коля / Kresik_Dissertation_Autoreferat

На правах рукописи

Кресик Дмитрий Анатольевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА

КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ С ЧПУ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Рыбаков Анатолий Викторович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Вермель Владимир Дмитриевич

кандидат технических наук Егоров Сергей Борисович

Ведущая организация: ОАО «Завод им. С. Орджоникидзе»

Защита состоится « » ____________ 2008г. в _______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.142.03 в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин» по адресу: 127994, Москва, Вадковский переулок, д. 3а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного технологического университета «Станкин».

Автореферат разослан « 29 » августа 2008г.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью организации) просим направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю диссертационного совета Д 212.142.03.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При организации работы промышленных предприятий в условиях рыночной экономики главным показателем деятельности становится достижение прибыльности, экономичности, производительности и высокой гибкости производства без ущерба качеству и себестоимости готовых изделий машиностроения.

Развитие современных машиностроительных производств все в большей и большей степени базируется на росте возможностей информационных технологий (ИТ). Эти возможности ИТ для развития машиностроения бурными темпами внедряются через постоянное обновление современными системами ЧПУ станочного парка и совершенствование программных систем PLM/CAD/CAE/CAM - класса.

В наибольшей степени все эти новые возможности ИТ в машиностроении проявляются в ходе процесса технологической подготовки производства (ТПП). В последнее время этот процесс претерпевает серьезные изменения, связанные как c насыщением нового станочного оборудования с ЧПУ библиотеками внутренних циклов обработки, так и существенными изменениями инструментального обеспечения, предназначенного для механической обработки.

Новые направления в инструментальном обеспечении, предлагаемые мировыми производителями, не только расширяют область использования технологии механической обработки, но и методически поддерживают новые технологические решения нормативно – справочной информацией, позволяющей осуществить комплекс необходимых расчетов по выбору рациональных и высокопроизводительных схем механической обработки.

Особенно актуальна задача совершенствования информационных средств поддержки процессов технологической подготовки производства таких широко распространенных видов механической обработки как обработка корпусных деталей, пресс-форм, обработка криволинейных поверхностей, фрезерование сложных поверхностей вращения и т.д.

3

Повышенное внимание машиностроителей к обработке корпусных деталей (КД) во многом определяется тем, что от результатов этой механической обработки зависят качество, надежность, экономичность и долговечность выпускаемых технических изделий. Литературные источники указывают, что КД могут составлять до 27 % от общего количества деталей в изделии машиностроения, в тоже время трудоемкость их механической обработки может доходить до 60% от общей трудоемкости всего изделия (данные по результатам анализа обрабатываемых деталей в 11 отраслях машиностроения).

Основные технические условия для изготовления корпусных деталей методами механической обработки характеризуются следующими показателями:

∙сложная форма поверхностей для обработки;

∙непрямолинейность и непарраллельность основных поверхностей

0.05...0.1мм на всю их длину, шероховатость поверхностей Ra=0.6…5 мкм;

∙большое количество разнообразных параметрически настраиваемых конструкторско – технологических элементов формы (КТЭФ) (плоскости, различные типы отверстий, пазы, уступы и т.д.);

∙точность обработки отдельных элементов КТЭФ может находиться на уровне микронов (например, основные отверстия обрабатываются по 6-7

∙большое количество согласованных между собой размеров (например, допуски на межосевые расстояния отверстий под валы могут доходить до

0.02…0.1 мм);

∙неперпендикулярность опорных торцов к осям основных отверстий 0.01…0.05 мм на 100 мм длины радиуса.

При массовом и крупносерийном производстве в машиностроении механическая обработка КД традиционно выполнялась на автоматических линиях (АЛ). С уменьшением серийности производства и повышением его

4

гибкости сегодня и все больше и больше изготовление КД переводится на многофункциональное оборудование (МФО), оснащенное специализированными системами с ЧПУ.

Использование многофункционального оборудования, оснащенного современными системами с ЧПУ и многоцелевым инструментом, позволяет обеспечить сложные по конфигурации траектории движения инструмента (3 - 5 координатная обработка). Все это вместе взятое делает весьма актуальной разработку современных организационно – методических решений по технологической подготовке производства корпусных деталей на МФО с ЧПУ в компьютерной среде.

Именно поэтому в настоящее время актуально предоставить технологам необходимые организационно – методические рекомендации, учитывающие возможности ИТ, для расчетов и моделирования высокоскоростных режимов резания, широко используемых при применении современного инструмента и многофункционального оборудования с ЧПУ в производственных условиях.

Цель работы. Сокращение времени и повышение качества и производительности процесса технологической подготовки производства на основе информационной поддержки деятельности технолога при обработке корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ на высокопроизводительных режимах резания.

Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:

∙выявить особенности решения технологических задач при механической обработке корпусных деталей, связанных с возможностью программирования многофункционального оборудования с ЧПУ на основе применения библиотек внутренних циклов для обработки параметризованных конструкторско - технологических элементов формы;

∙провести анализ процесса формирования управляющих программ для обработки корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с

5

ЧПУ и определить пути его автоматизации с использованием информационных технологий;

∙разработать организационно – методические рекомендации по подготовке управляющих программ при производстве корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ;

∙продемонстрировать возможности использования предлагаемых

рекомендаций при подготовке управляющих программ для многофункционального оборудования с ЧПУ на примере обработки ряда корпусных деталей.

Результаты данной работы особенно актуальны для машиностроительных производств трех типов:

∙предприятий, приобретших новое МФО или собирающихся переводить производство корпусных деталей с АЛ на МФО;

∙предприятий, выпускающих МФО;

∙предприятий, выпускающих технологическую оснастку (в первую очередь

инструмент) для механической обработки КД.

Методы исследования. Исследование процессов проектирования и реализация механической обработки проводится путем использования современных компьютерных технологий моделирования всех компонентов реальных операционных действий. В основе используемых методик лежат возможности CAD/CAM систем для представления и расчета технологических процессов и современная нормативно – справочная информация, предоставляемая ведущими производителями многофункционального оборудования и инструмента.

Представление описания изделия, инструмента и оснастки в цифровом формате, математическое моделирование и расчет режимов резания преобразуются в презентационное представление всей совокупности происходящих процессов, позволяющих получить технико – экономическое обоснование для принятия решения об эффективности, производительности,

6

безопасности и экономической целесообразности предлагаемых вариантов механической обработки.

Научная новизна работы заключается:

∙в установлении и формализации взаимосвязей между конструкторско – технологическими характеристиками КД и структурой и составом УП для МФО с ЧПУ; использование этих взаимосвязей позволяет определить формальные правила упорядочения и преобразования набора систем координат КД и конструкторско – технологических элементов формы (КТЭФ) во внутренние циклы обработки на многофункциональном оборудовании с ЧПУ;

∙в моделировании и визуализации на ПЭВМ технологических преобразований системы «МФО – приспособление – инструмент – деталь» в виде набора 3D состояний обработки КТЭФ;

∙в раскрытии закономерностей рационального формирования УП для МФО

с ЧПУ, учитывающих технологические, конструкторские и экономические ограничения.

Практическая ценность. Разработаны организационно - методические рекомендации комплексного расчета технологической схемы механической обработки, выбора инструмента и оборудования, позволяющие реализовывать высокопроизводительные режимы обработки КД, в том числе: плунжерное фрезерование, фрезерование тел вращения и криволинейных поверхностей на многофункциональном оборудовании при механической обработке КД.

Определена последовательность презентационных представлений результатов проектирования технологических схем с выходом на оценку эффективности, безопасности и прибыльности.

Реализация работы. Технико – экономическое обоснование на обработку изделий разрабатывались более чем для 25 видов корпусных деталей, на которых проводились частичные или полномасштабные компьютерные презентации. На восьми предприятиях были приняты

7

отдельные предложения и рекомендации по выбору инструмента для обработки деталей с использованием МФО.

Согласно данным рекомендациям были реализованы проекты по проектированию механической обработки корпусных деталей на трех предприятиях:

1.Заволжском моторном заводе (ОАО «ЗМЗ»). Проект по оснащению 3-х горизонтально-фрезерных обрабатывающих центров под деталь «головка цилиндров» для дизельного двигателя.

2.ПензТяжПромАрматура (ОАО «ПТПА»). Проект по оснащению пяти токарных центров с приводным инструментом и одного 5-ти координатного многоцелевого обрабатывающего центра под детали гидроарматуры.

3.Казанском Моторостроительном Производственном Объединении (ОАО

«КМПО»). Проект по оснащению 5-ти координатного фрезерного центра под деталь «корпус гидроцилиндра».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на технических советах ОАО «ЗМЗ», ОАО «КМПО», на семинарах ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Результаты разработки презентационных моделей использовались при проведении лабораторных занятий на 8 семестре по курсу «Программирование на станках с ЧПУ» в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 105 наименований и 2-х приложений; основная часть изложена на 128 страницах машинописного текста, общий объем 140 страниц, содержит 78 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении кратко освещены основные направления данной работы.

Использование многофункционального оборудования является передовой

8

тенденцией развития механической обработки в мире и требует развития инструментального и информационного обеспечения проектирования и расчета технологических процессов.

Повышение эффективности механической обработки корпусных деталей может быть обеспечено путем использования новых технологий, в том числе с применением фрезерования для обработки поверхностей на основе тел вращения.

Последовательность причинно – следственных связей, оказывающих существенное влияние на ход материализации заготовки в корпусную деталь на оборудовании с ЧПУ, приведена на рис. 1.

Традиционная схема организации ТПП КД (рис. 1а) требует наличия МФО (станок + стойка с ЧПУ), а данное оборудование сегодня практически не может эксплуатироваться без компьютерной поддержки CAD/САМ – систем. Последние в свою очередь требуют разработки операционной технологии преобразования заготовки в корпусную деталь. В ходе этой работы активно используется 3D – моделирование как собственно исходной заготовки, так и множества технологических моделей, описывающих промежуточные состояния механической обработки корпусной детали. В ходе этих этапов решаются задачи инструментального обеспечения (выбор состава инструментов, расчеты параметров обработки, сроки службы инструмента и т.д.).

Предлагаемая в данной работе схема организации ТПП КД (рис. 1б) основана на трех составляющих:

∙создании методики представления КД в виде набора обрабатываемых конструкторско – технологических элементов формы на ЭВМ;

∙подборе с помощью ЭВМ необходимой нормативно – справочной информации;

∙использовании организационно – методических рекомендаций по подготовке УП на

основе внутренних циклов для обработки КД на МФО с ЧПУ.

9