. A., Starominsky V. B., Slcpov Yu. A. PC-dcsign of Gear Mold Dies for Cylindrical and Bevel Plastic Gears / Proceedings of Int. Conf. «Power Transmissions'03*. Varna, Bulgaria. 11-12 September 2003. Vol. 2. - P. 51-55.

22.Starzhinsky V. E., Ossipcnko S. A. CAD of Molded Plastic Gears: Method of Increasing Gear Accuracy by Precise Mold Die Correction / Pocccdings of Int. Conf. of Gears. Munich, Germany. 2005 VDI-Berichte 1904.2. - P. 1083-1090.

Глава 18

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

18.1.Основные принципы создания

иструктура САПРТП

Система автоматизированного проектирования (С А П Р) представляет комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделе­ ниями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющих проектирование.

В САПР обеспечивается удобство использования программ путем применения средств оперативной связи проектировщика с компьютером, специальных проблем­ но-ориентированных языков и наличия библиотек математических моделей. Решаются не только отдельные задачи, но и ряд задач, объединенных определенной последовательно­ стью. Чтобы достигнуть такого уровня развития, автоматизированное проектирование прошло две стадии. Первая стадия была направлена на решение отдельных инженерных, в том числе технологических задач. Использование компьютера для решения отдельных не связанных друг с другом задач сводилось к схеме, включающей следующие этапы: 1) мате­ матическая формулировка задачи; 2) выбор численных методов решения; 3) разработка алгоритма; 4) запись программы на алгоритмическом языке; 5) кодирование исходных данных; 6) ввод в компьютер; 7) решение задачи; 8) получение необходимой документа­ ции: технологических карт, графиков, чертежей и других документов.

Этапы 1 -3 осуществлялись проектировщиком, этап 4 - программистом. Этапы 5, 6 -8 — программистом и проектировщиком-пользователем.

Проектирование сводилось в основном к решению задач, имеющих ярко выраженный расчетный характер (например, расчет режимов резания). При этом в программах реализовы­ вались расчетные методики, ориентированные на неавтоматизированное проектирование.

На второй стадии развития автоматизированного проектирования происходила раз­ работка математических моделей, методов и алгоритмов, учитывающих возможности ком­ пьютера. Они позволили достичь универсальности, оптимальности получаемых результа­ тов. Были разработаны методы построения математических моделей для целых классов объектов. На этой стадии развития автоматизированного проектирования, проведены ус­ пешные работы по алгоритмизации многих задач, которые до этого не имели расчетного характера, например, проектирование оптимальных операций на металлорежущих стан­ ках. Однако используемые при этом технические средства и программное обеспечение не были объединены в единую проектирующую систему.

Отмеченные недостатки были устранены при переходе на третью стадию - создание и внедрение систем автоматизированного проектирования. В этих условиях совершенно оче­ видной становится необходимость системного подхода к автоматизации проектирования.

Все это позволяет сформулировать ряд принципов, которые используются при созда­ нии систем автоматизированного проектирования, в том числе проектирования техноло­ гических процессов.

1.САПР создается как автоматизированная система, в которой проектирование ведется

спомощью компьютера, важным звеном которого является инженер-проектировщик.

2.САПР строится как открытая развивающаяся система. Разработка САПР занимает продолжительное время, и экономически целесообразно вводить ее в эксплуатацию по частям по мере готовности. Созданный базовый вариант системы может расширяться. Кроме того, возможно появление новых более совершенных математических моделей и программ, изменяются также и объекты проектирования.

3.САПР создается как иерархическая система, реализующая комплексный подход к автоматизации на всех уровнях проектирования. Блочно-модульный - иерархический подход к проектированию сохраняется при применении САПР. В технологическое проек­ тирование механосборочного производства обычно включают следующие подсистемы: структурное, функционально-логическое и элементное проектирование (разработка прин­ ципиальной схемы технологического процесса, проектирование технологического мар­ шрута, проектирование операции, разработка управляющих программ для станков с ЧПУ). Возникает необходимость обеспечения комплексного характера САПР, то есть ав­ томатизации на всех уровнях проектирования. Иерархическое построение САПР относит­ ся не только к специальному программному обеспечению, но и к техническим средствам (центральный вычислительный комплекс и автоматизированные рабочие места).

4.САПР представляет собой совокупность информационно согласованных подсистем.

Это означает, что обслуживание всех или большинства последовательно решаемых задач ведется программами, информационно согласованными. Плохая информационная согласо­ ванность приводит к тому, что САПР превращается в совокупность автономных программ.

5. Для уменьшения расходов на создание САПР необходимо строить их на основе максимального использования унифицированных составных частей. Обязательным усло­ вием унификации является нахождение общих черт и положений в моделировании, ана­ лизе и синтезе разнородных технических объектов.

Структурными частями САПР являются подсистемы. Подсистема - выделяемая часть системы, с помощью которой можно получить законченные результаты. Каждая подсистема содержит элементы обеспечения. Предусматривается следующее обеспечение, входящее в состав САПР:

1.Методическое обеспечение. Совокупность документов, устанавливающих состав и правила отбора и эксплуатации средств обеспечения автоматизированного проектирова­ ния, необходимых для выполнения проектирования.

2.Информационное обеспечение. Совокупность сведений, необходимых для выполне­ ния проектирования, представленных в заданной форме. Сюда входнт совокупность ката­ логов, справочников и библиотек на машинных носителях.

3.Математическое обеспечение. Совокупность математических методов, математиче­ ских моделей и алгоритмов проектирования, необходимых для автоматизированного про­ ектирования, представленных в заданной форме.

4.Лингвистическое обеспечение. Совокупность языков проектирования, включая тер­ мины и определения, правила формализации естественного языка и методы сжатия и раз­ вертывания текстов, необходимых для автоматизированного проектирования, представ­ ленных в заданной форме.

Рис. 18.1. Функциональный состав комплексной САПРТП машиностроительного предприятия

нологического проектирования следующие задачи: проектирование специального обору­ дования, проектирование специальной оснастки, проектирование специальных режущих инструментов, проектирование специальных мерительных инструментов. Для осуществ­ ления функций связи между отдельными подсистемами САПР ТП должна быть разрабо­ тана специальная подсистема стыковки. Эту функцию, как показано на рис. 18.1, выпол­ няет подсистема формирования и кодирования исходных данных, которая осуществляет выборку, переработку и систематизацию данных, выдаваемых предыдущими подсистема­ ми, а также подготовку данных для работы последующих подсистем технологического проектирования.

Для хранения, поиска и первичной переработки данных, необходимых при проекти­ ровании, в САПР ТП служит банк данных технологического назначения.

Несмотря на многообразие задач, возникающих при создании комплексных САПР ТП машиностроительного предприятия, имеется возможность их построения на единой методологической основе с максимальным использованием стандартных методов, про­ грамм и технических средств. В настоящее время происходит в основном автономное ис­ пользование отдельных подсистем технологического проектирования. Однако ведутся разработки комплексных САПР ТП, у которых отпадет потребность в технической доку­ ментации для производственных целей, и вся информация для решения различных задач будет передаваться из компьютера по каналам связи.

Наибольший технико-экономический эффект может быть получен при создании ком­ плексных автоматизированных систем, объединяющих в единый процесс основные этапы проектирования. Примером такой системы является комплексная автоматизированная система технологической подготовки производства «Технолог* (рис. 18.2) [3].

Система «Технолог» объединяет в непрерывный процесс взаимосвязанные этапы тех­ нологического проектирования, которые выполняются следующими подсистемами.

1. Подсистема «Технолог-1» предназначена для проектирования технологических процессов механической обработки деталей основного производства. Эта подсистема

Рис. 18.2. Структурная схема САПР ТП

является центральным и ведущим звеном САПР ТП и, наряду с разработкой технологиче­ ских процессов на детали основного производства, готовит заказы на проектирование приспособлений, инструмента и разработку управляющих программ для станков с ЧПУ.

2.Подсистема «Приспособление» служит для проектирования специальных станоч­ ных приспособлений. Эта подсистема в зависимости от конструктивных особенностей де­ талей и условий обработки предусматривает разработку конструкций приспособлений либо методом синтеза, либо методом доработки типовых схем приспособлений.

3.Подсистема «Инструмент» выполняет проектирование специальных режущих, вспомогательных и измерительных инструментов.

4.Подсистема «Технолог-2» предназначена для проектирования технологических процессов изготовления деталей специальной оснастки, конструируемой в подсистемах «Приспособление» и «Инструмент».

5.Подсистема «САП» применяется для разработки управляющих программ для стан­ ков с ЧПУ и промышленных роботов, используемых при изготовлении деталей основного производства и специальной оснастки.

6.Подсистема «Кодирование и первичная обработка входящей информации» служит для преобразования данных о детали и планово-производственной документации в фор­ му, удобную для переработки этой информации в основных подсистемах САПР ТП. Часть работ этого этапа (кодирование и контроль информации) в настоящее время выполняется

Автоматизация технологического проектирования зубчатых колес

вручную или с помощью автокодировщиков. В интегрированных САПР эта подсистема выполняет функции стыковочного звена между САПР конструирования и САПР ТП.

7.Подсистема «Документ» обеспечивает оформление результатов проектирования в виде комплекта технологической документации: карты технологических процессов, черте­ жи оснастки, спецификации, ведомости, управляющие программы на перфолентах. В ин­ тегрированных системах автоматизации проектирования и управления производством функции подсистемы «Документ» изменяются, и она используется для стыковки между САПР ТП и производственными службами, в первую очередь с технологическим обору­ дованием с ЧПУ. В эту подсистему при автономном использовании САПР ТП должны входить технические средства тиражирования технологической документации.

8.Банк данных в условиях рассматриваемой комплексной САПР ТП предназначен

для обеспечения необходимой информацией процессов автоматизированного проекти­ рования вышерассмотренных подсистем. Основными функциями банка данных являют­ ся сбор, накопление, хранение, замена, поиск и преобразование всех видов информации, перерабатываемой в системе, что позволяет существенно упростить алгоритмы и про­ граммы функциональных подсистем и резко сократить время работы компьютера.

Рассмотренная комплексная САПР ТП может функционировать в виде единого ком­ плекса с непрерывным обеспечением всех видов работ технологического проектирования, а также использоваться при функционировании отдельных подсистем, позволяющих ре­ шать более частные технологические задачи (проектирование технологических процессов изготовления деталей основного производства, проектирование приспособлений или ин­ струмента и др.).

18.2. Принятие решений при автоматизации технологического проектирования

Одним из основных видов задач при проектировании вообще и при технологиче­ ском проектировании, в частности, является выбор наиболее рациональных и оптималь­ ных по заданным критериям решений из конечного множества возможных решений.

Все остальные задачи, встречающиеся при проектировании (вычислительные, преоб­ разования массивов и др.), как правило, лишь подготавливают исходные данные для при­ нятия проектных решений.

Процедура оптимального выбора технологического решения реализует два шага про­ ектирования: определение множества допустимых технологических решений по заданным ограничениям и выбор лучших технологических решений по заданным критериям опти­ мальности. Оптимальный выбор является одной из основных проектных процедур. Фор­ мальная модель оптимального выбора описана в работе [4]. Задано исходное множество проектных решений А. На основе заданных ограничений выделяется из А множество до­ пустимых решений X е А. Окончательный выбор осуществляется на основе функции вы­ бора С, сопоставляющей каждому X его подмножество Y = С(Х).

Согласно работе [5], можно выделить «классические» и «неклассическне» механизмы оптимального выбора. К классическим относятся:

1) скалярно-оптимизационный выбор, по которому на исходном множестве А задает­ ся его отображение (приоритет выбора) <р на числовую ось. Правило выбора задается в внде С (X) - Y - {у е У} ф(у) > <р(*) для всех х е Х или эквивалентно С(Х) - Y - { y e Y ) n e су­ ществует х е Х при условии, что <р (х) > <р (у)|;

2) векторно-оптимизационный выбор, по которому на основе векторной оптимизаци­ онной функции выделяются на множестве X все оптимальные по Парето варианты реше­ ний у (множество Парето);

3) парно-доминантный выбор, при котором критерий выбора описывается бинарным отношением D (запись xD y читается как «у лучше х по отношению к D»).

В работе [4] приведен также ряд неклассических методов оптимального выбора, более соответствующих сущности диалогового проектирования. Для подключения процедур оп­ тимального выбора в язык описания моделей проектирования необходимо разработать и включить в систему соответствующие языковые конструкции (см., например, работу [6]).

Таким образом, при решении любых технологических задач с применением компьюте­ ра необходимо в каждом случае сформировать множество типовых решений, комплекс ус­ ловий применяемости каждого типового решения, массив условий применяемости, а так­ же разработать правила проверки этих условий - алгоритм решения. Для всех частных технологических задач, которые являются составными элементами технологического про­ цесса, также решается весь комплекс вопросов технологического проектирования. Н а ос­ новании полученных решений формируется полный технологический процесс.

18.3. Кодирование, унификация и классификация обрабатываемых деталей и элементов технологических процессов

Первичной информацией при автоматизации технологического проектирования яв­ ляется информация об обрабатываемой детали. Информация, представленная в виде чер­ тежей, спецификаций, описаний и другой традиционной технической документацией, лег­ ко воспринимается человеком, но не может быть использована в САПР ТП. Машино­ строительный чертеж содержит много условностей (проекции, разрезы, обозначения точности, шероховатости и т. д.). В настоящее время еще не решена задача автоматическо­ го восстановления пространственного образа детали или другого объекта на основании анализа информации, заключенной в ее проекциях и разрезах, изображенных на чертеже по правилам машиностроительного черчения. Эта задача пока еще может быть решена только человеком. Кроме того, простое фотографическое считывание чертежа в виде ли­ ний, точек и т. п. и ввод информации о них в компьютер, выполняемые в настоящее время с помощью различных устройств считывания графической информации (сканеров, циф­ ровых фотокамер и др.), непригодны для автоматизированного технологического проек­ тирования, когда каждое изображение чертежа должно быть наделено определенным тех­ нологическим смыслом, что далеко не всегда имеет место при передаче только графиче­ ских изображений без заранее обусловленного их понимания, без синтеза проекций и разрезов, без дополнительных описаний и разъяснений. Так, например, изображение на чертеже в одной проекции окружности может обозначать сферу, цилиндр, цилиндриче­ ское, коническое, фасонное отверстие и т. п. Без синтеза ряда дополнительных данных, за­ ключающихся в чертеже, решить вопрос о том, что изображает окружность, невозможно. Тем более на основании такого изображения нельзя судить о свойствах поверхности, о ее отношении к другим поверхностям и т. п.

Между тем технологическое проектирование, в особенности автоматизированное с помо­ щью компьютера, требует исчерпывающего знания и понимания множества данных об обра­ батываемых деталях, в том числе и таких, которые не содержатся в чертеже и в другой техни­ ческой документации в явном виде, а являются результатом осмысления человеком данных