4.2.2. Формулировка задачи разработки оптимальных планов об работки групп элементарных поверхностей

Проблема определения оптимальных характеристик системы механообработки резанием заключается в расчете некоторого набора ее параметров и структур, определенных требованиями заказчика. Математическое моделирование процессов, протекающих в ней, можно осуществить на основе описания процесса преобразования некоторого набора ее характеристик (Хтсм ), которые по отношению к ТСМ являются внутренними и представляют собой информационный поток, состоящий из характеристик заготовки (Хз), характеристик детали (Хд), характеристик технологического процесса (Хтп), характеристик оборудования (Хс):

Хтсм = { Хз, Хд, Хс } . (4.6)

Анализ информационных потоков, описываемых кортежем (4.6), показывает, что для функционального взаимодействия между элементами ТСМ необходимо совпадение некоторого набора характеристик ее элементов, являющихся по отношению к подсистемам внешними, т.е. пересечение множеств характеристик ТСМ: { Хз, Хд, Хтп, Хс } должно быть непустым:

Хтсм = { Хз U Хд U Хтп U Хс } = . (4.7)

Для определения иерархии взаимодействия выходных характеристик подсистем ТСМ опишем структуру внешних характеристик объекта обработки по отношению к ТСМ в виде множества Хоо = { Хзф, Хзр, Хзт, Хзш, Хзм, Хдф, Хдр, Хдт, Хдш, Хдм }, в которое включим: характеристики заготовки (форма - Хзф, размеры - Хзр, точность размеров и формы - Хзт, шероховатость поверхностей - Хзш, физико-механические свойства обрабатываемого материала - Хзм); характеристики детали (форма - Хдф, размеры - Хдр, точность размеров и формы - Хдт, шероховатость поверхностей - Хдш, физико-механические свойства обрабатываемого материала - Хдм). По аналогии с преобразованием З ---> Д (3) для характеристик ОО можно записать:

{Хзф,Хзр,Хзт,Хзш,Хзм}  {Хдт,Хдр,Хдт,Хдш,Хдм} . (4.8)

Так как преобразование (4.8) ориентировано на изменение определенного набора свойств объекта обработки, его можно представить в виде упорядоченного процесса, т.е. ранжировать последовательность получения этих свойств. Для этого проведем следующие рассуждения:

-основой любого технологического преобразования является получение формы поверхности после обработки близкой к форме детали, т.е. справедливо преобразование:

ПРф = Хзф  Хдф │

│Хз(р,ш, ... ,м)  Хд(р,ш, ... ,м), (4.9)

где │ - знак определения порядка поиска значений характеристик ЭТС в процессе синтеза ТСМ; ПРф- требуемое преобразование формы заготовки;

-в результате преобразования формы ЭП необходимо получить поверхность, размеры которой будут максимально близки к размерам поверхности после обработки. В том случае, когда форма поверхности после обработки не соответствует требованиям чертежа детали, поиск соответствия размеров ведется только для координирующих размеров и размеров, описывающих элементы формы. Из этого следует, что преобразование размеров ЭП принадлежит более низкому уровню в иерархии преобразований чем ПРф, т.е. справедливо преобразование:

ПРф│

│ПРр = Хзр  Хдр │

│ │Хз(т,ш,м)  Хд(т,ш,м) , (4.10)

где ПРр - искомое преобразование размеров заготовки;

-параметры точности всегда связаны с определенными типами и значениями размеров, т.е. они "привязываются" к образмеренным поверхностям и тогда справедливо преобразование:

ПРф│

│ПРр│

│ │ ПРт = Хзт Хдт │

│ │ │Хз(ш,м)  Хд(ш,м) , (4.11)

где ПРт - преобразование полей допусков размеров заготовки в поля допусков размеров детали;

- изменение физико-механических свойств поверхностного слоя ЭП в процессе механической обработки резанием зависит от применяемых методов обработки, а так же глубины поверхностного слоя на которой преобразуется структура металла. Эти изменения, как правило, воздействуют на микрорельеф поверхности. Поэтому преобразования физико-механических характеристик поверхностного слоя осуществляется до формирования шероховатости поверхности. Из этого следует:

ПРф│

│ПРр │

│ │ПРт│

│ │ │ПРм = Хзм ---> Хдм │

│ │ │ │ПРш = Хзш ---> Хдш , (4.12)

где ПРм - преобразование физико-механических свойств материала поверхностного слоя ЭП на заготовке в физико-механические свойства поверхностного слоя ЭП на детали;

ПРш - преобразование шероховатости ЭП заготовки в шероховатость ЭП детали.

Тогда общий процесс преобразования заготовки в деталь (ПРз) можно представить в виде иерархии преобразований:

ПРз = ПРф│ПРр│ПРт│ПРт│ПРм│ПРш . (4.13)

Представим преобразование З  Д в виде точки на сетке, горизонтальные линии которой соответствуют состояниям ОО до обработки на,, ... , i, ... ,I этапах, а вертикальные - состояниям после обработки на этих этапах (рис. 4.4). Пусть состоянию ОО до механической обработки резанием соответствует горизонтальная линия i, а состоянию ОО после механической обработки резанием - вертикальная линия I. При этом ТСМ позволяет осуществлять преобразования (З  Д), соответствующие следующим координатам на сетке преобразований: {,3;,4; 4,i; 4,I; i,2 }.

Тогда приведенную сетку преобразований (З  Д) можно представить в виде граф-сети (рис. 4.5), в котором одинарными стрелками изображены возможные преобразования вида з  д , а двойной - З  Д.

Ее анализ показывает, что в сети есть маршруты, переводящие объект обработки из состояния i в состояние I, а также маршруты, не позволяющие выполнить это преобразование. Исключив эти маршруты получим новую граф-сеть (рис. 4.6).

Представленные преобразования есть не что иное, как бинарные отношения состояний объекта обработки, описание которых можно получить в виде декартового произведения его характеристик на заданном множестве состояний ТСМ, а процесс проектирования ТСМ, реализующий преобразование З  Д, представить в виде:

Рис. 4.4. Сетка допустимых преобразований объекта обработки на заданном технологическом оборудовании

Номера состояний ОО после обработки на j-м переходе.

Конечное состояние поверхностей после обработки.

Начальное состояние поверхностей до обработки.

Переход ОО из состояния в состояние 3.

Преобразование состояния объекта обработки из состояния "деталь" в состояние "заготовка".

Номера состояний ОО до обработки на j-м переходе.

Рис. 5. Граф-сеть допустимых маршрутов преобразования ЗД на заданном множестве состояний ТСМ

Рис. 6. Граф-сеть допустимых маршрутов преобразования ЗД на заданном множестве состояний ТСМ без тупиковых маршрутов.

со тпо

F : ПРз  ПРз  ПРз ---> TCM , (4.14)

где F - процесс проектирования ТСМ;

: - знак раскрытия содержания функции;

 - знак декартова произведения;

ПРзсо - преобразование вида ПРз допускаемое СО;

ПРзтпо - преобразование вида ПРз допускаемое ТПО;

ПРз - требуемое преобразование (исходные данные);

ТСМ - результат проектирования (проектные решения).

Литература:

1. Организационно-технологическое проектирование ГПС/ В.О. Азбель, А.Ю. Звоницкий, В.Н. Каминский и др.; Под общ. ред. С.П.Митрофанова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние,986.-294с.

Вопросы для самоподготовки

Тема 5. Программное обеспечение CAD/ CAM/CAE- систем

5.1. Программное обеспечение конструкторских систем 2-D о и 3-D проектирования

5.1.1. Система 2D – проектирования AutoCAD фирмы Autodesk

Геометрическое моделирование зачастую связано с графическим представлением. Наиболее распространённой универсальной графической системой является AutoCAD, разработанная фирмой Autodesk.

AutoCAD является системой АКД (автоматизации разработки и выполнения конструкторской документации), реализацией новой технологии конструирования — информационной технологии (с использованием ЭВМ).

Существуют два подхода к автоматизации конструкторской деятельности (АКД). При первом сохраняется технология конструирования: центральное место занимает чертёж. Он является целью конструирования и единственным средством графического представления изделия (его графическим изображением ГИ, т.е. двумерной геометрической моделью). Чертёж содержит информацию для изготовления изделия и при необходимости для решения геометрических и других задач. ЭВМ здесь выполняет роль электронного кульмана, облегчая и повышая качество выполнения чертёжных работ. Конструкторские документы могут быть созданы в диалоге с ЭВМ при использовании графических плоских примитивов или плоских фрагментов ранее созданных конструктивных элементов. Особенно эффективно применение компьютерного конструирования при насыщенности документов изображениями типовых и унифицированных частей и при модернизации существующих конструкций.

При втором подходе при помощи компьютерной графики строится пространственная геометрическая модель изделия (ПГМ), более наглядное представление объекта и более мощный и удобный инструмент для решения геометрических задач. Чертёж в этих условиях играет вспомогательную роль (только для изготовления) и образуется как отображение (вид, проекция) пространственной модели. В основу такого конструирования положена трёхмерная геометрическая модель, это обеспечивает переход на более высокий качественный уровень конструирования.

Если при первом подходе к АКД речь идёт лишь об автоматизации чертёжно-графических работ с удобными средствами исправления ошибок в графическом диалоге с ЭВМ, то при втором подходе использование AutoCAD позволяет не только разрабатывать двумерные плоские чертежи, но и объёмные конструкции, используемые в различных областях—человеческой деятельности.

Если система AutoCAD ориентирована лишь на изготовление конструкторской документации, в этом случае она относится к островным (локальным) системами САПР и реализуется в виде системы АКД со структурой и принципами, аналогичными САПР. При этом может быть использован как первый, традиционный подход к конструированию, так и второй, использующий трёхмерное геометрическое моделирование.

Система AutoCAD может быть включена также в интегрированные системы САПР — CAD/CAM, включающие конструирование и технологическую подготовку производства.

Средства для реализации АКД в среде AutoCAD предоставляет компьютерная графика — наука о создании, хранении моделей ПГМ и их изображений ГИ в ЭВМ. К ним относятся технические, программные, информационные средства.

Помимо базовой ПЭВМ, включающей процессор, память, текстовый монитор и дисководы, для работы в AutoCAD требуются графический монитор с высокой разрешающей способностью математический сопроцессор, устройство указания типа мышь.

Обработка графических данных на ЭВМ означает формирование моделей, их хранение, отображение и преобразование. Графические изображения могут быть сформированы с использованием графического редактора AutoCAD и двумерных графических примитивов. В этом случае используются интерактивные средства компьютерной графики, обеспечивающие диалоговый режим конструирования. Главное меню в AutoCAD, отсутствует, пользователь сразу попадает в графический редактор.

В AutoCAD введены средства пространственного моделирования в виде расширения по объемному конструированию в в виде команд, обеспечивающих:

- булевы операции для получения из примитивов составных объектов;

- вычисление массоинерционных характеристик (объём, масса, момент инерции);

- получение по объёмным моделям графических изображений (видов, разрезов, сечений, проекций).

AutoCAD является постоянно развивающейся средой проектирования. Совершенствуется интерфейс пользователя: диалоговые окна, падающие графические меню. Расширяются возможности отображения и вывода на печать. Качественный скачок в этом направлении был сделан благодаря переходу к среде Windows. AutoCAD 13 имеет полное взаимодействие с Windows, улучшенный графический системой, развитую систему подсказок, гипертекстовый Help, поддержку использования шрифтов True Type. Кроме того, расширены возможности по разработке конструкторской документации благодаря введению новых команд.

Появились новые усовершенствованные модули, обеспечивающие работу в локальных сетях. С помощью Системы разработки приложений (СРП) созданы предметно-ориентированные приложения, позволяющие проектировать дома, станки, роботы, одежду и пр.

В систему AutoCAD встроен язык AutoLISP, позволяющий изменять конфигурацию AutoCAD в процессе редактирования: создавать новые команды, модернизировать базы данных и др.