автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация технологической подготовки производства корпусных деталей при обработке на многофункциональном оборудовании с ЧПУ

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)

003445ЭЭ2

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 СЕЧ 2008

Москва 2008

003445992

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

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Рыбаков Анатолий Викторович доктор технических наук, профессор Вермель Владимир Дмитриевич

кандидат технических наук

Егоров Сергей Борисович

ОАО «Завод им С Орджоникидзе»

Защита состоится «С^» С? 2008г в !сов на

заседании диссертационного совета Д 212 142 03 в ГОУ ВПО Московском государственном технологическом университете «Станкин» по адресу 127994, Москва, Вадковский переулок, д За

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.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 142 03 кандидат технических наук, доцент

Семячкова Е Г.

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 РЬМ/САЭ/САЕ/САМ - 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 с 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

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 11а=0 6 . 5мкм,

• большое количество разнообразных параметрически настраиваемых конструкгорско - 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 квалитетам точности Погрешность формы - 0 5 0 7 от допуска, шероховатость Яа=0 05 2 0 мкм),

• большое количество согласованных между собой размеров (например, допуски на межосевые расстояния отверстий под валы могут доходить до 0 02 0 1мм);

• 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

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

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,

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 ЗО 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

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

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/CAM -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 16) 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

Заказчик

Оператор ЧПУ

С^ Технолог

1а

3 £

§ а

3. £2

а г

-о а

а К

А. &

Корпусная деталь Станок ЧПУ САМ-система

Многофункциональное оборудование (МФО)

ЗЭ - модель детали

Технология

Заготовка

в-а

I

Автоматизация технологической подготовки производства корпусных деталей при обработке на многофункциональном оборудовании с ЧПУ

I СОЗДАТЬ методику представления Щ на ЭВМ

3 ИСПОЛЬЗОВАТЬ (многократно)

Организационно -методические рекомендации по подготовке управляющих программ для обработки КД на МФО с ЧПУ

2 ПО ДОБР А ТЬ НСИ для С А ПИР (однократно)

Рис 1 Последовательность причинно - следственных связей, оказывающих существенное влияние на ход материализации заготовки в корпусную деталь на оборудовании с ЧПУ

ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ С ЧПУ В первой главе рассмотрены основные методы механической обработки корпусных деталей с позиции современных представлений об этих процессах и использования многофункционального оборудования С точки зрения показателей эффективности и возможных условий увеличения скорости обработки КД на МФО с ЧПУ более подробно рассмотрены особенности процессов точения, фрезерования и сверления Систематизированы основные показатели режимов резания и влияющие на них факторы Особое внимание уделено стружкообразованию и удалению стружки из зоны резания с точки зрения возникающих тепловых эффектов Подбор режимов стружкообразования и стружкоудаления оптимального по уносимому теплу является одним из основных вопросов при расчете режимов резания для высокоскоростной обработки

ГЛАВА 2 ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ КД НА

МФО С ЧПУ

Во второй главе основное внимание уделено рассмотрению подходов к формированию технологического обеспечения для обработки КД на МФО с ЧПУ

Многофункциональные станки с ЧПУ требуют более тщательного планирования и расчета параметров обработки, вылетов инструмента, расчетов на сопряжение, прогнозируемой стойкости и получение стабильности качества обрабатываемых поверхностей в условиях промышленной обработки

Основными тенденциями создания современного технологического обеспечения является разработка интегрированных систем автоматизированной поддержки информационных решений, увязывающих данные по всему циклу производства предприятия

Результаты анализа возможностей информационных технологий при решении технологических задач, связанных с обработкой корпусных деталей на МФО с ЧПУ, приведены на рис 2 По результатам анализа хотелось бы отметить следующее

• большая часть задач собственно технологической подготовки производства КД известна, частично формализована и решена в рамках специализированных программных средств («Вертикаль» («АСКОН»), «Т-FLEX - технология» («Топ системы») и т д) с выходом на комплект текстовых документов, но без обеспечения выхода на формирование управляющих программ для МФО,

• компьютерное моделирование при решении технологических задач используется не в полной мере (в основном решены геометрические задачи столкновений в условиях 5D обработки, расчет и визуализация пути инструмента и т д),

• универсальные CAD/CAM системы больше нацелены на решение геометрических задач и очень мало могут помочь пользователю собственно при решении технологических задач

Современные подходы к решению технологических задач обработки КД с использованием ИТ во многом опираются на библиотеки параметризованных конструкторско - технологических элементов формы

№ п/п Задачи технологической подготовки производства Уровень использования в составе

Универсальных CAD/CAM систем Компьютерного моделирования Специализированных программных средств

1 Определение последовательности обработки - - +

2 Выбор технологических баз - - +

3 Расчет припусков на обработку - - +

4 Выбор и обоснование стратегии обработки - - +

5 Выбор и обоснование приспособлений для закрепления корпусной детали на рабочем столе станке - - -

6 Расчеты технологических размерных цепей - - +

7 Выбор режущих инструментов по длине пути, стойкости и т д +/- - +

8 Определение режимов обработки (скорость, подача, СОЖ и тд) - - +

9 Ведение (оформление и изменение) технологической документации + - +

10 Моделирование столкновений в условиях 5Э координатной обработки + +/- -

И Формирование управляющих программ для изготовления корпусных деталей на оборудовании с ЧПУ + - +

12 Формирование управляющих программ для контроля корпусных деталей на контрольно - измерительной машине + - +

13 Организация взаимодействия специалистов + - +

14 Диспетчирование, планирование деятельности + - +

Где + задача полностью решена в компьютерной среде, - решение задачи в компьютерной среде отсутствует, +/- задача частично решена в компьютерной среде

Рис 2 Оценка возможностей информационных технологий при решении технологических задач, связанных с обработкой корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ

Идеи создания подобных библиотек обычно связывают с теорией синтеза технологических процессов, над которой с конца 70-х годов только в нашей стране работали такие ученые как Б М Базров, Г К Горанский, Г П Вяткин, В В Павлов, А Ф Прохоров, В Г Старостин, В Д Цветков, Б Е Челищев и др Данное направление является основой для создания экспертных систем в области автоматизированного проектирования технологических процессов («РоаШгеСАМ», последние версии «ГеММы», стандарты ИСО 14649 и т д)

В общем случае под типизацию при разработке УП для механической обработки КД попадают два вида деятельности типизация всех составляющих операционной технологии и типизация организационно -методических мероприятий по разработке УП

Выбор типизированных проверенных технологических решений предусматривает систематизацию деятельности технолога при механической обработки КД и процедур выбора технологических решений вплоть до формирования УП (рис 3) Исследования в этом направлении позволяют рассчитывать на возможность перевести подготовку управляющих программ если не полностью, то в частично автоматический режим

Типизация организационно - методических мероприятий включает

• изучение формализованных правил перевода описаний обрабатываемых поверхностей КД в структуру и состав УП для оборудования с ЧПУ,

• компьютерную презентацию (визуализацию) обработки заготовки с использованием ЗЭ представлений, обеспечивающую специалистов необходимой информацией для принятия решений

С^) Выбор из БД, 1 | Расчеты по форму чам, Формирование Моделирование

О Принятие решении. Закрашенные действия - зона внимания в работе

Рис 3 Функциональные взаимосвязи технологических понятий и действий при составлении управляющих программ

ГЛАВА 3 МЕТОДИКА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КОРПУСНОЙ ДЕТАЛИ НА ЭВМ В РАМКАХ МОДУЛЬНОГО ПОДХОДА ДЛЯ ОБРАБОТКИ НА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ С ЧПУ В третьей главе проведена разработка понятийной модели для создания информационной среды, поддерживающей решение технологических задач Исходя из рис 3, все множество технологических задач можно представить через следующие виды отношений

• выбор из базы данных,

• расчеты по формулам,

• графическое моделирование параметризованными образами,

• принятие решений,

• формирование текстовых последовательностей с использованием макроподстановок.

Степень детализации проектных решений при составлении УП на МФО по элементам технологического процесса с использованием библиотеки внутренних циклов системы с ЧПУ приведена на рис 4

Объектная модель процесса формирования УП на основе библиотеки внутренних циклов системы с ЧПУ для обработки корпусных деталей с использованием систем координат (ГСК - глобальной, ЛСК - локальной) и множества конструкторско - технологических элементов формы, расположенных на обрабатываемых поверхностях, показано на рис 5

Организационно - методические рекомендации по формированию исполнителем УП для изготовления КД на основе конструкторско -технологических элементов формы с использованием компьютерного моделирования зафиксированы на рис 6 Здесь следует отметить, что организационно - методические рекомендации содержат как бы две части статическую и динамическую Статическая часть один раз создается и может быть многократно использована Динамическая часть формируется для каждого проекта обработки КД индивидуально

\ Детализация Элементы \ технологического процесса \ Проектного решение

Выбор схемы обработки Выбор средств технологическог о оснащения Согласование систем координат в Режимы обработки Определение данных для обработки Составление управляющей программы

Изделие Заготовка Описание дерева обработки МФО Приспособление Инструмент рабочей зоне станка приспособлении А + © СП параметры Использование внутренних циклов Детализация обработки расчет Параметры внутрен цикла кодирование

План обработки к * А

Маршрут обработки + + + &

Операция + + + + и

Установ + + + + А А *

Позиция + + + + + + +

Переход + + + + + А + + * А А |М| Ц -г—и А А

Проход + + + + + + + + + + + + *

Ход + + + + + + + + + + + + + А

Шаг + + + + + + + + + + + + + + * коды

[М] - выбор одного из множества внутренних циклов системы с ЧПУ в соответствии с обрабатываемым КТЭФ О - коды - преобразование технологических процессов через базовый набор действий оборудования с ЧПУ * - принятие окончательного решения, + - решение принято ранее

Рис 4 Степень детализации проектных решений при составлении УП на МФО по элементам технологических

процессов

Библиотека представления I

конструкторско-технологических элементов формы (КТЭФ), используемых при обработке КД

ГСК Детали

.ЛСК 1 поверхности

.ЛСК 2 поверхности

. ЛСК I поверхности

_ЛСК 11 КТЭФ(1)

ЛСК 12 —КТЭФ(2)

ЛСК Ш КТЭФСП

-ИСК II

КТЭФ(2)

—ЛСК ПС ктэФа)

Библиотека технологии на

КТЭФ (.1) инструмент, приспособления, мерительный инструмент

Рис 5 Объектная модель процесса формирования управляющей программы для обработки корпусной детали

СТАТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

База знаний КТЭФ

• словарь понятий,

• слайды,

» отношения

1 расчеты,

2 параметрические элементы формы,

3 нормативно-справочная информация

База знаний по генерации управляющих программ для КТЭФ

ДИНАМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Исходное описание изделия

Выделение в ЗЭ модели КД конструкторско - технологических элементов формы (КТЭФ)

Построение варианта «дерева» технологического маршрута обработки

Описание состава изделия через КТЭФ

Синтез варианта операционного маршрута для выделенных КТЭФ в КД

Библиотека с описанием внутренних циклов обработки для систем программирования оборудования с ЧПУ

Компьютерное моделирование и презентация обработки КТЭФ детали на оборудовании с ЧПУ

Оформление управляющей программы для работы в системе ЧПУ оборудования

именование, связь ЛСК и ГСК, параметры КТЭФ

Дерево вхождений КТЭФ в изделие

Описание операционной технологии

Описание управляющей программы н инструкции

Рис 6 Организационно - методические рекомендации по формированию исполнителем управляющей программы для изготовления корпусной детали на основе КТЭФ с использованием компьютерного моделирования

ГЛАВА 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ КОРПУСНЫХ

ДЕТАЛЕЙ НА МФО В четвертой главе приведены результаты проектирования технологического обеспечения на трех основных типах деталей

1 обработка корпусной детали гидроарматуры;

2 обработка корпуса одноцилиндрового компрессора высокого давления,

3 обработка головки блока цилиндров

Выбор указанных изделий определяется, прежде всего, практическим опытом работы по внедрению новых технологий, их обработки на таких крупных машиностроительных предприятиях России как ОАО «КМПО» (г Казань), «ОАО ПТПА» (г Пенза), ОАО «ЗМЗ» (г Заволжье) Итоговые результаты построены на материалах ОАО «КМПО» (г Казань) (рис 7)

Проведение практических расчетов по выбору технологического обеспечения осуществляется в форме стандартной последовательности действий, общие этапы которой были приведены ранее В тоже время анализ результатов по каждому из расчетов при обработке конкретных изделий требует работы квалифицированных специалистов

На каждом из этих предприятий проводились оценки возможности внедрения инструмента и новых технологических приемов на большом числе отдельных операций при внедрении нового МФО с ЧПУ

При подготовке предложений заказчику необходимо иметь в виду, что одним из основных требований является получение гарантий от поставщиков оборудования и инструмента, что станок с момента завершения пуско-наладки будет работать и приносить прибыль

При этом распределение затрат по этапам планирование - запуск -производство должно исходить из всестороннего инженерного анализа и сравнения возможных вариантов на наиболее ранних этапах принятия решений, что позволяет достичь высокопроизводительной работы МФО с ЧПУ с первого пуска

Характеристики результата

Показатель

Сокращение времени ТПП корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ

До 2 - 3 недель

Сокращение времени на обработку одной корпусной детали в производственных условиях при переходе с АЛ на МФО

С 2.5 часов до 0.5 часа

Повышено качество ТПП корпусных деталей на основе:

насыщения процесса решения технологических задач для корпусных деталей средствами компьютерного моделирования (ЗБ визуализация состояний заготовки в ходе обработки, перемещение инструмента в системе «Станок - Приспособление - Заготовка» и т.д.),_

С 2 до 14 задач

согласование между сооои решении отдельных технологических задач через единый словарь понятий ;_

Свыше 200 атрибутов и понятий

использование ранее отлаженных и проверенных технических решении на уровне конструкторско -технологических элементов формы и комплексов в новых разработках;_

До ВО - 90% на новую корпусную деталь

БЫЛО Одноцилиндровый компрессор СТАЛО

шесть универсальных станков высокого давления один пяти координатный станок

(для годовой программы выпуска) (программа выпуска 3600 шт/год) (для годовой программы выпуска)

ОАО «КМПО»

Рис. 7. Результаты, полученные в ходе решения технологических задач при обработке корпусных деталей на МФО с ЧПУ

Достижение цели (снижение стоимости производства изделий) должно обеспечиваться параметрами безопасности производства, полнотой предоставляемой заказчику информации, гарантией успешного внедрения технологического процесса механической обработки КД

Реализация этих возможностей требует обязательного участия представителей заказчика не только в пуско-наладочных работах, но и в оценке и анализе результатов компьютерного моделирования

Предоставление предложений с технико - экономическим обоснованием по возможностям МФО при обработке КД в виде компьютерных презентаций является основной формой принятия быстрых и эффективных решений

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 В работе решена задача по сокращению времени и повышению качества и производительности процесса технологической подготовки производства при высокоскоростной обработке корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ на основе комплексной системы автоматизированной поддержки информационных решений

2 В результате проведенных исследований установлена возможность фиксации в компьютерном виде устойчивых закономерностей и связей между набором систем координат обрабатываемых поверхностей заготовки корпусной детали вместе с находящимися на них конструкторско -технологических элементов форм и составом команд управляющей программы для обработки на многофункциональном оборудовании с ЧПУ При этом установлено, что определяющее влияние на состав команд управляющей программы оказывает набор внутренних циклов системы с ЧПУ

3. В результате исследований удалось разбить все конструкторско -технологические элементы формы, используемые при компьютерном описании корпусной детали, на две группы' имеющие и не имеющие типовые маршруты обработки в виде внутренних циклов систем ЧПУ Использование

22

типовых технологических маршрутов обработки позволяет оперировать параметризованными решениями по технологической оснастке, режимам обработки и формированию управляющей программы, учитывающими функциональное назначение и особенности обработки этих конструкторско -технологических элементов форм

4 На основе установленных закономерностей и связей разработаны организационно - методические рекомендации Особенностью последних является комплексная информационная поддержка разнообразной нормативно - справочной информацией в компьютерном виде деятельности технолога по созданию операционной технологии для обработки корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ Комплексная информационная поддержка характеризуется

• фиксированием понятийных связей между всеми составляющими процесса технологической подготовки производства корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ в компьютерной форме,

• возможностью интерпретации всего множества состояний обработки от заготовки до готовой корпусной детали в виде набора трехмерных технологических моделей в рамках универсальной графической системы;

• организацией проведения расчетов режимов резания и выбора нужных инструментов из баз данных производителей инструмента и оборудования,

• возможностью расширения и модернизации компьютерной базы знаний с нормативно - справочной информацией, используемой в ходе работ на многофункциональном оборудовании с ЧПУ, самостоятельно технологом без привлечения программистов

5 Приведены результаты проектирования процессов обработки корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ на конкретных примерах, показывающие эффективность предлагаемых решений Так например на Казанском Моторостроительном Производственном Объединении удалось сократить время обработки с 2 5 часов до 30 минут,

количество используемого оборудования с шести единиц до одного станка при сохранении требований ТУ

6 На основе компьютерных презентаций, экспертных оценок и оперативных уточнений формируется технико - экономическое обоснование для процедуры принятия решений о готовности и эффективности предлагаемых решений

7 Помимо этого результаты данного исследования используются в учебном процессе ГОУ ВПО МГТУ «Станкин» по курсу «Программирование на станках с ЧПУ» для студентов старших курсов

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Капитанов H , Егоров M , Кресик Д Интеграция T-Flex CAD с P-CAD - задача ЗО-моделирования // САПР и графика, 2008, №1, С 33-35

2 Кресик Д Особенности использования инструментального обеспечения при работе многоцелевых центров, обрабатывающих криволинейные поверхности //Технология машиностроения, 2007, №10, С 23 - 26

3 Рыбаков А В Тимонов С H, Кресик Д А Производительные методы черновой обработки формообразующих частей штампов и пресс-форм // Кузнечно-штамповочное производство, 2007, №9, С 39-40

4 Кресик ДА Применение систем управления баз данных для автоматизации проектирования технологических процессов // Труды международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии» 16-18 октября 2007 г, в 3-х т т ТЗ С 141 - 145 - M Янус-К, 2007

5 Кресик Д А, Применение фрезерования при обработке криволинейных поверхностей тел вращения // Техника машиностроения, 2007, №3, С 15-21

6 Кресик Д А Производительные методы черновой обработки сложных поверхностей штампов и пресс-форм // Машиностроитель, 2007, №9, С 18-20

7 Кресик Д А Производительные методы черновой обработки на примере плунжерного фрезерования // Машиностроитель, 2007, №10, С 25-27

Заказ № 78/08/08 Подписано в печать 02 07 2008 Тираж 100 экз Уел пл 1,5

,<$Гл\ ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 www cfr ru , e-mail info@cfr ru

Введение

Глава I Основные методы обработки корпусных деталей на 14 многофункциональном оборудовании с ЧПУ

1.1. Основные особенности подготовки и организации 14 механической обработки

1.2. Особенности производительных методов обработки сложных 20 поверхностей при использовании многофункционального оборудования

Выводы по главе I

Глава II Основные подходы к формированию 36 технологического обеспечения для обработки КД на МФО с ЧПУ

2.1. Общие схемы решения и задачи обеспечения ТПП

2.2. Описание элементов технологического обеспечения при 42 реализации автоматизированных режимов обработки

2.3. Формирование управляющих программ для обработки 49 корпусных деталей с использованием информационных технологий

2.4. Особенности программирования обработки корпусной детали 52 со стойки ЧПУ

2.5 Специфика и основные проблемы обработки корпусных 57 деталей при использовании универсальных САМ систем (на примере корпусной детали HI 111 «ЭГА» и универсальной системы T-FLEX ЧПУ)

Выводы по Главе II

Глава III Методика представления корпусной детали на ЭВМ 64 в рамках модульного подхода для обработки на многофункциональном оборудовании с ЧПУ

3.1. Модульный подход описания и построения технологического 64 обеспечения

3.2. Особенности компьютерного представления описания 77 КД на ЭВМ ^

3.2.1. Организация отбора данных из таблиц с нормативно - 82 справочной информацией

3.3. Формирование управляющих программ для обработки 85 корпусных деталей с использованием компьютерного моделирования

Выводы по Главе III

Глава IV Проектирование и реализация технологических 96 процессов обработки корпусных деталей на МФО

4.1. Основные положения подготовки расчетов технологии 96 обработки КД на МФО с ЧПУ

4.2. Разработка ТПП с учетом возможностей КТЭФ

4.3. Оценка эффективности обработки в различных 109 технологических схемах

Выводы по Главе IV

Актуальность работы. При организации работы промышленных предприятий в условиях рыночной экономики главным показателем деятельности становится достижеиие 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 особенно проявляются через постоянное обновление современными системами ЧПУ станочного парка [78] и совершенствование программных систем PLM/CAD/CAE/CAM - класса [37].

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 с насыщением нового станочного оборудования с ЧПУ библиотеками внутренних циклов обработки, так и существенными изменениями инструментального обеспечения, предназначенного для механической обработки.

Новые направление в инструментальном обеспечении [73], предлагаемые такими производителями как Sandvik, не только расширяют область использования технологии механической обработки, но и методически поддерживают новые технологические решения нормативно — справочной информацией [18], позволяющей осуществить комплекс необходимых расчетов по выбору наиболее рациональных и высокопроизводительных схем механической обработки.

Разработка инструментальных технологий, ориентированных на решение прикладных задач компьютерной подготовки производства, ведется уже много лет в МГТУ «Станкин» в рамках работы над интегрированной интеллектуальной системой (ИнИС) и системой автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР), как одной из компонент [1].

Исследование процессов проектирования и реализации 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[70].

Особенно актуальна задача совершенствования информационных средств поддержки процессов технологической подготовки производства таких широко распространенных видов механической обработки как обработка корпусных изделий, пресс-форм, обработка криволинейных поверхностей (NURBS -поверхностей), фрезерование сложных поверхностей вращения и т.д[15].

При этом новые возможности требуют всесторонней оценки ожидаемых результатов в ходе компьютерного моделирования обработки на станках с ЧПУ. Очень важно заблаговременно оценить технико - экономические показатели эффективности использования высокопроизводительных режимов резания и основные технические и экономические показатели их внедрения на конкретных предприятиях машиностроения.

Описание изделия, инструмента и технологической оснастки в цифровом формате в ходе компьютерного моделирования и расчета режимов резания могут быть информационной базой для технико - экономическое обоснования перехода к многофункциональному оборудованию. Эти же данные в дальнейшем могут быть использованы как компьютерное презентационное представление всей совокупности происходящих процессов, связанных с переходом от традиционного оборудования к многофункциональному оборудованию с ЧПУ. Это облегчает специалистам обоснованно принять решение об эффективности, производительности, безопасности и экономической целесообразности предлагаемых вариантов механической обработки на многофункциональном оборудовании с ЧПУ.

Вопросы подготовки производства для МФО с ЧПУ отчетливо проявляются на примерах обработки деталей сложной формы, к которым относятся в частности корпусные детали (КД).

Усиленное 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 [71], 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 [72]:

• Сложная форма поверхностей для обработки (в том числе и использование NURBS поверхностей);

• Непрямолинейность и непарраллельность основных поверхностей 0.05.0.1 мм 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 квалитетам точности. Погрешность формы — 0.5.0.7 от допуска, шероховатость Ra=0.05.2.0 мкм);

• Большое количество согласованных между собой размеров (например, допуски на межосевые расстояния отверстий под валы могут доходить до 0.02.0.1 мм);

• Неперпепдикулярность 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 (AJI). С уменьшением серийности производства и повышением его гибкости сегодня все больше и больше изготовление КД переводится на многофункциональное оборудование (МФО), оснащенное специализированными системами с ЧПУ.

Сравнительные характеристики использования многофункционального оборудования и AJI для изготовления корпусных деталей приведены в таблице 0.1. Для текущего состояния машиностроительного производства в России очень важен показатель «возможности варьирования ТП».

В автоматических линиях данный показатель практически не изменен из — за «жесткого» характера решений, связанного с системой управления оборудованием. Переход к производству новой корпусной детали на МФО обычно предполагает только замену инструментального обеспечения и перепрограммирование стойки с ЧПУ, т.е. МФО обеспечивает достаточно «гибкое» решение по сравнению с АЛ.

Приведенные оценки показывают, что переход от жестких к гибким решениям дает ощутимые результаты по повышению эффективности обработки. (В дальнейшем данный результат подтверждается при проектировании конкретных примеров обработки корпусных деталей.)

Типовые условия задачи разработки УП для обработки КД на многофункциональном оборудовании с ЧПУ показаны в таблице 0.2. В этой таблице знаком «+» отмечены показатели, которые известны до начала обработки, а знаком «-» отмечены показатели, которые нужно получить в ходе разработки. Знак «+/-» в позиции твердотельная модель призван подчеркнуть тот факт, что 3D модель корпусной детали может быть составляющей исходных данных или же она обязательно должна быть построена в ходе разработки. Знак «+/-» в позиции МФО указывает на то, что разработка технологического процесса на обработку КД ведется на уже закупленное оборудование («+») или только планируемое к покупке через тендер («-»). Но в том и другом случае требуется доскональное технико -экономическое обоснование расходов, связанных с использованием МФО при обработке КД.

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.

Широко используя современные инструменты и многофункциональное оборудование с ЧПУ, производственные технологи остро нуждаются в организационно - методических рекомендациях для расчетов и моделирования высокопроизводительных режимов резания.

Показатели «Жесткое» решение «Гибкое» решс

1.ЧТО? Корпусные детали Корпусные дет

2. ИЗ ЧЕГО? Заготовка (обычно литье) Заготовка (обь

3. НА ЧЕМ? Специально спроектированные автоматические линии из агрегатных станков Универсально< (MAZAK, OKI

3.1. Оборудование 4—15 станков один многошп

3.2. Система управления Жесткая Стойка с ЧП"У или Хайденх содержит свьн на конструкп формы

4. Время ТПП 3-4 месяца 2-3 недели

5. Возможность варьирования ТП Практически отсутствует Обычно тре! обеспечения и программы

6. Количество обслуживающего персонала (в одну смену) По одному человеку на станок 1

7. Серийность изготовления Массовое и крупносерийное производство (свыше 100 ОООшт/год) Мелкосерийно (обычно не 6oj

8. Соотношение времени изготовления одной корпусной детали, (%) 100 20 -25

Табл. 0.1. Сравнительные характеристики использования автоматических линий (AJI) и ]

МФО) для изготовления корпусных деталей

Чертеж КД Чертеж МФО Твердотельная Технология № заготовки модель об

- +/- -

Табл. 0.2. Типовые условия задачи разработки УП для обработки корпусньг

Последовательность причинно — следственных связей, оказывающих существенное влияние на ход материализации заготовки в корпусную деталь на оборудовании с ЧПУ, приведена на рисунке 0.1.

Традиционная схема организации ТПП КД (рис. 0.1а) требует наличия МФО (станок + стойка с ЧПУ), а данное оборудование сегодня практически не может эксплуатироваться без САМ — систем. Последние в свою очередь требуют 3D — моделирования как заготовки, так и корпусной детали, разработки операционной технологии преобразования заготовки в корпусную деталь. В ходе этого этапа 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. 0.16) основана на трех составляющих:

• Создании методики представления КД на ЭВМ;

• Подбор с помощью ЭВМ необходимой нормативно- правочной информации;

• Использовании организационно — методических рекомендаций по подготовке УП для обработки КД на МФО с ЧПУ.

Использование многофункциональных обрабатывающих центров является передовой тенденцией развития механической обработки в мире и требует развития инструментального и информационного обеспечения проектирования и расчета технологических процессов.

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 библиотеки внутренних циклов для обработки параметризованных конструкторско - технологических элементов формы;

• Провести анализ процесса формирования управляющих программ для обработки корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с 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. ка зч и к^^)

5 t а §

Ьч

Оператор ЧПУ С з аг

I 3 а %

§

Корпусная деталь Станок ЧПУ СА СИС1

Многофункциональное оборудование (МФО) с. ft

Оператор ЧПУ^^) Заказчик/ ^v Исполнитель а я 5 а I 3

1 аг а й

S S

Корпусная деталь

МФО

Автоматизация производства кор1 многофункцио!

I. СОЗДАТЬ методику представлен ия КД на ЭВМ

З.ИСПОЛЬЗОВАТЬ (,многократно)

Организационно -методические рекомендации по подготовке управляющих программ для обработки КД на МФО с ЧПУ

2.ПОДОБР> (однократн

Рис. 0.1. Последовательность причинно - следственных связей, оказывающих существе заготовки в корпусную деталь на оборудовании с ЧП

Результаты данной работы особенно актуальны для машиностроительных производств трех типов:

• Предприятий, приобретших новое МФО или собирающихся переводить производство корпусных деталей с автоматических линий на МФО;

• Предприятий, выпускающих МФО;

• Предприятий, выпускающих технологическую оснастку (в первую очередь инструмент) для механической обработки сложных поверхностей.

Общая методика 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 (пример Mazak, OKUMA и т.д.) и инструмента (например Sandvik).

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, 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 «Станок - 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 и плунжерное фрезерование, фрезерование тел вращения и криволинейных поверхностей на многофункциональном оборудовании при механической обработке.

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

Реализация работы. Презентационные модели на обработку изделий разрабатывались более чем для 25 видов корпусных деталей, на которых проводились частичные или полномасштабные компьютерные презентации. На 8 предприятиях были приняты отдельные предложения и рекомендации по выбору инструмента.

Основное содержание работы изложено в четырех главах и приложениях для обработки деталей с использованием МФО.

В главе I рассмотрены особенности обработки материалов с позиции современных представлений об этих процессах. Особенности процессов точения, фрезерования и сверления рассматривались с точки зрения показателей эффективности и возможных условий увеличения скорости обработки на МФО с ЧПУ. Систематизированы основные показатели режимов резания и влияющие на них факторы. Особое внимание уделено подбору режимов стружкообразования и стружкоудаления, оптимального по уносимому теплу, что является одним из основных вопросов при расчете режимов резания для высокоскоростной обработки.

В качестве демонстрационных изделий в работе выбраны корпус гидроцилиндра, головка блока цилиндров автомобильного двигателя, корпусная деталь гидроарматуры, пресс-форма. Обработка каждого из данных типов изделий отличается не только большими объемами выборки металла, сложностью технологических решений, сложных схемах базирования и т.д., но и возможностью продемонстрировать весь спектр особенностей проектирования технологического обеспечения в условиях информационных технологий.

В Главе II основное внимание уделено развитию применения модульных технологий в машиностроении, сформированных с целью обеспечения гибкости технологической подготовки производства в машиностроении.

В работе модульный принцип последовательно распространен от описания единичных технологических операций до возможности компоновок технологических модулей, к проектированию сложных технологических систем, к выбору оборудования, инструмента и технологической оснастки.

Модульная технология является основой для создания систем анализа и проектирования технологического процесса для обработки корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ в условиях ИТ.

В качестве примера проектирования ТПП рассмотрены процедуры расчета процессов плунжерного фрезерования. Проводится выбор инструмента и осуществляется расчет режимов резания, стратегии обработки, траектории движения инструментов.

Дана оценка результатов обработки, которая демонстрирует увеличение производительности, качества обработки и повышение условий работы. Полученный результат обеспечивает плавный безвибрационный процесс механической обработки, высокий удельный съем металла за единицу времени и необходимое качество обработанной поверхности.

Подробно данные о программе расчета и обеспечивающих эти расчеты базы данных приведены в приложениях к материалам данной главы.

Построение технологий на примере проектирования процессов фрезерования дало возможность продемонстрировать особенности наиболее многообразного из всех известных методов обработки, с помощью которого можно обработать поверхность практически любой формы.

В Главе III приведен обзор и анализ современного состояния информационно технологической среды для проектирования производственных процессов. Анализ охватывает как системы, создаваемые для развития и усовершенствования определенных этапов проектирования, так и системы, предназначенные для организации учебного процесса [26].

В основу работы положен подход, развитый при создании системы автоматизированной поддержки информационных решений (САПИР) [60].

Применение САПИР для задач конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП) при реализации высокоэффективных и экономически оправданных процессов механообработки требует комплексной подготовки технологических решений на всех этапах КТПП. В целом развитый информационный подход дает основу методики проектирования.

Реализация КТПП для обработки КД на МФО с ЧПУ является сложной задачей, решение которой во многом индивидуально для каждого вида обрабатываемого изделия.

Весь процесс разработки разделен на три основных этапа:

• Сбор исходных данных;

• Расчет основных технологических операций;

• Моделирование и технико - экономическое обоснование результатов виртуальной обработки в компьютерной среде для принятия производственных решений.

Сбор исходных данных является определяющим для проведения расчетов и обеспечивается диалоговым анкетированием заказчика.

Предлагаемые системы представляют собой программные комплексы, реализующие процессы анкетирования пользователей для сбора исходных данных и подготовки задач обработки. Большая часть исходных данных может импортироваться из других информационных систем, решающих, например, задачи дизайна изделия, выбора конфигурации и т.д.

Расчеты основных технологических операций проводятся с использованием баз данных и баз знаний о технологических процессах, предлагаемых основными производителями инструмента и оборудования. Включение необходимых данных в САПИР является одним из важнейших элементов создания информационно-технологической среды для реализации КТПП.

Компьютерное моделирование процессов обработки на основе проведенных расчетов дает возможность предъявить полученные результаты пользователям для принятия решений и выполнить технико - экономические обоснование.

Адаптация информационных диалоговых систем для презентации результатов предлагаемой технологии механической обработки КД для МФО с ЧПУ позволило создать организационно - методическое обеспечение, эффективно используемое для обоснования и внедрения полученных результатов.

В главе IV приведены результаты реализации обработки КД на многофункциональном оборудовании с ЧПУ и организационно - методические рекомендации для комплексного расчета технологической схемы механической обработки, выбора инструмента и оборудования, позволяющие реализовывать высокопроизводительные режимы плунжерного фрезерования, фрезерования тел вращения и криволинейных поверхностей на многофункциональном оборудовании при механической обработке корпусных деталей.

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

Расчеты и демонстрация возможностей по проектированию современных технологических процессов проведены на примере предложенной и внедренной модернизации производства на ОАО Заволжском Моторном Заводе при проектировании технологического обеспечения одного из наиболее сложных изделий — головки блока цилиндров при организации нового производства.

Согласно данным рекомендациям в полном объеме 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.

Основные результаты работы докладывались на техническом совете ОАО «ЗМЗ», ОАО «КМПО», на семинарах МГТУ «Станкин», на семинарах при участии фирмы Sandvik.

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

Общие выводы и заключение

1. В работе решена задача по сокращению времени и повышению качества и производительности процесса технологической подготовки производства на основе совершенствования ТПП и использования высокопроизводительных режимов резания при обработке корпусных деталей на многофункциональном оборудовании с ЧПУ.

2. В результате проведенных исследований и изучения соответствующих материалов по вопросам автоматизации ТПП установлено, что существуют устойчивые закономерности и связи между правилами выбора систем координат обрабатываемых поверхностей КД и находящихся на них конструкторско — технологических элементов форм и структурой и составом управляющей программы для обработки корпусной детали на МФО с ЧПУ.

3. На основе установленных закономерностей и связей для построения рациональной УП для МФО с ЧПУ, обеспечивающей требуемую точность и производительность обработки поверхностей КД, разработаны организационно - методические рекомендации, используемые в ходе создания операционной технологии и поддерживаемые большим объемом разнообразной нормативно - справочной информации в компьютерном виде.

4. Проведенный анализ ТПП КД и технологических маршрутов их обработки на МФО с ЧПУ позволил разбить все конструкторско — технологические элементы формы, используемые при описании КД, на две группы: имеющие и не имеющие типовые маршруты обработки в виде внутренних циклов систем ЧПУ. Применение типовых технологических маршрутов позволяет применять параметризованные решения по технологической оснастке, режимам обработки и формированию УП, учитывающих функциональное назначение и особенности обработки этих КТЭФ. При этом маршруты обработки определяются состоянием КТЭФ на заготовке и требуемым качеством обработки.

5. Сформированные операционные технологии обработки поверхностей КД и находящихся на них КТЭФ перед натурной обработкой могут быть проверены средствами компьютерного моделирования на достижение точности относительного положения поверхностей и производительности используемого МФО с ЧПУ.

6. Для решения задачи формирования структуры и состава УП для обработки поверхностей КД в условиях автоматизации разработаны организационно - методические рекомендации, которые позволяют:

• Зафиксировать понятийные связи между всеми составляющими процесса ТПП КД на МФО с ЧПУ в компьютерной форме;

• Интерпретировать в рамках графической системы все множество состояний обработки от заготовки до готовой корпусной детали в виде набора трехмерных моделей;

• Проводить расчеты режимов резания и выбирать нужный инструмент из баз данных фирм производителей инструмента и оборудования;

• Расширять и модернизировать компьютерную базу знаний с нормативно - справочную информацией, используемой в ходе работ на МФО с ЧПУ.

7. Приведены результаты практического проектирования процессов обработки КД на МФО с ЧПУ на конкретных примерах, показывающие эффективность предлагаемых решений. На основе компьютерных презентаций, экспертных оценок и оперативных уточнений формируется технико - экономическое обоснование для процедуры принятия решений о готовности и эффективности предлагаемых решений.

8. Результаты данного исследования используются в учебном процессе ГОУ ВПО МГТУ СТАНКИН по курсу «Программирование станков с ЧПУ»

1. Евдокимов С.А., Рыбаков А.В.,Соломенцев Ю.М. Интегрированная интеллектуальная система ИнИС оболочка для разработки и эксплуатации программных приложений пользователя. Информационные технологии, №3,1996, стр. 10-13

2. Пичугин В.И., Краснов А.А. Автоматизация деятельности конструктора при проектировании штампов листовой штамповки. САПР и графика, №7,1999, стр. 54 57

3. Зарубин В. М., Капустин Н. М., Павлов В. В. и др. Автоматизированная система проектирования процессов механосборочного производства. — М. Машиностроение, 1979.

4. Егоров М.Е. Технология машиностроения.- М., 1979.- 567с

5. Горбацевич В.П. Курсовое проектирование по технологии машиностроения.-Минск.-1986.-345 с.

6. Новиков Н.П. Основы сборки машин и механизмов- М. Машиностроения.-1986.-566 с.

7. Добрыднев И.С. курсовое проектирование по предмету "Технология машиностроения" М. Машиностроение 1985 г.

8. Ансеров М.А. "Приспособление для машинорежущих станков" М. "Машиностроение" 1975 г.

9. Моисеев В.В. "Методика расчётов режимов резания при механической обработке металлов" Ю-Сах. ЮСГПИ 1990 г.

10. Моисеев В.В. "Проектирования приспособлений для металлорежущих станков" Методическое пособие. Ю-Сах ЮСГПИ 1994 г.

11. Панова А.А. "Обработка деталей резанием" Справочник технолога. М. "Машиностроение" 1998 г.

12. Гжиров Р. И. Программирование обработки на станках с ЧПУ: Справочник. — СПб.: Политехника, 1990.

13. Анурьев В.И. "Справочник конструктора машиностроителя в 3-х томах", М. "Машиностроение" 1980 г.

14. Красикова А.Г. "Справочник технолога машиностроителя" в 2-х томах М. "Машиностроение" 1986 г.

15. Инструментальные системы автоматизированного производства: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов/Р. И. Гжиров, В. А. Гречишников, В. Г. Логашев и др. -СПб.: Политехника, 1993. 399с. ISBN 5-7325-0008-1

16. Базров Б. М. Модульная технология в машиностроении. М. Машиностроение, 2001. 368с., ил. ISBN 5-217-03061-5

17. Высокопроизводительная обработка металлов резанием. М.: Издательство "Полиграфия", 2003-301с.: ил. ISBN 5-89479-027-1.

18. Руководство по металлообработке. Технический справочник Sandvik Coromant. 2006.

19. Технология машиностроения. Беспалов Б.Л. и др., М.: Машиностроение, 1973.

20. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. под ред. Косиловой и Мещерякова Р.К. М.: Машиностроение, 1985.

21. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: Учебное пособие для машиностроительных специальностей ВУЗов. Мн: Выш. школа, 1983.

22. Допуски и посадки. Справочник. В 2-х ч./ В.Д. Мягков, М.А. Палей и др. Л.: Машиностроение, 1983.

23. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. В.И. Анурьев, -М.: Машиностроение, 1982.

24. Обработка металлов резанием. Справочник технолога. Под ред. Г.А. Монахова. М.: Машиностроение, 1974.

25. Технология машиностроения. Под ред. М.Е. Егорова, М.: Высшая школа, 1976.

26. Технология машиностроения. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности 1201 и 1202 ФАМ.

27. B.И. Комиссаров, Н.Г. Нестеренко, А.И. Безнедельный, Н-ск.: НГТУ, 1997.

28. Приспособление для металлорежущих станков. Справочник. А.К. Горошкин, М.: Машиностроение, 1971.

29. Режимы резания металлов. Справочник. Ред. Ю.В. Барановский. М.: Машиностроение, 1972.

30. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред, Минск, Высшая школа, 1982.

31. Приспособление для металлорежущих станков. Справочник.

32. A.К. Горошкин, М.Машиностроение, 1971.

33. Горошкин А.К. Приспособления для металлорежущих станков: Справочник. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979.

34. Корсаков B.C. Основы конструирования приспособлений: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1983.

35. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т. Под ред. Б.Н. Вардашкин и др. М.: Машиностроение, 1984 - т.2.

36. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков: Расчеты и конструкции. 3-е изд., стереот. - М.: Машиностроение, 1966.

37. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов.

38. C.-Петербург: Политехника, 1998.-296 с.

39. Афанасьев В.Н. и др. Математическая теория конструирования систем управления: Учеб. для вузов /В.Н.Афанасьев, В.Б.Калмановский,1. B.Р.Носов.2.е изд., доп.-М.: Высш.шк., 1998.-574 с.

40. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов /В.Н.Брюханов, М.Г.Косов, С.П.Протопов и др.; Под ред. Ю.М.Соломенцева.-2-е изд., испр.-М.: Высш.шк., 1999.-266 с.

41. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. школа, 1989.-263 с.

42. Александров А.Г. Синтез регуляторов многомерных систем. М.:40.