автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка концепции автоматизированного проектирования технологических процессов зубообработки

/'I

и

■7С

Работа выполнена

в Государственном научном центре Научно -производственном объединении по технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ"

и ОАО "Электростальский завод тяжелого машиностроения".

На правах рукописи

Лунев Виктор Николаевич

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗУБ00БРАБ0ТКИ (на примере Электростальского завода тяжелого машиностроения)

Специальность - 05.02.08 Технология машиностроения

05.13.12 Системы автоматизации проектирования

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель : доктор технических наук Овумян Г.Г.

Москва 1999 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ,

1.ГЛАВА ПЕРВАЯ.АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ.

2.ГЛАВА ВТОРАЯ,РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗУБООБРАБОТКИ .

3.ГЛАВА ТРЕТЬЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЗУБОРЕЗНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПО ВИДАМ ДЕТАЛЕЙ.

ЗЛ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ВНЕШНЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ.

3.2 КОНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ С КРУГОВЫМИ ЗУБЬЯМИ.

3.2.1 ИЗМЕРЕНИЕ МОНТАЖНОЙ ДИСТАНЦИИ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС.

3.3 ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ. 3.3Л ЧЕРВЯЧНЫЕ КОЛЕСА.

3.3.2 ЧЕРВЯКИ.

3.4 ЗВЕЗДОЧКИ. .

3.5 РАСЧЕТ СМЕННЫХ ШЕСТЕРЕН

4.ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ,ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. ПРИЛОЖЕНИЯ

- 3 -

ВВЕДЕНИЕ

Переходный период к рыночным отношениям »который переживает в настоящее время Российская Федерация и который сопровождается резким сокращением производства ,привел к кризису в промышленности,особенно предприятий тяжелого машиностроения с длительным циклом изготовления продукции .Кризис взаимных неплатежей привел к тому,что хотя у зтих предприятий осталось большое количество потенциальных заказчиков ,но большинство из них неплатежеспособны.В такой экономической ситуации .когда лишь незначительное число заказчиков может вкладывать инвестиции в трудо- и материалоемкую продукцию тяжелого машиностроения , требуется быстрая отдача от зтих инвестиций и соответственно снижение сроков изготовления продукции от зтапа подготовки производства до собственно производства.Имеющееся ранее отставание в темпах роста производительности труда в сфере подготовки производства от производительности труда в производстве в настоящее время еще более обостряет это противоречие и требует перехода на новую ступень всей системы технической подготовки производства (ТПП) и одной из ее главных составляющих -технологической подготовки производства, а в ряде случаев и отказа от сложившегося разделения труда на конструкторскую и технологическую подготовку производства при использовании достижений вычислительной техники. ;

За последние двадцать лет период нахождения изделия в производстве сократился более чем в три раза , а средняя продолжительность цикла технологической подготовки производства увеличилась приблизительно в два раза и составляет от 0,5 до 5 лет ( 1 ). В условиях единичного и серийного производства срок технологической подготовки производства стал соизмерим со сроком нахождения детали в производстве ,а в ряде случаев и превышает его (1 ).

Структурные изменения,происходящие в настоящее время,обуслов-

лены диспропорциями,сложившимися в машиностроении в предыдущий период.Машиностроение было ведущей отраслью экономики .оно аккумулировало огромные трудовые и материальные ресурсы .В машиностроении и металлообработке было сосредоточено 24% производственных фондов промышленности ,свыше 40% всех рабочих,свыше 53% инженерно-технических работников. С учетом работников механических цехов немашиностроительных предприятий в машиностроении было сосредоточено до 60% всех трудовых ресурсов промышленности2).Парк металлообрабатывающего оборудования превысил парк США »Японии и ФРГ вместе взятых (3).Развитие машиностроения стало наталкиваться на острый кризис трудовых ресурсов.Особенно напряженным явился вопрос кадрового обеспечения машиностроения конструкторами , технологами, рабочими.Многолетнее экстенсивное развитие практически исчерпало трудовые ресурсы . Между имеющимися производственными фондами и наличными трудовыми ресурсами возникли существенные диспропорции. Так ,в среднем по стране»на 100 рабочих мест на машиностроительных предприятиях в первую смену приходилось 40 рабочих ,во вторую смену - 13 . Положение осложнялось наличием значительной доли морально и физически изношенного оборудования . Производительность труда почти в два раза ниже ,чем в развитых в техническом отношении странах.Подготовка конструкторов ,технологов и рабочих -маши-ностротелей прогрессивно отставала от потребностей машиностроения, росла текучесть кадров .Зто в значительной мере объяснялось социальной непривлекательностью указанных профессий .Производство содержит множество тяжелых,монотонных и утомительных операций , низок уровень автоматизации.В сфере конструкторских работ примерно 50% составляют нетворческие операции:оформление чертежей и текстовых документов ( 4 ) .В технологическом проектировании доля нетворческих операций еще выше - 80%( 5 ).В сложившихся условиях одним из основных путей коренной перестройки является - широкое внедрение механизации и автоматизации,в том числе новейших авто-

матизированных технологий и вычислительной техники.Частичная автоматизация не может »как показывает практика »кардинально изменить положение.Так »внедрение в производство станков с ЧПУ не дало ощутимых результатов»хотя зти станки значительно дороже универсального оборудования.

Для современного этапа развития единичного и мелкосерийного производства характерно следующее:

-тенденция к упрощению состава и требований к оформлению конструкторской и технологической документации;

-сохранение дискретного характера производства; -сохранение в качестве преимущественных видов производства обработки металлов резанием и слесарно-сборочных операций;

- сохранение традиционных принципов действия и основных компонентов конструкции технологического оборудования,дооснащаемо-го средствами и системами автоматизации;

-сохранение заметной роли в производственном процессе технологических и производственных пауз,сокращение которых (как средства ускорения производства) сопряжено с улучшением синхронизации и координации операций (принцип "канбан" -"точно вовремя") ( 6 ).

Особую актуальность эти проблемы приобретает для таких сложных и ответственных изделий машиностроения как детали зубчатых передач, так как при их проектировании необходимо учитывать множество ограничений,накладываемых действующим произведством.

Актуальной становится задача систематизации и формализации накопленных знаний в области технологии зубонарезания,разработке групповых и типовых технологических процессов зубообработки в единой математической модели и создания на этой основе САПР ТП данной предметной области.

Проектирование и изготовление деталей зубчатых передач имеет ряд особенностей,которые позволяют выделить эти детали из общего набора деталей машин .Такими особенностями являются:диск-

- 6 -

ретность основных конструктивно-технологических параметров зубчатых деталей ;стандартизованность , в большинстве случаев на уровне ГОСТов,этих параметров;значительный объем расчетных работ , связанных с конструированием и изготовлением зубчатых деталей ,

Кроме этого зубообработка в тяжелом машиностроении (единичном и мелкосерийном производстве ) имеет ряд особенностей , присущих данному типу серийности производства :изготовление деталей мелкими партиями ,а часто и единичных деталей ,с неопределенным периодом повторяемости;высокая квалификация производственных рабочих ,с чем связано - некоторое снижение требований к степени конкретизации описания технологических процессов ( используется в основном маршрутно -операционное описание); использование в большинстве случаев универсальной оснастки ; использование предприятий тяжелого машиностроения в качестве региональных центров по изготовлению и ремонту крупногабаритных деталей , Цель работы,Целью работы являлась разработка концепции автоматизированного проектирования технологических процессов зубообработки и создание САПР ТП данной предметной области для сокращения сроков технической подготовки производства и повышения качества разрабатываемых технологических процессов (на примере ОАО "Злектростальский завод тяжелого машиностроения") и интеграция этой системы в САПР К (конструирования зубчатых передач).

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- выявить значимые для технологического проектирования конструктивные параметры различных видов зубчатых передач

- выявить закономерности^связывающие конструктивные параметры зубчатых передач с параметрами технологических процессов их изготовления

- сформулировать критерии выбора характеристик технологических процессов (выбора маршрута обработки ,выбора металлургического

- ? -

оборудования,выбора режущего инструмента и назначения режимов резания)

- разработать эффективный алгоритм расчета чисел зубьев сменных колес

- разработать структуру данных о режимах резания »позволяющую осуществлять автоматический выбор по нескольким независимым переменным

Методика исследований,Достижение поставленной цели осуществлялось комплексным решением разнородных задач с использованием следующих теоретических методов:разработки типовых и групповых технологических процессов,теории алгоритмов,теории чисел,исследования операций, теории кодирования,методах создания прикладного программного обеспечения ЭВМ и баз данных.

Научная новизна,Выявлены закономерности,связывающие конструктивные параметры деталей зубчатых передач с параметрами технологических процессов их изготовления.С учетом особенностей проектирования и изготовления деталей зубчатых передач на предприятии с индивидуальным и мелкосерийным характером производства сформулирована концепция САПР ТП зубообработки ,в которой доминирующим конструкторско -технологическим параметром зубчатых передач является модуль зацепления.Создана интегрированная система автоматизированной подготовки производства зубчатых передач.Разработаны алгоритмы расчета чисел зубьев сменных колес с использование математического аппарата цепных дробей.

Практическая ценность работы. Результаты работы используются при проектировании зубчатых передач ,производится многокритериальный анализ передач,в том числе и по технологическим параметрам. Разработанная САПР позволяет получать оперативную информацию о зубчатых передачах не только специалистам в области зубчатых передач,но работникам смежных подразделений (экономические службы, маркетинговые).Разработанная САПР значительно снижает время ТПП на

зубчатые передачи .снижает влияние субъективных факторов при проектировании.Разработанные программы по расчету чисел зубьев сменных колес позволяют отказаться от использование табличных . методов подбора и значительно (на порядок) повысить точность настроек станков.Разработаны и внедрены новые способы измерения монтажного расстояния конических зубчатых колес.Разработан и внедрен в производство новый способ обработки крупномодульных червяков пальцевыми фрезами на зубофрезерных станках. Апробация работы. Разработанная САПР реализуется в отделе главного технолога и отделе главного конструктора ОАО ЗЗТМ.Годовая экономия времени инженерно - технических работников составляет 13 425 часов. По материалам диссертации был сделан доклад на научно - технической конференции в Московском государственном открытом университете. Публикации.По теме диссертации опубликовано 13 работ. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения,четырех глав и общих выводов ; содержит 130 стр. машинописного текста, 34 таблиц,1? рисунков в текстовой части,списка использованной литературы из 57 наименований и приложений.

Во введении обоснована актуальность работы,изложены цели и задачи исследования,показана научная новизна и практическая ценность.Кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой главе дан краткий анализ систем автоматизированного проектирования технологических процессов механообработки.

Во второй главе разработана концепция САПР ТП зубообработки. Зубчатые передачи являются одним из важнейших элементов деталей машин и механизмов.От качества их изготовления в значительной мере зависят эксплуатационные свойства этих машин, их надежность и конкурентоспособность .

Концепцию САПР ТП зубообработки в тяжелом машиностроении ( единичное и мелкосерийное производство ) можно сформулировать следующим образом ; детали зубчатых передач классифицируются по

видам ; каждому виду соответствует устойчивый на уровне маршрута и выбора оборудования групповой или типовый технологический процесс »основные параметры которого зависят от доминирующего конструктивно-технологического параметра-модуля зацепления » ряд которых ГОСТирован и обеспечивается гаммой дорогостоящего режущего инструмента,

В третьей главе выявлены закономерности и разработаны алгоритмы САПР ТП для следующих видов зубчатых передач : деталей цилиндрических передач деталей цилиндрических червячных передач .деталей конических передач с круговыми зубьями и для звездочек цепных передач,

В четвертой главе приведены экономические показатели использования разработанной системы автоматизированного проектирования. Общий положительный эффект от использования разработанной САПР в А,О, ЗЗТМ складывается из следующих статей :

- сокращение времени технической подготовки производства, конструкторских и технологических работ (по нормативам НИИПТМА1);

- повышение оперативности расчетов,сокращение времени принятия решения о возможности и стоимости изготовления зубчатых передач, появилась возможность проведения расчетов в присутствии заказчика;

- анализ и оптимизация передач по разным критериям (конструктивным параметрам »трудоемкости,материалоемкости и др.).

Акционерное общество "Злектростальский завод тяжелого маши-

J

ностроения" специализируется на выпуске прокатного »доменного,обогатительного и другого оборудования. Оборудование с маркой ЭЗТМ работает в 34 странах мира .За время рыночных преобразований А.О. ЗЗТМ решением Европейского клуба торговых лидеров удостоено следующих наград;"Седьмой Международной Европейской наградой за качество"и "Международной Европейской наградой за торговую марку", предприятие имеет собственное металлургическое производство , изготавливает заготовки для собственных нужд :выплавка стали, фасонное литье из стали и чугуна »кузнечно - прессовое производство

из слитков ;имеет мощности по изготовлению сварных металлоконструкций, Механосборочное производство сконцентрировано в нескольких крупных цехах с соблюдением принципа специализации повторяющейся продукции , Зубообработка производится в специализированном цехе,где сконцентрированы зубообрабатыванщие станки и специальная оснастка.Цех изготавливает зубчатые детали и комплектующие узлы для других цехов завода по кооперации.

Злектростальский завод тяжелого машиностроения является типичным представителем предприятий тяжелого машиностроения по принципам организации производства,что позволяет выявленные закономерности распространить на другие заводы.

- 11 -ГЛАВА ПЕРВАЯ.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАБОТ В ОБЛАСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ МЕХАНООБРАБОТКИ. Среди задач ТПП проектирование технологических процессов механообработки занимает особое место »так как качество разрабатываемой технологии определяет ход решения остальных задач ТПП и эффективность производства в целом,в том числе качество и конкурентоспособность выпускаемого оборудования.Однако применяем; ые методики проектирования технологических процессов содержат обычно рекомендации "неформального" характера со сложными логическими связями ( ? ).Поэтому качество проектирования продолжает во многом зависеть от опыта, интуиции технолога и от достоверности используемых еправочно-нормативных материалов , что не исключает субъективности при разработке технологических процессов.Снизить влияние субъективного фактора при разработке технологических процессов ,повысить качество, сократить трудоемкость и стоимость их проектирования позволяют системы автоматизированного проектирования технологичес�