автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Взаимосвязь геометрической структуры плоских деталей с процессом их изготовления

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО НАУКЕ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКЕ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СТАНКОИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи МАКСИМОВСКИЙ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ УДК В21. 0: 744.43(043.3)

ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ С ПРОЦЕССОМ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05. 02. 08 — Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1992

Работа выполнена па кафедре автоматизации сборочных производств Московского ордена Трудового Красного Знамени станконнструментального института.

Научный руководитель—кандидат технических наук,

доцент Медведев В. Л.

Официальные опоиенты—доктор технических наук,

профессор Капустин II. М. —кандидат технических наук, доцент Стародубов В. С.

Ведущее предприятие—Рузасвскпп завод листоштамповочных

автоматических линий

Защита состоится « » нюня 1992 г. в часов на

заседании специализированного Совета К 063. 42. 02 в Московском ордена Трудового Красного Знамени станкоииструменталь-иом институте, 101472, ГСП, Москва, К-55, Вадковскпн пер., д. 3-а, тел. 258—99—62.

•С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского ордена Трудового Красного Знамени станкоинструмснтально-, го института.

Автореферат разослан « /У » ^¿-¿.¿с^ 1992 г.

Учении секретарь специализированного Совета К 063. 42. 02, к. т. п., доц.

С. Б. Егоров.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. Современное машиностроение характеризуется жесткими требованиями к уровню эффективности процессов со-дапия машин. Повышение эффективности этих процессов осу-[ествляется в частности за счет повышения качества проектиро-ания технологических процессов изготовления машин и их дета-сй.

Всякая машина при конструировании представляется ввиде :ометрнчсской модели. Затем на этапе изготовления осущестн-" яется технологическая реализация этой модели. Процессы онструирования и изготовления машин предъявляют к их конст-укцням ряд специфических требований, которые часто антого-истпчны. Затраты на этапе изготовления машин в основном редопределядлся решениями, принимаемыми при копструнрова-пн. По данным исследований, 70% производственной стоимости ашнн определяется на этапе конструирования и только 25% на ганс их изготовления. Эти данные свидетельствуют о том, что актором, оказывающим доминирующее влияние на эффектность процессов создания машин, является качество принятия энсгрукторско-технслогических решений на этапе конструпрова-ия.

Для повышения качества принятия конструкторско-технологи-еских решении создаются системы автоматизированного просктн-эвання, основой которых является анализ различных вариантов онструкций машин с выбором из них оптимального. Однако, зздание и эффективная работа подобных систем, не возможно ез вскрытия глубинных связей между конструкцией машин и :хнологнен их изготовления, что и определяет актуальность ра-оты.

Взаимосвязь между конструкцией машин н технологией их

изготовления объективно существует и выражается в частное! на чертежах в виде геометрической информации о деталях м шин. Любая деталь имеет только ей свойственное сочетание ш верхностей, что и определяет се геометрическую структуру в в: де сочетания поверхностей и системы отношении между ним1

Взаимосвязь геометрической структуры деталей с технологис их изготовления осуществляется на трех уровня'х:

1) качественный набор геометрических параметров, опнсывающг данную деталь,—определяет геометрический тип детали: тел вращения, призма и т. п.:

2) соотношение численных значений указанных параметров—01 ределяст вид детали внутри данного типа: вал, шайба и т. и

3) величины и соотношения допусков на теже параметры—опр( деляют возможные варианты технологии изготовления дстал!

Всякая деталь является пространственным телом, т. е. он трехмерна. Однако, в ряде случаев, без ущерба для полноты ш формации о функционировании и технологии изготовления детал она может быть представлена в виде плоской (двухмерной), иногда и линейной (одномерной) модели. Объектом исследовани в работе является взаимосвязь геометрической структуры пло( ких деталей с технологией их изготовления. Примером плоски деталей могут служить плиты, шаблоны, планки, фланцы, пар! матриц-пуансон в зоне их функционального стыка и др.

Цель работы. Повышение качества принятия конструкторскс технологических решений при создании машин на основе вскры тия закономерностей между геометрической структурой деталс: и технологией их изготовления.

Метод исследования. Выявление закономерностей проводнлос, на основе анализа технологических реализаций различных вари антов описания упорядочного множества плоских геометрически: фигур тппа «многоугольник». Моделирование технологической рс ализацпн данных фигур осуществлялось путем их воспронзведе ния с помощью линейки и транспортира, которое аналогично п< своей структуре процессу обработки на различных видах сбору

дования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Вскрыты закономерности между геометрической структуро! плоских детален и технологией их изготовления.

2. Создана методика описания геометрической структура плоских деталей системами линейных и угловых размеров,-

Практическая ценность.

1. Разработаны правила простановки размеров на чертежах 1лоских детален.

2. Создана методика проверки правильности простановки размеров на чертежах плоских деталей.

3. Разработан алгоритм и создана рабочая программа для штоматизнрованной системы простановки размеров на плоских юталях. ,

Реализация работы. Разработанные методики описания гео-1стрической структуры плоских деталей системами размеров и ютодика их проверки приняты к использованию на Рузасвском аводе листовых автоматических линий, в учебном процессе на ;афедрах «Технология машиностроения» Иркутского полнтехнп-1сского института и Мордовского государственного университета шенн Н. П. Огарева.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы юкладывались и были одобрены на заседании кафедры «Автома-изацни сборочных производств» и кафедры «Технология маипг юстроепия» Московского станкоинструментального института, [а научно-технической конференции «Создание интегрированных ибких компьютеризированных производств в области механически обработки и опыт их эффективной эксплуатации в промыш-1енностн» в 1990 г. в г. Киеве, на научно-технической конферен-шп «Автоматизация и диагностика технологических процессов» в 990 г. в г. Луцке, на научно-технической конференции «Повышс-шс надежности автоматических станочных систем» в 1990 г. в г, (абаровске, на научной конференции Мордовского государствгп-гого университета им. Н. П. Огарева «XX Огаревские чтения» в 990 т. в г. Саранске.

Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатных >аботы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, [яти глав, общих выводов и приложении. Работа изложена на 62 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы, 64 ри-унка, список литературы из 85 наименований, приложения приведены на 32 страницах. Общий объем работы—194 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе проведен анализ существующих подходов описанию геометрической структуры деталей. Определены иель задачи исследования. , •

Вопросам, связанным с правилами описания детален, уделял внимание конструкторы, технологи и метрологи. В своих работа Пузанова В. П., Маталлн А. А., Брук С. И., Димитров Л. Е и другие авторы разработали ряд рекомендации, анализ которы позволяет заключить, что существует три подхода к простаиовк размеров на чертежах деталей:

1) исходя ид служебного назначения детален;

2) исходя из технологии изготовления деталей;

3) комбинированный.

Анализ литературных источников показал, что несмотря н определенные различии в методиках простановки размеров н чертежах детален сторонники первых двух подходов в той ил иной мере фактически вынуждены учитывать требования констру дни технологии. Все их рекомендации в основном сводятся двум положениям:

1) количество размеров, задаваемых на чертеже детали, должн быть необходимым п достаточным для описания ее геометпнчес кон структуры;

2) пеночки размеров, задаваемые на чертежах детали, должн; б ы т ь и ез а м к нут ы ми;

Сторонники комбинированного подхода к простановке разме ров на чертежах считают, что одна часть размеров должн проставляться исходя из служебного назначения детали, а др} гая на основании требований технологии се изготовления. Одна ко в рассмотренных работах, затрагивающих указанную проблему по существу не ставится вопрос о вскрытии общих закономерное тен простановки размеров, а также об изучении глубинных свя зеп между геометрической структурой деталей и технологией н; изготовления.

Работы Медведева В. А., проводимые на кафедре «Лвтоматп зацни сборочных производств» Мосстаикина, посвящены вскры тию объективно существующих взаимосвязей между слуЖсбньп назначением детален, их конструкцией, и технологическими во;-можностямн изготовления этих деталей. Данная работа являете: дальнейшим развитием зтого подхода.

В настоящее время, простановка размеров иа чертежах дета лей и согласование требований этапов конструирования и изго

о

влеиня легален определяется опытом проектировщика и техго ira.

Основ:.ым i рсбслщппям, предъявляемым к описанию icoMiTpn-с.чои структуры детали со стороны конструкции, является со: л тетвне се служебному назначению. Со стороны технологии vni сбовапня следующие:

описание геометрической структуры детален должно быть акти::ескн реализуемым в конкретной технологической среде; описание геометрической структуры детален должно соствстст-вать требуемому уровню производительности лри се пзготонле-

Для достижения поставленной в работе цели требовалось рель следующие задачи:

Вскрыть закономерности между геометрической структурой оских деталей и ¡технологией их пзготовлепця. Разработать методику описания геометрической структуры оских деталей системами размеров и мстодпху их проверки. Разработать елгоритм и создать программу для аптоматизнр:*-HHoi'i системы простановки размеров па чертежах плоских ;uл л-п.

Во второй главе на основе анализа различных вариантов теанпя плоских геометрических фигур типа «многоугочыпж» :ледуютс.я технологические свойства систем размеров. Любая геометрическая фигура представляет собой сонокуп-:ть составляющих се элементов с заданными между ними отпо-ннями, Составляющими элементами плоских геометрических гур является—точка, прямая (отрезок прямой), плоскость !сть плоскости). Между составляющими элементами гсометри-кпх фигур имеются отношения принадлежности и смежности, гошениа принадлежности описывает связь между разнородны-составляющими элементами фигур, например точка ирипадле-т стороне фигуры, если лежит на пен и наоборот. Отношение :жностн описывает связь между однородными составляющими :меитами фигур, например две точки являются смежными, если I принадлежат одной стороне; две стороны смежны, если пме-обшую точку.

Всякая плоская геометрическая фигура может быть треангу->ована, т. е. разбита на треугольники. Треугольник является ментарной плоской фигурой—симплексом плоского пространст-Треугольник и любую другую плоскую геометрическую фнгу-можно рассматривать как наружный контур и как внутрен-I. Таким образом на примере треугольника можно осущсств-,

пть выявление технологических закономерностей «писания наружных и внутренних контуров геометрических фигур типа мно-гоуiольиик.

Треугольник имегг полную систему размеров в виде трех сторон и трех углов. Однако, для описания достаточно трех его размеров. Возможны следующие варианты описания треугольника:

1) три стороны — а , О , с ;,

2) дне стороны и угол между ними— о , d , Q ;

3) сторона п два прилегающих к ней угла— d , с. , £ ; Воспроизводимым, т. е. технологичным, будет только вариант

описания треугольника по системе сторона и два прилегающих к ней угла. В результате воспроизведения на треугольнике получают в виде геометрического замыкания—две стороны и угол между ними. Это одновременно и симплекс технологического замыкания. ,

Таким образом симплексом технологического замыкания для плоских ¡еомстрнческих фигур всегда будет система из двух сторон и угла между ними.

Исследование вариантов описания наружных и внутренних контуров более сложных геометрических фигур показали, что технологически реализуемые системы размеров в их описании подчиняются строгой системе требований:

1) количество размеров должно быть необходимым и достаточным для описания геометрической фигуры,

2) к каждому линейному размеру должно прилегать два угловых размера, а вершиной каждого углового размера должна быть точка линейного размера;

3) цепочки .угловых и линейных размеров должны быть непрерывными.

При этом технологически реализуемые системы размеров описывают отношение не между отдельными составляющими элементами плоских геометрических фигур, а между комплектами их элементов «точка-сторона»,

В третьей главе исследуются вопросы описания геометрической структуры плоских деталей в зависимости от их технологического воспроизведения.

Геометрическую структуру плоской детали можно представить ввиде совокупности комплектов ее элементов, с заданными между ними отношениями, которые описываются системой размеров- . . .. -......- ...

а

Согласий данному представлению геометрической структуры, .стали возможность се технологической реализации будет опреде-, !нтея тремя взаимосвязанными факторами; ) выбором на детали комплектов элементов; , »;

:) заданием отношении между комплектами 'элементов; ) описанием отношений между комплектами элементов системой азмеров. :

Условием выбора любого комплекта элементов, является то, то точка комплекта элементов должна принадлежать его стороне.

Всякая сторона контура детали воспроизводится дпножды. Основываясь на этом положении, можно утверждать, то количество воспроизводимых комплектов элементов не может ыть больше количества сторон детали.

Любой воспроизводимый комплект элементов может быть поучен лишь от одного исходного комплекта элементов. Один из омплектов элементов является корневым, т. е, комплектом, с кото-ого начинают воспроизведений детали. Таким образом, количество адаваемое между комплектами элементов отношений должно быть авно количеству воспроизводимых комплектов элементов детали.

Поскольку между элементами детали имеется отношение нежности, то, следовательно, и между комплектами ее элемен-зв также будет присутствовать отношение смежности, которое ожно классифицировать в зависимости от: ) смежности точек воспроизводимого и исходного комплектов тементов детали;

I смежности сторон воспроизводимого п исходного комплектов темеитов детали.

Отношение между парами исходиыи-воспроизводимый компакты элементов детали однозначно описываются системами раз-еров в зависимости от смежности их составляющих (рис. 1).

Анализ воспроизведения систем размеров, описывающих отно-,

ения между комплектами элементов показал, что не существу-

• технологически реализуемой системы размеров, описывающей

гношения между комплектами элементов, точки которых смежны,

стороны пет. Данная^спстема размеров является параллельно-

!Язанной, т. к. размер ¿участвует в описании отношении между

зуму парами комплектов элементов {Тс , ¿2¿ ) — ( 71 ,£*:),

Т; . Й. ) — ( Т , ft.: ) и реализовать его однозначно невозмож-^ с J J

Возможна также технологическая схема получения детали, )гда от одного исходного комплекта элементов получается ис-:олько воспроизводимых. Исследование описания отношении

Онюшение смежности сторон комплектов, элементов

смешны

несметны

/ ' \ о. 1 I г Ак

рис. 1. Описание отношений между исходным ( , ) и воспро-

изводимым ог него ( Тг , ) комплектами элементов в зависимости от смежности ® их составляющих.

гл

К)

между ними показало, что не существует технологически реализуемой системы размеров, сели точки воспроизводимых комплектов элементов смежны.

Конструктивная форма детален технологически может быть воспроизведена различными вариантами, при этом каждому из них однозначно соответствует технологичная система размеров.

В четвертой главе рассматриваются функциональные системы размеров детален. На их основе, совместно с требованиями технологии разработана методика простановки размеров на чертежах детален, а также методика проверки правильности простановки размеров.

Размеры, описывающие отношения между поверхностями (сторонами) детали и отражающие служебные функции детали в конструкции, называются функциональными размерами. Они однозначно определены со стороны служебного назначения детали.

В большинстве случаев непосредственно в выполнении деталью .служебного назначения участвуют не все ее поверхности. В связи с этим функциональные системы размеров данных деталей не описывпот полностью их геомстричсскую структуру. Однако в ряде случаев служебное назначение детален таково, что функциональные размеры образуют замкнутые цепочки линейных или угловых размеров.

Различие в требованиях к описанию геометрической структуры деталей со стороны конструкции и технологии вызывает необходимость их согласования. Все возможные ситуации можно классифицировать по двум признакам:

1) возможность технологической реализации функциональной сис: темы размеров;

2) полнота описания геометрической структуры детали функциональной системой размеров.]

В случае, если функциональная система размеров детали не может быть технологически реализована, то она должна быть преобразована в производную от нее технологическую систему размеров. Если же геометрическая структура детален не полностью описывается функциональной системой размеров, то в ее эпнеание необходимо ввести дополнительные размеры, которые вместе с функциональными, образуют необходимую и достаточную систему размеров.

Простановка размеров на чертежах деталей должна осуществляться в три этапа:

1) выбор на летали комплектов элементов «точка-сторона»;

2) задание отношений между выбранными комплектами элементов детали;

3) описание отношений, заданных между комплектами элементов детали системами размеров.

В основу методики проверки правильности простановки размеров на чертежах деталей положены два требования:

1) полнота описания системой размеров геометрической структуры детали;

2) возможность технологической реализации системы размеров детали.

В пятой главе осуществлена разработка алгоритмического обеспечения автоматизированной системы простановки размеров на чертежах деталей.

Эффективность использования автоматизированных систем в основном обуславливается затратами времени использования ЭВМ. Значительная часть этих затрат приходится на ввод исходной информации и ее корректировку.

Исходной информацией для задания системы размеров на деталях является:

1) геометрическая форма детали;

2) список комплектов элементов детали с заданными между ними отношениями.

Для формализованного представления геометрической структуры деталей использован аппарат теории множества и следующая исходная информация:

1) тип сторон детали;

2) тип -точек детали;

3) принадлежность точек сторонам детали;

4) комплекты элементов детали;

5) отношения между комплектами элементов детали. Процесс автоматизированного задания на детали систем размеров ¡состоит из следующих операций:

1) ввод исходной информации;

2) контроль исходной информации;. л Й ' - > -

3) задание на детали систем размеров;

4) вывод полученных результатов.^

В процессе автоматизированного задания систем размеров не деталях должны быть сформированы три множества размеров

а) угловых;

б) линейных;

в) размеров-радиусов для описания окружностей или их дуг Формирование данных множеств осуществляется на основ<

заданных отношений между парами исходный—воспроизводи

мый комплекты элементов н формы сторон воспроизводимых комплектов элементов.

Программа автоматизированного задания систем размеров для плоских детален написана на языке ФОРТРАН 77,

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Па основании исследований .установлено, что существуют технологически реализуемые ¡1 нереализуемые системы размеров деталей.

2. Элементарной, технологически реализуемой системой размеров для плоских деталей, является один линейный и два прилетагощн; к нему угловых размера.

3. Результатом технологического воспроизведения цепочки размеров для любой плоскости детали является замыкание состоящее из двух ее линейных размеров и угла 'лежду ними.

4. Геометрическая структура плоских детален является технологически реализуемой если отвечает следующей системе трсбо^а-1 и п:

а) количество размеров должно быть необходимым и достаточным для полного описания детали;

б) к каждому линейному размеру должно прилегать дна уг-ювых размера, а вершинами угловых размеров должны быть очки алтейных размеров;

в) цепочки линейных н угловых размеров должны быть нс-1рсрывиыми.

>. Технологически реализуемые системы размеров описывают от-¡ошепнене между отдельными составляющими элементами плоских геталей, а между комплектами их элементов «точка-сторона».

Возможность построения технологически реализуемой системы ¡азмеров определяется тремя взаимосвязанными факторами:

а) выбором комплектов элементов;

б) заданием отношений /между комплектами элементов;

в) описанием отношений между комплектами элементов дега-и системами размеров.

. Не существует технологически реализуемой системы размеров, писывающсй отношение между:

а) исходным и воспроизводимым комплектами элементов точи которых смежны, а стороны нет;

б) исходным и несколькими воспроизводимыми комплектами лёментов детали если точки последних являются смежными.

, Функциональные системы размеров определяются служебным ^значением детали,

V 13

9. Описание детали системой размеров целесообразно осуществлять в три этапа:

а) выбор на детали комплектов элементов;

б) задание отношений между выбранными комплектами элементов детали;

в) описание отношений, заданных между комплектами элементов детали системы размеров.

10. Проверку простановки размеров на деталях необходимо производить в два этапа:

а) последовательный анализ возможности технологической реализации системы размеров детали;

б) оценка полноты описания элементов детали заданной системой размеров.

Основные положения диссертации опубликованы л следующих работах:

1. Медведев В. А., Макашовский Е. Н. Взаимосвязь конструкции детали с технологией ее изготовления /Московский станко-инструм ин-т., Москва, 1988.'-11 е.: пл.—Дсп, во ВНИИТЭМР, № 135—мш 88.

2. Макашовский Е. Н. Оценка технологичности геометрических структур деталей /В сб. тезисов докладов н,-т. конф, «Повышение надежности автоматических станочных систем», г. Хабаровск, 1990. с. >35.

3. Макашовский Е. Н. Описание геометрической структуры деталгн /В сб. тезисов докладов н. конф. «XX Огаревские чтения», г. Саранск, 1991. с. 114.

Заказ 1179—100

Типография «Рузаевский печагник» Государственного комитете МССР по делам издательств, полиграфии и книжной торгоали.