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

размерные цепи, производит их пересчет, исходя из конкретных условий, и назначает тех­ нологический процесс изготовления детали.

Вусловиях автоматизированного проектирования процесс построения формализо­ ванной модели структуры детали производится путем анализа информации, содержащей­ ся в ТКС, заполненной согласно принятой для данной САПР ТП системе кодирования (языку описания детали). Для решения рассматриваемой задачи ТКС должна содержать определенный набор реквизитов (сведений), которые необходимы для построения форма­ лизованной модели. К таким реквизитам, описывающим положение отдельной поверхно­ сти в общей конструкции детали, относятся: номер элемента НЭ, код элемента КЭ, номер базы НБ, линейный размер X, верхнее отклонение размера X ВО, нижнее отклонение раз­ мера X НО.

Врезультате выборки из ТКС формируется таблица, являющаяся исходной для алго­ ритма формирования графа размерных связей детали. Эта таблица представляет двухмер­ ный массив М(т, п), где т = 6 - число реквизитов, описывающих положение i-й поверх­ ности; п — количество поверхностей детали.

Порядок построения графа размерных связей для детали типа «вал» читатель найдет

вучебном пособии [2].

Впамяти компьютера граф размерных связей детали описывается массивом ГРАФ,

который используется в дальнейшем при выборе технологических баз и проектировании технологических маршрутов.

1 8 .4 .2 . Вы бор техн ол о гических б аз

Одним из наиболее сложных этапов проектирования технологических процессов яв­ ляется назначение технологических баз. От правильности решения этой задачи зависит фактическая точность выполнения размеров, оптимальность маршрута обработки, слож­ ность конструкций приспособлений, режущих и мерительных инструментов и, в конеч­ ном счете, производительность обработки детали.

В формализованной модели размерных связей детали одна из двух вершин, принадле­ жащих какому-либо ребру, всегда служит базой для другой. При этом под термином база подразумевается совокупность поверхностей, линий или точек детали, относительно кото­ рых по расчетам конструктора ориентируются другие поверхности данной детали. Как пра­ вило, невозможно обработать какую-то поверхность в соответствии с требованиями черте­ жа, предварительно не обработав ее базу до требуемой степени точности и шероховатости. Таким образом, формализованную модель структуры детали условно можно рассматривать как схему, определяющую последовательность обработки технологических баз.

Из технологии машиностроения известно, что конструкторские базы часто не могут быть использованы в качестве технологических, поэтому приходится определять дополни­ тельные базы или вводить искусственные опорные базы. Например, центровые отверстия используются в качестве искусственных опорных баз для деталей класса «тела вращения» с L > 2D, где I — максимальная длина детали, a D - максимальный диаметр.

Выбор искусственных опорных баз и формирование соответствующего нового графа размерных связей производится с помощью специально разработанного алгоритма. При этом исходными данными являются ранее сформированный массив ГРАФ, массив ТК С н ряд справочных массивов, содержащих сведения о припусках на обрабатываемые поверх­ ности базы и признаки вида поверхностей деталей. В результате проектирования по рас­ сматриваемому алгоритму выполняется ряд проверок, устанавливающих необходимость

искусственных опорных баз, например, в виде центров с одной или двух сторон детали ти­ па «вал». После выполнения всех проверочных и вычислительных процедур формируется граф размерных связей детали с искусственными опорными базами.

1 8 .4 .3 . С и н тез тех н о л о ги ч е с ко го м ар ш р у та

При проектировании единичных технологических процессов с помощью С А П Р ТП широко используются наработанные типовые решения различных подзадач для типовых элементов технологических процессов: типовые планы обработки, типовые схемы уста­ новки заготовок в приспособлениях и т. д. Такой подход позволяет наиболее рационально сочетать объективные факторы проектирования технологических процессов (размерные характеристики деталей) с типовыми решениями, характеризующими специфику кон­ кретного предприятия.

Синтез технологического маршрута изготовления детали производится на основе по­ строения планов обработки элементарных и типовых поверхностей. Планы обработки на отдельные поверхности, обеспечивающие получение требуемой точности и качества, раз­ рабатывают двумя методами: расчетным либо статистического анализа.

Расчетный метод основан на определении стоимости однопроходной обработки заго­ товки различными технологическими способами. В связи с отсутствием нормативов стои­ мости для различных способов обработки этот метод имеет ограниченное применение.

Второй метод основан на использовании статистического анализа производственных условий конкретного предприятия или справочных данных. В настоящее время он широ­ ко применяется.

Алгоритм построения технологического маршрута по методу статистического анализа можно разделить на ряд этапов. На первом этапе происходит формирование плана обработки.

Выбор плана обработки производится на основе анализа так называемых таблиц со­ ответствий, представляющих собой одну из форм записи соответствия множества типо­ вых решений множеству условий их существования. В качестве условий, определяющих выбор того или иного плана обработки W„ принимаются вид (код) обрабатываемой по­ верхности КЭ, вид термообработки ТО, шероховатость поверхности, точность обработки в квалитетах КТ, отклонения взаимного расположения А, диаметр обработки D, расположе­ ние отверстий ОТ, вид отверстия ВО и др. В зависимости от этих условий из таблицы ти­ повых планов обработки поверхностей выбираются планы W-t на каждую обрабатываемую поверхность и формируется таблица планов обработки - массив ПЛОВ.

Исходной информацией для следующего этапа синтеза технологического маршрута обработки детали служат граф размерных связей с опорными базами (массив М ГОБ) и таблица выбранных планов обработки (массив М ПО WJ-

Ранее сформированный граф размерных связей с искусственными опорными базами будем называть первичным графом. Если вершины этого графа отождествить с планами обработки Wj соответствующих поверхностей, то получится так называемый вторичный граф размерных связей. Формирование этого графа в компьютере производится с помо­ щью матрицы смежности (по аналогии с рассмотренным ранее). В вершинах вторичного графа будут сформированы планы обработки соответствующих поверхностей (массив П Л О Б), состоящие из набора кодов методов обработки (КМ О).

Третьим этапом синтеза технологического маршрута является объединение одно­ именных технологических методов обработки (имеющие общий код КМО), принадлежа­ щих разным вершинам вторичного графа. Для этого массив ВТГ (вторичного графа)

Автоматизация технологического проектирования зубчатых колес

с учетом массива П Л О Б (планов обработки) поверхностей разбивается на операционные подграфы, вершины которых содержат одноименные методы обработки и соединены меж­ ду собой ребрами, принадлежащими вторичному графу.

На заключительном этапе синтеза технологического маршрута предусматривается оп­ ределение последовательности выполнения операций, т. е. задача сводится к упорядочи­ ванию операционных подграфов. С этой целью выполняется проверка технологических операций на совместимость, т. е. возможность предшествования операций друг другу в ти­ повых схемах построения маршрутной технологии.

Для проверки операций на совместимость служит таблица, в которой операции запи­ саны в порядке их возможного выполнения. Эта таблица строится разработчиками САПР ТП на основе положений, согласно которым вначале подготавливают технологические ба­ зы, затем выполняются черновые, чистовые и отделочные операции.

В результате проектирования компьютер формирует технологический маршрут изго­ товления детали.

18.5. Автоматизация проектирования технологических процессов на основе типовых решений

1 8 .5 .1 . О б щ и е свед ения

Вторым направлением автоматизации проектирования технологических процессов обработки деталей является проектирование на базе типовых или групповых технологи­ ческих маршрутов, существующее наравне с первым направлением — проектированием индивидуальных технологических процессов. В основе каждого из них заложены принци­ пы типизации технологических решений различных уровней. Если при автоматизации проектирования индивидуальных технологических процессов используются типовые ре­ шения на уровне отдельных поверхностей деталей, то при автоматизации проектирования типовых процессов - на уровне детали в целом.

Типизация технологического проектирования предусматривает создание для некото­ рой группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками опре­ деленных схем, характеризуемых единством содержания и последовательности большин­ ства технологических операций и переходов. Типовой технологический процесс учитыва­ ет способ получения заготовки, методы механической и термической обработки, их последовательность, выбор оборудования и т. д.

Полное развитие типизации всех уровней может быть осуществлено только при высо­ кой степени развития стандартизации, нормализации, унификации как обрабатываемых деталей и их элементов, так и оборудования, приспособлений, инструментов, их узлов и деталей.

Типизация технологических процессов позволяет успешно решать ряд технологиче­ ских и организационных задач.

К задачам технологического характера относятся следующие: внедрение прогрессив­ ных технологических методов для различных групп деталей, перенос опыта и методов массового производства в серийное и единичное, оценка уровня состояния технологии, контроль технологичности деталей и установление связей между системами конструиро­ вания и технологического проектирования, связей между конструктивными элементами

694 Гл ав а 18

деталей и типовыми технологическими методами. Это создает возможности для формали­ зации процессов технологического проектирования, разработки алгоритмов и программ и, наконец, получения материалов, способствующих дальнейшему развитию технологии ма­ шиностроения как научной дисциплины, созданию стройной системы технологических понятий и терминов.

К задачам организационного характера относятся следующие: упорядочение методи­ ки разработки технологических процессов, внесение единообразия в технологию обработ­ ки сходных деталей, сокращение цикла подготовки производства за счет унификации ос­ настки и типизации оборудования, создание условий для групповых методов организации серийного производства, облегчение создания на предприятиях предметно-замкнутых участков и поточных линий, облегчение кооперации между заводами.

1 8 .5 .2 . Вы бор кл а с с а и группы д е та л е й

При разработке автоматизированной системы проектирования типовых технологиче­ ских маршрутов вначале необходимо определить группу (тип) деталей, наиболее распро­ страненных на предприятии.

При выделении группы деталей следует пользоваться «Классификатором промыш­ ленной и сельскохозяйственной продукции» [10].

Деление деталей на классификационные группировки осущ ествляется на основе классификационных признаков, представляющих собой свойства деталей, наиболее суще­ ственные для решения поставленных задач, например, для проектирования технологиче­ ских маршрутов.

В качестве классификационных признаков для деталей общемашиностроительного применения приняты следующие характеристики: геометрическая форма детали, конст­ руктивная характеристика отдельных элементов детали, взаимное расположение эле­ ментов детали, параметрический признак, наименование детали и ее функция.

Геометрическая форма детали является наиболее объективным и стабильным призна­ ком при ее описании. Она характеризует непосредственно деталь, независимо от ее функ­ ции. Важным показателем для решения технологических задач является параметрический признак. Так, при разделении деталей «тела вращения» в зависимости от отношений дли­ ны L к диаметру D выделяются «длинные» (валы, оси, стержни) и «короткие» (диски, кольца, фланцы и др.) детали.

Все многообразие деталей общемашиностроительного применения может быть разде­ лено на 2 класса: класс 40 «Детали - тела вращения», класс 50 «Детали, кроме тел враще­ ния».

Каждый класс последовательно делится на подклассы, группы, подгруппы и виды и обозначается на указанных четырех уровнях цифровыми знаками от 1 до 9.

При разработке САПР типовых технологических процессов необходимо стремиться к максимальному укрупнению групп деталей, которые сохраняют типовые особенности тех­ нологии изготовления рассматриваемой группы. Анализ рассмотренного классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции показывает, что наиболее целесооб­ разным является объединение деталей в типовые группы на уровне подклассов.

С точки зрения разработки типовых технологических процессов представляется воз­ можным объединение нескольких подклассов. Так, при создании САПР ТП для деталей «тела вращения» могут быть выделены три типовые группы, которые объединяют в сред­ нем до 67% всех деталей, изготавливаемых в общих отраслях машиностроения. При этом

ваемой детали или группе признаков однозначно соответствует определенный технологи­ ческий метод.

Далее рассмотрим общие принципы САПР ТП для разработки типовы х технологи­ ческих процессов на примере групп деталей «валы, оси, стержни, вал -ш естерни» и дру­ гих деталей типа тела вращения с L > 2D, входящих в подклассы 40 1000, 40 2000, 40 6000 [10].

1 8 .5 .3 . П ринципы ти п и за ц и и те х н о л о ги ч е с ки х м а р ш р у то в

Важной задачей является разработка обобщенного маршрутного описания технологи­ ческого процесса (обобщенного маршрута), включающего все многообразие технологиче­ ских операций для изготовления деталей рассматриваемого класса. Эти операции, назы­ ваемые обобщенными, характеризуются едиными алгоритмами проектирования и вводят­ ся в качестве возможных готовых вариантов решений. Обобщенные операции разрабаты­ ваются при создании САПР ТП с целью упрощения алгоритмов и сокращ ения числа решаемых задач при проектировании.

Обобщенный маршрут получается в результате объединения нескольких маршрутов обработки деталей, входящих в рассматриваемый класс. Чем больше использовано част­ ных маршрутов обработки, тем более полным является обобщенный маршрут и тем эф ­ фективнее ведется автоматизированное проектирование типового технологического мар­ шрута на конкретную деталь.

Рассмотрим пример формирования обобщенного маршрута изготовления трехсту­ пенчатых валов (рис. 18.7). Технологические маршруты изготовления обозначим М \, М 2,

М3, тогда операции, входящие в эти маршруты, соответственно обозначаются Оу, 0 2j, 0 3j.

Пусть все три детали имеют длину в диапазоне 150-500 мм, точность основных ра­ бочих поверхностей - 7 -8 -го квалитета, а шероховатость - до Ra = 0,32 мкм. Кроме того, для детали (рис. 18.7, в) по заданной твердости одной из рабочих поверхностей требует­ ся термообработка - закалка ТВЧ. Заметим, что в рассматриваемых маршрутах имеются операции Oÿ, одинаковые по назначению и содержанию. Такими операциями являются: фрезерно-центровальная Ои , 0 21, 0 31, токарная черновая 0 12, 0 22, 0 32и др. В то ж е время некоторые операции присущи только определенным деталям: для вала (рис. 18.7, а) -

это операция «резьбонарезная» 0 )4; для вала (рис. 18.7, 6) - операция «фрезеро­ вание пазов» 0 2А, для вала (рис. 18.7, в) — операции «фрезерование шлицев» 0 ЗА и сверлильная 0 35.

Для удобства формирования обоб­ щенного маршрута целесообразно анали­ зируем ы е технологические процессы представить в виде схемы, в которой оди­ наковые по назначению и содержанию операции располагаются на одном уров­ не. Затем один из маршрутов, например М\, принимается за базовый и дополняет­ ся операциями, отсутствующими в этом маршруте. Так, при объединении мар­ шрутов М\ и М 2 дополнительно в базо­

Рис. 18.7. Детали подкласса «ступенчатые вый маршрут Л/, вводится операция 0 2А. Затем этот маршрут дополняется отличи­

•наличие шлицев, шпоночных пазов и граней в осевых отверстиях;

•характер зубчатой поверхности;

•модуль зубчатой поверхности;

•степень точности зубьев;

•серийность.

Приведенный перечень конструктивно-технологических признаков для рассматриваемо­ го класса деталей является приближенным и в зависимости от типа и условий производства, а также требований к точности получаемых технологических решений может быть изменен и дополнен. Так, при разработке САПР ТП для конкретного предприятия, как правило, отпада­ ет необходимость учитывать серийность производства. В то же время в приведенном перечне не учитываются данные о металлических и лакокрасочных покрытиях и др.

Каждый признак Ау может иметь несколько значений

A j = { a j \ ' a j v ........a j t .........a j n ) ’

где a# — идентификатор определенного значения признака Ау

Для однозначного определения конкретного значения некоторого конструктивно-тех­ нологического признака детали необходимо предварительно их закодировать.

Для упрощения алгоритмов проектирования и сокращения форматов вводимой инфор­ мации все виды признаков обычно кодируются цифрой от 0 до 9. В тех случаях, когда деся­ ти цифр оказывается недостаточно для кодирования всех возможных значений признака, то либо объединяется под одним кодом несколько значений признака, оказывающих близкое по своему действию влияние на принятие технологических решений, либо добавляется, до­ полнительно к десяти цифрам от 0 до 9, необходимое количество букв А, Б, В, Г и т. д.

Первый путь является значительно более простым в отношении разработки алгорит­ мов проектирования и, как правило, в большинстве случаев позволяет описать всю необ­ ходимую информацию о признаке. В дальнейшем используется именно этот подход к ко­ дированию конструктивно-технологических признаков деталей.

Примеры кодов конструктивно-технологических признаков деталей класса «валы»

Признак 1. Вид заготовки — А {

При кодировании деталей может использоваться также методика формирования КТК деталей, принятая в КАС ТПП «Технолог» [3] н описанная в п. 18.3.

В ряде случаев при разработке группового технологического процесса используется ком­ плексная деталь группы - реальная или условная, искусственно созданная деталь, содержа­ щая в своей конструкции все основные элементы (поверхности и признаки), характерные для деталей данной группы, и являющаяся ее конструкторско-технологическим представителем.

Кодирование информации о комплексной детали производится по описанным выше правилам. В работе [3] рассмотрены кодирование комплексной детали и поиск с помощью этого кода технологического процесса ее обработки.

7 00 Г л а в а 18

1 8 .5 .5 . Ф о р м и р о в ан и е о б о б щ ен но го м а р ш р у та обр аб отки д е та л е й кл асса «валы»

На основе общего подхода к формированию обобщенного маршрута с учетом состава конструктивно-технологических признаков деталей класса «валы» необходимо выбрать типовые операции и найти их места в маршруте.

Наименование операции определяется по ее содержанию. Для обеспечения однознач­ ности назначения операции сопровождаются описанием, которое должно быть кратким и не допускать различных толкований характера обработки и схем установки заготовки. Эти формулировки операций в дальнейшем используются при нормировании и определе­ нии разряда работ.

Все типовые операции кодируются (табл. 18.7). Построение этих кодов может быть различным, но главное в их формировании - это выполнение условий, обеспечивающих упрощение составления алгоритмов проектирования маршрутных технологических про­ цессов и далее отдельных операций. В рассматриваемом примере принят 3-значный код. В качестве 1-й цифры кода принят код типа оборудования в соответствии с классифика­ цией моделей станков, а две следующие цифры соответствуют номеру операции в обоб­ щенном маршруте и характеризуют особенности выполнения отдельных операций.

Таблица 18.7

Коды типовых операций обобщенного маршрута обработки деталей класса «валы» (фрагмент)

Такое кодирование позволяет использовать первую часть кода при выборе оборудова­ ния, а вторую часть - при контроле последовательности выбираемых типовых операций обобщенного маршрута.